馬新裕
(陽煤集團太原化工新材料有限公司,山西 太原 030400)
環(huán)己酮生產環(huán)節(jié),應用不同的生產方法所產生的雜質不同,雜質的來源途徑可謂是多種多樣,如原材料生產時條件不對,催化出了大量的副產物,或者是在對原材料進行保存時沒有按照規(guī)定的要求標準進行保存,生產過程中各類物質的比例添加不當?shù)榷伎赡軙е庐a物變質,引發(fā)多方面的問題[1-3]。
為了更加深入地了解環(huán)己酮生產工藝中雜質出現(xiàn)的原因,本文嘗試應用色譜分析法進行專業(yè)的實驗,分析環(huán)己酮中雜質的類型及特點等,其具體實驗如下:首先,準備好專業(yè)的試劑,其主要以環(huán)己酮、環(huán)己烷、戊醛、己醛、丁基環(huán)己烷、丁醇、4-庚酮、2-庚酮、戊基環(huán)己酮、戊醇、環(huán)戊醇、2-甲基環(huán)己酮、3-甲基環(huán)己酮、4-甲基環(huán)己酮、環(huán)己醇為色譜醇。在實驗時所使用到的儀器為氣相色譜儀、FID 檢測器、色譜工作站、毛細管色譜柱、微量進樣針。實驗期間需要控制好汽化室以及檢測器的溫度,其分別保持在250 ℃、300 ℃左右比較合適,色譜柱的初始溫度在115℃比較適宜,在此環(huán)節(jié)需要做好程序升降溫控制,以便更好地完成分離工作,色譜柱的流量需要保持恒定狀態(tài),在0.8 mL/min 比較適宜,同時還需要做好分流以及進樣控制工作。
本次實驗結合環(huán)己酮樣品中雜質的含量情況,準確稱取環(huán)己酮,實驗環(huán)己酮質量在1 kg 左右比較適宜,將該環(huán)己酮作為母液,然后分別加入50 mg 的環(huán)己烷、戊醛、己醛、丁基環(huán)己烷、丁醇、4-庚酮、2-庚酮、戊基環(huán)己酮、戊醇、環(huán)戊醇、2-甲基環(huán)己酮、3-甲基環(huán)己酮、4-甲基環(huán)己酮、環(huán)己醇,分析加入不同物質之后環(huán)己酮的雜質含量情況。在此環(huán)節(jié)需要結合實際的雜質變化情況,繪制相應的標準曲線,獲取上述15 種雜質的回歸方程以及相關數(shù)據(jù),為后期的實驗分析,做好準備工作。
結合環(huán)己酮及微量雜質的性質來看,選用中等極性和強極性色譜柱進行色譜分析比較相對適宜,最終經過對比分析,本次實驗采用的是強極性色譜柱進行分離。在確定好色譜柱之后,需要對色譜參數(shù)進行優(yōu)化,以便獲得更加優(yōu)質的色譜分離條件。其初始溫度設置如上文所述,為115 ℃,該溫度保持17 min 左右比較適宜。為了更好的兼顧2-甲基環(huán)己酮、3-甲基環(huán)己酮、4-甲基環(huán)己酮這幾種物質的分離,在分離的過程中需要采取降溫程序,在降溫時以20℃/min 降到100℃比較適宜,降溫需要持續(xù)14 min左右的時間,以保證達到預期的分離效果。在4-甲基環(huán)己酮成功進入到色譜柱后,則需要以20 ℃/min升溫程序,將色譜柱的溫度提升到140 ℃左右,這樣做可以有效地減少分析的時長。在得到環(huán)己酮樣品中相進行回收率和精密度實驗,15 種待測物質的平均雜質的標準樣,最終通過計算分析,發(fā)現(xiàn)環(huán)己烷、丁基環(huán)己烷、3-庚酮加標回收率相對比較低,之所以如此是因為這3 種物質的揮發(fā)性相對來說比較強所引發(fā)的。
