3,5二氨基苯甲酸液相催化加氢工艺研究
2020-12-28孙小勇厉业敏
孙小勇 厉业敏
摘 要：以3，5-二硝基苯甲酸和氢气为原料，在催化剂的作用下反应生成3，5-二氨基苯甲酸。本论文研究了液相催化加氢制备3，5-二氨基苯甲酸的反应过程，考察了反应压力、反应时间、反应温度、搅拌转速等相关因素对液相催化加氢反应的影响。
关键词：3，5-二氨基苯甲酸;液相;催化加氢
0 前言
3，5-二氨基苯甲酸是一种重要的染料中间体，同时也是一种重要的医药中间体。其合成方法主要有以下几种：铁粉还原、电解还原、肼还原、催化加氢。肼的毒性比较大，电解还原耗能高，不适用于工业大生产装置;铁粉还原工艺简单、设备简单、副反应少，但是会产生大量的铁泥和废水，污染严重，属于国家淘汰目录里的生产工艺。但现在大部分企业仍在使用铁粉还原工艺生产3，5-二氨基苯甲酸，而随着国内外对环保的要求越来越高，这些企业面临的环保压力也越来越大，承担的环保风险也越来越大。
催化加氢工艺分为气相催化加氢和液相催化加氢。气相催化加氢是指以气态反应物进行的加氢还原，实际上为气--固相催化反应。此法仅适用于沸点较低、容易气化的硝基物的还原。国内目前的硝基还原生产工艺大部分均采用流化床气相加氢技术。该工艺反应控制的温度比较高，需要将反应的原料加热汽化后进流化床反应，因此需要增加一次蒸汽及电能的消耗。另外，由于反应的温度比较高，反应的副产物也比较多，既影响产品的质量，也增加产品的消耗;为提高反应的转化率、避免催化剂失活，通常采用较大的氢油体积比，在加氢反应完成后，会富余大量的氢气，这些富余的氢气需要经过循环氢压机增压后，与原料氢气混合作为反应的氢气进料，需要增加大量的电能消耗;流化床一般使用铜系催化剂，催化剂在生产过程中会逐渐失活，所以流化床每生产一段时间后要停车对催化剂进行再生，在再生及投料的转换过程中，尤其是投料初期及催化剂单程后期，产品中的副产物都比较高，产品质量的波动比较大。
液相催化加氢分为间歇釜式反应工艺和液相无溶剂连续加氢工艺。液相无溶剂连续加氢工艺为利用两个串联的反应器，在催化剂的作用下，在合适的温度和压力条件下连续生产。该工艺与流化床汽相加氢及反应釜间歇加氢相比有以下优点：
技术先进，与流化床汽相加氢相比，流化床装置较大，系统设备也比较多，液相无溶剂连续加氢工艺设备少，设备的体积小。反应温度低，原料不需要汽化，没有循环氢，可节约大量的能源消耗。与反应釜间歇加氢相比，连续生产降低了操作的劳动强度，而且反应稳定，产品质量稳定，操作更好控制。而且系统的负荷可以在50%～110%之间根据生产情况进行调节，适应性更好。
产品质量好，与流化床反应相比，由于反应温度控制比较低，反应的副产物更少，产品质量得以提升，而且系统不需要进行再生转换，避免了再生及投料的转换过程中引起的产品质量的波动。
液相无溶剂连续加氢技术因为反应的温度较低，不需要将原料汽化，没有汽化器、电加热器。且没有循环氢气，不需要氢气循环增压机。因此液相无溶剂连续加氢技术，在投资方面与相同产能的流化床气相加氢相比，投资要少。
操作简单，安全性好。与流化床气相加氢相比，由于设备少，而且没有流化床生产需定期再生的转换过程，操作更简单，并且消除了系统转换过程中安全隐患。
因此研究以3，5-二硝基苯甲酸为原料，经液相连续催化加氢合成3，5-二氨基苯甲酸的工艺具有很好的工程应用价值和市场前景。
1 实验原料与器材
1.1 原料及产品性质
1.1.1 3.5-二硝基苯甲酸性质
分子式：C7H4N2O6，白色至淡黄色单斜棱形结晶。熔点205～207℃，沸点300～303℃;易溶于醇和冰醋酸，微溶于水、醚、二硫化碳，能溶于强酸和碱;能随水蒸气挥发。
1.1.2 3.5-二氨基苯甲酸性质
分子式：C7H8N2O2，针状固体。熔点228℃（缓慢加热），240℃（快速加热）;一般含一个结晶水，在110℃失去结晶水;微溶于水，且久置分解;溶于乙醇和乙醚。
1.2 实验用设备
1L高压反应釜一台（带控温显示），氫气钢瓶一只，电子秤一台（0-10kg），气相色谱仪一台，真空泵一台（抽滤用），烧杯等。
1.3 实验用原料
3，5-二硝基苯甲酸、水、液碱（30%）、5%Pd/C催化剂（湿品，含水53.4%）。
2 实验过程
实验进行了三批，以其中的第二批为例，介绍一下实验过程：
称取二硝基苯甲酸80g，加入40g NaOH（浓度30%），加水500mL，3.5g 5% Pd/C催化剂（湿品，含水53.4%）;置换升温。
3 实验结果
从该反应条件来看，反应压力在1.0MPa下，反应温度在85～100℃之间，反应条件很容易满足;反应时间在1h左右，反应平稳，反应终点判断明显（达终点时压力明显上升，温度下降）。从三批物料的分析结果来看，本反应转化率较高，主成分含量都在99.5%以上，副反应较少，反应比较理想，可进行下一步工业化生产研究。
