[发明专利]一步空气催化氧化合成吡啶甲酸类化合物的方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种化学中间体合成技术领域，特别是指一步空气催化氧化合成吡啶甲酸类化合物的方法。

背景技术

2-吡啶甲酸、烟酸与异烟酸均为重要的有机合成中间体。其中，2-吡啶甲酸可用于制备卡波卡因药物和神经性药物，在神经抑制和局部麻醉方面应用广泛，也可用于合成2-吡啶甲酸盐与除草剂等；烟酸是人体内不可或缺的维生素B₃，以烟酸为中间体生产的药品达几十种之多，也用于烟酰胺、尼可刹、烟酸三嗪、除草剂与杀虫剂等的合成；异烟酸主要用于制抗结核病药物异烟肼，也用于合成酰胺、酰肼、酯类等衍生物。

目前，吡啶甲酸的合成工艺过程均较为复杂，条件苛刻，成本较高，污染物排放大。化学氧化法，以硝酸或高锰酸钾为氧化剂，氧化甲基吡啶合成吡啶甲酸，此法氧化剂价格昂贵，耗量大，并且产品纯度低，污染严重，不适宜大规模生产。电解氧化法，电解槽工作效率低，收率低等关键性技术问题仍未解决，所以仍停留在试验阶段。氨氧化法，需消耗液氨，使生产成本上升，另一方面烟腈在水解时不仅消耗大量片碱，同时产生大量的工业废水。

发明内容

已有的吡啶甲酸制备方法普遍存在成本高、污染严重两大问题，在当前大力提倡“节能减排”和“绿色化学”的形势下，开发一种对环境友好的吡啶甲酸制备工艺势在必行。本发明选择以空气或富氧空气为氧化剂，气相催化一步氧化甲基吡啶制备吡啶甲酸，未参与反应的物料循环使用，原料的转化率高，能耗低，而且产物只有吡啶甲酸和水，基本无污染物排放。另外，原料成本低廉，产率高，操作过程简单，可广泛应用于吡啶甲酸的工业生产。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种一步空气催化氧化合成吡啶甲酸类化合物的方法，所述方法为：以甲基吡啶类化合物、水蒸气与空气或富氧空气为原料，采用固定床反应器，在催化剂的作用下，一步氧化甲基吡啶类化合物，再经凝华后制得吡啶甲酸类化合物，具体包括以下步骤：

甲基吡啶类化合物、水蒸气和空气或富氧空气按物质的量之比为1∶20～120∶40～180混合，在原料预热器内汽化，预热到230～300℃，所得混合原料气体进入填充有V₂O₅/TiO₂催化剂的固定床反应器，在230～330℃温度下进行反应；甲基吡啶类化合物的反应质量空速为0.01～1.0h^-1；固定床反应器出口得到的反应后气体进入凝华器，产物冷却并凝华结晶，凝华器底部出口收集得到固液混合物，分离固体产物A，固体产物A经重结晶制得吡啶甲酸类化合物产品；所述甲基吡啶类化合物为2-甲基吡啶、3-甲基吡啶或4-甲基吡啶，制得相应的吡啶甲酸类化合物为2-吡啶甲酸、烟酸或异烟酸。

所述的固定床反应器装填的催化剂为V₂O₅/TiO₂催化剂，是以TiO₂为载体，负载有活性组分V₂O₅的催化剂，催化剂中V的质量分数为1～15％。V₂O₅/TiO₂催化剂可采用浸渍法制备得到。

所述富氧空气是指向空气中加入氧气，使氧气体积分数为30～35％的空气。

计算空气或富氧空气的物质的量时，空气或富氧空气均按平均分子量28来计算。

所述甲基吡啶类化合物、水蒸气和空气或富氧空气的物质的量之比优选为1∶40～80∶50～150。在工业连续生产中，甲基吡啶类化合物、水蒸气和空气或富氧空气按照其物质的量之比的比例关系，以及产品总产量与催化剂的产率，计算所需原料各自的流量，甲基吡啶通过原料计量泵调节流量，气体(水蒸气、空气或富氧空气)通过流量计调节流量，符合流量后各自通入原料预热器混合。

进一步，所述固定床反应器设有顶部原料气入口和底部反应气出口，原料预热器预热后所得混合原料气体从固定床反应器的顶部原料气入口通入固定床反应器，反应后气体从底部反应气出口排出。