CN106699642B - 一种气相连续生产2,2’-联吡啶的方法 - Google Patents

一种气相连续生产2,2’-联吡啶的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种气相连续生产2,2’‑联吡啶的方法,吡啶和添加剂混合,预热气化后通过镍系催化剂催化生成2,2’‑联吡啶。本发明具有原子利用率高,催化剂价格低廉,操作简单方便,适合工业化的优点,且吡啶转化率高,1g催化剂可产生1500g以上的2,2’‑联吡啶,具有广阔的市场应用前景。

Description

一种气相连续生产2,2’-联吡啶的方法
技术领域
本发明属于精细化工和有机合成领域,具体涉及一种吡啶气相催化脱氢偶联制备2,2’-联吡啶的方法。
背景技术
2,2’-联吡啶是化工和药物合成的重要中间体,由于具有独特的螯合作用,可以作为金属催化剂的配体、光敏剂、检测金属离子的指示剂等。
适合工业化制备2,2’-联吡啶的方法主要有Ullmann法(M.Tiecco等,Communications,1984,736-738)和吡啶偶联法(Imperial Chemical Industries ofAustralia and New Zealand Limited,GB897473)。Ullmann法是以2-卤代吡啶为原料,在催化剂作用下发生偶联反应,生成2,2’-联吡啶。该方法由于催化剂价格昂贵,三废多,已经逐渐被淘汰。吡啶偶联法以吡啶为原料,在镍系催化剂作用下生成2,2’-联吡啶。该方法的优点是原子利用率高,单位催化剂生产的产品量多,三废量少,环境友好。
吡啶偶联法可以分为常压制备(Imperial Chemical Industries Limited ofImperial Chemical House, GB960176)和带压制备(Gerald R. Goe, US5416217),这两种方法均是连续液相反应,此外,刘善和等(安徽国星生物化学有限公司,CN105130883A)报道了以雷尼镍为催化剂,带压一锅法制备2,2’-联吡啶,但是1g催化剂仅能产生1.7g 2,2’-联吡啶。专利公布号CN104628629报道了用汽化的吡啶在贵金属催化剂的作用下生成2,2’-联吡啶,但是该专利未说明催化剂的组成和寿命,且贵金属催化剂价格昂贵,成本高。
发明内容
本发明提供了一种气相连续生产2,2’-联吡啶的方法,该方法操作简单,易于工业化,吡啶转化率高,且催化剂寿命长,1g催化剂可产生1500g以上的2,2’-联吡啶。
本发明提供的一种气相连续生产2,2’-联吡啶的方法,其技术方案为:吡啶和添加剂混合,预热气化后通过镍系催化剂催化生成2,2’-联吡啶。
作为一种具体的工业应用,本发明所述的生产2,2’-联吡啶的方法,可以通过以下技术方案实现:
吡啶和添加剂混合,混合液用泵打入预热器,经过预热后,通过含有镍系催化剂的固定床反应器生成2,2’-联吡啶。
在一些实施方案中:添加剂优选为非极性有机物,所述非极性有机溶剂是指介电常数低的一类溶剂,特别是结构对称的有机物,优选环己烷或苯,发明人发现添加剂的加入可以提高气相反应的选择性,减少副产2-甲基吡啶的生成,提高吡啶向2,2’-联吡啶的转化率。
本发明所述添加剂的优选加入质量为吡啶的0.05-0.55%,优选0.1-0.5%,更优选0.2-0.5%,特别是在0.5%时,发明人发现副产2-甲基吡啶的生成量会得到进一步降低。
在一些实施方案中:吡啶气化前的液体空速优选为2-130 g吡啶/g催化剂/h,优选3-120g吡啶/g催化剂/h;更优选10-120g吡啶/g催化剂/h。
在一些实施方案中:催化反应的优选温度为110-300℃,更优选115-250℃,进一步优选为180-250℃;催化反应的压力优选为0.1-1.9Mpa,更优选0.5-1.9 Mpa。
本发明通过添加剂的加入,减少了副产2-甲基吡啶的生成;此外,通过气相反应空速、添加剂、温度和压力等条件的优化,使催化剂的寿命得以延长,进一步使转化率得到提高,经实验证明,本发明所述方法1g催化剂可产生1500g以上的2,2’-联吡啶。
本发明所述的方法,生成的2,2’-联吡啶可溶于吡啶中,通过下游的精馏分离,精馏出的吡啶进行循环套用。
本发明所述的催化剂可以为任何的镍系催化剂,本发明所述的镍系催化剂是指含镍的催化剂,如雷尼镍或者负载镍催化剂,为了更好的实现本发明,优选负载镍催化剂。
本发明还提供一种负载镍催化剂的制备方法:六水硝酸镍溶于蒸馏水,强搅拌条件下加入浓硝酸和氨水,再加入氢氧化钠调节pH值至10~11,将γ-Al2O3浸入,20~40min后加热至85~95℃,并通入空气或CO2进行搅拌,待pH值降到7~8恒定下来后搅拌数小时,当pH进一步下降时,停止通入气体,过滤出沉淀物,蒸馏水洗涤,干燥后在400~500℃下焙烧,接着在550~650℃氢气流中还原,即可得催化剂。
本发明所述方法所制备的催化剂,更适用于高温高压的反应条件,催化寿命更长,转化率更高。
本发明还提供一种气相连续生产2,2’-联吡啶的装置,包括液体进料管、进气管、预热器和固定床反应器,液体进料管和进气管通过预热器与固定床反应器的顶端相连;固定床反应器内装有负载镍催化剂、温度测量器和压力测量器;固定床反应器底部设有反应出料管/出气管。
所述固定床反应器优选筒体结构,更优选不锈钢筒体,筒体外设有夹套,夹套上端设有导热物质出口,如导热油出口,下端设有导热物质进口。
预热器和固定床反应器之间优选设有气体流量计。
所述温度测量器为工业常用温度测量器均可,如热电偶;压力测量器可以为任何工业常用压力测量器,如压力表;反应器内压力控制可选用现有技术中任何的工业常用方式,如由背压阀控制。
反应出料管/出气管处可以设有冷凝器,出料经过冷凝器降温收集。
本发明所述的气相连续生产2,2’-联吡啶的方法,相对于现有技术的有益效果:
(1)本发明所述方法原子利用率高,催化剂价格低廉,操作简单方便,易于工业化;
(2)本发明所述方法副产2-甲基吡啶的生成量低、1g催化剂催化剂产生的2,2’-联吡啶量多,可产生1500g以上的2,2’-联吡啶;
(3)本发明吡啶单次转化率高,且产生的三废少,具有环境友好性。
附图说明
