本發(fā)明專利屬于含氮有機(jī)物合成，特別涉及一種連續(xù)流動式等離子體驅(qū)動苯直接胺化制苯胺的方法及反應(yīng)裝置，特別是利用苯和氮?dú)鉃樵希ㄟ^低溫等離子體驅(qū)動苯和氮?dú)庵苯优悸?lián)胺化制高值苯胺。

背景技術(shù)：

1、苯胺是一種重要的含氮化學(xué)品和化工原料，被廣泛應(yīng)用于mdi、橡膠助劑、醫(yī)藥、染料和顏料等重要化工產(chǎn)品的制備中，其工業(yè)生產(chǎn)方法包括苯硝基化制硝基苯再加氫制苯胺、以及苯直接氨化制苯胺等。但是，這些生產(chǎn)工藝存在生產(chǎn)路線復(fù)雜且高溫高壓、原子利用率低、成本高等弊端。因此，發(fā)展高效綠色的苯直接胺化制苯胺路線成為目前苯胺生產(chǎn)技術(shù)的研究重點(diǎn)。其中，以氮?dú)鉃榈粗苯痈咝Ш铣杀桨肥窃擃I(lǐng)域的巨大挑戰(zhàn)。當(dāng)前，苯胺的工業(yè)制備所用氮源嚴(yán)重依賴于哈珀工藝合成氨，生產(chǎn)工藝存在高能耗、高污染以及裝置成本高等問題。因此，苯和氮?dú)庵苯优悸?lián)胺化制苯胺是一條原子經(jīng)濟(jì)性高且低碳排放的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)路線。

2、苯和氮?dú)馐翘烊回S富的分子，但其化學(xué)惰性均很高，在溫和條件下難以有效活化和轉(zhuǎn)化。介質(zhì)阻擋放電等離子體含有自由基、高能電子和離子等活性物質(zhì)，能夠在常溫常壓下快速活化氮?dú)夂捅椒肿?，有望?qū)動苯胺化一步制苯胺。然而，等離子體中高能電子的轟擊有可能破壞苯分子，降低苯的利用率和苯胺的收率。因此，開發(fā)新型等離子體驅(qū)動苯和氮?dú)庵苯优悸?lián)胺化的方法及反應(yīng)器裝置，是苯一步胺化制苯胺技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對上述問題，本發(fā)明提出一種連續(xù)流動式的等離子體驅(qū)動苯直接胺化制苯胺的方法及反應(yīng)裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)常溫常壓苯和氮?dú)庵苯优悸?lián)胺化。本發(fā)明將多孔膜管和催化劑填料裝填于單一介質(zhì)阻擋放電等離子體反應(yīng)器內(nèi)，多孔膜管可作為氣液接觸器，實(shí)現(xiàn)氮?dú)夥烹姷入x子體與苯溶液的直接接觸和相互作用，為發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)的苯胺化制苯胺技術(shù)提供了解決方案。

2、本發(fā)明實(shí)施的目的是提供一種連續(xù)流動式的等離子體驅(qū)動苯和氮?dú)馀悸?lián)制苯胺方法及反應(yīng)器，利用等離子體活化氮?dú)猓⑼ㄟ^多孔膜管作為接觸器實(shí)現(xiàn)等離子體與苯溶液的相互作用，從而實(shí)現(xiàn)溫和條件下苯胺化制苯胺。本反應(yīng)器具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、可連續(xù)操作、即開即關(guān)、以及易于與間歇性可再生電力耦合等優(yōu)勢。

3、為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

4、一種連續(xù)流動式等離子體制苯胺的方法，包括以下步驟：

5、(1)通過質(zhì)量流量計(jì)將氮?dú)廨斔投嗫啄す芡鈧?cè)的催化劑或填料床層，苯溶液由蠕動泵輸送至多孔膜管內(nèi)側(cè)；

6、(2)啟動高壓電源，通過介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生的低溫等離子體活化氮?dú)夥肿?，輸入峰值電壓?0kv，輸入頻率為7.1khz；

7、(3)苯溶液和氮?dú)夥烹姎夥盏牡入x子體在多孔膜管的孔道中或表面形成接觸界面，所形成的特殊相互作用、活性自由基和高能電子可驅(qū)動苯和氮?dú)庵苯优悸?lián)形成苯胺。

8、所述膜材料為不銹鋼膜、陶瓷膜、沸石分子篩膜中的一種，多孔膜長度0.1～2m，壁厚0.2～3cm，內(nèi)徑1～8cm，平均孔徑1～200μm。

9、所述催化劑的活性組分是鎳基、釕基、鈷基、鐵基中的一種或多種，而載體是沸石分子篩、氧化鋁、氧化鈰、水滑石中的一種，活性組分的負(fù)載量0.5～20wt.％。多孔填料是鈦酸鋇、沸石分子篩、介孔硅、水滑石中的一種或幾種。

10、所述反應(yīng)器裝置的操作方式為連續(xù)流動式，苯溶液和氮?dú)饬黧w分別在膜管內(nèi)側(cè)和外側(cè)連續(xù)流動和循環(huán)，苯溶液的流速為0.01～1l?min-1，而氮?dú)獾牧魉贋?.05～2l?min-1。

