高品质氯乙酸制备中改性 Pd/C催化剂的应用研究

高品质氯乙酸制备中改性 Pd/C催化剂的应用研究

李建军 张海朋 韦兵

山东民基新材料科技有限公司 255000

摘要：催化剂的应用对于氯乙酸制备品质具有深刻影响。传统工艺下，氯乙酸制备过程副产物较多，成品品质较差，这给氯乙酸后期应用造成较大阻碍。本文自阐述氯乙酸制备过程副产物处理研究现状的基础上，提出一种利用改性Pd/C催化剂制备氯乙酸的方法，在分析该方法制备原理的基础上，就其实际应用效果展开评估。研究表明，采用改性Pd/C催化剂制备氯乙酸，能有效提升氯乙酸的品质，满足现代化工生产需要。

关键词：氯乙酸；改性Pd/C催化剂；品质

作为一种用途极其广泛的有机化工中间体，氯乙酸在农药、医药、染料、日用化学品等领域具有广泛应用；尤其是在农药生产中，氯乙酸的应用极为频繁。现阶段，氯乙酸的衍生物已经超过百种，其为多个行业的产品开发和生产提供了便利，实现了该行业产品质量优化。基于氯乙酸的普适性，人们对于其品质、生产效率提出了较高要求；同时要求在氯乙酸制备中，优化副产物的处理，减少副产物对氯乙酸品质及环境影响^[1]。基于此，通过催化剂来改善氯乙酸制备工艺，已经成为氯乙酸制备生产研究的重要趋势，本文就改性Pd/C催化剂在氯乙酸制备工艺中的应用情况展开分析。

一、氯乙酸制备过程副产物处理研究现状

传统生产模式下，氯乙酸的制备采用乙酸作为催化剂，从氯乙酸制备结果来看，其在生成一氯乙酸的基础上，会产生大量的二氯乙酸，作为主要的副产物，二氯乙酸的大量生成表明该制备工艺反应不彻底，原料消耗严重；同时由于二氯乙酸和一氯乙酸的性质较为相似，这给两者的分离带来较大困难，在一定程度上，两种物质的不彻底分离导致氯乙酸整体品质较差^[2]。此外，从材料用途来看，二氯乙酸的工业用途较少，这严重地影响了企业的生产效益。

针对二氯乙酸的处置，国外多使用加氢脱氯还原工艺，对生产的氯乙酸及醋酸进行还原。实际处理中，将氢气加入生成的二氯乙酸当中，由此得到一定的一氯乙酸及氯化氢，此时除了一氯乙酸、醋酸外，氢化液中再无其他杂质，控制存储条件，使得氯乙酸结晶，此时剩余的母液可循环使用于氯化工序，这大大提升了氯化氢的生产品质。现阶段，该工艺在大规模醋酐法一氯乙酸后续处理中得到了一定应用。然而在国内，该技术的研究整体较少，同时加氢催化剂为负载到活性炭上的贵金属钯，材料使用较为昂贵，在一定程度上，其会增加氯乙酸的生产成本，有必要对其生产工艺进行进一步优化。

二、基于改性Pd/C催化剂的高品质氯乙酸制备

在当前化工生产中，按照行业标准，人们将二氯含量不超过0.5%的标准氯乙酸成品称为优等氯乙酸。为不断提升氯乙酸生产效率与品质，保证企业经济效益，特对高品质氯乙酸制备工艺进行优化。

1、高品质氯乙酸制备目标及思路

基于企业发展需要，在高品质氯乙酸制备过程中，设计以下目标：项目总体目标为优化实验参数，降低水化料中二氯乙酸含量，确保其含量处于0.2%以下。为达成这一目标，在高品质氯乙酸生产中，选择一种新型催化材料，并对原有生产工艺的相关参数进行调整，进而降低企业生产成本，提升氯乙酸整体品质。

