一种连续生产2-烷基蒽醌装置、制备方法及其应用与流程
本发明涉及催化合成，尤其是涉及一种连续生产2-烷基蒽醌装置、制备方法及其应用。
背景技术：
1、2-烷基蒽醌是重要的化工产品，其中2-乙基蒽醌和2-戊基蒽醌是目前生产过氧化氢的载体材料，2-烷基蒽醌还可以用作降解树脂、光敏聚合材料或燃料的中间体。传统的2-烷基蒽醌的生产方法主要采用苯酐酰化脱水法，但该方法使用硫酸作为脱水剂会产生严重的环境污染和设备腐蚀问题，难以满足绿色化工的生产要求。
2、为了满足2-烷基蒽醌绿色生产需求，现有技术cn110256221a采用了多聚磷酸和五氧化二磷组合脱水剂，该技术方案避免了蒽醌生产中大量稀硫酸产生，具有反应条件温和、产物易分离的技术效果。此外，现有技术cn107602368a还公开了一种烷基化-氧化两步法，该方法采用烷基化催化剂蒽对进行烷基化生产2-戊基蒽，再使用氧化剂和氧化催化剂对2-戊基蒽进行氧化制备2-戊基蒽醌，该技术方案方法简单反应条件温和、且能够显著减少生产污染；目前两步法生产烷基蒽醌被认为是现阶段最为绿色的生产方法。
3、目前的2-烷基蒽醌的生产工艺中，烷基化催化剂多为金属负载型多孔载体，而金属负载型多孔载体又存在选择性低的问题，因此需要对烷基化产物中的烷基蒽进行分离纯化后再进行氧化生产烷基蒽醌，在烷基化工艺和氧化工艺之间需要增加纯化分离工艺，无法进行烷基化-氧化工艺的连续生产，生产成本高且效率低。
技术实现思路
1、为了克服现有技术中2-烷基蒽醌生产工艺需要对烷基化产物进行分离无法进行连续化生产的问题，本发明提供了一种连续生产2-烷基蒽醌装置、制备方法及其应用，该装置由反应容器和设置在反应容器中的固定床组成，固定床的一侧设有第一负载区另一侧设有第二负载区，第一负载区内设有烷基化催化剂、第二负载区内设有氧化催化剂，该装置的固定床将反应容器分割成烷基化反应部和氧化反应部，蒽和烷基化试剂混合后进入到烷基化反应部中的烷基化催化剂孔道中进行烷基化反应产生2-烷基蒽，产生的2-烷基蒽经过催化剂后进入到固定床底部，并流入集液器中，集液器再将2-烷基蒽注入到氧化反应部的氧化催化剂中在进行氧化反应生成2-烷基蒽醌；该装置无需对2-烷基蒽进行分离提纯可直接进入下一步的氧化反应中，反应可连续进行，反应简单成本低。
2、本发明的具体技术方案为：
3、一种连续生产2-烷基蒽醌装置，其特征是，包括反应容器和位于反应容器中的固定床，所述固定床包括载体、设于载体一侧的第一负载区以及设于载体另一侧的第二负载区，所述第一负载区内设有烷基化催化剂，所述第二负载区内设有氧化催化剂，所述固定床将反应容器分割为烷基化反应部和氧化反应部，所述第一负载区位于烷基化反应部中，所述第二负载区位于氧化反应部。
4、作为优选，所述烷基化催化剂采用酸性沸石分子筛和硅酸乙酯为原料焙烧制成，所述酸性沸石分子筛采用酸处理沸石分子筛制成。
5、作为优选，所述焙烧的温度为400～600℃。
6、作为优选，所述沸石分子筛包括hy、beta和mcm-22中的一种或几种，所述酸选自盐酸、硝酸、磷酸、乙酸、柠檬酸、酒石酸和草酸中的一种或几种。
7、作为优选，所述酸的浓度为0.05～0.75mol/l。
8、作为优选，所述氧化催化剂原位制备的ti-itq-24，所述si/ti比为500～10。
