连续氧化技术
栏目:单元全连续化合成技术 发布时间:2017-12-18
在精细化学品生产中,氧化是一类重要的反应过程。
在实际生产中,常根据氧化剂和氧化工艺的区别,把氧化反应分为在催化剂存在下用空气进行的催化氧化、化学试剂氧化以及电解氧化三种类型。

一、概述

  在精细化学品生产中,氧化是一类重要的反应过程。

  在实际生产中,常根据氧化剂和氧化工艺的区别,把氧化反应分为在催化剂存在下用空气进行的催化氧化、化学试剂氧化以及电解氧化三种类型。

  化学试剂氧化在精细有机合成中,特别是在小吨位产品的生产上被广泛采用,常用的氧化剂有无机高价化合物,如重铬酸盐、高锰酸盐、氯酸盐、硝酸、双氧水和有机过氧化物等。使用化学氧化剂时,反应都是在液相(主要是含水介质)中进行的。

  工业上最价廉易得而且最有实际意义的氧化剂是空气。空气能使烃类发生缓慢的氧化,这种氧化方法称为自动氧化。加入催化剂或引发剂能促进这种自动氧化发生,工业上称这种氧化为催化氧化。依据氧化反应的温度和反应物的聚集状态,又分为液相氧化和气相氧化。前一种多在100℃左右下进行,后一种则在300~500℃下进行。由于催化氧化不消耗化学氧化剂,而生产能力大,对环境污染较小,故工业上大吨位的产品都是采用这种空气催化氧化法。如石蜡经液相催化氧化制得高碳脂肪酸,是制备肥皂和润滑脂的原料;苯和萘经气相催化氧化制得顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐等,这些化工产品都是有机合成工业中的重要原料。

二、氧化剂及氧化技术

  我们把空气和纯氧以外的氧化剂总称为“化学氧化剂”。使用化学氧化剂的氧化叫作“化学氧化”。化学氧化剂大致可分为以下几类:

  1.金属元素的高价化合物,例如KMnO4、MnO2、Mn2(SO4)3、CrO3、Na2CrO7、PbO2、SnCl4、FeCl3和CuCl2

  2.非金属元素的高价化合物,例如HNO3、N2O4、NaNO3、NaNO2、H2SO4、SO3、NaClO和NaClO3等。

  3.其它无机富氧化物,例如臭氧和双氧水。

  4.非金属元素,例如卤素和硫磺等。

  5.有机富氧化合物,例如硝基化合物、亚硝基化合物和有机过氧酸等。

  化学氧化法有其独特的优点,即低温反应,容易控制,操作简便,方法成熟。只要选择适宜的氧化剂就可以得到良好的结果。由于化学氧化剂的高度选择性,它不仅能用于芳酸和醌类的制备,还可以用于芳醇、芳醛、芳酮和羟基化合物的制备,尤其是对于产量小、价值高的精细化工产品,化学氧化法有着广泛的应用。

  化学氧化法的缺点是消耗较贵的化学氧化剂,虽然某些氧化剂的还原产物可以回收,但人有废水处理问题;另外,化学氧化大都是分批操作,设备生产能力低,有时对设备腐蚀严重。我们将用化学氧化法制备的某些中间体,例如苯甲酸、苯酐、吡啶-4-甲酸、1,8-萘二甲酸酐和蒽醌等,已改用空气氧化法。

  我们将针对不同物质的氧化过程,采用不同的标准还原电位的氧化剂,以使反应的选择性更高、收率更佳,并采用独特的连续工艺过程,使装置产能更大。

三、液相空气氧化技术

  液相空气氧化的适用范围广,是工业上一种重要的氧化方法,液相和气相氧化都属于自动氧化。

  液相空气氧化的优点是:与化学氧化相比,不消耗价格较高的化学氧化剂;与气相接触氧化相比,其反应温度比较低(100~250℃),反应的选择性较好。例如甲苯、乙苯和异丙苯在气相接触氧化时都生成苯甲酸和深度氧化产物;而在液相空气氧化时,则可以分别生成苯甲醛、苯甲酸、苯乙酮、乙苯过氧化氢物和异丙苯过氧化氢物。

  液相空气氧化的最初产物总是烷基芳烃的过氧化氢物。如果它在氧化条件下是稳定的,可以成为氧化过程的最终产物;如果它不够稳定,将分解并进一步氧化而生成醇、醛、酮或酸等。在没有催化剂的情况下,有机物也能被空气氧化,但反应速度慢、副反应多、选择性差。加入催化剂的作用是促进引发自由基。

  河清化学针对不同物质的键的离解能,对自行研制开发的不同牌号催化剂进行改性,以使达到最佳选择性和高收率。河清化学特殊的反应器技术,使空气分布更好,溶解度更大,传质效率更好,结果不仅提高反应速率,缩短反应时间,减少尾气中夹带的反应物和溶剂。而且氧气的利用更充分,能耗更低。

 


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