一种哌啶的连续生产方法
【专利摘要】本发明公开哌啶类产品的低压连续生产方法。本方法以吡啶类和氢气为原料生产哌啶类产品，采用固定床反应器，将气相的吡啶类原料和氢气与加氢催化剂接触后转化为哌啶类产品，过程连续，反应压力低。本发明的工艺反应条件温和，产率高，产品质量高，副产物少，现场无异味，环保安全。
【专利说明】
一种哌啶的连续生产方法
技术领域
[0001]本发明属于精细化工领域，涉及一种哌啶类产品的生产方法，更具体而言，本方法以吡啶类和氢气为原料生产哌啶类产品，采用固定床反应器，将气相的吡啶类原料和氢气与加氢催化剂接触后转化为哌啶类产品。【背景技术】
[0002]哌啶类产品是一类广泛应用于医药、农药、塑料添加剂、有机催化剂、固化剂、溶剂等领域的精细化工产品，特别是其具有较高的生物活性，市场前景良好。本发明所述的哌啶类产品包括哌啶、3-甲基哌啶、4-甲基哌啶、2-甲基哌啶、2,4-二甲基哌啶、3, 5-二甲基哌啶，2, 2,6,6-四甲基哌啶、2,6-二甲基哌啶。以下为部分产品的介绍:
[0003]哌啶又名六氢吡啶或氮杂环己烷，广泛用于制造局部麻醉药、止痛药、杀菌剂、润湿剂以及环氧树脂的固化剂、橡胶硫化促进剂等，其衍生物广泛存在于天然产物和药物中间体中。
[0004]3,5_二甲基哌啶作为合成畜禽专用的大环内酯类新型抗菌素替米考星的重要原料，其中顺式_3,5_二甲基哌啶在制备抗真菌剂和植物生长调节剂中非常有用，其用作中间体制备氨甲杂环杀虫剂化合物以及能够调节饮食行为及相关疾病的化合物以及在制备大环内酯类抗生素的碳-20-双氢-脱氢_(环氨基)衍生物中也十分有用。该药先后在澳大利亚、巴西、法国、马来西亚、意大利、西班牙、美国等国家被批准临床用药，对所有的革兰氏阳性菌和部分革兰氏阴性菌、霉形体、螺旋体等均有抑制作用，用于治疗牛、山羊、绵羊、 奶牛、猪、鸡等动物由敏感引起的感染性疾病，特别是畜禽呼吸道感染。
[0005]哌啶类产品的生产方法基本是通过吡啶类原料加氢获得，如CN101723877中描述了一种哌啶的生产方法，使用负载型的镍系催化剂，载体为二氧化硅-氧化铝，吡啶转化率 100 %，哌啶收率在95 %以上，反应压力为4.0-10.0MPa，反应温度为140-220°C。杜曦等公开一种Ru-Pd/C催化剂，在(Ru+Pd):底物=1: 200(摩尔比)，反应温度150°C，氢压 4MPa，还原反应3h，3-甲基卩比啶lml，乙醇4ml的条件下，3-甲基卩比啶转化率达100%，3-甲基哌啶的选择性达99 % (应用化工，2007年，V36，N0.1，41-43页)。
[0006]传统工艺技术的特征在于使用高压釜反应器，反应相态为液相，并且使用较大剂量的溶剂，这种技术存在着以下明显的劣势:第一，反应压力高，一般在4.0MPa，在实际的生产中更是高达7.0MPa以上；这无疑会大幅增加设备投资压力，并且还使得装置的安全性能下降；第二，需要使用溶剂，这无疑会造成产品的品质下降和能耗增加；第三，高压釜为间歇性操作，在频繁的物料切换和氮气置换中会造成大量气体的浪费和可挥发性有机物的生成，造成污染和现场操作人员工作环境恶劣。第四，使用的催化剂与液体分离需要配套工程，损失较大，尤其在使用贵金属催化剂时候成本损失更大，而使用常用的雷尼镍催化剂时候存在较大的危险。
[0007]本发明描述一种哌啶类产品的生产方法，其特征在于反应过程为低压和连续化操作，并且反应过程的吡啶类原料转化率高(> 99.8% )，相对现有技术:第一，反应压力最高不超过3.0MPa，进一步，不超过2.0MPa，更进一步不超过1.0MPa，从而归属于低压范畴；第二，过程连续，可挥发性有机物少，无三废生成，环保绿色；第三，产品品质高，特别是色度、 杂质和水分低，因此可以大幅度提高应用领域；第四，产品应用面关阔；第五，反应热可以得到充分利用。
【发明内容】
[0008]哌啶类产品是一类广泛应用于医药、农药、塑料添加剂、有机催化剂、固化剂、溶剂等领域的精细化工产品，特别是其具有较高的生物活性，市场前景良好。本发明所述的哌啶类产品非常的广泛，具体而言选择自哌啶、3-甲基哌啶、4-甲基哌啶、2-甲基哌啶、2,4_二甲基哌啶、3, 5-二甲基哌啶，2, 2,6,6-四甲基哌啶、2,6-二甲基哌啶中的一种。
