專利名稱：亞氨基二芐催化脫氫生產亞氨基芪的工業化方法
技術領域：
本發明屬于化學反應工程技術領域，具體的說，涉及一種醫藥中間體亞氨基芪的 催化脫氫工業化生產方法。
背景技術：
亞氨基芪(5H-二苯并[b，f]氮雜)是一種重要的藥物合成中間體，主要用于卡馬 西平和奧卡西平等藥物的合成。用亞氨基二芐(10，11-二氫_5!1-二苯并[b，f]氮雜，IDB)合成亞氨芪是工業上廣 泛采用的方法，主要有溴化法、液相催化脫氫法和氣相催化脫氫法。溴化法是最早的生產亞 氨基芪的工業方法，亞氨基二芐經酰化、溴化、脫溴化氫、脫酰等多步制備亞氨基芪的方法， 此方法存在轉化率低、雜質種類多、費時費力等弊端，且產品質量不高。亞氨基二芐液相條 件下催化脫氫制備亞氨芪，反應溫度低，產品收率較高，但存在采用貴金屬催化劑且損耗嚴 重，消耗氫受體，產物后處理較繁瑣等缺陷。亞氨基二芐氣相催化脫氫制備亞氨芪方法，具 有工藝流程簡單，副產物種類少、易分離，產品質量高，可用于生產無溴卡馬西平等優點，是 生產亞氨基芪的最佳方法。文獻CN 100453175C中公開了一種催化劑及其制備方法，以及該催化劑在生產亞 氨基芪中的應用，提出了采用由鉬、錫以及鐵的金屬氧化物組成的催化劑，利用亞氨基二芐 氣相脫氫來生產亞氨基芪的方法。該方法將亞氨基二芐以濃度5-30% (W/W)溶解在芳香烴 溶劑中，在300-375°C下在蒸發器中蒸發，在等溫管式反應器中于350 480°C下反應，反應 后的物料直接冷凝回收。該方法存在大量溶劑隨反應物通過催化劑，導致催化劑壽命大大 降低，難以滿足工業中長周期穩定生產的要求；另外反應器直徑僅23mm，僅屬于實驗室試 驗裝置。文獻CN 101307021A中公開了一種亞氨基芪的化學合成方法，采用固定床反應 器，電加熱使催化床層溫度提高至400-600°C，熔融的亞氨基二芐通過高壓水蒸汽帶入催化 床層，反應后進入裝有冷卻水的裝置，得到的混合液蒸干水份后重結晶得到產品。該方法采 用電加熱催化床層，工業中應用時能耗很高；采用水蒸汽攜帶原料進反應器，原料進料量調 節較困難；另外反應器直徑僅30mm，無法直接應用于工業生產，催化床層僅為一段，反應效 率低下，未實施多段之間換熱反應器，系統也在常壓下操作，屬于實驗室試驗裝置。文獻US 3531466中公開了一種亞氨基芪的生產工藝，提出了非貴金屬脫氫催化 劑，采用管式反應器，反應溫度在300 70(TC之間，常壓或負壓操作，利用水蒸汽攜帶原 料，并通過加入氮氣降低亞氨基二芐的分壓，反應后產物全部冷凝，混合液經重結晶得到產 品。該方法采用水蒸汽攜帶原料進反應器，原料進料量調節較困難；采用氮氣調節反應物分 壓，導致了脫氫尾氣熱值顯著下降，負壓操作條件下使得尾氣壓縮機的負荷增加；另外反應 器直徑僅30mm，屬于實驗室試驗裝置。文獻JP 55017330中公開了一種亞氨芪的生產方法，制備出復合的金屬氧化物催 化劑，使用溫度350-650°C，反應體系在常壓或減壓條件下都可以進行。反應器直徑16mm，采用電加熱，僅屬于實驗室試驗裝置。綜上所述，上述亞氨基二芐催化脫氫生產亞氨基芪的方法，大都為開發亞氨基二 芐催化脫氫制亞氨基芪的催化劑，其亞氨基芪生產方法均為實驗室的制備方法，均未提出 工業上規模生產時的生產工藝，且有生產能耗高，催化劑壽命短等不足。
發明內容