图1为生产2,2’-联吡啶的装置示意图。
其中,E为预热器,R为反应器,C为冷凝器;1为液体进料管;2为氢气/氮气进气管,3为气体流量计,4为压力表,5为背压阀,6为导热油进料管,7为导热油出料管,8为热电偶,9为反应出料管/出气管,10夹套。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明,但本发明的保护范围不限于此。
本发明实施例所采用的生产2,2’-联吡啶的装置如图1所示,其中固定床反应器R为不锈钢筒体,筒体外设有夹套10,所述夹套10的上下方依次设有导热油出口7和导热油进口6,液体进料管1和进气管2经过预热器E与反应器R的顶端相连,预热器E和反应器R顶端之间设有气体流量计3,反应器R内装有镍系催化剂,反应器R内温度由热电偶8测量,压力由压力表4测量,反应器R内压力由背压阀5控制,反应出料管/出气管9与反应器R的底端相连,出料进过冷凝器C降温收集。
应当说明的是,能够实现气相反应并控制实现本发明所述条件的设备均可以用来实现本发明,本实施例仅是提供了一种具体的设备方案,但并不是对本发明所述方法的限定。
本发明所述的实施例所选用的催化剂为雷尼镍或者自制的负载镍催化剂(以下简称负载镍),其中自制的负载镍催化剂的制备方法为沉积沉淀法,具体为:将20g六水硝酸镍溶于20mL蒸馏水中,在强搅拌条件下缓慢加入1mL浓硝酸(质量分数86%)和25mL氨水(质量分数30%),然后再加入2 mol/L氢氧化钠溶液,使pH值由9增加到10.5。将10g球型γ-Al2O3浸入到上述硝酸镍水溶液中。30min后将溶液加热至90℃,并通入空气或CO2进行搅拌,待pH值降到7.5恒定下来后搅拌数小时,当pH进一步下降时,停止通入气体,过滤出沉淀物,用蒸馏水洗涤,80℃干燥12h后在450℃下焙烧16h,接着在600℃氢气流(18L/h)中还原16h,即可得催化剂。
应当说明的是,本发明所述的方法可以选用任何常用的镍系催化剂,本实施例仅是提供了一种优选方案,但并不是对本发明所述方法的限定。
实施例1-5
采用雷尼镍或者按照实施例1中所述的方法制备催化剂,在图1所示的反应器内还原。用泵以3g/g催化剂/h的液体空速进料,其中添加剂为环己烷,加入量为吡啶量的0.1%,液体经过预热器于115℃预热后进入反应器,反应条件如表1所示,300h内吡啶单次转化率为11%-20%,根据不同的反应温度和压力,催化剂平均活性和产生2,2’-联吡啶总量见表1。
实施例6-10
采用雷尼镍或者按照实施例1中所述的方法制备催化剂,在图1所示的反应器内还原。用泵以10g/g催化剂/h的液体空速进料,其中添加剂为环己烷,加入量为吡啶量的0.2%,液体经过预热器于115℃预热后进入反应器,反应条件如表1所示,300h内吡啶单次转化率为5%-10%,根据不同的反应温度和压力,催化剂平均活性和产生2,2’-联吡啶总量见表1。
实施例11-15
采用雷尼镍或者按照实施例1中所述的方法制备催化剂,在图1所示的反应器内还原。用泵以50g/g催化剂/h的液体空速进料,其中添加剂为环己烷,加入量为吡啶量的0.5%,液体经过预热器于115℃预热后进入反应器,反应条件如表1所示,300h内吡啶单次转化率为1%-2%,根据不同的反应温度和压力,催化剂平均活性和产生2,2’-联吡啶总量见表1。
实施例16-20
采用雷尼镍或者按照实施例1中所述的方法制备催化剂,在图1所示的反应器内还原。用泵以100g/g催化剂/h的液体空速进料,其中添加剂为苯,加入量为吡啶量的0.4%,液体经过预热器于115℃预热后进入反应器,反应条件如表1所示,300h内吡啶单次转化率为0.5%-1%,根据不同的反应温度和压力,催化剂平均活性和产生2,2’-联吡啶总量见表1。
实施例21-25
采用雷尼镍或者按照实施例1中所述的方法制备催化剂,在图1所示的反应器内还原。用泵以120g/g催化剂/h的液体空速进料,其中添加剂为苯,加入量为吡啶量的0.5%,液体经过预热器于115℃预热后进入反应器,反应条件如表1所示,300h内吡啶单次转化率为0.4%-0.8%,根据不同的反应温度和压力,催化剂平均活性和产生2,2’-联吡啶总量见表1。
表1 催化剂平均活性和产生2,2’-联吡啶总量表
实施例编号 催化剂 温度(℃) 压力(Mpa) 催化剂平均活性(g/g/h) 联吡啶生成总量(g) 2-甲基吡啶生成量(g)
实施例1 雷尼镍 115 0.1 0.33 1485 290
实施例2 负载镍 150 0.26 0.42 1890 370
实施例3 负载镍 180 0.5 0.49 2205 440
实施例4 负载镍 200 0.79 0.6 2700 540
实施例5 负载镍 250 1.86 0.54 2430 480
实施例6 雷尼镍 115 0.1 0.5 2250 370
实施例7 负载镍 150 0.26 0.5 2250 375
实施例8 负载镍 180 0.5 0.6 2700 450
实施例9 负载镍 200 0.79 1.0 4500 755
实施例10 负载镍 250 1.86 0.9 4050 675
实施例11 雷尼镍 115 0.1 0.5 2250 280
实施例12 负载镍 150 0.26 0.6 2700 335
实施例13 负载镍 180 0.5 0.8 3600 450
实施例14 负载镍 200 0.79 1.0 4500 560
实施例15 负载镍 250 1.86 1.0 4500 565
实施例16 雷尼镍 115 0.1 0.8 3600 510
实施例17 负载镍 150 0.26 0.8 3600 515
实施例18 负载镍 180 0.5 1.0 4500 640
实施例19 负载镍 200 0.79 0.9 4050 570
实施例20 负载镍 250 1.86 1.0 4500 640
实施例21 雷尼镍 115 0.1 0.6 2700 335
实施例22 负载镍 150 0.26 0.7 3150 390
实施例23 负载镍 180 0.5 0.8 3600 450
实施例24 负载镍 200 0.79 0.9 4050 500
实施例25 负载镍 250 1.86 1.0 4500 560

