苯胺、尿素和甲醇一步合成苯氨基甲酸甲酯反应研究

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  苯氨基甲酸甲酯(MPC)是非光气法制备二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)的重要中间体,研究洁净而经济的 MPC 合成方法具有重要的理论意义和应用价值。本文对苯胺(AN)、尿素和甲醇一步合成MPC反应进行了实验研究。   首先,运用气相、液相色谱分析和液质联用技术对 MPC 合成反应体系进行了定性分析,确定了该反应的副产物并推测了主要的副反应。同时,通过反应过程中各组分的变化趋势分析,推测了该反应可能存在的5条路径,并分别对总反应和五条合成路径进行了热力学分析。结合必要的实验论证,推测以苯基脲(MPU)为中间产物是MPC合成反应的主要路径。   其次,考察了金属氧化物、L酸和分子筛等对苯胺、尿素和甲醇一步合成MPC反应的催化性能,发现经400℃焙烧2h的γ-Al2O3催化活性最好。确定了γ-Al2O3催化合成MPC的适宜反应条件:n(AN):n(γ-Al2O3):n(Urea):n(MeOH)=1:0.1:5:75,初压0.6MPa,反应温度180℃,反应时间2h。此条件下,苯胺转化率为88.4%,MPC收率为74.8%,MPC选择性为84.6%。考察了γ-Al2O3的催化稳定性,发现重复使用五次后,催化剂的活性并没有明显的变化。对γ-Al2O3的催化机理研究表明,γ-Al2O3改变了反应的主要路径:苯胺、尿素和甲醇一步合成MPC反应的主要路径变为以氨基甲酸甲酯(MC)为中间产物的路径。   最后,在催化精馏装置上,以经400℃焙烧2h的γ-Al2O3为催化剂,考察了操作条件对苯胺、尿素和甲醇合成MPC反应的影响,得到适宜的操作条件为:反应温度180℃,压力0.8-0.85MPa ,溶解了苯胺和尿素的甲醇原料(n(AN):n(Urea):n(MeOH)=1:5:75)速率0.3mL/min,纯甲醇速率5.0mL/min,回流比0.5,溶解了苯胺和尿素的甲醇原料进料位置为反应段上方。在此条件下,苯胺转化率为99.0%,MPC收率和选择性分别为69.5%和70.2%。对γ-Al2O3的催化稳定性进行了研究,发现连续运行408小时后,其活性并没有明显变化。
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