2、高品质氯乙酸制备工艺方案设计

研究表明，二氯乙酸是氯乙酸制备中的主要副产物，对该副产物增加氢气，并施加高温条件，则会发生取代反应，此时，二氯乙酸会转化为一氯乙酸，实验反应原理如下所示：

加氢还原反应：Cl₂CHCOOH+H₂→ClCH₂COOH+HCl

副反应：ClCH₂COOH+H₂→CH₃COOH+HCl

本次工艺改进中，先将生产装置等比缩小形成实验设备，然后选择不同类型、不同钯碳含量的催化剂进行工艺优化，以此来控制并减少生成物中二氯乙酸的含量^[3]。

实际处理中，前端处理工艺尽可能地模拟企业原有生产线的氢化工艺。在氢化柱选择中，对催化剂的类型进行调整，本研究选择A、B、C三种类型的催化剂。随后依次经过储料器、管线、流量计、预混合器、反应器、出料等工艺流程，确保催化剂加氢反应充分进行。实验过程中，依据不同的催化剂，对氢气流量、水化料进料量等参数进行控制，然后系统判定不同催化材料下的氯乙酸制备效果。

3、基于改性Pd/C催化剂的高品质氯乙酸制备效果评估

3.1氯乙酸品质

本企业当前生产的氯乙酸，其二氯含量为0.5%，本次研究中，采用A、B、C三种类型的催化对氯乙酸制备工艺进行优化，实验结果表明，采用B、C催化剂，生成物水化料中二氯乙酸含量的含量处于0.2%以下，满足项目目标设定的要求。

3.2项目效益分析

本研究中，氯乙酸本身具有定的腐蚀性，其会对实验设备造成一定损伤，如实验中使用的流量计需定期更换，其中，流量更换周期约1周，而氮气、氢气的更换周期分别为3周和2个月。除这些材料费用及恒流泵一万元采购费用外，本次研究无其他额外支出。此外，在氢化液检测中，采用本企业现有检测仪器，按照氯乙酸半成品检测方法进行实际检测，检测过程无额外费用支出。A、B、C三种催化剂下，氯乙酸生产效益对比见表1。

表1 氯乙酸生产效益对比

3.3环境及安全评估

氯乙酸制备中，针对环境及安全指标的评估，需考虑氯乙酸、氢气的影响。就氯乙酸而言，其具有烧伤风险，当实验人员被氯乙酸烧伤时，皮肤灼伤会出现水疱，这些水疱在1~2周后会消失。同时氯乙酸还具有一定的腐蚀性和刺激性，其遇明火可以人燃烧，热量较高，同时会产生既有毒性、腐蚀性的烟气，在潮湿环境下，氯乙酸会对金属、橡胶和软木塞造成腐蚀，这要求进行其存放环境的系统管理。就氢气而言，其虽然无毒，然具有窒息性，另外，氢气具有易燃易爆的特点，尤其是氢气纯度不够时，极易发生爆炸事故，危险性较高。

结论

改性Pd/C催化剂的应用能有效提升氯乙酸的制备品质。本研究表明，在氯乙酸制备过程中，选择B、C催化剂，能使得生成物水化料中二氯乙酸含量的含量处于0.2%以下，这有效地提升了氯乙酸成品的品质等级。同时基于催化剂类型的转变，其有效地降低了企业生产成本，促进了企业经济效益增长。

参考文献

[1]徐梓淮,刘云义,闫红旭,等.羧酸根改性Mg(OH)_2负载的Pd催化剂在水相、无碱条件下高效催化Suzuki-Miyaura偶联反应[J].当代化工,2020,49(5):757-761+765.

[2]张之翔,曾永康,万克柔,等.二氯乙酸选择性加氢脱氯制备高纯氯乙酸[J].工业催化,2017,25(7):44-47.

[3]张鹏,闫江梅,李岳锋,等.助剂对4-甲氧基苯酚一步加氢制备4-甲氧基环己酮用Pd/C改性研究[J].工业催化,2019(12):38-40.