具体实施方式

对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明提供一种技术方案：一种流动化学在甲苯硝化中的应用。

本实施例中，优选的，以甲苯为溶剂，以硝酸为硝化剂，以硫酸为催化剂，在微通道反应器中进行硝化反应。

本实施例中，优选的，所述硝化反应的具体步骤如下：

步骤一、将1.0g、15.2ml/mol的硝酸和0.1g的硫酸催化剂混合，得混合液，再将混合液和10.0g、21.7ml/mol的甲苯分别经高压恒流泵输送至50ml的微通道反应器的两个入口；

步骤二、两股液体在微通道反应器中混合接触并发生反应后，从微通道反应器的出口处流出进入收集槽；

步骤三、将收集槽中的溶液静置分层，上层为硫酸、水、稀硝酸的混合物，下层为甲苯的硝化产物；

步骤四、使用分液漏斗分离两相，下层液体经洗涤、中和、干燥后得到甲苯的硝化产物；

步骤五、上层液体经减压蒸馏后除去85％的水和硝酸，剩余的液体干燥除水后，回收利用。

本实施例中，优选的，所述硝酸的制备工艺包括以下步骤：

步骤一、吸入四级空气过滤装置一级空气过滤器的空气经初次除杂后，经氨空冷凝器降温冷凝、经液滴分离器除冷凝水、再输送至四级空气过滤装置的二、三、四级空气过滤器除尘，将除尘后的空气经加压分为一次空气和二次空气；

步骤二、液氨经除杂、除油、蒸发后，与所述步骤一中的一次空气在氨空混合器中混合；

步骤三、氨空混合器中的混合气经氧化炉进行氨氧化反应得到NOx气体；

步骤四、NOx气体经换热降温后，送入冷凝分离器，产生的稀冷凝酸经冷却送至吸收塔中部的塔板上；

步骤五、冷却降温后的NOx气体经氧化氮精分离器进行精分离后，液相送至回收系统，气相送入氧化氮压缩机，再次升压、换热、降温；

步骤六、将精分离、换热后的NOx气体送至吸收塔底部，与塔顶加入的水及中部加入的冷凝酸，进行气液逆向吸收，得到浓度为65％的硝酸溶液。

本实施例中，优选的，所述步骤一中的二次空气与一次空气的体积比为22％。

本实施例中，优选的，所述步骤四种的吸收塔设有40层塔板。

本实施例中，优选的，所述硫酸的制备工艺包括以下步骤：

步骤一、将固体硫磺熔融，熔融液过滤，送至液硫贮罐内，接着泵送至焚硫炉内燃烧，焚硫炉内压力为3MPa，焚烧炉内温度为700℃；

步骤二、将燃烧后烟气压缩，降温至130℃，调节压强至7Mpa，然后送入吸收系统，得到成品硫酸，并将成品硫酸由干燥塔循环泵出口引出，进行收集存放；

步骤三、从步骤二中的吸收系统排出的尾气由尾气洗净塔的下部入口进入，而氨水自尾气洗净塔的上部入口进行喷淋；

步骤四、将尾气洗净塔排出的废水用浆液泵抽送至生化处理系统进行分离得到氨气和硫酸铵。

本实施例中的硝化反应的GC分析如下表1，A＝邻硝基甲苯、B＝间硝基甲苯、C＝对硝基甲苯。

表1

实施例2

本发明提供一种技术方案：一种流动化学在甲苯硝化中的应用。

本实施例中，优选的，以甲苯为溶剂，以硝酸为硝化剂，以硫酸为催化剂，在微通道反应器中进行硝化反应。

本实施例中，优选的，所述硝化反应的具体步骤如下：

步骤一、将2.0g、30.4ml/mol的硝酸和0.1g的硫酸催化剂混合，得混合液，再将混合液和10.0g、21.7ml/mol的甲苯分别经高压恒流泵输送至50ml的微通道反应器的两个入口；

步骤二、两股液体在微通道反应器中混合接触并发生反应后，从微通道反应器的出口处流出进入收集槽；

步骤三、将收集槽中的溶液静置分层，上层为硫酸、水、稀硝酸的混合物，下层为甲苯的硝化产物；

步骤四、使用分液漏斗分离两相，下层液体经洗涤、中和、干燥后得到甲苯的硝化产物；

步骤五、上层液体经减压蒸馏后除去85％的水和硝酸，剩余的液体干燥除水后，回收利用。

本实施例中，优选的，所述硝酸的制备工艺包括以下步骤：

步骤一、吸入四级空气过滤装置一级空气过滤器的空气经初次除杂后，经氨空冷凝器降温冷凝、经液滴分离器除冷凝水、再输送至四级空气过滤装置的二、三、四级空气过滤器除尘，将除尘后的空气经加压分为一次空气和二次空气；