本申請的發明人通過研究，對于亞氨基二芐催化脫氫生產亞氨基芪，找到一種工 業化的生產方法，本方法的工藝流程為反應物料經加熱熔化后與高溫水蒸汽混合后進入 脫氫反應器，脫氫反應是在一個包括至少兩個催化床層的軸向或徑向固定床反應器中進 行，兩個催化床層之間設置高溫水蒸汽間接或直接加熱反應物流，從反應器出來的物流經 過一個換熱器進行換熱回收熱量，隨后進入帶有換熱器的吸收塔，經降溫、冷卻和吸收之 后，其富含反應產物的溶劑取出，經過蒸發、結晶等獲得產品亞氨基芪。本方法通過多段催 化和床層間換熱技術，實現了催化脫氫反應的高選擇性；采用帶換熱器的吸收塔用有機溶 劑吸收易結晶的產品；工藝用水循環使用，實施了零排放；脫氫尾氣直接進入加熱爐焚燒， 既獲取了氫氣的熱值，又降低了排放。本方法克服了現有技術中能耗高、催化劑壽命短等技 術缺陷，同時符合節能減排的環保要求，能夠實施大規模工業化生產。因此，本發明的首要目的就在于提供一種亞氨基二芐氣相催化脫氫生產亞氨基芪 的方法。本發明需要解決的技術問題是(1)提供一種工業上可行的亞氨基二芐氣相催化脫氫生產亞氨基芪的生產工藝， 實現高選擇性的催化脫氫反應；(2)進行工業規模生產時，出于環保節能的要求，必須要考慮能量的綜合利用和降 低三廢的排放；(3)產品的前處理和后處理工藝，必須考慮易結晶的原料和產物在設備中容易堵 塞的問題，符合生產實際的需要；因此，本發明的構思是這樣的1、采用負壓工藝，符合亞氨基二芐催化脫氫增體積反應的特征，能夠提高反應的 平衡轉化率，更有利于反應選擇性的提高；2、采用水蒸汽為載熱體，提供脫氫反應所需要的熱量，同時也有降低原料的分壓 作用。另外，水蒸汽的加入，可以有效推進水煤氣反應，避免了催化劑的結炭，顯著提高催化 劑的壽命；3、采用多段反應工藝，可以降低原料的進口溫度，以避免單段絕熱反應溫降幅度 過大的缺點，從而提高了反應的選擇性和反應的收率，另一方面也可以顯著地降低水蒸汽 與原料的進料比，從而降低了裝置的能耗；4、采用徑向反應器技術，或采用薄床層軸向反應器技術，有效降低床層壓降，更符 合負壓脫氫工藝要求；5、采用鼓泡吸收塔，塔內液相溶劑完全溶解在快速降溫過程中極易形成結晶的反 應產物，同時又快速移走了反應物流的熱量，其裝置吸收和傳熱效率高，也不易被反應產物
堵塞；
6、采用噴淋吸收塔，反應產物和未反應的原料被噴淋的有機溶劑完全吸收；熱量 由塔外的溶劑換熱器排出，其裝置吸收效率高，壓降低，也不易被反應產物堵塞；7、工藝用水經換熱器和水處理器，回收了熱量，實施了循環利用；8、將脫氫尾氣送至加熱爐燃燒，既消除反應系統的污染排放，又可用作加熱爐的 燃料。根據上述構思，本發明提出如下的技術方案一種亞氨基二芐催化脫氫生產亞氨基芪的方法，脫氫反應是在一個包括至少兩個 催化床層的脫氫反應器中進行，反應器前設置一個混合器，反應物料被加熱熔化后由泵打 入混合器內，與高溫水蒸汽混合，反應物流被提高到反應溫度后進入反應器；反應器內兩個 催化床層之間安置換熱器，來自上一催化床層的反應物料在換熱裝置中被重新加熱到反應 溫度后進入下一催化劑床層反應；從反應器出來的物料經過一個換熱器進行換熱回收熱 量，隨后進入吸收塔，吸收液經過蒸發、結晶等處理獲得產品亞氨基芪。從吸收塔頂部出來 的氣體經換熱器冷凝后作為脫氫尾氣由壓縮機抽出，送至加熱爐燃燒。本發明所述的亞氨基二芐催化脫氫生產亞氨基芪的方法中，脫氫反應器采用多段 的徑向反應器或軸向反應器，床層內填充以氧化鐵為主要活性成分的非貴金屬脫氫催化 劑，催化床層之間設置換熱器。反應物流由反應器頂部進入，從反應器底部流出。本發明所 述的脫氫反應可采用以氧化鐵為主要活性組分的脫氫催化劑。本發明所述的亞氨基二芐催化脫氫生產亞氨基芪的方法中，催化脫氫采用多段反 應工藝，可以降低原料的進口溫度，從而提高了反應的選擇性，另一方面也可以顯著降低水 蒸汽與原料的進料比，從而降低了裝置的能耗，為低碳生產工藝。本發明所述的亞氨基二芐催化脫氫生產亞氨基芪的方法中，亞氨基二芐的重量空 速為0. 