2.2.3 均苯四甲酸二酐的生產方法
1947年美國California Research Corp,首次用V2O5催化劑氣相催化氧化均四甲苯,制得了均酐。1960年美國杜邦公司首次建立了液相硝酸氧化均四甲苯制均酐的生產裝置;1964年美國PCR公司建成180t/a空氣氣相氧化均四甲苯制均酐的工業裝置;1969年日本古河電氣公司開發了用硝酸氧化和液相空氣氧化法生產工藝;1970年德維巴化學公司建立了500t/a空氣氧化法生產裝置。目前,國外均苯四甲酸/均苯四甲酸二酐的生產廠家主要是美國的杜邦公司、Allco Chemicals Corp、Princeton Chemicals Research-Inc、日本Nibon Joryn Kogyo、三菱瓦斯公司、德國So~rbergwerk A G、比利時Amoco Chemical Belgium等。
我國從20世紀60年代開始就進行了均苯四甲酸試驗的研究和工業生產,目前生產廠家主要有溧陽市慶豐精細化工有限公司、常熟市聯邦化工有限公司、浙江象山志華化學有限公司、黃山市華美精細化工有限公司,如皋市樂恒化工有限公司、溧陽龍沙化工有限公司、江蘇華倫愛思開精細化工有限公司、范縣六環民源精細化工有限公司、寧波市貝特化工新材料有限公司等(注:大部分企業因環保問題處于整改或關停狀態)。
2.2.3.1 均四甲苯法
均四甲苯是生產均酐應用最為廣泛的原料之一。以均四甲苯為原料制備均酐早期采用的是液相氧化工藝,該工藝合成均酐的收率雖然較高,但不能一步直接得到均酐,原料首先液相氧化成酸,然后酸脫水制酐。液相氧化工藝以硝酸或重鉻酸鹽作氧化劑,易造成環境污染;以乙酸為溶劑,鈷、錳、溴等為催化劑,空氣或氧氣液相氧化工藝,對設備的材質要求高,投資大。
由于液相氧化法的局限性,目前普遍采用的是以均四甲苯為原料,經空氣氧化一步制得均酐的工藝。采用的催化劑為載體型氧化催化劑,載體為銳鈦型二氧化鈦,以釩為主要成分(V2O5/TiO2/P2O5)的三元復合催化劑。
均四甲苯氣相氧化法工藝簡單,可省去脫水成酐工序,除空氣外不用其他氧化劑,也不需液相所必需的催化劑分離工序,并可連續生產,易于實現自動化操作,是目前生產均酐的主要方法。
2.2.3.2 偏三甲苯烷基化法
該法是將偏三甲苯先進行甲基化或者異丙基化,得到均四甲苯或者1,2,4-三甲基-5-異丙基苯,再進行氧化制得均酐。
2.2.3.3 偏三甲苯甲基化法
石化企業鉑重整裝置會產生大量重芳烴,其中35%~40%是偏三甲苯。偏三甲苯在分子篩類催化劑上烷基化或在大孔徑類分子篩上歧化均可制備均四甲苯。
均四甲苯氧化即可制取均苯四甲酸二酐。
2.2.3.4 偏三甲苯異丙基化法
偏三甲苯在催化劑AlCl3作用下,發生烷基化反應,可生成3,5,6位三種異丙基偏三甲苯的異構體,由于苯環上的電子效應不同,生成物主要是5-異丙基偏三甲苯。以1,2,4-三甲基-5-異丙基苯為原料制均酐的方法。
2.2.3.5 一氧化碳法
一氧化碳法是新開發的一種方法,偏三甲苯和一氧化碳羰基化制得的2,4,5-三甲基苯甲醛,2,4,5-三甲基苯甲醛氧化可制取粗均苯四甲酸二酐。該法采用羰基化工藝,副反應較少、產品純度較高、收率高、選擇性好、對設備的腐蝕性小。
2.2.3.6 其他生產方法
均苯四甲酸除了上述主要生產方法外,還有一些生產方法,如以1,2,4,5-四烷基苯(烷基碳原子數小于3)、蒽、2,4,5-三甲基芐氯等作為原料。該法采用羰基化新工藝,副反應少,產品純度高,收率高。選擇性強,對設備腐蝕性小,符合環保要求,并且使用一套裝置可切換生產偏苯三酸酐和均酐兩種產品,生產成本較低,代表了均酐今后制備的發展方向。