步骤二、液氨经除杂、除油、蒸发后，与所述步骤一中的一次空气在氨空混合器中混合；

步骤三、氨空混合器中的混合气经氧化炉进行氨氧化反应得到NOx气体；

步骤四、NOx气体经换热降温后，送入冷凝分离器，产生的稀冷凝酸经冷却送至吸收塔中部的塔板上；

步骤五、冷却降温后的NOx气体经氧化氮精分离器进行精分离后，液相送至回收系统，气相送入氧化氮压缩机，再次升压、换热、降温；

步骤六、将精分离、换热后的NOx气体送至吸收塔底部，与塔顶加入的水及中部加入的冷凝酸，进行气液逆向吸收，得到浓度为80％的硝酸溶液。

本实施例中，优选的，所述步骤一中的二次空气与一次空气的体积比为8％。

本实施例中，优选的，所述步骤四种的吸收塔设有40层塔板。

本实施例中，优选的，所述硫酸的制备工艺包括以下步骤：

步骤一、将固体硫磺熔融，熔融液过滤，送至液硫贮罐内，接着泵送至焚硫炉内燃烧，焚硫炉内压力为5MPa，焚烧炉内温度为1100℃；

步骤二、将燃烧后烟气压缩，降温至160℃，调节压强至9Mpa，然后送入吸收系统，得到成品硫酸，并将成品硫酸由干燥塔循环泵出口引出，进行收集存放；

步骤三、从步骤二中的吸收系统排出的尾气由尾气洗净塔的下部入口进入，而氨水自尾气洗净塔的上部入口进行喷淋；

步骤四、将尾气洗净塔排出的废水用浆液泵抽送至生化处理系统进行分离得到氨气和硫酸铵。

本实施例中的硝化反应的GC分析如下表2，A＝邻硝基甲苯、B＝间硝基甲苯、C＝对硝基甲苯。

表2

实施例3

本发明提供一种技术方案：一种流动化学在甲苯硝化中的应用。

本实施例中，优选的，以甲苯为溶剂，以硝酸为硝化剂，以硫酸为催化剂，在微通道反应器中进行硝化反应。

本实施例中，优选的，所述硝化反应的具体步骤如下：

步骤一、将2.0g、45.7ml/mol的硝酸和0.1g的硫酸催化剂混合，得混合液，再将混合液和10.0g、21.7ml/mol的甲苯分别经高压恒流泵输送至50ml的微通道反应器的两个入口；

步骤二、两股液体在微通道反应器中混合接触并发生反应后，从微通道反应器的出口处流出进入收集槽；

步骤三、将收集槽中的溶液静置分层，上层为硫酸、水、稀硝酸的混合物，下层为甲苯的硝化产物；

步骤四、使用分液漏斗分离两相，下层液体经洗涤、中和、干燥后得到甲苯的硝化产物；

步骤五、上层液体经减压蒸馏后除去85％的水和硝酸，剩余的液体干燥除水后，回收利用。

本实施例中，优选的，所述硝酸的制备工艺包括以下步骤：

步骤一、吸入四级空气过滤装置一级空气过滤器的空气经初次除杂后，经氨空冷凝器降温冷凝、经液滴分离器除冷凝水、再输送至四级空气过滤装置的二、三、四级空气过滤器除尘，将除尘后的空气经加压分为一次空气和二次空气；

