微反应器中乙炔法合成N-乙烯基吡咯烷酮的过程研究

搭建了以商用微反应器为核心的气液微反应系统,成功实现了加压乙炔法合成N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）的产品过程,采用液相循环方式完成反应物2-吡咯烷酮的高效转化,全面考察了反应温度、KOH含量、内构件数量和原料乙炔纯化对液相反应的影响。结果表明,反应温度和KOH含量对选择性有显著影响,高温和高含量催化剂会严重降低产物NVP的选择性,综合调控反应温度和KOH含量,可保证产物选择性在95%以上;微反应器中内构件的存在有利于促进气液传质过程;反应体系水分的脱除有助于循环反应中转化率和选择性的提高;与高压釜相比,产物NVP收率提高了28.7%（无助剂）,反应时间有适当缩短。     

微反应器中十二烷基苯液相SO_3磺化过程

石油磺酸盐和重烷基苯磺酸盐是三次采油用重要阴离子表面活性剂,其主要成分是烷基苯磺酸盐。本研究以十二烷基苯(DDB)液相SO3磺化为模型反应,研究微反应器内的烷基苯磺酸合成反应过程特性,考察了液体流量、反应温度、磺化剂中SO3含量、反应通道长度、SO3与十二烷基苯物质的量比、微反应器结构、搅拌时间等参数的影响。结果表明,十二烷基苯磺化过程受传质控制,微反应器对反应初始阶段的强化作用明显,在SO3与十二烷基苯物质的量比为1.1时,采用微反应器与釜式反应器串联模式合成十二烷基苯磺酸,收率高达93.7%,为微反应器生产重烷基苯磺酸的路线提供了重要基础。     

微通道反应器中甲苯连续液相氧化工艺研究

以甲苯为底物,醋酸钴为催化剂,溴化钠为引发剂,过氧乙酸为液相氧化剂,在脉冲型微通道反应器中液相氧化合成苯甲醛,考察了原料配比、停留时间、反应温度、催化剂、引发剂用量和溶剂量等工艺参数对合成反应的影响。结果表明,n(甲苯)∶n(过氧乙酸)=1∶3、V(甲苯)∶V(乙酸)=1∶5、n(乙酸钴)∶n(甲苯)=1∶75、n(溴化钠)∶n(甲苯)=1∶30、反应温度为110℃、停留时间为10 min时,甲苯转化率达到30.8%,苯甲醛选择性达到83.5%。与传统间歇反应工艺相比,微通道反应器通过对反应过程中传质传热的强化,可大幅提高反应速率及原料的利用率,扩大工艺条件选择区间,实现对氧化反应过程的有效控制。     

β分子筛上甲苯与丙烯烷基化反应的研究

采用等温固定床反应器,以单因素实验法考察了反应温度(120~300℃)、甲苯与丙烯物质的量比(2~10)和液相空速(6~170 h-1)对烷基化反应的影响,并基于正交实验设计综合考察了反应温度、甲苯与丙烯物质的量比和液相空速对烷基化规律及产物分布的影响。结果表明:β分子筛催化剂对甲苯与丙烯液相烷基化具有良好的催化活性和选择性;较为适宜的烷基化反应条件为:温度220℃、甲苯与丙烯物质的量比8∶1、液相空速30 h-1,在此条件下,异丙基甲苯总的选择性为97.69%,其中,邻位异丙基甲苯的选择性为4.99%。     

磷酸二氢钠催化下甲苯的区域选择性硝化

研究了磷酸二氢钠催化甲苯硝化反应的催化活性,通过气相色谱考察了催化剂用量、反应时间、硝化反应温度及催化剂的重复使用等因素对甲苯转化率和产物区域选择性的影响。实验结果表明,在醋酐存在条件下,以CCl4为溶剂,质量分数为95%的硝酸为硝化剂,反应温度55℃,反应60min,1.0g磷酸二氢钠为催化剂,甲苯硝化表现出强的区域选择性,甲苯硝化产物邻对位摩尔比达1.16,较硝硫混酸的1.67显著降低,产物得率达到100%。该催化剂循环使用5次后,催化活性变化很小,产率仅下降0.1%。     

