哌嗪的生產(chǎn)工藝論文范文

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1合成路線

為了提高哌嗪收率，降低生產(chǎn)成本，同時加強對裝置副產(chǎn)的高效利用，出現(xiàn)了多種生產(chǎn)哌嗪的工藝路線，下面分別予以介紹:

1．1氯乙醇法［1］以氯乙醇、NaOH溶液、氨、鹽酸為原料，制備鹽酸氨基乙醇。以鹽酸氨基乙醇為原料在260℃自身環(huán)合，制備哌嗪鹽酸鹽，再經(jīng)一系列后處理得到六水哌嗪。此法反應壓力低，但酸、堿對設備腐蝕嚴重，且后處理路線長，能耗高，目前已被淘汰。

1．2乙醇胺法

1．2．1乙醇胺與1，2－二氯乙烷縮合該工藝采用乙醇胺與1，2－二氯乙烷閉環(huán)縮合生產(chǎn)哌嗪。反應步驟少，工藝簡單是其優(yōu)點，但收率低，且副產(chǎn)HCl對設備腐蝕嚴重，污染大，導致成本過高。

1．2．2乙醇胺與液氨反應乙醇胺與液氨在鐵－鎳(鈷)為催化劑，5MPa壓力、800℃下反應生產(chǎn)哌嗪。該路線原料廉價易得，反應產(chǎn)物為哌嗪和乙二胺，反應溫度高，收率低(哌嗪收率12%～25%)是該工藝的弊端。

1．2．3乙醇胺自身環(huán)合法該方法以硅鋁載體負載復合氧化物為催化劑，同時聯(lián)產(chǎn)乙撐胺，如:乙二胺，多烯多胺等。西安近代化學研究所研發(fā)了實現(xiàn)哌嗪、三乙烯二胺和氮丙啶的聯(lián)合生產(chǎn)方法及裝置［7］。

1．3乙二胺法以乙二胺為原料合成哌嗪的方法較多，下面對其簡要介紹:

1．3．1乙二胺自身環(huán)合法乙二胺在330～340℃下，在KZSM－5沸石或H沸石或CsZSN－5沸石作催化劑下，自身閉環(huán)制備哌嗪和三乙烯二胺。主產(chǎn)物的總選擇性大于90%。該工藝步驟少，選擇性高。缺點是溫度過高。據(jù)報道，國內(nèi)用Ni為催化劑，對乙二胺直接催化環(huán)合工藝進行了改進，在氫氣氛圍常壓下環(huán)化脫氨制得無水哌嗪，并聯(lián)產(chǎn)三乙烯二胺，反應收率可達80%，反應產(chǎn)物中70%為哌嗪，30%為三乙烯二胺。

1．3．2乙二胺－一乙醇胺法［13］Godfrey等以乙二胺和乙醇胺為原料，在240℃，3．4～22．3MPa下反應1h，產(chǎn)物中無水哌嗪收率41%。

1．3．3乙二胺－環(huán)氧乙烷法［14］將乙二胺、環(huán)氧乙烷和溶劑按一定比例加入縮合反應器內(nèi)反應，生成N－β－羥乙基乙二胺和水;在環(huán)化反應器中催化、脫水、環(huán)化，生成六水哌嗪;經(jīng)過一系列的后處理步驟得到無水哌嗪。反應方程式如下:該路線是之前國外普遍采用的一種工藝，其特點是工藝靈活，原料廉價易得，產(chǎn)物收率較高。第一步反應的產(chǎn)物N－β－羥乙基乙二胺可作為生產(chǎn)咪唑啉系表面活性劑的原料，故該工藝適應市場變化的能力強。

1．3．4乙二胺－乙二醇法在250～350℃、小于10MPa的條件下將乙二胺、乙二醇、氨經(jīng)過環(huán)化、縮合制備哌嗪。該工藝乙二胺的轉化率為80%，哌嗪收率72%。所用催化劑中CuO和ZnO質(zhì)量分數(shù)10%～40%、助劑Al2O3質(zhì)量分數(shù)10%～30%，同時還含有Fe、Cr、Al的碳酸鹽和硝酸鹽［15］。此外，Jenner［16］等人以Ru3(CO)12和Bu3P為催化劑制備哌嗪，收率達60%～90%。該方法催化劑為碳基化合物，工業(yè)化難度較大。

1．3．5乙二胺－二乙烯三胺法［17］乙二胺與二乙烯三胺為原料，通過熔融縮合反應可制備六水哌嗪，反應方程式如下:

1．4N－β－羥乙基乙二胺法該反應以Cu－Cr－Mn/γ－Al2O3為催化劑，在氫氣存在下，反應2h，哌嗪收率可達88%。該路線專門制備哌嗪，故副產(chǎn)少，哌嗪收率較高，但反應條件嚴苛。據(jù)報道，國內(nèi)哌嗪生產(chǎn)廠家紹興興欣化工目前采用此工藝生產(chǎn)哌嗪。