Claims (8)

1.一种气相连续生产2,2’-联吡啶的方法,其特征在于,吡啶和添加剂混合,预热气化后通过镍系催化剂催化生成2,2’-联吡啶;所述添加剂为苯或环己烷;添加剂加入质量为吡啶的0.1-0.5%;吡啶气化前的液体空速为2-130 g吡啶/g催化剂/h;催化反应的温度为110-300℃;催化反应的压力为0.1-1.9Mpa。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述添加剂的加入量为:加入质量为吡啶的0.2-0.5%。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,吡啶气化前的液体空速为3-120g吡啶/g催化剂/h。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,吡啶气化前的液体空速为10-120g吡啶/g催化剂/h。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,催化反应的温度为115-250℃。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,催化反应的温度为180-250℃。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,催化反应的压力为0.5-1.9 Mpa。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述镍系催化剂为雷尼镍或者负载镍催化剂,所述负载镍催化剂由如下方法制备而成:六水硝酸镍溶于蒸馏水,强搅拌条件下加入浓硝酸和氨水,再加入氢氧化钠调节pH值至10~11,将γ-Al2O3浸入,20~40min后加热至85~95℃,并通入空气或CO2进行搅拌,待pH值降到7~8恒定下来后搅拌数小时,当pH进一步下降时,停止通入气体,过滤出沉淀物,蒸馏水洗涤,干燥后在400~500℃下焙烧,接着在550~650℃氢气流中还原,即可得催化剂。
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