磷钨酸催化下甲苯的区域选择性硝化

为解决硝硫混酸对硝化甲苯过程中因甲苯的非选择性硝化产生的o-MNT和大量废酸对环境的危害,研究了磷钨酸对甲苯硝化反应的催化活性。通过气相色谱研究了催化剂用量、硝化反应时间、硝化反应温度及催化剂的重复使用等因素对甲苯硝酸硝化区域选择性的影响。结果表明,在醋酐存在的条件下,以CCl4为溶剂,以质量分数95%的硝酸为硝化剂,反应温度控制在50℃,反应进行90 min,0.8 g经300℃焙烧1.5 h后的磷钨酸催化剂,对甲苯表现出了强的区域选择性,甲苯硝化产物邻对位摩尔比达1.11,较硝硫混酸的1.67显著降低,产物得率达99.9%。该催化剂可循环使用5次,催化活性变化很小。     

磷钼酸催化下甲苯的区域选择性硝化

为解决硝硫混酸硝化生产对硝基甲苯过程中,因甲苯硝化的低选择性和大量废酸对环境的危害,研究了磷钼酸对甲苯硝化反应的催化活性。通过气相色谱,研究了催化剂用量、硝化反应时间、硝化反应温度、催化剂的重复使用等因素对甲苯硝酸硝化区域选择性的影响。结果表明,在醋酐存在条件下,以CCl4为溶剂,以质量分数为95%的硝酸为硝化剂,反应温度控制在50℃,反应进行60 min,0.8 g经400℃焙烧1.5 h后的磷钼酸为催化剂,对甲苯表现出了强的区域选择性,甲苯硝化产物邻对位摩尔比达0.88,较硝硫混酸的1.67显著降低,产物得率达82.5%。该催化剂可循环使用5次,催化活性变化很小。     

铌酸及其改性催化剂上甲苯的区域选择性硝化

研究了铌酸催化剂上甲苯硝化反应的区域选择性。结果表明,当反应温度为40℃,反应时间为60 min时,以CCl4为溶剂,以质量分数为95%的硝酸为硝化剂,在醋酐存在条件下,经300℃焙烧3 h后的铌酸催化剂,对甲苯硝化表现出了强的区域选择性;催化剂用量为0.8 g,甲苯硝化产物邻对位摩尔比达1.20,较硝硫混酸的1.67显著降低,产物得率达99.7%。且该催化剂循环使用5次,催化活性变化很小。制备了4种改性铌酸催化剂,结果分析表明,改性铌酸催化剂对甲苯硝化均表现出了比铌酸催化剂强的区域选择性,分别以硫酸铈改性的固体铌酸、硫酸铈和磷酸改性的铌酸、硝酸改性的铌酸、硝酸和磷酸改性的铌酸为催化剂,甲苯硝化产物的邻对位摩尔比可分别达1.15,1.11,1.09,1.04。     