[0009]为了克服现有的哌啶类产品生产中面临的困难:氢气和氮气消耗大、现场异味、产品纯度低和水分高、安全性能差等多方面的问题，本发明提供一种新型的哌啶类产品生产方法。
[0010]本发明使用的反应器为固定床反应器，所述的固定床反应器选自列管式固定床反应器、多段绝热床反应器、自热式反应器中的一种。汽化后的物料流动方式选自径向、径轴向结合或者轴向中的一种，径向流可选自自上而下或者自下而上中的一种。
[0011]传统技术的反应压力最低报道在3.0MPa以上，实际生产高于6.0MPa，因此反应器的设计压力甚至高于10.〇MPa，对于巨大的高压釜(> 2.0NM3)在生产、安装和使用过程中存在巨大的安全风险、高昂的成本。本发明意外的发现，反应在气相条件下进行时，所需要的压力可降低至2.0MPa以下，进一步可降低至1.5MPa以下，进一步可降低至1.0Pa以下， 更进一步可降低至0.6MPa以下，在常压条件下反应也不存问题。这个发现对工艺的改进无疑是具有进步意义明显的:这将使得设备的安全系数大幅提高，投资费用也下降。
[0012]本发明使用的反应温度为80-220 °C，进一步优化为90-200 °C，更进一步优化为 110-180°C，反应温度操作窗口极大，这可以使得操作人员可调整的空间大，装置耐受波动能力明显。
[0013]吡啶加氢的主反应为生产哌啶，副反应为开环生成正戊胺，进而生成N-戊基哌啶 (NPP)。其中副产物戊胺的生成和吡啶残留是对产品品质是不利的，因为戊胺和吡啶与哌啶的沸点极为接近(相差仅2°C )，这无疑会使得分离极为困难，N-戊基哌啶而言，其分离相对简单。本发明的另一个发明点在于高选择性和高活性的催化剂。本发明所述的加氢催化剂活性组分为钴、镍、钯、铂、钌中的一种、两种或者两种以上组合物，进一步活性组分为钯、 铂、钌中的一种或者两种。进一步，所述的加氢催化剂含有碱金属或碱土金属氧化物中的一种及一种以上。这是高选择性的关键之处，戊胺的量可以得到明显抑制。更进一步，所述的加氢催化剂含有钠、钾、铯、镁、钙中的一种和一种以上。加氢催化剂载体也是关键，可选择自为二氧化娃、氧化铝、活性炭、氧化错、娃藻土、氧化钛中的一种和一种以上的组合，进一步，选择自为二氧化硅和氧化铝中的一种。
[0014]本发明意外的发现在低压气相过程中不需要使用溶剂，而且溶剂反而会造成选择性的下降；这与传统技术得到的结论好像是不同的，如《燃料与化工》2000年第三期 P151-152中描述的使用大量甲醇(1: 1)作为溶剂。
[0015]本发明的特征在于转化率接近100%，至少在99.5%以上，粗产品中哌啶含量甚至可以在99.5%以上，这个数值高于现有中国标准的，因此本发明的分离单元可能仅仅是一个闪蒸罐。一般而言，对于商品化需求，哌啶可能会要求在99.9%以上。得到合格产品之前，可以由精馏塔分离杂质得到更高品质产品。具体实施例
[0016]以下实施例是对本发明更为详细的举例描述，但本发明并不局限于这些实施例。
[0017]实施例1
[0018]取吡啶(山东泓达生产，含量99.9% )通过计量栗进入，吡啶进料量为10L/h， 热的氢气混合后进入汽化器中，氢气进料量为30NM3/h，并经过过热器(控制温度140? 170°C )过热后进入加氢反应器R101中，R101为列管式反应器，加氢催化剂装填量30L (北京恒瑞新霖科技公司生产，催化剂组分为含有1.5wt% Ca0、0.2wt% Ru、5wt% Ni，余量为氧化铝)。反应器温度为160°C，压力为l.0MPa，出口吡啶转化率99.89%，哌啶选择性96%， 戊胺选择性〇.04%，将出口产品送到间歇减压精馏塔(理论板数30)，塔顶压力控制在 112kpa，首先控制塔顶温度在100°C采出轻组分，在塔顶温度逐步到108?120°C左右采出产品哌啶，产品纯度99.72%。
[0019]实施例2