01 2. Oh—1，水蒸汽與亞氨基二芐的摩爾比為10 300，反應溫度為300 650°C， 反應器內的絕對壓力平均值在0. 02 0. IOMpa之間，反應物亞氨基二芐的轉化率為60 90%，反應產物亞氨基芪的選擇性為65 90% ；另外，本發明所述的脫氫催化反應也可在 常壓下操作。本發明所述的亞氨基二芐催化脫氫生產亞氨基芪的方法中，從加熱爐出來的高溫 水蒸汽先到反應器內的中間換熱器進行換熱，然后再進入混合器與原料亞氨基二芐混合， 或者從加熱爐出來的高溫水蒸汽先到反應器內的中間換熱器進行換熱，然后回到加熱爐重 新加熱后再進入混合器與原料亞氨基二芐混合，前一種方法的高溫管線較短，后一種方法 的加熱爐出口水蒸汽的溫度較低。本發明所述的亞氨基二芐催化脫氫生產亞氨基芪的方法中，采用鼓泡吸收塔或噴 淋吸收塔來進行反應產物的后處理，具體為用溶劑溶解在快速降溫過程中反應物流中極易 結晶的反應物和反應產物，獲取了主要含反應產物的液相溶劑；或在塔中設置換熱構件，有 效快速移走熱量，使反應物流中的反應物快速從氣相進入油相，同時回收了熱量；或在塔外 設置溶劑換熱器，從吸收塔出來的部分液相溶劑通過溶劑換熱器降溫，然后再循環進入吸 收塔上部；在塔內設置了反應物流進料的氣體分布器和溶劑的液相分布器，從而保證了汽 液的充分接觸。采用鼓泡吸收塔或噴淋吸收塔，其吸收效果好，裝置不易為結晶物堵塞。本發明所述的亞氨基二芐催化脫氫生產亞氨基芪的方法中，所述的鼓泡吸收塔和 噴淋吸收塔的換熱構件、氣體分布器和液體分布器均為化工單元操作手冊中記載的常用形式。本發明所述的亞氨基二芐催化脫氫生產亞氨基芪的方法中，吸收塔采用的溶劑為 不溶于水能溶解反應產物及原料的有機溶劑，如苯、甲苯、二甲苯等，吸收塔出來的油相液 體通過蒸發、結晶等分離手段獲得產品亞氨基芪，未反應的亞氨基二芐則返回原料罐。本發明所述的亞氨基二芐催化脫氫生產亞氨基芪的方法中，脫氫尾氣送至加熱爐 燃燒，水經過處理器后循環使用，整個反應系統正常生產情況下無三廢排放，為環境友好的 生產工藝。任何脫氫反應器均可用來實施本發明的工藝方法，但是在負壓操作條件下以使用 徑向反應器較佳。
圖1本發明所述的亞氨基二芐兩段催化脫氫生產亞氨基芪方法的流程示意圖。圖2本發明所述的亞氨基二芐三段催化脫氫生產亞氨基芪方法的流程示意圖。具體實施方法下面結合附圖對本發明做進一步的說明。如圖1中新鮮亞氨基二芐送入原料罐1，在水蒸汽的加熱下被熔化，然后通過計 量泵2將其輸送到混合器3 ；水在加熱爐4中被加熱為高溫水蒸汽，首先到反應器5內的中 間再熱器14中進行換熱，加熱從第一床層流出的反應物流，然后進入混合器3與原料混合， 水蒸汽與原料的摩爾比為10 300，混合后的反應物料溫度在300-650°C之間；從混合器3 出來的反應物流進入反應器5，反應器5為兩段絕熱、中間再熱的軸向反應器型式，反應物 流首先通過第一床層，隨著反應的進行反應物流的溫度逐漸降低，從第一床層中流出的反 應物流通過中間再熱器14，其溫度再次被提升到300 650°C之間后進入第二催化床層反 應；從反應器5出來的反應物流進入換熱器6以回收熱量，隨后進入吸收塔7，該吸收塔為 鼓泡吸收塔；吸收塔7內反應物流首先通過氣體分布器進入液相溶劑中，然后被溶劑冷凝、 吸收，氣體從塔頂流出，冷凝下來的水從塔底排出，溶劑從吸收塔7的上部通過液體分布器 加入，吸收了反應產物和反應物的溶劑相從塔的下部排出，在吸收塔7的液體內設置水箱 式換熱器13，以移走反應物流的顯熱和冷凝潛熱；從吸收塔7的下部由泵12抽出含反應產 物的溶劑相，經過蒸發、結晶等處理獲得產品亞氨芪；從吸收塔7的底部流出的冷凝水經過 水處理器8，脫除微量有機物和無機鹽等雜質后循環使用；從吸收塔7塔頂出來的物流首先 通過冷凝器9降溫，然后進入汽液分離器10進行氣液分離，尾氣進入壓縮機11，冷凝液返回 吸收塔7 ；壓縮機11提供了系統所需要的壓力，從壓縮機11出來的尾氣被送到加熱爐4進 行燃燒。