专利名称：亚氨基二苄催化脱氢生产亚氨基芪的工业化方法
技术领域：
本发明属于化学反应工程技术领域，具体的说，涉及一种医药中间体亚氨基芪的 催化脱氢工业化生产方法。
背景技术：
亚氨基芪(5H-二苯并[b，f]氮杂)是一种重要的药物合成中间体，主要用于卡马 西平和奥卡西平等药物的合成。用亚氨基二苄(10，11-二氢_5!1-二苯并[b，f]氮杂，IDB)合成亚氨芪是工业上广 泛采用的方法，主要有溴化法、液相催化脱氢法和气相催化脱氢法。溴化法是最早的生产亚 氨基芪的工业方法，亚氨基二苄经酰化、溴化、脱溴化氢、脱酰等多步制备亚氨基芪的方法， 此方法存在转化率低、杂质种类多、费时费力等弊端，且产品质量不高。亚氨基二苄液相条 件下催化脱氢制备亚氨芪，反应温度低，产品收率较高，但存在采用贵金属催化剂且损耗严 重，消耗氢受体，产物后处理较繁琐等缺陷。亚氨基二苄气相催化脱氢制备亚氨芪方法，具 有工艺流程简单，副产物种类少、易分离，产品质量高，可用于生产无溴卡马西平等优点，是 生产亚氨基芪的最佳方法。文献CN 100453175C中公开了一种催化剂及其制备方法，以及该催化剂在生产亚 氨基芪中的应用，提出了采用由钼、锡以及铁的金属氧化物组成的催化剂，利用亚氨基二苄 气相脱氢来生产亚氨基芪的方法。该方法将亚氨基二苄以浓度5-30% (W/W)溶解在芳香烃 溶剂中，在300-375°C下在蒸发器中蒸发，在等温管式反应器中于350 480°C下反应，反应 后的物料直接冷凝回收。该方法存在大量溶剂随反应物通过催化剂，导致催化剂寿命大大 降低，难以满足工业中长周期稳定生产的要求；另外反应器直径仅23mm，仅属于实验室试 验装置。文献CN 101307021A中公开了一种亚氨基芪的化学合成方法，采用固定床反应 器，电加热使催化床层温度提高至400-600°C，熔融的亚氨基二苄通过高压水蒸汽带入催化 床层，反应后进入装有冷却水的装置，得到的混合液蒸干水份后重结晶得到产品。该方法采 用电加热催化床层，工业中应用时能耗很高；采用水蒸汽携带原料进反应器，原料进料量调 节较困难；另外反应器直径仅30mm，无法直接应用于工业生产，催化床层仅为一段，反应效 率低下，未实施多段之间换热反应器，系统也在常压下操作，属于实验室试验装置。文献US 3531466中公开了一种亚氨基芪的生产工艺，提出了非贵金属脱氢催化 剂，采用管式反应器，反应温度在300 70(TC之间，常压或负压操作，利用水蒸汽携带原 料，并通过加入氮气降低亚氨基二苄的分压，反应后产物全部冷凝，混合液经重结晶得到产 品。该方法采用水蒸汽携带原料进反应器，原料进料量调节较困难；采用氮气调节反应物分 压，导致了脱氢尾气热值显著下降，负压操作条件下使得尾气压缩机的负荷增加；另外反应 器直径仅30mm，属于实验室试验装置。文献JP 55017330中公开了一种亚氨芪的生产方法，制备出复合的金属氧化物催 化剂，使用温度350-650°C，反应体系在常压或减压条件下都可以进行。反应器直径16mm，采用电加热，仅属于实验室试验装置。综上所述，上述亚氨基二苄催化脱氢生产亚氨基芪的方法，大都为开发亚氨基二 苄催化脱氢制亚氨基芪的催化剂，其亚氨基芪生产方法均为实验室的制备方法，均未提出 工业上规模生产时的生产工艺，且有生产能耗高，催化剂寿命短等不足。
发明内容