磺酸树脂催化甲缩醛一步羰化制高附加值甲氧基乙酸甲酯

甲氧基乙酸甲酯（MMAc）是重要的精细化学品,同时是拟开辟的由合成气间接法制乙二醇的中间产物。鉴于文献报道的甲缩醛（DMM）气相羰化制MMAc存在CO与DMM比例过高（>100）,CO一次转化率过低（<0.5%）等缺点,采用釜式反应器,系统研究液相DMM羰基化反应过程中诸多因素,如溶剂种类、不同牌号磺酸树脂催化剂、反应温度、压力、反应时间、催化剂前处理等因素对DMM转化率以及产物MMAc选择性的影响。环丁砜显著提高了CO在液相中的溶解度,并有效抑制醛基游离以及DMM歧化反应,使DMM最大限度地向羰化反应方向进行。采用H-Y分子筛为催化剂,在反应温度120℃,初始反应压力3.0 MPa时,MMAc选择性仅为5%,而以磺酸树脂为催化剂时,MMAc选择性可以达到45%,说明磺酸树脂催化剂比H-Y分子筛具有更强的羰化能力。DMM在H-Y分子筛微孔表面更易发生歧化反应,导致二甲醚选择性大于90%。DMM转化率随反应温度、压力的增高和反应时间的增长而增大,MMAc选择性随反应时间增长和压力增高而提高、随着反应温度的升高先提高后降低。随着催化剂前处理温度升高,树脂催化剂中吸附的水含量逐渐减少,MMAc选择性逐步提高,但过高温度会导致催化剂孔道塌陷、表面结焦,羰化效果变差。以环丁砜为溶剂,D-009B树脂为催化剂,反应温度110℃、压力5 MPa、反应6 h,DMM转化率接近100%,MMAc选择性达到74.32%,显示较好的工业应用前景。     

磺酸树脂催化甲缩醛一步羰化制高附加值甲氧基乙酸甲酯

甲氧基乙酸甲酯(MMAc)是重要的精细化学品,同时是拟开辟的由合成气间接法制乙二醇的中间产物。鉴于文献报道的甲缩醛(DMM)气相羰化制MMAc存在CO与DMM比例过高(100),CO一次转化率过低(0.5%)等缺点,采用釜式反应器,系统研究液相DMM羰基化反应过程中诸多因素,如溶剂种类、不同牌号磺酸树脂催化剂、反应温度、压力、反应时间、催化剂前处理等因素对DMM转化率以及产物MMAc选择性的影响。环丁砜显著提高了CO在液相中的溶解度,并有效抑制醛基游离以及DMM歧化反应,使DMM最大限度地向羰化反应方向进行。采用H-Y分子筛为催化剂,在反应温度120℃,初始反应压力3.0 MPa时,MMAc选择性仅为5%,而以磺酸树脂为催化剂时,MMAc选择性可以达到45%,说明磺酸树脂催化剂比H-Y分子筛具有更强的羰化能力。DMM在H-Y分子筛微孔表面更易发生歧化反应,导致二甲醚选择性大于90%。DMM转化率随反应温度、压力的增高和反应时间的增长而增大,MMAc选择性随反应时间增长和压力增高而提高、随着反应温度的升高先提高后降低。随着催化剂前处理温度升高,树脂催化剂中吸附的水含量逐渐减少,MMAc选择性逐步提高,但过高温度会导致催化剂孔道塌陷、表面结焦,羰化效果变差。以环丁砜为溶剂,D-009B树脂为催化剂,反应温度110℃、压力5 MPa、反应6 h,DMM转化率接近100%,MMAc选择性达到74.32%,显示较好的工业应用前景。     

三氧化硫磺化甲苯反应的工艺条件研究

采用稀释SO3磺化甲苯工艺，研究了磺化温度．SO3配气比，原料中水含量和二甲苯砜抑制剂等工艺因素对反应转化率，产物中甲苯磺酸异构体含量及副产物二甲苯砜含量的影响。在10℃．SO3浓度为6％（volume）的操作条件下，二甲苯砜为抑制剂，甲苯转化率达到35％（mass）．反应产物中没有新增二甲苯砜，对甲苯磺酸含量达到88．24％．间甲苯磺酸含量降低到0．97％。     