[0020]取吡啶(山东泓达生产，含量99.9%，水含量0? 02% )通过计量栗进入，吡啶进料位置存在两个，分别的量为4L/h和6L/h，氢气进料位置存在两个，进料量分别为8NM3/h和 20NM3/h，R102为自热式反应器，加氢催化剂装填量20L (北京恒瑞新霖科技公司生产，催化剂组分为含有1.〇wt% K20、0.5wt% Rt、8wt% Co,余量为氧化铝)。反应器温度为110°C， 压力为〇.15MPa，出口吡啶转化率100 %，哌啶选择性98 %，戊胺选择性0.03 %，将出口产品送到连续减压精馏塔(理论板数20)，哌啶产品纯度99.90%，水含量0.02%。
[0021]实施例3
[0022]按照实施例1的反应器，不同在于催化剂组分为含有0? 5wt% Mg0、0.5wt% Rd、 0.lwt% Pt，余量为二氧化硅(北京恒瑞新霖科技公司生产)。吡啶进料量为15L/h，热的氢气混合后进入汽化器中，氢气进料量为50NM3/h，出口吡啶转化率99.90%，哌啶选择性 94.5%，戊胺选择性0.09%，将出口产品送到连续减压精馏塔(理论板数20)，哌啶产品纯度 99.69%。
[0023]对比例3
[0024]参照发明专利审定授权说明书CN200910234328所述实施例1的办法，催化剂采用商业化的镍催化剂(NCG-98H)，装填量50克，吡啶加入量500克，在维持反应压力5.0? 8.0MPa，反应温度150?170°C下反应20小时后不再吸氢，吡啶转化率99.94%，哌啶选择性90.5 %，戊胺选择性0.25 %。将出口产品送到连续减压精馏塔(理论板数20)，哌啶产品纯度 99.53%。
【主权项】
1.一种哌啶系列产品的连续生产方法，其特征在于:吡啶类原料与氢气混合后通过汽 化器汽化后进入加氢反应器中，加氢反应器温度80-220°C，反应压力(绝压)0? l-2.0MPa， 吡啶类原料在加氢催化剂上转化为哌啶类产物，随后含有哌啶类产物的粗产品冷凝后，气 液分离后进入分离单元，得到哌啶类产品。所述的加氢催化剂活性组分为钴、镍、钯、铂、钌 中的一种、两种或者两种以上组合物。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于:所述的加氢催化剂含有碱金属或碱土金属 氧化物中的一种及一种以上。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于:所述的加氢催化剂含有钠、钾、铯、镁、钙中 的一种和一种以上。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于:所述的加氢反应器反应温度90-200°C，反应 压力(绝压)〇? l_1.5MPa。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于:所述的加氢催化剂载体为二氧化硅、氧化 错、活性炭、氧化错、硅藻土、氧化钛中的一种和一种以上的组合。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于:钯、铂、钌、钴中的一种或者两种。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于:所述的啦啶类原料选自啦啶、3-甲基P比啶、 4-甲基吡啶、2-甲基吡啶、2,4-二甲基吡啶、3, 5-二甲基吡啶，2, 2,6,6-四甲基吡啶、2， 6-二甲基P比啶中的一种，哌啶类原料选自哌啶、3-甲基哌啶、4-甲基哌啶、2-甲基哌啶、2， 4-二甲基哌啶、3, 5-二甲基哌啶，2, 2,6,6-四甲基哌啶、2,6-二甲基哌啶中的一种。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于:所述的加氢反应器反应温度110-180°C，反 应压力(绝压)〇? l-l.〇MPa。9.如权利要求1所述的方法，其特征在于:所述的加氢反应器反应温度130-170°C，反 应压力(绝压)〇? l_1.5MPa。
【文档编号】C07D295/027GK105985300SQ201510064231
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月9日
【发明人】徐学峰, 姜召坤, 师浩源, 贾松禹, 高帅, 其他发明人请求不公开姓名
【申请人】山东泓达生物科技有限公司, 北京恒瑞新霖科技有限公司