一种连续催化加氢制备邻氨基苯酚的工艺
技术领域
本发明涉及一种邻氨基苯酚的制备工艺,特别涉及一种采用负载型催化剂Pd/Al2O3连续催化加氢制备邻氨基苯酚的工艺。
背景技术
目前,工业上生产邻氨基苯酚均采用雷尼镍作为催化剂,进行间歇釜式加氢还原反应,得到邻氨基苯酚产品。但是雷尼镍作为催化剂存在自身的缺点,雷尼镍作用条件比较苛刻,在偏碱性反应体系中才能发挥更高的催化活性,对溶液的pH值有很高的要求,否则,催化剂活性降低很快,起不到应有的催化效果,导致催化剂消耗高;同时,在反应过程中副反应增加,会产生一定量的固体副产物,并有大量的废水产生,难以处理,对环境污染严重,最终导致产品质量差,收率低;而且其工艺采用的是间歇釜式加氢还原反应,操作繁琐,在每一次加氢过程中都要有进料、置换、反应完成后的静置、过滤等操作过程,不但劳动量加大,产能也低。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供了一种连续催化加氢制备邻氨基苯酚的工艺,解决了现有技术中间歇釜式加氢还原反应工艺操作繁琐、劳动量大,反应条件苛刻、产量低,产品质量差,并有大量的废水产生,难以处理,对环境污染严重等问题。
本发明提供的一种连续催化加氢制备邻氨基苯酚的工艺,以邻硝基苯酚为原料,采用Pd/Al2O3催化剂,在固定床反应器中进行连续催化加氢反应,经分离提纯后得到目标产物邻氨基苯酚。本发明与现有技术的间歇釜式加氢还原反应相比,实现了连续催化加氢反应,工艺流程短,自动化程度高,劳动强度低;设备投资少,生产能力大,收率高;整个反应过程中无物料排放、外溢,最大限度地降低了消耗,有利于节约资源和环境保护,具有良好的经济和社会效益,既减轻了工人的劳动强度,又使整个现场环境整洁,提升了该产品的内在竞争力与外在形象,适合广泛的推广应用于工业生产中。
一种连续催化加氢制备邻氨基苯酚的工艺,以邻硝基苯酚为原料,采用Pd/Al2O3催化剂,在固定床反应器中进行连续催化加氢反应,经分离提纯后得到目标产物邻氨基苯酚。其反应方程式为:
一种连续催化加氢制备邻氨基苯酚的工艺,具体步骤包括:
(1)将邻硝基苯酚溶于体积分数为50-85%的乙醇-水溶液中,预热至70-80℃,采用计量泵连续进料,打入装有Pd/Al2O3催化剂的固定床反应器中,同时通入氢气,进行连续催化加氢还原反应,反应料液进入冷却釜,采用循环水冷却降温至35-45℃;
(2)步骤(1)冷却的料液进入结晶釜中,采用冷冻盐水降温,结晶,离心,烘干,得到类白色结晶性粉末,为目标产物邻氨基苯酚。
所述固定床反应器中邻硝基苯酚与氢气的摩尔比为1:4-7,这样氢气稍微过量,保证邻硝基苯酚完全反应。
步骤(1)中所述乙醇-水溶液为体积分数为50-85%的醇水溶液,步骤(1)中所述邻硝基苯酚的质量与乙醇的体积比为1:3-10(g/mL)。这是根据邻氨基苯酚在乙醇-水溶液中的溶解度进行选择的,若范围过大或过小,邻氨基苯酚在乙醇-水溶液中的溶解度过低,不利于反应的进行。之所以选择乙醇-水溶液,这是因为甲醇-水溶液和乙醇-水溶液作为反应溶剂时,其效果相差不大,但是甲醇对中枢神经系统有麻醉作用,尤其对视神经和视网膜,容易引起病变;在本发明中,因为投料、离心、烘干等工序中操作人员与料液接触,为了避免对人体的伤害,选择乙醇-水溶液作为反应溶剂。
步骤(1)中所述连续进料时进料流速为0.1-0.5m3/h,优选为0.15-0.36m3/h,最佳流量为0.23m3/h。在连续进料时采用计量泵精确计量进料,这样既能够保证料液进入固定床反应器时的流速,又能够稳定催化加氢反应的连续性,还能够保证产品的品质要求。若进料流速过慢,则反应时间过长,增大生产成本,也降低了固定床反应器的生产能力;若进料流速过快,则可能有部分原料未能及时完全反应,不能保证产品的质量。
步骤(1)中所述Pd/Al2O3催化剂中Pd占催化剂的质量分数为2%-20%,优选为10%。Pd/Al2O3催化剂是市售产品,对邻硝基苯酚催化加氢的选择性好,活性高,使用寿命长,能够缩短反应时间,提高反应效率,降低生产成本。