微反应器中环戊烯催化氧化制备戊二醛的研究

以C5副产物制备出的环戊烯为原料,在微通道反应器内以钨酸为催化剂,在叔丁醇溶剂体系下经双氧水催化氧化制备戊二醛产品,重点考察了钨酸加入量、反应温度、停留时间以及助剂对实验结果的影响。优化实验条件为：催化剂钨酸的物质的量浓度为0.02mol/L,反应温度40℃,停留时间为4.5h;添加助剂KBr物质的量浓度0.02mol/L,停留时间缩短为2h,环戊烯转化率大于98%,选择性达93%以上。研究表明,应用微通道反应器提高此反应的选择性是由于反应器的独特结构控制了中间产物的生成和转化过程,对于此类中间产物过程复杂的反应通过控制停留时间可以使反应达到理想的效果,完成了在普通反应器中不可实现的难题。     

活性炭负载铁催化剂催化羟基化甲苯制备甲酚研究

以活性炭、十二烷基磺酸铁为原料制备了活性炭负载铁催化剂,采用H_2O_2作为羟基化试剂,进行了催化羟基化甲苯制备甲酚的研究。考察了溶剂种类、催化剂用量、反应时间、反应温度及原料摩尔比对甲苯转化率和甲酚选择性的影响,试验结果表明:在溶剂为乙腈,催化剂用量为0.5 g,反应温度为30℃,甲苯与H_2O_2摩尔比为1∶5,反应时间为4 h条件下,羟基化反应后甲苯转化率为28.96%,甲酚选择性81.25%。同时结合甲苯羟基化的反应过程探讨了羟基化反应机理,为甲酚绿色催化合成工艺放大研究提供技术支撑。     

固体超强酸ZrO2-TiO2/SO42-催化下甲苯的区域选择性硝化

制备了ZrO2/SO4^2-、TiO2／SO4^2-和一系列不同Zr／Ti原子数比的ZrO2^-TiO2／SO4^2-固体超强酸催化剂。通过气相色谱研究了诸如催化剂的Zr／Ti原子数比、催化剂的焙烧温度、硝化反应时间、硝化反应温度及催化剂的重复使用等因素对甲苯硝酸硝化区域选择性的影响。结果表明,在醋酐存在条件下,以硝酸（质量分数为65％）为硝化剂,反应温度控制在40℃,反应进行60min,经500℃焙烧3h后的ZrO2^-TiO2／SO4^2-（Zr／Ti原子数比为1：1）固体超强酸催化剂,对甲苯表现出了强的区域选择性,甲苯硝化产物邻对位比达0.90,较硝硫混酸的1.67显著降低,产物得率达到92．9％。该催化剂可循环使用5次,催化活性基本不变,是一种具有应用前景的绿色硝化反应催化剂。     

加氢还原新工艺及设备

介绍了二硝基甲苯液相加氢还原制备二氨基甲苯的生产工艺 ,催化剂采用含 0 1%～ 0 3%骨架镍的浆状催化剂 ,反应温度为 10 0℃ ,氢气压力在 15～ 2 0MPa,所得二氨基甲苯的纯度为 99%。还介绍了带复合式搅拌器的加氢反应釜、环式加氢反应器、循环反应器、卧式连续加氢反应器和三相固定床反应器。     

微通道反应器中环己烷液相氧化反应工艺的研究

以纯氧为氧化剂、环己酮为引发剂和环烷酸钴(II)为催化剂,研究了内径为0.762 mm、长度为20 m的微通道反应器内环己烷液相氧化的反应行为,考察了表观气体流速、表观液体流速、反应温度、压力和催化剂用量等因素对环己烷转化率和产物选择性的影响。在氧气和环己烷表观流速分别为1.80 m?s-1和0.004 m?s-1、温度165℃、压力1.4 MPa、环己酮加入量0.2%(wt)和催化剂钴(II)浓度为10 ppm时,环己烷的转化率为4.57%,环己醇、环己酮和环己基过氧化氢的选择性分别为61.72%、34.87%和1.12%,己二酸的选择性小于3.0%。结果表明,微通道反应器中进行环己烷液相催化氧化,能有效提高气液相界面积,加快环己烷氧化反应速率,降低副产物的生成。     