9、本发明提供一种连续生产2-烷基蒽醌的装置，该装置由反应容器和固定床构成，固定床则是载体和分别设置在载体两侧的第一负载区和第二负载区构成；固定床的载体的作用是将反应容器分割成两个独立的反应容器，即烷基化反应部和氧化反应部，第一负载区内设置有烷基化催化剂，第一负载区位于烷基化反应部中，第二负载区内设置有氧化催化剂，第二负载区位于氧化反应区中；本发明的烷基化催化剂采用的催化剂为酸性沸石分子筛和硅酸乙酯为原料焙烧制成，酸性沸石分子筛是沸石分子筛经过酸处理增加分子筛内部的酸性位点并增加分子筛内部的孔道结构，增加催化剂的择形作用，提高对2-烷基蒽的选择作用，再通过硅酸乙酯调控分子筛内的酸活性位点的数量，进一步调控对2-烷基蒽的选择性，使烷基化反应阶段能够生成更多地2-烷基蒽。
10、本发明中的烷基化催化剂的内部孔隙结构作为蒽烷基化的反应场所，当蒽和烷基化试剂从第一负载区顶部进入到烷基化催化剂上时会流入到催化剂的孔隙中进行反应，第一负载区中的烷基化催化剂会形成烷基化反应的容器，蒽和烷基化试剂在烷基化催化剂的孔洞中进行在酸性位点作用下选择性的转化为2-烷基蒽，最终生成的2-烷基蒽则是从第一负载区的烷基化催化剂底部流出，由于分子筛催化剂的多孔道特殊结构，其反应的比表面积大，蒽与烷基化试剂会在孔道流动过程中与孔道内的酸性位点发生反应，并被截停在反应位点处，而生成的2-烷基蒽醌则随着溶剂继续向下层流动，从而发生了分离，使得最终底部生成的2-烷基蒽醌的含量显著提升，不会残留未反应的蒽和烷基化试剂，因此能够直接将烷基化产物作为氧化反应部中的原料而无需进一步分离纯化。
11、本发明的氧化催化剂为ti-itq-24，具有十二元环和十元环的交叉孔道结构，有利于大分子物质通过，具有更高的孔道则形作用和传质效率，从而显著提高的氧化作用，显著提高2-烷基蒽醌的收率。
12、一种上述连续生产2-烷基蒽醌装置的制备方法，包括以下步骤：
13、步骤一：制备烷基化催化剂；
14、步骤二：制备氧化催化剂；
15、步骤三：将烷基化催化剂压制成片后组装至载体的第一负载区内，将氧化催化剂压制成片后组装至载体的第二负载区内制成固定床，压制成片的目数为40～60目；
16、步骤四：将固定床组装至反应容器内制成连续生产烷基蒽醌装置。
17、本技术提供的制备方法中烷基化催化剂和氧化催化剂是压制成片后，在堆叠至固定床的第一负载区和第二负载区内，片状的催化剂堆叠后能够使催化剂之间的孔隙显著减小，能够使原料液体不会从催化剂的缝隙中流出，造成未反应的蒽和烷基化试剂流入催化剂底部，造成烷基化产物中2-烷基蒽的纯度显著降低。
18、一种连续生产2-烷基蒽醌装置在制备2-烷基蒽醌中的应用，采用上述连续生产烷基蒽醌装置生产2-烷基蒽醌，将原料蒽和烷基化试剂注入烷基化反应部中进行烷基化反应制得烷基化产物，烷基化产物、氧化剂和溶剂进入氧化反应部进行氧化反应制得2-烷基蒽醌。
19、作为优选，所述烷基化反应的条件包括：惰性环境，反应温度150～300℃，反应压力1～3mpa，反应溶剂选自硝基苯、均三甲苯、三氟甲苯和二氯三氟甲苯中的一种或几种；所述烷基化试剂为c2-c5烯和c2-c5醇中的一种或几种。
20、作为优选，所述氧化反应的条件包括：反应温度60～180℃，反应停留时间为15～60min，所述氧化剂选自过氧化氢、叔丁基过氧化氢、空气或氧气中的一种或几种，溶剂为乙腈。
21、与现有技术相比，本技术具有以下技术效果：
22、本技术提供了一种连续生产2-烷基蒽醌装置、制备方法及其应用，该装置能够实现烷基化-氧化两步法的连续生产，烷基化产物无需分离纯化可以直接作为催化氧化反应的原料生产2-烷基蒽醌，该装置的反应步骤简单、反应成本低且烷基化收率高，全流程的2-烷基蒽醌收率可达到85～92％。