本申请的发明人通过研究，对于亚氨基二苄催化脱氢生产亚氨基芪，找到一种工 业化的生产方法，本方法的工艺流程为反应物料经加热熔化后与高温水蒸汽混合后进入 脱氢反应器，脱氢反应是在一个包括至少两个催化床层的轴向或径向固定床反应器中进 行，两个催化床层之间设置高温水蒸汽间接或直接加热反应物流，从反应器出来的物流经 过一个换热器进行换热回收热量，随后进入带有换热器的吸收塔，经降温、冷却和吸收之 后，其富含反应产物的溶剂取出，经过蒸发、结晶等获得产品亚氨基芪。本方法通过多段催 化和床层间换热技术，实现了催化脱氢反应的高选择性；采用带换热器的吸收塔用有机溶 剂吸收易结晶的产品；工艺用水循环使用，实施了零排放；脱氢尾气直接进入加热炉焚烧， 既获取了氢气的热值，又降低了排放。本方法克服了现有技术中能耗高、催化剂寿命短等技 术缺陷，同时符合节能减排的环保要求，能够实施大规模工业化生产。因此，本发明的首要目的就在于提供一种亚氨基二苄气相催化脱氢生产亚氨基芪 的方法。本发明需要解决的技术问题是(1)提供一种工业上可行的亚氨基二苄气相催化脱氢生产亚氨基芪的生产工艺， 实现高选择性的催化脱氢反应；(2)进行工业规模生产时，出于环保节能的要求，必须要考虑能量的综合利用和降 低三废的排放；(3)产品的前处理和后处理工艺，必须考虑易结晶的原料和产物在设备中容易堵 塞的问题，符合生产实际的需要；因此，本发明的构思是这样的1、采用负压工艺，符合亚氨基二苄催化脱氢增体积反应的特征，能够提高反应的 平衡转化率，更有利于反应选择性的提高；2、采用水蒸汽为载热体，提供脱氢反应所需要的热量，同时也有降低原料的分压 作用。另外，水蒸汽的加入，可以有效推进水煤气反应，避免了催化剂的结炭，显著提高催化 剂的寿命；3、采用多段反应工艺，可以降低原料的进口温度，以避免单段绝热反应温降幅度 过大的缺点，从而提高了反应的选择性和反应的收率，另一方面也可以显著地降低水蒸汽 与原料的进料比，从而降低了装置的能耗；4、采用径向反应器技术，或采用薄床层轴向反应器技术，有效降低床层压降，更符 合负压脱氢工艺要求；5、采用鼓泡吸收塔，塔内液相溶剂完全溶解在快速降温过程中极易形成结晶的反 应产物，同时又快速移走了反应物流的热量，其装置吸收和传热效率高，也不易被反应产物
堵塞；
6、采用喷淋吸收塔，反应产物和未反应的原料被喷淋的有机溶剂完全吸收；热量 由塔外的溶剂换热器排出，其装置吸收效率高，压降低，也不易被反应产物堵塞；7、工艺用水经换热器和水处理器，回收了热量，实施了循环利用；8、将脱氢尾气送至加热炉燃烧，既消除反应系统的污染排放，又可用作加热炉的 燃料。根据上述构思，本发明提出如下的技术方案一种亚氨基二苄催化脱氢生产亚氨基芪的方法，脱氢反应是在一个包括至少两个 催化床层的脱氢反应器中进行，反应器前设置一个混合器，反应物料被加热熔化后由泵打 入混合器内，与高温水蒸汽混合，反应物流被提高到反应温度后进入反应器；反应器内两个 催化床层之间安置换热器，来自上一催化床层的反应物料在换热装置中被重新加热到反应 温度后进入下一催化剂床层反应；从反应器出来的物料经过一个换热器进行换热回收热 量，随后进入吸收塔，吸收液经过蒸发、结晶等处理获得产品亚氨基芪。从吸收塔顶部出来 的气体经换热器冷凝后作为脱氢尾气由压缩机抽出，送至加热炉燃烧。本发明所述的亚氨基二苄催化脱氢生产亚氨基芪的方法中，脱氢反应器采用多段 的径向反应器或轴向反应器，床层内填充以氧化铁为主要活性成分的非贵金属脱氢催化 剂，催化床层之间设置换热器。反应物流由反应器顶部进入，从反应器底部流出。本发明所 述的脱氢反应可采用以氧化铁为主要活性组分的脱氢催化剂。本发明所述的亚氨基二苄催化脱氢生产亚氨基芪的方法中，催化脱氢采用多段反 应工艺，可以降低原料的进口温度，从而提高了反应的选择性，另一方面也可以显著降低水 蒸汽与原料的进料比，从而降低了装置的能耗，为低碳生产工艺。本发明所述的亚氨基二苄催化脱氢生产亚氨基芪的方法中，亚氨基二苄的重量空 速为0. 01 2. Oh—1，水蒸汽与亚氨基二苄的摩尔比为10 300，反应温度为300 650°C， 反应器内的绝对压力平均值在0. 