1．5二乙烯三胺法［18］該反應采用鎳系催化劑，二乙烯三胺在高溫高壓下直接環(huán)合成哌嗪，哌嗪收率85%以上，副產(chǎn)少量氨乙基哌嗪。該工藝具有催化劑用量少，反應時間短，條件溫和等優(yōu)點，采用該工藝的前蘇聯(lián)和意大利專利較多，但該方法制無水哌嗪成本較高，未見工業(yè)化生產(chǎn)報道。

1．6乙烯法［19］該工藝是由乙烯、氨和氫氣催化合成乙二胺、乙醇胺時副產(chǎn)哌嗪，哌嗪約占總產(chǎn)量的5%。該工藝技術的關鍵是催化劑和產(chǎn)品的分離，目前世界上僅有瑞典的Nobel公司解決了這一難題，技術為獨家所有。

1．7亞氨基二乙腈法萬華化學依托公司成熟的加氫技術及強大的加氫團隊自主研發(fā)了亞氨基二乙腈加氫制備二乙烯三胺，并副產(chǎn)部分哌嗪的工藝路線，目前已發(fā)表了相關專利，并取得授權。該工藝路線只需一步反應，原料轉化率高達100%，產(chǎn)物及副產(chǎn)物均有較高附加值，污染小，三乙烯二胺和哌嗪總選擇性大于97%，其中哌嗪選擇性在2%～13%，且哌嗪比例可通過工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)而調(diào)節(jié)。該工藝路線的另一大優(yōu)勢是原料亞氨基二乙腈產(chǎn)能嚴重過剩，成本低。

2國內(nèi)外市場

全球范圍內(nèi)，70%～80%的無水哌嗪用于醫(yī)藥中間體的制備，其余用于紡織染整助劑、橡膠硫化促進劑、防腐劑、抗氧劑、穩(wěn)定劑、表面活性劑、聚氨酯生產(chǎn)助劑、脫碳活化劑等領域。在國內(nèi)已售的藥品中有30多種藥物是以哌嗪為原料合成的，其中喹諾酮類抗菌藥(第二代喹諾酮類:吡哌酸，第三代喹諾酮類:氟哌酸即諾氟沙星、環(huán)丙氟哌酸即環(huán)丙沙星、氟啶酸即依諾沙星)、哌嗪利福霉素類抗生素(利福平)、驅(qū)腸蟲藥磷酸哌嗪等占哌嗪在制藥行業(yè)用量的90%左右，其余主要用于如驅(qū)蟲藥的乙胺嗪，降血壓藥的哌唑嗪，抗結核藥的利福平，驅(qū)腸蟲藥磷酸哌嗪，枸櫞酸哌嗪，以及氟奮乃靜、強痛定等的制備。近幾年國內(nèi)環(huán)丙沙星、諾氟沙星等產(chǎn)品的生產(chǎn)量在不斷擴大，約占氟喹諾酮類抗菌素年產(chǎn)量的90%。產(chǎn)量的大幅增長使國內(nèi)市場飽和，每年均有部分出口，且出口比例逐年增長。2010年數(shù)據(jù)顯示，諾氟沙星國內(nèi)產(chǎn)量為3500t左右、環(huán)丙沙星國內(nèi)年產(chǎn)量為1800t左右。

3結束語

從技術路線上評估，乙醇胺自身環(huán)合法、乙二胺自身環(huán)合法、乙二胺－乙醇胺法、乙二胺－環(huán)氧乙烷法、N－β－羥乙基乙二胺法、乙烯法、亞氨基二乙腈法均具有工業(yè)化價值。目前除亞氨基二乙腈法未有工業(yè)化報道，其余方法均有工業(yè)化先例。從市場競爭力分析，隨著國內(nèi)哌嗪生產(chǎn)工藝的改進及產(chǎn)能的提升，國內(nèi)哌嗪市場已接近飽和，導致哌嗪價格下降，利潤縮水。目前已有多家廠商迫于成本因素以哌嗪為原料進行三乙烯二胺的生產(chǎn)。因此，一條低成本又環(huán)保的哌嗪合成工藝路線將在未來的行業(yè)競爭中占據(jù)優(yōu)勢地位，這將是未來行業(yè)的發(fā)展目標。從目前來看，萬華化學的亞氨基二乙腈法制備哌嗪工藝具有成本低且環(huán)保的優(yōu)勢，萬華化學該工藝若能工業(yè)化勢必會對國內(nèi)哌嗪的市場乃至三乙烯二胺的市場格局起到一定的積極作用。

作者：王坤陳長生丁可黎源單位：萬華化學集團股份有限公司國家聚氨酯工程技術研究中心