技术特征：
1.一种连续生产2-烷基蒽醌装置，其特征是，包括反应容器（1）和位于反应容器中的固定床（2），所述固定床包括载体（201）、设于载体一侧的第一负载区（202）以及设于载体另一侧的第二负载区（203），所述第一负载区内设有烷基化催化剂（3），所述第二负载区内设有氧化催化剂（4），所述固定床将反应容器分割为烷基化反应部（5）和氧化反应部（6），所述第一负载区位于烷基化反应部中，所述第二负载区位于氧化反应部。
2.根据权利要求1所述的一种连续生产2-烷基蒽醌装置，其特征是，所述烷基化催化剂采用酸性沸石分子筛和硅酸乙酯为原料焙烧制成，所述酸性沸石分子筛采用酸处理沸石分子筛制成。
3.根据权利要求2所述的一种连续生产2-烷基蒽醌装置，其特征是，所述焙烧的温度为500~600 ℃。
4.根据权利要求2所述的一种连续生产2-烷基蒽醌装置，其特征是，所述沸石分子筛包括hy、beta和mcm-22中的一种或几种，所述酸选自盐酸、硝酸、磷酸、乙酸、柠檬酸、酒石酸和草酸中的一种或几种。
5.根据权利要求2或4所述的一种连续生产2-烷基蒽醌装置，其特征是，所述酸的浓度为0.1~0.75 mol/l。
6.根据权利要求1所述的一种连续生产2-烷基蒽醌催化固定床，其特征是，所述氧化催化剂为原位制备的ti-itq-24，所述si/ti比为500~10。
7.一种根据权利要求1至6任一所述的连续生产2-烷基蒽醌装置的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
8.一种连续生产2-烷基蒽醌装置在制备2-烷基蒽醌中的应用，其特征是，采用权利要求1至6任一所述的连续生产烷基蒽醌装置生产2-烷基蒽醌，将原料蒽和烷基化试剂注入烷基化反应部中进行烷基化反应制得烷基化产物，烷基化产物、氧化剂和溶剂进入氧化反应部进行氧化反应制得2-烷基蒽醌。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征是，所述烷基化反应的条件包括：惰性环境，反应温度150~300 ℃，反应压力1~3 mpa；所述烷基化试剂为c2-c5烯和c2-c5醇中的一种或几种。
10.根据权利要求8所述的应用，其特征是，所述氧化反应的条件包括：反应温度60~180℃，反应停留时间为5~60 min，所述氧化剂选自过氧化氢、叔丁基过氧化氢、空气或氧气中的一种或几种，溶剂为乙腈。
技术总结
本发明涉及催化合成技术领域，公开了一种连续生产2‑烷基蒽醌装置、制备方法及其应用，该装置包括反应容器和位于反应容器中的固定床，固定床包括载体、设于载体一侧的第一负载区以及设于载体另一侧的第二负载区，第一负载区内设有烷基化催化剂，第二负载区内设有氧化催化剂，固定床将反应容器分割为烷基化反应部和氧化反应部，第一负载区位于烷基化反应部中，第二负载区位于氧化反应部；该装置能够实现烷基化‑氧化两步法的连续生产，烷基化产物无需分离纯化可以直接作为催化氧化反应的原料生产2‑烷基蒽醌，该装置的反应步骤简单、反应成本低且烷基化收率高，全流程的2‑烷基蒽醌收率可达到85~92％。
技术研发人员：盛娜,孔维敏,林程棂,徐建磊,王韩,林斌,朱丹,吴家秋,王磊
受保护的技术使用者：杭州澜通科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23