步骤(1)中所述连续催化加氢还原反应过程中的反应温度为70-120℃;反应压力为1.0-3.0MPa,优选为1.0-2.0MPa。温度是影响催化剂活性及反应进程的一大重要因素,若温度过高,催化剂失活,若温度过低,催化剂起不到催化作用,在此温度范围内,催化效果能够达到最佳效果,产品的收率达到最高,同时在此温度范围内,料液不易结晶,呈均相,又可保证加氢反应完全,提高了转化率,避免了副产物的生成,提高了产品纯度。对于反应来说,压力越大,收率越高,但是压力过高对设备要求高,会增加生产成本。从产品收率、产品质量和生产成本综合考虑,采用这样的反应条件是在保持生产成本的基础上使得收率得到提高。
之所以将步骤(1)的反应料液进入冷却釜降温后再进入结晶釜降温、结晶,一方面是为了减轻后期结晶釜降温的功耗,另一方面若反应料液不经过冷却塔降温而直接进入结晶釜降温、结晶,则会造成结晶颗粒小,晶型不好,严重影响产品邻氨基苯酚的质量,增加生产成本。
所述结晶过程中采用氮气保护,这是为了防止料液中的邻氨基苯酚氧化,导致收率低,产品品质得不到保证。
步骤(2)中所述降温至10~-10℃,优选为-3℃。若温度过低,邻氨基苯酚形成细小结晶粉末影响产品的晶体颗粒,同时温度越低母液中杂质析出的越多,产品质量得不到保证,采用这样的条件,在保证产品邻氨基苯酚质量的前提下,尽可能多的析出产品邻氨基苯酚。
步骤(2)中所述离心过程中采用的是SD200型三足式吊袋离心机,为现有设备。
步骤(2)中所述烘干过程中采用真空干燥的方式烘干,烘干温度为70-100℃,优选为80-90℃;烘干时间为0.5h-2.5h,优选为1h;真空度为0-0.1MPa。由于邻氨基苯酚长时间置于空气中易被氧化变质,因此本发明选用真空干燥的方式将邻氨基苯酚湿品烘干,在这样的烘干条件下,可以避免不必要的蒸汽浪费,同时保证产品的质量。
本发明提供的一种连续催化加氢制备邻氨基苯酚的工艺,以邻硝基苯酚为原料,采用Pd/Al2O3催化剂,在固定床反应器中进行连续催化加氢反应,经分离提纯后得到目标产物邻氨基苯酚。本发明与现有技术的间歇釜式加氢还原反应相比,具有以下有益效果:
(1)采用填装Pd/Al2O3催化剂的固定床反应器,使得邻硝基苯酚与氢气充分发生连续反应,Pd/Al2O3催化剂选择性好,活性高,提高了产品收率和纯度,收率高达97%,纯度高达99%以上;
(2)缩短了工艺流程,反应过程中无固体副产物产生,无需过滤直接进入后续工序进行降温结晶;
(3)实现了连续化生产,自动化程度高,生产能力大,劳动轻度低,设备投资少;
(4)最大限度地降低了邻氨基苯酚的单耗,生产1t邻氨基苯酚所消耗的邻硝基苯酚由原来的1.445t降低至1.342t,节省了原料,生产成本得到很大提高;
(5)整个反应过程中无物料排放、外溢,有利于节约资源和环境保护,具有良好的经济和社会效益,既减轻了工人的劳动强度,又使整个现场环境整洁,提升了该产品的内在竞争力与外在形象,适合广泛的推广应用于工业生产中。
具体实施方式
实施例1
一种连续催化加氢制备邻氨基苯酚的工艺,以邻硝基苯酚为原料,采用Pd/Al2O3催化剂,在固定床反应器中进行连续催化加氢反应,经分离提纯后得到目标产物邻氨基苯酚。其反应方程式为:
具体步骤包括:
(1)将1.0Kg邻硝基苯酚溶于3L体积分数为50%的乙醇-水溶液中,预热至70℃,采用计量泵连续进料,以0.1m3/h的流速打入装有Pd/Al2O3催化剂的固定床反应器中,同时通入氢气,进行连续催化加氢还原反应,反应温度120℃,反应压力1.0MPa,反应料液进入冷却釜,采用循环水冷却降温至35℃;
所述Pd/Al2O3催化剂中Pd占催化剂的质量分数为15%;
所述固定床反应器中邻硝基苯酚与氢气的摩尔比为1:4;
(2)步骤(1)冷却的料液进入结晶釜中,采用冷冻盐水降温至10℃,采用SD200型三足式吊袋离心机离心,在70℃、0MPa下烘干2h,得到类白色结晶性粉末,为目标产物邻氨基苯酚,熔点174℃,纯度99.5%,含量98.9%,收率为91.3%。
实施例2
一种连续催化加氢制备邻氨基苯酚的工艺,以邻硝基苯酚为原料,采用Pd/Al2O3催化剂,在固定床反应器中进行连续催化加氢反应,经分离提纯后得到目标产物邻氨基苯酚。其反应方程式为:
具体步骤包括:
(1)将1.0Kg邻硝基苯酚溶于4.5L体积分数为70%的乙醇-水溶液中,预热至75℃,采用计量泵连续进料,以0.23m3/h的流速打入装有Pd/Al2O3催化剂的固定床反应器中,同时通入氢气,进行连续催化加氢还原反应,反应温度95℃,反应压力1.5MPa,反应料液进入冷却釜,采用循环水冷却降温至45℃;
所述Pd/Al2O3催化剂中Pd占催化剂的质量分数为10%;
所述固定床反应器中邻硝基苯酚与氢气的摩尔比为1:6;
(2)步骤(1)冷却的料液进入结晶釜中,采用冷冻盐水降温至3℃,采用SD200型三足式吊袋离心机离心,在80℃、-0.05MPa下烘干2.5h,得到类白色结晶性粉末,为目标产物邻氨基苯酚。熔点171.5℃,纯度99.4%,含量98.5%,收率为93.3%。
实施例3
一种连续催化加氢制备邻氨基苯酚的工艺,以邻硝基苯酚为原料,采用Pd/Al2O3催化剂,在固定床反应器中进行连续催化加氢反应,经分离提纯后得到目标产物邻氨基苯酚。其反应方程式为:
具体步骤包括:
(1)将1Kg邻硝基苯酚溶于4.5L体积分数为85%的乙醇-水溶液中,预热至80℃,采用计量泵连续进料,以0.5m3/h的流速打入装有Pd/Al2O3催化剂的固定床反应器中,同时通入氢气,进行连续催化加氢还原反应,反应温度70℃,反应压力2.0MPa,反应料液进入冷却釜,采用循环水冷却降温至38℃;
所述Pd/Al2O3催化剂中Pd占催化剂的质量分数为20%;
所述固定床反应器中邻硝基苯酚与氢气的摩尔比为1:7;
(2)步骤(1)冷却的料液进入结晶釜中,采用冷冻盐水降温至0℃,采用SD200型三足式吊袋离心机离心,在100℃、-0.1MPa下烘干0.5h,得到类白色结晶性粉末,为目标产物邻氨基苯酚,熔点171.2℃,纯度99.3%,含量98.3%,收率为95.7%。
实施例4
一种连续催化加氢制备邻氨基苯酚的工艺,以邻硝基苯酚为原料,采用Pd/Al2O3催化剂,在固定床反应器中进行连续催化加氢反应,经分离提纯后得到目标产物邻氨基苯酚。其反应方程式为:
具体步骤包括:
(1)将1Kg邻硝基苯酚溶于8L体积分数为60%的乙醇-水溶液中,预热至77℃,采用计量泵连续进料,以0.15m3/h的流速打入装有Pd/Al2O3催化剂的固定床反应器中,同时通入氢气,进行连续催化加氢还原反应,反应温度80℃,反应压力3MPa,反应料液进入冷却釜,采用循环水冷却降温至43℃;
所述Pd/Al2O3催化剂中Pd占催化剂的质量分数为2%;
所述固定床反应器中邻硝基苯酚与氢气的摩尔比为1:5;
(2)步骤(1)冷却的料液进入结晶釜中,采用冷冻盐水降温至-3℃,采用SD200型三足式吊袋离心机离心,在80℃、-0.03MPa下烘干1.5h,得到类白色结晶性粉末,为目标产物邻氨基苯酚,熔点171℃纯度为99.2%,含量98.25%收率为97.2%。
实施例5
一种连续催化加氢制备邻氨基苯酚的工艺,以邻硝基苯酚为原料,采用Pd/Al2O3催化剂,在固定床反应器中进行连续催化加氢反应,经分离提纯后得到目标产物邻氨基苯酚。其反应方程式为:
具体步骤包括:
(1)将1Kg邻硝基苯酚溶于3L体积分数为80%的乙醇-水溶液中,预热至72℃,采用计量泵连续进料,以0.36m3/h的流速打入装有Pd/Al2O3催化剂的固定床反应器中,同时通入氢气,进行连续催化加氢还原反应,反应温度105℃,反应压力2.5MPa,反应料液进入冷却釜,采用循环水冷却降温至40℃;
所述Pd/Al2O3催化剂中Pd占催化剂的质量分数为5%;
所述固定床反应器中邻硝基苯酚与氢气的摩尔比为1:5;
(2)步骤(1)冷却的料液进入结晶釜中,采用冷冻盐水降温至-3℃,采用SD200型三足式吊袋离心机离心,在85℃、-0.08MPa下烘干2h,得到类白色结晶性粉末,为目标产物邻氨基苯酚,熔点169℃纯度为98.5%,含量97.6%,收率为97.5%。
从实施例1-5可以看出,本发明采用填装Pd/Al2O3催化剂的固定床反应器,使得邻硝基苯酚与氢气充分发生连续反应,缩短了工艺流程,反应过程中无固体副产物产生,无需过滤直接进入后续工序进行降温结晶;整个反应过程中无物料排放、外溢,有利于节约资源和环境保护,具有良好的经济和社会效益;本发明所得产品收率高达97%,纯度高达99%以上。