CN110627650B - 一种微反应器内非均相加氢连续合成苄胺类物质的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于化学反应技术领域，尤其涉及一种微反应器内非均相加氢连续合成苄胺类物质的装置，其包括：入口微混合器(1)，入口微混合器(2)，微填充床反应器(3)和出口分相罐(4)。其利用了微反应器混合高效和优异的传质传热性能，强化了反应过程中的相间传质和移热能力，可以显著减小反应器体积，提高反应收率，提高生产效率和安全性。该方法可以解决加氢釜工艺中的生产效率低，产品纯度差以及装置危险性大等问题，可以实现过程的连续自动化操作，具有收率高和安全性好等优点。
Description
技术领域
本发明属于化学反应技术领域，尤其涉及一种微反应器内非均相加氢连续合成苄胺类物质的方法。
背景技术
苄胺类物质，比如一苄胺，二苄胺和对叔丁基苄胺，是一类重要的有机合成中间体，广泛用在医药、农药、染料等行业中。生产这类物质常用的方法为氯化苄法，苯甲腈加氢法和苯甲醛还原胺化法。氯化苄法工艺简单成熟，但是该工艺收率低，产品质量差，产生大量含盐废水，不符合清洁生产的需求，已逐渐被淘汰。苯甲腈法的产品质量高，工艺过程简单，但是原料成本高。因此，苯甲醛还原胺化法综合来看，是最有前景的合成工艺，具有成本低、过程清洁和产品质量高的优点。
目前工业上进行苯甲醛还原胺化法通常采用高压加氢釜来完成反应，具有过程简单，操作灵活的优点。但是该方法存在操作繁琐，需要频繁装卸催化剂；反应效率低，催化剂用量大且易损失；反应器体积大，安全性差；工艺条件的控制精度差，产物纯度低等问题。微反应器具有混合效率高，传质传热性能好和安全性好等优点，其用于有机合成过程，可以实现过程的连续化，减小反应器体积，提高反应的收率和安全性。因此，基于微反应器技术来发展高效的非均相加氢生产苄胺类物质的方法，可以减小反应器体积，提高过程安全性，提高生产能力与产品纯度，具有重要的经济、安全和环保价值。
发明内容
发明要解决的技术问题
本发明的目的在于针对苄胺类物质合成过程的特点，提供一种通过微反应器非均相加氢连续合成苄胺类物质的方法。该方法利用了微反应器混合高效和优异的传质传热性能，强化了反应过程中的相间传质和移热能力，可以显著减小反应器体积，提高反应收率，提高生产效率和安全性。
用于解决技术问题的方法
针对上述问题，本发明提出了一种微反应器内非均相加氢连续合成苄胺类物质的装置及其使用方法。
根据本发明的一个实施方案，提供一种微反应器内非均相加氢连续合成苄胺类物质的装置，其包括：入口微混合器(1)，入口微混合器(2)，微填充床反应器(3)和出口分相罐(4)，入口微混合器(1)用以将待加氢底物跟氨源混合，形成混合液；入口微混合器(2)用以将第一混合液与氢气混合，形成气液混合流体；微填充床(3)填充有固体催化剂，用以进行非均相加氢还原反应；出口分相罐(4)用以将反应后的液体气液分离。
一种实施方式为，微混合器包括膜分散反应器、微筛孔反应器和T型反应器或其他能实现该体系混合的微反应器。
一种实施方式为，所述固体颗粒催化剂为钯炭催化剂、钯/氧化铝、铂碳、钌炭催化剂、钌/氧化铝、镍/氧化铝或者雷尼镍催化剂。
根据本发明的第二方面，提供一种微反应器内非均相加氢连续合成苄胺类物质的方法，包括以下步骤：
(1)配置待加氢底物溶液，在入口微混合器(1)中将待加氢底物跟氨源混合，形成的混合液在入口微混合器(2)中与氢气混合，形成气液混合流体；
(2)将步骤(1)所得的气液混合流体流过装填固体颗粒催化剂的微填充床反应器(3)，进行非均相加氢还原反应；
(3)在出口分相罐(4)中，将步骤(2)得到的气液混合物进行气液分离，分离后的氢气返回步骤(1)中微混合器(2)循环利用，分离后的溶液进行分离纯化后得到苄胺类物质。