甲烷液相部分氧化合成甲醇过程研究

以碘系列化合物为催化剂,在发烟硫酸溶剂中进行了甲烷液相选择性氧化制取甲醇。考察了催化剂种类、用量、反应温度、发烟硫酸浓度等工艺条件对反应收率的影响,探讨了甲烷液相选择性氧化的催化机理以及发烟硫酸中 SO3 含量的作用。实验结果表明,甲烷液相部分氧化的最佳催化剂为 I2,最佳的工艺条件为催化剂浓度为0.099 mol?L?1、反应温度 473K、发烟硫酸(SO350%(wt))、反应时间 3h。 在此条件下,甲烷转化的转化率可达 82.65%,选择性可达 70.43%。机理研究表明,甲烷在部分氧化反应中首先转化为硫酸单甲酯,然后进一步水解得到甲醇, 反应遵循亲电取代机理。发烟硫酸中的游离 SO3的作用就在于提供较好的亲电环境、反应的氧源以及亲核试剂。     

化学液相沉积法改性ZSM-5沸石上的甲苯择形歧化反应:Ⅱ水蒸气处理与反应条件的影响

采用水蒸气对化学液相沉积硅改性HZSM 5催化剂进行了处理,考察了250~500℃时水热处理温度对催化剂在甲苯择形歧化反应中的催化活性和对二甲苯选择性的影响。实验结果表明,300~350℃时的水热处理效果较好,甲苯转化率和对二甲苯选择性分别达到23.5%和96.5%。在高对位选择性的催化剂上,详细考察了反应温度、反应压力、氢气与甲苯进料比和甲苯进料速率对甲苯转化率、对二甲苯选择性和收率的影响。实验结果表明,高压、较低温度、低液相空速有利于提高对二甲苯的收率,在反应温度420℃、压力2.5 MPa、甲苯的质量空速为1.5 h-1、氢烃摩尔比为2~3的条件下,甲苯转化率为25.8%,选择性为94.1%,对二甲苯收率为10.5%。     

甲苯与叔丁醇在Fe2O3/HM催化剂上的烷基化反应

以HM沸石分子筛负载Fe2O3作为催化剂,在100 mL高压釜反应器中进行了甲苯与叔丁醇的烷基化反应.考察了不同Fe2O3负载量对甲苯与叔丁醇烷基化反应的影响,并用XRD、NH3-TPD和TG等手段对几种负载型催化剂的物化性质进行了表征.当Fe2O3的负载量为18%时,Fe2O3仍在HM表面高度分散,催化剂焙烧温度为650℃时,对叔丁基甲苯的选择性最高,为80.6%,叔丁基甲苯的选择性达到100%.采用18?2O3/HM作为催化剂,研究了各种反应条件对催化剂性能的影响.实验结果发现,在适宜的反应条件下,即反应温度180℃,反应时间3 h,叔丁醇与甲苯摩尔比为3,初始压力1.0 MPa,原料与催化剂质量比为5,溶剂与甲苯摩尔比为8时,甲苯的转化率为36.6%,对叔丁基甲苯的选择性为78.4%.     

过氧化氢氧化β-巯基乙醇合成羟乙基磺酸的连续流工艺

以β-巯基乙醇为底物,过氧化氢为氧化剂,研究了在微通道反应器液相氧化合成羟乙基磺酸的连续流工艺。实验考察了物料配比、过氧化氢浓度、反应温度、停留时间对氧化反应的影响,在具有特殊微结构的毫米通道微反应器中,物料摩尔比n(H_2O_2)∶n(β-巯基乙醇)=3. 6∶1,H_2O_2质量分数为40%,反应温度40℃,停留时间120 s,β-巯基乙醇转化率达96. 5%,羟乙基磺酸收率达88. 1%。此工艺充分利用微通道连续流反应器优良的传质传热特点,大大缩短了反应时间,提高了反应速率,实现对氧化反应过程的有效控制,增加了安全系数。