值得开发与推广的有机中间体清洁工艺(一)

时间:2005-06-06     来源:
〔20世纪90年代以来,全球有机中间体生产与贸易格局发生了较大的变化,形成了以中国、印度为核心的有机中间体生产区。我国有机中间体生产取得了长足的发展,但环境污染也日益突出,并且成为制约我国有机中间体行业发展的“瓶颈”之一。今后在加强末端治理的同时,积极开发与推广清洁生产工艺也已成为我国有机中间体进一步发展的关键。本文对一些重要有机中间体的工业化或具有工业化前景清洁工艺技术进展状况进行择要介绍。〕
  1、 对氨基二苯胺
  对氨基二苯胺是重要的橡胶助剂、染料中间体,近年来产能增长迅速,2004年约3.5万t/a,预计2006年将达到6万~7万t/a。
  目前对氨基二苯胺主要采用传统的甲酰苯胺法生产,会产生大量废水。20世纪90年代末,国外开发出硝基苯清洁工艺,用硝基苯(取代对硝基氯苯)与苯胺缩合制备4-氨基二苯胺。该工艺反应机理比较复杂,一般需使用能使苯胺生成质子的碱和能溶于碱的极性溶剂。首先发生偶合反应生成4-亚硝基二苯胺和4-硝基二苯胺及少量偶氮苯等杂质;然后在Pd/C催化剂作用下,催化还原制得4-氨基二苯胺。
  由于硝基苯不含氯基因,缩合过程中不会产生氯化氢,废液量也较大。据报道,硝基苯清洁工艺的三废量比传统甲酰苯路线减少99%。目前,国内已有硝基苯清洁工艺的工业化装置建成。
  近年来,国内外对硝基苯工艺进行了大量研究。①针对四甲基氢氧化铵易高温分解、价格较高等缺点,Ralph等人使用四甲基氢氧化铵与氢氧化钾混合物作为缩合催化剂;专利EP0784049中采用氢氧化钾和甜菜碱作为缩合催化剂;Farher等人在缩合反应中加入5%的过氧化氢(与硝基苯摩尔比为0.3:1),硝基苯的转化率达99.8%,选择性为97%,并且副产物偶氮苯和吩嗪的生成量有所降低;专利US5487755中将碱和加氢催化剂负载在沸石分子筛上,使反应选择性接近100%。②针对目前硝基苯工艺主要采用Pt和Pd等贵金属催化剂,生产成本较高的问题,Emanuel等人使用镍催化剂,同时引入溶剂甲醇,在60~70℃、压力为5Mpa条件下,加氢收率达99.2%,且偶氮苯的产量明显下降;国内丁建民在专利CN1506349A中提出采用镍催化剂、水为溶剂的合成路线;王农跃在专利CN1470498A中选用复合粉末催化剂在串联全混流反应器中进行连续加氢。
  2、3,3"-二氯联苯胺
  3,3"-二氯联苯胺是重要的有机颜料中间体,以其为原料的有机染料约占全球有机染料的20%。2004年我国3,3"-二氯联苯胺产能约6000t/a,预计2006年将达到1万t/a。传统方法主要采用甲醛水合肼还原法,生产过程中会产生大量废水,且产品质量较差,在目前环保要求下已经难以生存。近年,我国邻硝基氯化苯催化加氢法技术日趋成熟,并已建成3套工业化装置。
  邻硝基氯苯催化加氢法中3,3"-二氯联苯胺的合成是以邻硝基氯苯为原料,在碱性介质中加氢进行还原,生成2,2"-二氯氢化偶氮苯,然后2,2"-二氯氢化偶氮苯在酸性介质中进行转位而得3,3"-二氯联苯胺。
  美国专利US3156724介绍,邻硝基氯苯在碱性条件下液相加氢制备2,2"-二氯氢化偶氮苯的方法,主催化剂为0.5%~10%Pd/C或Pt/C,萘醌类为助催化剂,甲苯、二甲苯等为溶剂,反应温度为40~100℃,氢气压力172.4~275.8kPa,碱溶液浓度2%~20%,2,2"-二氯氢化偶氮苯收率为80%~90%,副产物为少量邻氯苯胺和苯胺。
  后来出现了若干篇专利对该法进行改进,欧洲专利EP391606采用脂肪烃或脂环烃为溶剂,并减少了催化剂、助催化剂的用量,收率为91%;德国专利DE2733741采用β-羟基蒽醌为助催化剂,可使催化重复使用,不过收率降至84%;日本东洋油墨公司以四氢化萘作为溶剂,收率为91.5%;日本专利JP0264753介绍了通过使用新型溶剂来提高收率并增加催化剂套用次数的方法,主要采用菲、蒽、芘等为骨架的加氢环式碳氢化合物为溶剂,氢氧化钠深度为25%时,收率可达91%。
  国内宋东明采用自制0.8%Pd/C催化剂,以甲苯为溶剂,同时在反应体系中加入适量的表面活性剂和助催化剂,在0.6Mpa、55~75℃下将邻硝基氯苯直接加氢3h,2,2"-二氯氢化偶氮苯的收率可达93%。
  催化加氢法具有连续性操作、污染小、生产环境好等优点,不过对氢源要求较高,此外催化剂比较复杂且昂贵,尚有待进一步改进和完善。