副产2-甲基吡啶合成2-乙烯基吡啶的工艺研究

摘要

2-甲基吡啶是苯胺连续缩合合成二苯胺的副产物。为了充分挖掘副产物的利用价值，综合市场、经济效益和环境等方面因素，本文选择2-乙烯基吡啶作为其下游产品。 2-乙烯基吡啶是一种重要的有机中间体，广泛应用于橡胶工业，功能高分子材料，电子材料，医药和农药行业。其中在合成橡胶工业材料丁苯吡胶乳中用量很大，供不应求，市场前景很好。 以2-甲基吡啶为原料合成2-乙烯基吡啶的工艺主要分为液相两步法和气相一步法两种。本文选择气相一步法，采用固定床管式反应器，以KOH改性的HZSM-5沸石分子筛为催化剂，以2-甲基吡啶和甲醛为原料合成2-乙烯基吡啶。考察了催化剂的焙烧温度，钾含量，成型过程中的粘结剂的种类和含量，反应工艺条件等因素对反应的影响。适宜的催化剂焙烧温度为550℃；适宜的钾离子质量浓度为3％；用硅溶胶作粘结剂进行成型，硅溶胶用量为K-HZSM-5的0.5倍；适宜的反应工艺条件为：反应温度为360～370℃，原料2-甲基吡啶和甲醛摩尔比为1:3，质量空速0.5h-1(g溶液/g催化剂·h)；在此适宜的条件下，2-甲基吡啶的转化率可达到80.37％，2-乙烯基吡啶的选择性可达到96.85％。 文中对催化剂的失活问题作了探讨，推测催化剂失活是由积炭结焦引起，连续催化反应12h，2-甲基吡啶转化率从80％降到50％，但可以通过对催化剂进行烧炭处理使催化活性得到再生，10次再生实验后，催化剂初始催化活性几乎没有下降。文章还研究了反应温度和原料组成对催化剂失活的影响。结果表明，低反应温度易于使催化剂孔口结焦，高反应温度使催化剂均匀吸附失活；原料中甲醛更易使催化剂结焦失活。针对催化剂单次失活较快而需要频繁再生的特点，改用直接对固定床反应器鼓入空气进行催化剂的活化，研究了空气流速对催化剂活性的影响，发现当流速大于2.0 l/min时可以在2h的时间内完成对催化剂的活化再生。 本文还对反应产物的分离提纯作了探索性实验，通过对分相脱水后的产物溶液进行减压精馏分离，得到了纯度为98.4％的2-乙烯基吡啶产品。