一、N—甲酰吗啉
N—甲酰吗啉是制备芳烃如苯、甲苯、二甲苯等的优良抽提溶剂,吗啉具有仲胺的典型化学性质,因此可以采用常见的甲酰化剂进行酰化反应得到N—甲酰吗啉,根据酰化剂不同,合成路线主要有以下二条。
1.甲酰氯法
以甲酰氯为酰化剂与吗啉合成N—甲酰吗啉,是最传统的合成路线,该法合成过程简单,技术难度小,但是原料价格较贵,反应中产生氯化氢,设备腐蚀严重,副反应和三废比较多,产品质量比较差,环境污染严重,一般不采取该路线合成。
2.甲酸法
以甲酸为酰化剂与吗啉反应,是目前国内研究最多的路线,甲酸相比甲酰氯价格便宜,而且甲酸路线合成工艺难度较小,工艺条件简单,产品质量较好,由于反应中生成大量的水,因此需要加入一定量脱水剂,增加后处理的难度,设备有一定的腐蚀。
比较适合国情的路线是甲酸酰化路线,因此国内研究单位也主要集中开发甲酸酰化技术,国内主要研究单位有华东理工大学、南京工业大学、吉林化工学院、西南化工研究院等单位。其中西南化工研究院自行开发、投资、设计建成国内500吨/年N—甲酰吗啉工业化生产装置,一次开车即达标,甲酰吗啉产品经石家庄焦化厂等数家石化企业使用,完全能达到设计要求,芳烃回收率和纯度、能耗,是其他分离方法不可比拟的。辽源精细化工厂和吉林化工学院共同开发的N—甲酰吗啉装置于2002年底建成投产,装置规模为200吨/年;华东理工大学也成功的开发了甲酸酰化合成N—甲酰吗啉技术,试生产得到的产品具有较高的收率和纯度,产品已用于上海石油化工股份有限公司芳烃厂,完全可以替代进口产品,该技术已经申请国家专利。南京工业大学与金陵石化炼油厂进行合作,成功开发出甲酸酰化合成N—甲酰吗啉技术,并对N—甲酰吗啉在芳烃中的抽提应用做了大量的研究工作。
N—甲酰吗啉作为芳烃的抽提溶剂与其他溶剂比较有几大显著特点,一是可以极大的改变非芳烃和芳烃之间的相对挥发度,使芳烃的分离更容易,提取纯度高,精苯纯度可以达到99.9%以上;二是N—甲酰吗啉的沸点低,较环丁砜和四甘醇低很多,溶剂消耗少,回收简便;三是使用过程中不需要添加pH值调节剂和氮气保护;四是当N—甲酰吗啉加入芳烃和非芳烃中,可以明显降低芳烃的蒸汽压,因此大大降低能耗;五是N—甲酰吗啉无毒、无腐蚀和化学稳定性好,对设备和环境影响较小。经过工业化试验比较,认为性能最好的溶剂是N—甲酰吗啉,其中N—甲酰吗啉不但可以用于汽提精馏,还可以用于液—液萃取,用N—甲酰吗啉作溶剂,采用液—液萃取、萃取精馏或者两法配合使用,有利于芳烃的精制。目前国内很多焦化厂和石油化工厂逐步采用汽提精馏和液—液萃取技术,目前国内所需要的N—甲酰吗啉多数依靠进口,价高货紧。影响正常的使用与推广。
我国是芳烃生产与消费大国,目前拥有数十套大规模生产装置,而且许多新装置还在建设之中,目前芳烃的抽提溶剂主要采用四甘醇、N—甲基吡咯烷酮和环丁砜,而使用性能与效果最佳的N—甲酰吗啉作为抽提溶剂仅有石家庄焦化厂、上海宝钢焦化厂、上海石化等数家企业,为了增加装置竞争力和加强环境保护,国内许多芳烃生产企业对N—甲酰吗啉芳烃抽提工艺感兴趣,如北京燕山、南京金陵等大型石化企业正在或计划选用N—甲酰吗啉为抽提溶剂,2002年我国N—甲酰吗啉的市场需求约为200吨,主要用于芳烃溶剂的补充,随着越来越多芳烃装置采用N—甲酰吗啉抽提工艺,新建或改造装置一次性添加量为14-18吨/万吨芳烃,N—甲酰吗啉的市场的潜在需求量非常可观,另外N—甲酰吗啉还是一种重要的有机合成溶剂和精细化学品的原料,据业内人士预计未来几年国内潜在的市场需求量约为1500吨/年左右,市场前景广阔。N—甲酰吗啉生产不仅国内合成技术成熟,而且主要原料吗啉国内供应充足,据国内有关资料报道,建设一套500tN—甲酰吗啉装置设备总投资约为50万元。
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