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值得開發(fā)與推廣的有機中間體清潔工藝(一)

時間:2005-06-06     來源:
〔20世紀(jì)90年代以來,全球有機中間體生產(chǎn)與貿(mào)易格局發(fā)生了較大的變化,形成了以中國、印度為核心的有機中間體生產(chǎn)區(qū)。我國有機中間體生產(chǎn)取得了長足的發(fā)展,但環(huán)境污染也日益突出,并且成為制約我國有機中間體行業(yè)發(fā)展的“瓶頸”之一。今后在加強末端治理的同時,積極開發(fā)與推廣清潔生產(chǎn)工藝也已成為我國有機中間體進一步發(fā)展的關(guān)鍵。本文對一些重要有機中間體的工業(yè)化或具有工業(yè)化前景清潔工藝技術(shù)進展?fàn)顩r進行擇要介紹。〕
  1、 對氨基二苯胺
  對氨基二苯胺是重要的橡膠助劑、染料中間體,近年來產(chǎn)能增長迅速,2004年約3.5萬t/a,預(yù)計2006年將達到6萬~7萬t/a。
  目前對氨基二苯胺主要采用傳統(tǒng)的甲酰苯胺法生產(chǎn),會產(chǎn)生大量廢水。20世紀(jì)90年代末,國外開發(fā)出硝基苯清潔工藝,用硝基苯(取代對硝基氯苯)與苯胺縮合制備4-氨基二苯胺。該工藝反應(yīng)機理比較復(fù)雜,一般需使用能使苯胺生成質(zhì)子的堿和能溶于堿的極性溶劑。首先發(fā)生偶合反應(yīng)生成4-亞硝基二苯胺和4-硝基二苯胺及少量偶氮苯等雜質(zhì);然后在Pd/C催化劑作用下,催化還原制得4-氨基二苯胺。
  由于硝基苯不含氯基因,縮合過程中不會產(chǎn)生氯化氫,廢液量也較大。據(jù)報道,硝基苯清潔工藝的三廢量比傳統(tǒng)甲酰苯路線減少99%。目前,國內(nèi)已有硝基苯清潔工藝的工業(yè)化裝置建成。
  近年來,國內(nèi)外對硝基苯工藝進行了大量研究。①針對四甲基氫氧化銨易高溫分解、價格較高等缺點,Ralph等人使用四甲基氫氧化銨與氫氧化鉀混合物作為縮合催化劑;專利EP0784049中采用氫氧化鉀和甜菜堿作為縮合催化劑;Farher等人在縮合反應(yīng)中加入5%的過氧化氫(與硝基苯摩爾比為0.3:1),硝基苯的轉(zhuǎn)化率達99.8%,選擇性為97%,并且副產(chǎn)物偶氮苯和吩嗪的生成量有所降低;專利US5487755中將堿和加氫催化劑負載在沸石分子篩上,使反應(yīng)選擇性接近100%。②針對目前硝基苯工藝主要采用Pt和Pd等貴金屬催化劑,生產(chǎn)成本較高的問題,Emanuel等人使用鎳催化劑,同時引入溶劑甲醇,在60~70℃、壓力為5Mpa條件下,加氫收率達99.2%,且偶氮苯的產(chǎn)量明顯下降;國內(nèi)丁建民在專利CN1506349A中提出采用鎳催化劑、水為溶劑的合成路線;王農(nóng)躍在專利CN1470498A中選用復(fù)合粉末催化劑在串聯(lián)全混流反應(yīng)器中進行連續(xù)加氫。
  2、3,3"-二氯聯(lián)苯胺
  3,3"-二氯聯(lián)苯胺是重要的有機顏料中間體,以其為原料的有機染料約占全球有機染料的20%。2004年我國3,3"-二氯聯(lián)苯胺產(chǎn)能約6000t/a,預(yù)計2006年將達到1萬t/a。傳統(tǒng)方法主要采用甲醛水合肼還原法,生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量廢水,且產(chǎn)品質(zhì)量較差,在目前環(huán)保要求下已經(jīng)難以生存。近年,我國鄰硝基氯化苯催化加氫法技術(shù)日趨成熟,并已建成3套工業(yè)化裝置。
  鄰硝基氯苯催化加氫法中3,3"-二氯聯(lián)苯胺的合成是以鄰硝基氯苯為原料,在堿性介質(zhì)中加氫進行還原,生成2,2"-二氯氫化偶氮苯,然后2,2"-二氯氫化偶氮苯在酸性介質(zhì)中進行轉(zhuǎn)位而得3,3"-二氯聯(lián)苯胺。
  美國專利US3156724介紹,鄰硝基氯苯在堿性條件下液相加氫制備2,2"-二氯氫化偶氮苯的方法,主催化劑為0.5%~10%Pd/C或Pt/C,萘醌類為助催化劑,甲苯、二甲苯等為溶劑,反應(yīng)溫度為40~100℃,氫氣壓力172.4~275.8kPa,堿溶液濃度2%~20%,2,2"-二氯氫化偶氮苯收率為80%~90%,副產(chǎn)物為少量鄰氯苯胺和苯胺。
  后來出現(xiàn)了若干篇專利對該法進行改進,歐洲專利EP391606采用脂肪烴或脂環(huán)烴為溶劑,并減少了催化劑、助催化劑的用量,收率為91%;德國專利DE2733741采用β-羥基蒽醌為助催化劑,可使催化重復(fù)使用,不過收率降至84%;日本東洋油墨公司以四氫化萘作為溶劑,收率為91.5%;日本專利JP0264753介紹了通過使用新型溶劑來提高收率并增加催化劑套用次數(shù)的方法,主要采用菲、蒽、芘等為骨架的加氫環(huán)式碳氫化合物為溶劑,氫氧化鈉深度為25%時,收率可達91%。
  國內(nèi)宋東明采用自制0.8%Pd/C催化劑,以甲苯為溶劑,同時在反應(yīng)體系中加入適量的表面活性劑和助催化劑,在0.6Mpa、55~75℃下將鄰硝基氯苯直接加氫3h,2,2"-二氯氫化偶氮苯的收率可達93%。
  催化加氫法具有連續(xù)性操作、污染小、生產(chǎn)環(huán)境好等優(yōu)點,不過對氫源要求較高,此外催化劑比較復(fù)雜且昂貴,尚有待進一步改進和完善。