步骤二、液氨经除杂、除油、蒸发后，与所述步骤一中的一次空气在氨空混合器中混合；

步骤三、氨空混合器中的混合气经氧化炉进行氨氧化反应得到NOx气体；

步骤四、NOx气体经换热降温后，送入冷凝分离器，产生的稀冷凝酸经冷却送至吸收塔中部的塔板上；

步骤五、冷却降温后的NOx气体经氧化氮精分离器进行精分离后，液相送至回收系统，气相送入氧化氮压缩机，再次升压、换热、降温；

步骤六、将精分离、换热后的NOx气体送至吸收塔底部，与塔顶加入的水及中部加入的冷凝酸，进行气液逆向吸收，得到浓度为70％的硝酸溶液。

本实施例中，优选的，所述步骤一中的二次空气与一次空气的体积比为10％。

本实施例中，优选的，所述步骤四种的吸收塔设有40层塔板。

本实施例中，优选的，所述硫酸的制备工艺包括以下步骤：

步骤一、将固体硫磺熔融，熔融液过滤，送至液硫贮罐内，接着泵送至焚硫炉内燃烧，焚硫炉内压力为4MPa，焚烧炉内温度为950℃；

步骤二、将燃烧后烟气压缩，降温至140℃，调节压强至8Mpa，然后送入吸收系统，得到成品硫酸，并将成品硫酸由干燥塔循环泵出口引出，进行收集存放；

步骤三、从步骤二中的吸收系统排出的尾气由尾气洗净塔的下部入口进入，而氨水自尾气洗净塔的上部入口进行喷淋；

步骤四、将尾气洗净塔排出的废水用浆液泵抽送至生化处理系统进行分离得到氨气和硫酸铵。

本实施例中的硝化反应的GC分析如下表3，A＝邻硝基甲苯、B＝间硝基甲苯、C＝对硝基甲苯。

表3

实施例4

本发明提供一种技术方案：一种流动化学在甲苯硝化中的应用。

本实施例中，优选的，以甲苯为溶剂，以硝酸为硝化剂，以硫酸为催化剂，在微通道反应器中进行硝化反应。

本实施例中，优选的，所述硝化反应的具体步骤如下：

步骤一、将2.0g、60.9ml/mol的硝酸和0.1g的硫酸催化剂混合，得混合液，再将混合液和10.0g、21.7ml/mol的甲苯分别经高压恒流泵输送至50ml的微通道反应器的两个入口；

步骤二、两股液体在微通道反应器中混合接触并发生反应后，从微通道反应器的出口处流出进入收集槽；

步骤三、将收集槽中的溶液静置分层，上层为硫酸、水、稀硝酸的混合物，下层为甲苯的硝化产物；

步骤四、使用分液漏斗分离两相，下层液体经洗涤、中和、干燥后得到甲苯的硝化产物；

步骤五、上层液体经减压蒸馏后除去85％的水和硝酸，剩余的液体干燥除水后，回收利用。

本实施例中，优选的，所述硝酸的制备工艺包括以下步骤：

步骤一、吸入四级空气过滤装置一级空气过滤器的空气经初次除杂后，经氨空冷凝器降温冷凝、经液滴分离器除冷凝水、再输送至四级空气过滤装置的二、三、四级空气过滤器除尘，将除尘后的空气经加压分为一次空气和二次空气；

步骤二、液氨经除杂、除油、蒸发后，与所述步骤一中的一次空气在氨空混合器中混合；

步骤三、氨空混合器中的混合气经氧化炉进行氨氧化反应得到NOx气体；

步骤四、NOx气体经换热降温后，送入冷凝分离器，产生的稀冷凝酸经冷却送至吸收塔中部的塔板上；

步骤五、冷却降温后的NOx气体经氧化氮精分离器进行精分离后，液相送至回收系统，气相送入氧化氮压缩机，再次升压、换热、降温；

步骤六、将精分离、换热后的NOx气体送至吸收塔底部，与塔顶加入的水及中部加入的冷凝酸，进行气液逆向吸收，得到浓度为75％的硝酸溶液。

本实施例中，优选的，所述步骤一中的二次空气与一次空气的体积比为15％。

本实施例中，优选的，所述步骤四种的吸收塔设有40层塔板。

本实施例中，优选的，所述硫酸的制备工艺包括以下步骤：

步骤一、将固体硫磺熔融，熔融液过滤，送至液硫贮罐内，接着泵送至焚硫炉内燃烧，焚硫炉内压力为3.5MPa，焚烧炉内温度为800℃；

步骤二、将燃烧后烟气压缩，降温至150℃，调节压强至7.3Mpa，然后送入吸收系统，得到成品硫酸，并将成品硫酸由干燥塔循环泵出口引出，进行收集存放；

步骤三、从步骤二中的吸收系统排出的尾气由尾气洗净塔的下部入口进入，而氨水自尾气洗净塔的上部入口进行喷淋；

步骤四、将尾气洗净塔排出的废水用浆液泵抽送至生化处理系统进行分离得到氨气和硫酸铵。

本实施例中的硝化反应的GC分析如下表4，A＝邻硝基甲苯、B＝间硝基甲苯、C＝对硝基甲苯。

表4

本发明的工作原理及优点：本发明通过微通道反应器应用在甲苯硝化反应上，利用微通道反应器具有目标产物选择性高、反应速度快及反应温和易控制的优点，相比传统的方法，反应温度比工业上进行甲苯硝化反应的温度要低，同时利用微通道反应器较大的比表面积，反应体系换热快，减小了因操作不当而引发事故的可能性；通过将微通道反应器应用在甲苯硝化反应上，减少了反应过程中废酸的产生和副产物硝基甲酚的生成，降低了产物中o/p值。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。