02 0. IOMpa之间，反应物亚氨基二苄的转化率为60 90%，反应产物亚氨基芪的选择性为65 90% ；另外，本发明所述的脱氢催化反应也可在 常压下操作。本发明所述的亚氨基二苄催化脱氢生产亚氨基芪的方法中，从加热炉出来的高温 水蒸汽先到反应器内的中间换热器进行换热，然后再进入混合器与原料亚氨基二苄混合， 或者从加热炉出来的高温水蒸汽先到反应器内的中间换热器进行换热，然后回到加热炉重 新加热后再进入混合器与原料亚氨基二苄混合，前一种方法的高温管线较短，后一种方法 的加热炉出口水蒸汽的温度较低。本发明所述的亚氨基二苄催化脱氢生产亚氨基芪的方法中，采用鼓泡吸收塔或喷 淋吸收塔来进行反应产物的后处理，具体为用溶剂溶解在快速降温过程中反应物流中极易 结晶的反应物和反应产物，获取了主要含反应产物的液相溶剂；或在塔中设置换热构件，有 效快速移走热量，使反应物流中的反应物快速从气相进入油相，同时回收了热量；或在塔外 设置溶剂换热器，从吸收塔出来的部分液相溶剂通过溶剂换热器降温，然后再循环进入吸 收塔上部；在塔内设置了反应物流进料的气体分布器和溶剂的液相分布器，从而保证了汽 液的充分接触。采用鼓泡吸收塔或喷淋吸收塔，其吸收效果好，装置不易为结晶物堵塞。本发明所述的亚氨基二苄催化脱氢生产亚氨基芪的方法中，所述的鼓泡吸收塔和 喷淋吸收塔的换热构件、气体分布器和液体分布器均为化工单元操作手册中记载的常用形式。本发明所述的亚氨基二苄催化脱氢生产亚氨基芪的方法中，吸收塔采用的溶剂为 不溶于水能溶解反应产物及原料的有机溶剂，如苯、甲苯、二甲苯等，吸收塔出来的油相液 体通过蒸发、结晶等分离手段获得产品亚氨基芪，未反应的亚氨基二苄则返回原料罐。本发明所述的亚氨基二苄催化脱氢生产亚氨基芪的方法中，脱氢尾气送至加热炉 燃烧，水经过处理器后循环使用，整个反应系统正常生产情况下无三废排放，为环境友好的 生产工艺。任何脱氢反应器均可用来实施本发明的工艺方法，但是在负压操作条件下以使用 径向反应器较佳。
图1本发明所述的亚氨基二苄两段催化脱氢生产亚氨基芪方法的流程示意图。图2本发明所述的亚氨基二苄三段催化脱氢生产亚氨基芪方法的流程示意图。具体实施方法下面结合附图对本发明做进一步的说明。如图1中新鲜亚氨基二苄送入原料罐1，在水蒸汽的加热下被熔化，然后通过计 量泵2将其输送到混合器3 ；水在加热炉4中被加热为高温水蒸汽，首先到反应器5内的中 间再热器14中进行换热，加热从第一床层流出的反应物流，然后进入混合器3与原料混合， 水蒸汽与原料的摩尔比为10 300，混合后的反应物料温度在300-650°C之间；从混合器3 出来的反应物流进入反应器5，反应器5为两段绝热、中间再热的轴向反应器型式，反应物 流首先通过第一床层，随着反应的进行反应物流的温度逐渐降低，从第一床层中流出的反 应物流通过中间再热器14，其温度再次被提升到300 650°C之间后进入第二催化床层反 应；从反应器5出来的反应物流进入换热器6以回收热量，随后进入吸收塔7，该吸收塔为 鼓泡吸收塔；吸收塔7内反应物流首先通过气体分布器进入液相溶剂中，然后被溶剂冷凝、 吸收，气体从塔顶流出，冷凝下来的水从塔底排出，溶剂从吸收塔7的上部通过液体分布器 加入，吸收了反应产物和反应物的溶剂相从塔的下部排出，在吸收塔7的液体内设置水箱 式换热器13，以移走反应物流的显热和冷凝潜热；从吸收塔7的下部由泵12抽出含反应产 物的溶剂相，经过蒸发、结晶等处理获得产品亚氨芪；从吸收塔7的底部流出的冷凝水经过 水处理器8，脱除微量有机物和无机盐等杂质后循环使用；从吸收塔7塔顶出来的物流首先 通过冷凝器9降温，然后进入汽液分离器10进行气液分离，尾气进入压缩机11，冷凝液返回 吸收塔7 ；压缩机11提供了系统所需要的压力，从压缩机11出来的尾气被送到加热炉4进 行燃烧。