一种实施方式为，所述的待加氢底物在有机溶剂中的质量浓度为5％～40wt％，选自苯甲醛、叔丁基苯甲醛。
一种实施方式为，溶解加氢底物的溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、乙酸乙酯中的一种或者几种。
一种实施方式为，所述的氨源为氨气或者氨水，其中氨水的质量浓度为25％～40wt％。
一种实施方式为，所述的氨源与待加氢底物的摩尔比为0.5～15:1。
一种实施方式为，待加氢底物溶液中可以加入四乙基氯化铵、四丁基氯化铵、四丁基氢氧化铵、苄基三乙基氯化铵、四丁基溴化铵中的一种或者几种作为相转移催化剂，相转移催化剂的用量为待加氢底物浓度的0.2～0.5wt％。
一种实施方式为，微填充床反应器(3)的反应温度为30℃-150℃，压力为0.4-10MPa；所述的气液混合物在微填充床反应器(3)内的停留时间为0.5～30min。
本发明的有益效果
(1)在非均相加氢生产苄胺类物质过程中，微填充床反应器内气液固三相接触面积大，传质效率高，可减少催化剂用量和设备体积；
(2)微填充床反应器内气相液相分布均匀，微填充床移热能力强，避免局部过度加氢，减少副产物发生，延长催化剂使用寿命；
(3)反应时间精确可控，能进一步减少副产物，提高选择性；
(4)反应器体积小，安全性高。
从以下示例性实施方案的描述中，本发明的进一步特征将变得显而易见。
附图说明
图1是本发明的微反应器内非均相加氢连续合成苄胺类物质的装置示意图
具体实施方式
以下对本公开的一个实施方式具体地说明，但本公开并非限定于此。
实施例
通过实施例更详细地描述本发明，但本发明不限于下述实施例。
实施例1：
根据本方法进行实验，配置苯甲醛的乙酸乙酯溶液，浓度为5wt％，与氨气在入口膜分散微混合器1内混合，控制氨/苯甲醛的摩尔比例为15:1，之后与氢气在入口膜分散微混合器2中混合，形成的气液混合物通过装填有雷尼镍催化剂的微填充床反应器，控制反应温度为150℃，压力为5.0MPa，控制停留时间为0.5min，微填充床出口处进行气液分相，得到的乙酸乙酯溶液进行分析，反应的转化率为100％，苄胺的收率为96％。
实施例2：
根据本方法进行实验，配置苯甲醛的甲醇溶液，浓度为10wt％，与氨气在入口微筛孔微混合器1内混合，控制氨/苯甲醛的摩尔比例为0.5:1，之后与氢气在入口微筛孔微混合器2中混合，形成的气液混合物通过装填有钯碳催化剂的微填充床反应器，控制反应温度为100℃，压力为10.0MPa，控制停留时间为2min，微填充床出口处进行气液分相，得到的甲醇溶液进行分析，反应的转化率为100％，二苄胺的收率为90％。
实施例3：
根据本方法进行实验，配置对叔丁基苯甲醛的丙醇溶液，浓度为20wt％，加入相转移催化剂苄基三乙基氯化铵，加入量为待加氢底物浓度的0.5％，与氨水在入口T型微混合器1内混合，控制氨/苯甲醛的摩尔比例为5:1，之后与氢气在入口膜分散微混合器2中混合，形成的气液混合物通过装填有钌氧化铝催化剂的微填充床反应器，控制反应温度为80℃，压力为4.0MPa，控制停留时间为3min，微填充床出口处进行气液分相，得到的丙醇溶液进行分析，反应的转化率为100％，对叔丁基苄胺的收率为95％。
实施例4：
根据本方法进行实验，配置苯甲醛的甲醇溶液，浓度为40wt％，与氨气在入口膜分散微混合器1内混合，控制氨/苯甲醛的摩尔比例为8:1，之后与氢气在入口T型微混合器2中混合，形成的气液混合物通过装填有镍氧化铝催化剂的微填充床反应器，控制反应温度为120℃，压力为5.0MPa，控制停留时间为30min，微填充床出口处进行气液分相，得到的甲醇溶液进行分析，反应的转化率为100％，苄胺的收率为94％。