圖2流程中新鮮亞氨基二芐送入原料罐1，在水蒸汽的加熱下被熔化，然后通過 計量泵2將其輸送到混合器3 ；水在加熱爐4中被加熱為高溫水蒸汽，首先到反應器5內 的中間再熱器15和中間再熱器14中進行換熱，分別加熱從第二床層和第一床層流出的反 應物流，然后進入混合器3與原料混合，水蒸汽與原料的摩爾比為10 300，混合后的反應 物料溫度在300-650°C之間；從混合器3出來的反應物流進入反應器5，反應器5為三段絕 熱、兩段中間再熱的徑向反應器型式，反應物流首先通過第一床層，隨著反應的進行反應物 流的溫度逐漸降低，從第一床層中流出的反應物流通過中間再熱器14，其溫度再次被提升到300 650°C之間后進入第二催化床層反應，從第二床層中流出的反應物流通過中間再 熱器15，其溫度再次被提升到300 650°C之間后進入第三催化床層反應；從反應器5出來 的反應物流進入換熱器6以回收熱量，隨后進入吸收塔7，該吸收塔為噴淋吸收塔；吸收塔 7內反應物流首先通過氣體分布器進入塔內，然后被溶劑冷凝、吸收，氣體從塔頂流出，冷凝 下來的水從塔底排出，溶劑從吸收塔7的上部通過液體分布器加入，吸收了反應產物和反 應物的溶劑相從塔的下部排出，在吸收塔7的外部溶劑換熱器16，以移走反應物流的顯熱 和冷凝潛熱；從吸收塔7的下部由泵12抽出含反應產物的溶劑相，部分經過蒸發、結晶等處 理獲得產品亞氨芪，其余溶劑相通過溶劑換熱器16降溫，然后重新返回吸收塔7上部；從吸 收塔7的底部流出的冷凝水經過水處理器8，脫除微量有機物和無機鹽等雜質后循環使用； 從鼓泡吸收塔7塔頂出來的物流首先通過冷凝器9降溫，然后進入汽液分離器10進行氣液 分離，尾氣進入壓縮機11，冷凝液返回鼓泡吸收塔7 ；壓縮機11提供了系統所需要的壓力， 從壓縮機11出來的尾氣被送到加熱爐4進行燃燒。在本發明中，催化劑可以采用市售的多種類型脫氫催化劑，也可采用如文獻所報 道的各種亞氨基二芐氣相催化脫氫的催化劑。亞氨基二芐重量空速為0. 01 2. Or10實施例1亞氨基二芐氣相催化脫氫以圖1的工藝流程進行，反應器為兩段絕熱、中間再熱 的軸向反應器型式，水蒸汽與亞氨基二芐的摩爾比為140，反應物流在各個反應床層入口處 的溫度分別為550°C和530°C，反應器內的絕對壓力平均值在0. 050Mpa，亞氨基二芐重量空 速為0.201^，催化劑采用C105脫氫催化劑。鼓泡吸收塔中采用苯為溶劑進行回收。反應 結果見表1。實施例2亞氨基二芐氣相催化脫氫以圖2的工藝流程進行，反應器為三段絕熱、中間再熱 的徑向反應器型式，水蒸汽與亞氨基二芐的摩爾比為160，反應物流在各個反應床層入口處 的溫度為530°C，反應器內的絕對壓力平均值在0. 030Mpa，亞氨基二芐重量空速為0. IOtT1, 催化劑采用LH315脫氫催化劑。噴淋吸收塔中采用甲苯為溶劑進行回收。反應結果見表1。實施例3亞氨基二芐氣相催化脫氫以圖2的工藝流程進行，反應器為三段絕熱、中間再熱 的徑向反應器型式，水蒸汽與亞氨基二芐的摩爾比為200，反應物流在各個反應床層入口處 的溫度為530°C，反應器內的絕對壓力平均值在0. 150Mpa，亞氨基二芐重量空速為0. 151Γ1， 催化劑采用GS08脫氫催化劑。噴淋吸收塔中采用二甲苯為溶劑進行回收。反應結果見表 1。表 1
權利要求