图2流程中新鲜亚氨基二苄送入原料罐1，在水蒸汽的加热下被熔化，然后通过 计量泵2将其输送到混合器3 ；水在加热炉4中被加热为高温水蒸汽，首先到反应器5内 的中间再热器15和中间再热器14中进行换热，分别加热从第二床层和第一床层流出的反 应物流，然后进入混合器3与原料混合，水蒸汽与原料的摩尔比为10 300，混合后的反应 物料温度在300-650°C之间；从混合器3出来的反应物流进入反应器5，反应器5为三段绝 热、两段中间再热的径向反应器型式，反应物流首先通过第一床层，随着反应的进行反应物 流的温度逐渐降低，从第一床层中流出的反应物流通过中间再热器14，其温度再次被提升到300 650°C之间后进入第二催化床层反应，从第二床层中流出的反应物流通过中间再 热器15，其温度再次被提升到300 650°C之间后进入第三催化床层反应；从反应器5出来 的反应物流进入换热器6以回收热量，随后进入吸收塔7，该吸收塔为喷淋吸收塔；吸收塔 7内反应物流首先通过气体分布器进入塔内，然后被溶剂冷凝、吸收，气体从塔顶流出，冷凝 下来的水从塔底排出，溶剂从吸收塔7的上部通过液体分布器加入，吸收了反应产物和反 应物的溶剂相从塔的下部排出，在吸收塔7的外部溶剂换热器16，以移走反应物流的显热 和冷凝潜热；从吸收塔7的下部由泵12抽出含反应产物的溶剂相，部分经过蒸发、结晶等处 理获得产品亚氨芪，其余溶剂相通过溶剂换热器16降温，然后重新返回吸收塔7上部；从吸 收塔7的底部流出的冷凝水经过水处理器8，脱除微量有机物和无机盐等杂质后循环使用； 从鼓泡吸收塔7塔顶出来的物流首先通过冷凝器9降温，然后进入汽液分离器10进行气液 分离，尾气进入压缩机11，冷凝液返回鼓泡吸收塔7 ；压缩机11提供了系统所需要的压力， 从压缩机11出来的尾气被送到加热炉4进行燃烧。在本发明中，催化剂可以采用市售的多种类型脱氢催化剂，也可采用如文献所报 道的各种亚氨基二苄气相催化脱氢的催化剂。亚氨基二苄重量空速为0. 01 2. Or10实施例1亚氨基二苄气相催化脱氢以图1的工艺流程进行，反应器为两段绝热、中间再热 的轴向反应器型式，水蒸汽与亚氨基二苄的摩尔比为140，反应物流在各个反应床层入口处 的温度分别为550°C和530°C，反应器内的绝对压力平均值在0. 050Mpa，亚氨基二苄重量空 速为0.201^，催化剂采用C105脱氢催化剂。鼓泡吸收塔中采用苯为溶剂进行回收。反应 结果见表1。实施例2亚氨基二苄气相催化脱氢以图2的工艺流程进行，反应器为三段绝热、中间再热 的径向反应器型式，水蒸汽与亚氨基二苄的摩尔比为160，反应物流在各个反应床层入口处 的温度为530°C，反应器内的绝对压力平均值在0. 030Mpa，亚氨基二苄重量空速为0. IOtT1, 催化剂采用LH315脱氢催化剂。喷淋吸收塔中采用甲苯为溶剂进行回收。反应结果见表1。实施例3亚氨基二苄气相催化脱氢以图2的工艺流程进行，反应器为三段绝热、中间再热 的径向反应器型式，水蒸汽与亚氨基二苄的摩尔比为200，反应物流在各个反应床层入口处 的温度为530°C，反应器内的绝对压力平均值在0. 150Mpa，亚氨基二苄重量空速为0. 151Γ1， 催化剂采用GS08脱氢催化剂。喷淋吸收塔中采用二甲苯为溶剂进行回收。反应结果见表 1。表 1
权利要求