11、一種連續(xù)流動式等離子體制苯胺的方法的裝置，包括多孔膜管，所述多孔膜管的外部套設(shè)有保護(hù)管，所述保護(hù)管和多孔摸管之間設(shè)置有氣倉，所述氣倉中固定設(shè)置有催化劑；

12、所述保護(hù)管的外壁上固定設(shè)置有高壓電極，所述保護(hù)管的內(nèi)部設(shè)置有接地電極；

13、所述保護(hù)管的端部設(shè)置有街接頭，所述接頭上設(shè)置有氣體接口，所述氣體接口連同所述氣倉，所述多孔膜管穿出所述接頭。

14、所述多孔膜管靠近所述接頭的一端連接有苯溶液容器，所述苯溶液容器的出水口與所述多孔膜管靠近接頭的一端連接，所述苯溶液容器的進(jìn)水口與所述多孔膜管遠(yuǎn)離接頭的一端連接。

15、所述苯溶液容器的出水口和所述多孔膜管之間連接有蠕動泵。

16、所述接頭為非金屬材質(zhì)。

17、采用上述方案，能夠得到的技術(shù)效果為：

18、以氮?dú)夂捅降忍烊回S富原料，通過介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生低溫等離子體活化氮?dú)夂捅椒肿樱诜磻?yīng)器中形成等離子體-苯溶液相互作用，一步將苯和氮?dú)庵苯优悸?lián)成高附加值苯胺。所述的反應(yīng)器裝置由石英管、多孔膜管、催化劑或填料床層、高壓和接地電極、非金屬接頭等組成，可通過蠕動泵實(shí)現(xiàn)連續(xù)流動式苯直接胺化操作。

技術(shù)特征：

1.一種連續(xù)流動式等離子體制苯胺的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)流動式等離子體制苯胺的方法，其特征在于，所述膜材料為不銹鋼膜、陶瓷膜、沸石分子篩膜中的一種，多孔膜長度0.1～2m，壁厚0.2～3cm，內(nèi)徑1～8cm，平均孔徑1～200μm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)流動式等離子體制苯胺的方法，其特征在于所述催化劑的活性組分是鎳基、釕基、鈷基、鐵基中的一種或多種，而載體是沸石分子篩、氧化鋁、氧化鈰、水滑石中的一種，活性組分的負(fù)載量0.5～20wt.％。多孔填料是鈦酸鋇、沸石分子篩、介孔硅、水滑石中的一種或幾種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)流動式等離子體制苯胺的方法，其特征在于所述反應(yīng)器裝置的操作方式為連續(xù)流動式，苯溶液和氮?dú)饬黧w分別在多孔膜管內(nèi)側(cè)和外側(cè)連續(xù)流動和循環(huán)，苯溶液的流速為0.01～1l?min-1，而氮?dú)獾牧魉贋?.05～2l?min-1。

5.一種應(yīng)用于權(quán)利要求1所述的連續(xù)流動式等離子體制苯胺的方法的裝置，其特征在于，包括多孔膜管(4)，所述多孔膜管(4)的外部套設(shè)有保護(hù)管(5)，所述保護(hù)管(5)和多孔摸管(4)之間設(shè)置有氣倉，所述氣倉中固定設(shè)置有催化劑(3)；

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的連續(xù)流動式等離子體制苯胺的裝置，其特征在于，所述多孔膜管(4)靠近所述接頭(1)的一端連接有苯溶液容器(7)，所述苯溶液容器(7)的出水口與所述多孔膜管(4)靠近接頭(1)的一端連接，所述苯溶液容器(7)的進(jìn)水口與所述多孔膜管(4)遠(yuǎn)離接頭(1)的一端連接。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的連續(xù)流動式等離子體制苯胺的裝置，其特征在于，所述苯溶液容器(7)的出水口和所述多孔膜管(4)之間連接有蠕動泵。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的連續(xù)流動式等離子體制苯胺的裝置，其特征在于，所述接頭(1)為非金屬材質(zhì)。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的連續(xù)流動式等離子體制苯胺的裝置，其特征在于，所述保護(hù)管(5)為石英管。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種連續(xù)流動式等離子體制苯胺的方法及反應(yīng)裝置。以氮?dú)鉃榉烹姎夥?，通過介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生的低溫等離子體活化氮?dú)夥肿?，形成等離子體?苯溶液相互作用，一步將苯和氮?dú)庵苯优悸?lián)成高附加值苯胺。本發(fā)明所述的反應(yīng)器裝置由石英管、多孔膜管、催化劑或填料床層、高壓和接地電極、非金屬接頭等組成，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)流動式苯直接胺化操作。本發(fā)明反應(yīng)器及裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊和效率高等優(yōu)點(diǎn)，有望實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效的苯與氮?dú)庵苯与姲坊磻?yīng)，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：范曉雷,陳煥浩,陳奕,歐曉霞
受保護(hù)的技術(shù)使用者：諾丁漢大學(xué)卓越燈塔計(jì)劃（寧波）創(chuàng)新研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/5/16