1.一種亞氨基二芐催化脫氫生產亞氨基芪的方法，其特征在于，脫氫反應是在一個包 括至少兩個催化床層的脫氫反應器中進行；反應器前設置一個混合器，反應物料經加熱熔 化后由泵打入混合器內與高溫水蒸汽混合，其反應物流被提高到反應溫度后進入脫氫反應 器；反應器內兩個催化床層之間安置換熱器，來自上一催化床層的反應物流在換熱裝置中 被重新加熱到反應溫度后進入下一催化劑床層反應；從反應器出來的物流經過一個換熱器 進行換熱回收熱量，隨后進入吸收塔，反應物流被降溫和溶劑吸收，之后吸收了反應產物的 溶劑再經過蒸發和結晶處理獲得產品亞氨基芪。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的脫氫反應器為固定床反應器，為軸向 固定床反應器或徑向固定床反應器。
3.如權利要求1-2任一項所述的方法，其特征在于，工藝條件為水蒸汽與亞氨基二芐 的摩爾比為10 300，反應物流在所述的各反應器入口處被加熱到300 650°C，反應器內 的絕對壓力為0. 02 0. IOMpa或常壓，同時采用0. 01 2. Oh—1的亞氨基二芐重量空速。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，催化床層之間進行中間再熱，以提高反應物 流溫度，其中再熱方法為設置中間換熱器，由高溫水蒸汽間接加熱，或由加熱爐引出的高溫 水蒸汽直接加入反應物流，進行直接加熱。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的吸收塔為鼓泡吸收塔，塔內設置換熱 內構件和反應物流分布器，反應物流經分布器進入充滿溶劑的液相層，反應產物和未反應 的原料被吸收，反應物流中水蒸汽被冷凝，不凝性尾氣由塔頂排出，溶劑由塔上部加入，溶 劑相物流出口在鼓泡吸收塔的下部。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的吸收塔為噴淋吸收塔，塔內設置反應 物流分布器和溶劑分布器，反應物流經分布器進入塔內，被由上噴淋而下的溶劑所吸收，而 反應物流中水蒸汽被冷凝，不凝性尾氣由塔頂排出，溶劑相物流由塔下部排出，部分經塔外 溶劑換熱器換熱降溫后，與新鮮溶劑一起，再循環送入噴淋吸收塔的上部。
7.如權利要求1、5或6所述的方法，其特征在于，所述的吸收塔的溶劑為苯、甲苯、二甲 苯或其他有機溶劑。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，從吸收塔出來的水相物流經水處理器后，與 從反應器出來的物流經過一個換熱器進行換熱回收熱量后進入加熱爐，所產生的高溫水蒸 汽先到反應器內的中間換熱器進行換熱，以提高反應物料進入下一床層的反應溫度，然后 再進入混合器與原料亞氨基二芐混合。
9.如權利要求1所述的方法，其特征在于，脫氫反應產生的尾氣送至加熱爐燃燒。
全文摘要
本發明提供一種亞氨基二芐催化脫氫生產亞氨基芪的工業化方法。該方法的工藝流程是反應物料經加熱熔化與高溫水蒸汽混合后進入脫氫反應器，脫氫反應是在一個包括至少兩個催化床層的軸向或徑向固定床反應器中進行，兩個催化床層之間設置高溫水蒸汽間接或直接加熱反應物流，從反應器出來的物流經過一個換熱器進行換熱回收熱量，隨后進入帶有換熱器的吸收塔，其或是鼓泡吸收塔或噴淋吸收塔，吸收了反應產物的溶劑經蒸發、結晶等獲得產品亞氨基芪。該方法具有反應性能好、原料消耗低、能耗低，工藝對環境友好等特點。
文檔編號C07D223/22GK102120729SQ20111003324
公開日2011年7月13日 申請日期2011年1月30日 優先權日2011年1月30日
發明者倪燕慧, 劉時賢, 吳勇強, 張琪, 徐焱, 朱子彬, 李瑞江, 陶國忠, 黃震堯 申請人:華東理工大學