1.一种亚氨基二苄催化脱氢生产亚氨基芪的方法，其特征在于，脱氢反应是在一个包 括至少两个催化床层的脱氢反应器中进行；反应器前设置一个混合器，反应物料经加热熔 化后由泵打入混合器内与高温水蒸汽混合，其反应物流被提高到反应温度后进入脱氢反应 器；反应器内两个催化床层之间安置换热器，来自上一催化床层的反应物流在换热装置中 被重新加热到反应温度后进入下一催化剂床层反应；从反应器出来的物流经过一个换热器 进行换热回收热量，随后进入吸收塔，反应物流被降温和溶剂吸收，之后吸收了反应产物的 溶剂再经过蒸发和结晶处理获得产品亚氨基芪。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的脱氢反应器为固定床反应器，为轴向 固定床反应器或径向固定床反应器。
3.如权利要求1-2任一项所述的方法，其特征在于，工艺条件为水蒸汽与亚氨基二苄 的摩尔比为10 300，反应物流在所述的各反应器入口处被加热到300 650°C，反应器内 的绝对压力为0. 02 0. IOMpa或常压，同时采用0. 01 2. Oh—1的亚氨基二苄重量空速。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，催化床层之间进行中间再热，以提高反应物 流温度，其中再热方法为设置中间换热器，由高温水蒸汽间接加热，或由加热炉引出的高温 水蒸汽直接加入反应物流，进行直接加热。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的吸收塔为鼓泡吸收塔，塔内设置换热 内构件和反应物流分布器，反应物流经分布器进入充满溶剂的液相层，反应产物和未反应 的原料被吸收，反应物流中水蒸汽被冷凝，不凝性尾气由塔顶排出，溶剂由塔上部加入，溶 剂相物流出口在鼓泡吸收塔的下部。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的吸收塔为喷淋吸收塔，塔内设置反应 物流分布器和溶剂分布器，反应物流经分布器进入塔内，被由上喷淋而下的溶剂所吸收，而 反应物流中水蒸汽被冷凝，不凝性尾气由塔顶排出，溶剂相物流由塔下部排出，部分经塔外 溶剂换热器换热降温后，与新鲜溶剂一起，再循环送入喷淋吸收塔的上部。
7.如权利要求1、5或6所述的方法，其特征在于，所述的吸收塔的溶剂为苯、甲苯、二甲 苯或其他有机溶剂。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，从吸收塔出来的水相物流经水处理器后，与 从反应器出来的物流经过一个换热器进行换热回收热量后进入加热炉，所产生的高温水蒸 汽先到反应器内的中间换热器进行换热，以提高反应物料进入下一床层的反应温度，然后 再进入混合器与原料亚氨基二苄混合。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，脱氢反应产生的尾气送至加热炉燃烧。
全文摘要
本发明提供一种亚氨基二苄催化脱氢生产亚氨基芪的工业化方法。该方法的工艺流程是反应物料经加热熔化与高温水蒸汽混合后进入脱氢反应器，脱氢反应是在一个包括至少两个催化床层的轴向或径向固定床反应器中进行，两个催化床层之间设置高温水蒸汽间接或直接加热反应物流，从反应器出来的物流经过一个换热器进行换热回收热量，随后进入带有换热器的吸收塔，其或是鼓泡吸收塔或喷淋吸收塔，吸收了反应产物的溶剂经蒸发、结晶等获得产品亚氨基芪。该方法具有反应性能好、原料消耗低、能耗低，工艺对环境友好等特点。
文档编号C07D223/22GK102120729SQ20111003324
公开日2011年7月13日 申请日期2011年1月30日 优先权日2011年1月30日
发明者倪燕慧, 刘时贤, 吴勇强, 张琪, 徐焱, 朱子彬, 李瑞江, 陶国忠, 黄震尧 申请人:华东理工大学