Производство нитробензола

Нитробензол — важный химический полупродукт. Более 95% нитробензола используется в производстве анилина, который, в свою очередь, применяется при получении изоцианатов для пенополиуретанов, пластиков и красителей. Относительная простота нитрования ароматических соединений позволила разнообразить возможности промышленного применения производных нитробензола.

ПроцессРассматриваемый здесь процесс (рис. 1) похож на адиабатический процесс нитрования бензола NORAM и состоит из трех основных частей: нитрования бензола, очистки продуктов и выбросов.
Рисунок 1. На схеме представлен процесс производства нитробензола адиабатическим азотированием

1. Реактор идеального вытеснения
2. Сепаратор
3. Концентратор серной кислоты
4. Вакуумный декантер
5. Отмывочный реактор
6. Отпарная колонна для потока
7. Отпарная колонна для бензола
8. Бензол-водяной декантер
9. Нитробензол-водный декантер
10. Скруббер
11. Реактор с насадкой
12. Охлаждающая колонна
13. Паровой котел

1. Нитрование бензола

Бензол предварительно нагревают и подают в нитратор (реактор идеального вытеснения). Азотную кислоту (65%мас. водный раствор) также предварительно нагревают и перед подачей в реактор смешивают с рециркулированной (повторно концентрированной) чистой серной кислотой. В нитраторе бензол вступает в реакцию с азотной кислотой, образуя нитробензол. Процесс происходит с избытком бензола от стехиометрического для обеспечения полной переработки азотной кислоты в нитраторе. Продукт реакции направляется в декантер, в котором неочищенный нитробензол отделяется от отработанной серной кислоты. Отработанная серная кислота, извлеченная из сепаратора, концентрируется под вакуумом.

2. Очистка

Вода, удаленная из отработанной кислоты, направляется в вакуумный декантер. Органический конденсат вместе с неочищенным нитробензолом из декантера направляется на трехступенчатую промывку, в процессе которой удаляется большая часть примесей. Вода, образующаяся на этапе промывки, обрабатывается водным конденсатом из декантера в колонне и сбрасывается в виде отходов.

Содержимое, полученное на этапе промывки, направляется в отпарную колонну для извлечения избыточного бензола, находящегося до этого момента в растворе с нитробензолом. Бензол отделяется от воды и рециркулируется. Наконец, нитробензольный продукт отделяют от воды и направляют на анилиновую установку.

3. Очищение выбросов

Выбросы, образующиеся на предыдущих этапах, после объединения направляются в скруббер. В скруббере используется поток нитробензола для извлечения бензола, присутствующего в газовом потоке. Осадок рециркулируют на промывку, в то время как основной поток направляется в реактор с насадкой для удаления оксидов азота, образуя разбавленный раствор азотной кислоты, который направляется обратно в нитратор.

Процесс производства

Нитробензол выпускается в промышленных масштабах путем прямого нитрования бензола с использованием смеси азотной и серной кислот. Установка по производству нитробензола также может быть вертикально интегрирована с установкой по производству азотной кислоты. В этом случае основным сырьем являются бензол и аммиак, который превращается в азотную кислоту путем окисления, а затем используется для нитрования бензола. Процессы производства нитробензола представлены на рисунке 2.

Рисунок 2. Процессы производства нитробензола

Экономические показатели

В первом квартале 2016 года сумма эксплуатационных расходов (включая сырье, коммунальные услуги, постоянные затраты и амортизационные отчисления) оценивалась около $600 за тонну произведенного нитробензола. Анализ проводился на заводе, построенном в США, с возможностью производить 530 000 тонн нитробензола в год.