H酸合成工艺的改进□梁诚 H酸是重要的萘系染料中间体,主要用于生产活性染料、直接染
H酸是重要的萘系染料中间体,主要用于生产活性染料、直接染料、酸性染料和变色酸等产品。我国处于世界染料贸易的中心地带,为H酸生产与发展创造了极好的发展机遇。随着我国环境保护要求日益加强和国内外市场竞争日趋激烈,作为环境污染严重的H酸生产将面临严峻考验。通过进行技术改造,提高我国H酸的生产收率,降低成本,减少污染已迫在眉睫。 H酸的生产以精萘为原料,经磺化、硝化、还原、碱熔、酸析等
H酸的生产以精萘为原料,经磺化、硝化、还原、碱熔、酸析等步骤得到膏状产品,再经过干燥得到粉状产品。目前国内制备H酸的工艺基本上沿用二战前德国的资料进行生产。近年来,国内的科研机构对其主要工艺进行了许多改进,并取得一定的成果,但还需要进一步推广和应用。 一、磺化
一、磺化 目前国内主要采用发烟硫酸阶段性磺化工艺,该工艺需耗用大量
目前国内主要采用发烟硫酸阶段性磺化工艺,该工艺需耗用大量的硫酸,因而产生大量的废酸,而且大量的酸性废水难于生化处理,环境污染严重,磺化反应速度也较慢。近年来开发了SO3磺化技术,提高了磺化剂的利用率,用硫量是发烟硫酸的1/3,产品磺酸中废酸含量少,中和时耗碱量低,三废减少了近2/3,并提高收率4%以上。SO3磺化技术的关键在于:一是控制反应温度,及时导出反应热,防止过磺化;二是提高SO3的稳定性,使其在常温下减轻聚合程度,保持液体状态;三是液体SO3的贮存、运输必须严格按规定操作,保持一定压力与温度,防止产生固体沉积物等。另外,磺化反应的另一个关键问题就是磺化后副产异构体的分离问题。目前国内已有多家企业可以制造出稳定的SO3,给H酸采用SO3磺化提供原料支持。 二、硝化
二、硝化 萘磺酸硝化反应是非均相强放热反应,因此在硝化反应中要有良
萘磺酸硝化反应是非均相强放热反应,因此在硝化反应中要有良好的搅拌和导热系统,国外一般采用混酸连续硝化过程,即在2~3个串联的反应器中进行溢流反应,这样一来既可避免硝化不完全,又可防止过硝化,硝化温度逐级提高,可有效减少用于搅拌和冷却的能耗,并能明显提高收率和产品质量,其中混酸中HNO3-H2SO4-H2O的合理比例为50∶11∶2.3。另外,混酸硝化后废酸含水量增加,由于所含的有机物难于处理,因此可采用废酸浓缩装置进行处理后再利用,这样一来可以明显减少废酸处理量,环保和经济效益明显。 三、还原
三、还原 传统工艺以铁粉为还原剂,会产生大量的铁泥和废渣,环境污染
传统工艺以铁粉为还原剂,会产生大量的铁泥和废渣,环境污染严重,而且产品中金属离子含量高,影响了产品的色泽和质量。目前硝基物还原基本都采用加氢还原,国外H酸生产还原工艺也都采用加氢还原工艺。加氢还原反应彻底,没有铁泥和废渣,省去铁泥压滤工序。国内也在开发加氢还原工艺,其关键是催化剂的选择,目前国外工业的加氢还原催化剂主要有两种,一是雷氏镍,二是贵金属钯/碳。其中贵金属催化选择性高,催化效率高,但H酸的附加值并不高,只是靠规模产生效益的普通化工中间体。加上钯是稀有贵金属,价格昂贵,因此国内有机中间体生产中,贵金属催化剂使用较少,对其在工业化中应用经验缺乏,催化剂的寿命和回收问题对于生产企业来说是一个陌生而又严峻的课题,催化剂的使用好坏直接决定产品成本。因此采用雷氏镍作为H酸还原操作过程的加氢催化剂较为符合实际情况。国外还有资料报道采用SO2为还原剂,这样可以取消还原前对硫酸的中和,缩短工艺路线,降低成本;还有专利报道采用电化学还原,在电解液中,在一定温度与电流密度下,Pb或Pb-Sb阴极还原得到T-酸,该法电耗比较大,工业成本高,但是对于我国西部一些能源比较丰富的地区,还是值得尝试的。 四、碱熔
四、碱熔 碱熔是H酸生产中最重要的工序之一,目前研究集中在两方面:
碱熔是H酸生产中最重要的工序之一,目前研究集中在两方面:一是适当控制碱熔过程中碱的浓度,可以有效提高H酸的收率,在这方面日本有大量的专利报道,如日本住友公司专利中报道,碱熔过程中其最初和最终浓度分别控制在20%~29%和25%~35%;二是采用溶剂法碱熔,如国内大连理工大学和沈阳化工研究院,开发的T-酸在有机醇类溶剂存在下碱熔,可以明显减少副产物W-酸和变色酸等,收率可提高10%,降低了碱性水解母液中的COD值,有机醇可回收利用,目前已实现工业化生产。另外在碱熔工艺中,可以采用氢氧化钾或氢氧化钾和氢氧化钠混合物,比以前单纯的氢氧化钠碱熔效果要好,收率明显提高,但是氢氧化钾价格要高于氢氧化钠,因此要考虑钾盐的回收与利用问题。 由于国内盲目建设,目前H酸已出现供过于求的局面,许多企业
由于国内盲目建设,目前H酸已出现供过于求的局面,许多企业工艺技术落后,三废污染严重,产品质量差,在有限的市场中恶性竞争,竞相压价,导致效益低下。因此今后我国H酸生产企业只有不断进行工艺改进,提高质量,减少污染,降低成本,以质优价廉的产品占据更大国际市场份额,才能保证我国H酸工业健康稳定的发展。