实施例5：
根据本方法进行实验，配置苯甲醛的乙醇溶液，浓度为15wt％，加入相转移催化剂四丁基溴化铵，加入量为待加氢底物浓度的0.2％，与氨水在入口膜分散微混合器1内混合，控制氨/苯甲醛的摩尔比例为1:1，之后与氢气在入口膜分散微混合器2中混合，形成的气液混合物通过装填有钯/氧化铝的微填充床反应器，控制反应温度为80℃，压力为5.0MPa，控制停留时间为6min，微填充床出口处进行气液分相，得到的乙醇溶液进行分析，反应的转化率为100％，二苄胺的收率为88％。
工业实用性
本发明的装置和方法利用了微反应器混合高效和优异的传质传热性能，强化了反应过程中的相间传质和移热能力，可以显著减小反应器体积，提高反应收率，提高生产效率和安全性。
此实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种微反应器内非均相加氢连续合成苄胺类物质的方法，其使用了一种微反应器内非均相加氢连续合成苄胺类物质的装置，该装置包括：入口微混合器(1)，入口微混合器(2)，微填充床反应器(3)和出口分相罐(4)，入口微混合器(1)用以将待加氢底物跟氨源混合，形成混合液；入口微混合器(2)用以将第一混合液与氢气混合，形成气液混合流体；微填充床反应器(3)填充有固体催化剂，用以进行非均相加氢还原反应；出口分相罐(4)用以将反应后的液体气液分离，其中，微混合器包括膜分散反应器、微筛孔反应器和T型反应器或其他能实现该体系混合的微反应器，其中，所述固体颗粒催化剂为钯炭催化剂、钯/氧化铝、铂碳、钌炭催化剂、钌/氧化铝、镍/氧化铝或者雷尼镍催化剂；
该方法包括以下步骤：
(1)配置待加氢底物溶液，在入口微混合器(1)中将待加氢底物跟氨源混合，形成的混合液在入口微混合器(2)中与氢气混合，形成气液混合流体；
(2)将步骤(1)所得的气液混合流体流过装填固体颗粒催化剂的微填充床反应器(3)，进行非均相加氢还原反应；
(3)在出口分相罐(4)中，将步骤(2)得到的气液混合物进行气液分离，分离后的氢气返回步骤(1)中微混合器(2)循环利用，分离后的溶液进行分离纯化后得到苄胺类物质，其中，所述的待加氢底物在有机溶剂中的质量浓度为5％～40wt％，选自苯甲醛、叔丁基苯甲醛。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，溶解加氢底物的溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、乙酸乙酯中的一种或者几种。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中，所述的氨源为氨气或者氨水，其中氨水的质量浓度为25％～40wt％。
4.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中，所述的氨源与待加氢底物的摩尔比为0.5～15:1。
5.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中，待加氢底物溶液中加入四乙基氯化铵、四丁基氯化铵、四丁基氢氧化铵、苄基三乙基氯化铵、四丁基溴化铵中的一种或者几种作为相转移催化剂，相转移催化剂的用量为待加氢底物浓度的0.2～0.5wt％。
6.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中，微填充床反应器(3)的反应温度为30℃-150℃，压力为0.4-10MPa；所述的气液混合物在微填充床反应器(3)内的停留时间为0.5～30min。
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