結合實驗數(shù)據(jù)結果分析來看,通過對譜庫進行檢索,對照標準物、質譜解析,最終確定環(huán)己酮生產工藝中誕生了大量的雜質,在上述實驗環(huán)節(jié),檢測出來的雜質種類高達20 余種,其中一級品的雜質相對比較少,而優(yōu)質品的雜質則是最少的,這也從側面說明了己內酰胺品質越差,那么其雜質種類有著越多,含量也就越高。同時,雜質的組成結構也有著較大的差異,其主要是由不同結構的C3~C7 酰胺、酯、苯胺等組成,其中,酰胺類雜質的含量最多,如直鏈脂肪酰胺、環(huán)狀內酰胺、酰亞胺等等。
原料環(huán)己酮中的雜質對于己內酰胺質量的影響一直以來都是化工生產環(huán)節(jié)及專家學者希望能夠早日破解的難題,因為其影響化工產品的質量。當前在環(huán)己酮生產工藝中,我國比較常用的兩種工藝有傳統(tǒng)的環(huán)己烷氧化工藝以及新興的環(huán)己烯水合工藝,這兩種工藝都可以生產出質量比較理想的環(huán)己酮,滿足化工生產需求,但是其在雜質方面所遇到的難題,卻始終未能得到有效的解決。而環(huán)己酮雜質對己內酰胺的影響主要體現(xiàn)在以下方面。
環(huán)己烯水合工藝是近些年來誕生的一項新工藝,其在應用時主要的加氫反應以及水合反應都在液相中實施,因為反應環(huán)境單一,受外界干擾比較小,因此副反應比較少,產生的雜質數(shù)量相對來說也比較少,環(huán)己醇的純度相對來說比較高,在經過脫氫反應之后,正常情況下成品環(huán)己酮純度在99.95%以上。運用這種工藝生產的環(huán)己酮中含有的雜質甲基環(huán)戊酮對于己內酰胺的質量有著較大的影響。不過該問題通??梢栽诃h(huán)己酮精制工藝中予以解決,現(xiàn)如今國內生產己內酰胺的廠家對原料環(huán)己酮的質量指標基本上達到了標準要求。
環(huán)己烷氧化過程中,由于環(huán)己烷氧化歧化反應,因此在反應過程中一般會生成一定數(shù)量的正己醛、2-庚酮,同時,其甲基環(huán)戊酮、甲基環(huán)己酮的含量均比較高,這些物質對于己內酰胺產品的揮發(fā)性堿有著較大的影響,為了更好地解決該問題,在具體的生產環(huán)節(jié)必須要加強對環(huán)己酮指標的控制,否則的話就可能會導致環(huán)己酮生產工藝中雜質含量多。
實際的化工生產環(huán)節(jié),環(huán)己酮生產中雜質出現(xiàn)的因素多種多樣,其與生產工藝、生產環(huán)境、制取人員綜合素質等都存在有一定的關聯(lián)性,為了生產出更加優(yōu)質的化工原料,減少環(huán)己酮生產工藝中雜質的含量,可以嘗試從以下方面著手去除雜質。
一是要優(yōu)化生產工藝。時代在不斷的發(fā)展變化,環(huán)己酮生產工藝也在不斷的推陳出新,為了更好地解決環(huán)己酮生產工藝中的雜質問題,滿足我國化工領域的生產需求。筆者認為在相關工作實施過程中,首當其沖的就是要積極引進新工藝以及生產技術。如可以將當前廣泛應用的水合法與其他優(yōu)質工藝結合在一起,如可以將鈷鹽法與水合法結合在一起,鈷鹽法的優(yōu)勢在于其反應條件溫和、溫度低、壓力低、停留時間短,對設備的要求并不是十分的嚴格。當然應用該方法也存在有一定的難題,即反應過程中生成的羧酸鈷鹽會存留在設備以及管道上面,最終結渣對管道以及閥門等位置造成不同程度的堵塞。在工藝應用期間,為了更好的解決該問題,可以嘗試針對氧化后的環(huán)己烷被分離之后循環(huán)使用,在氧化前借助水用共沸蒸餾等方法,避免反應器結渣,進而更好地發(fā)揮該方法的優(yōu)勢作用。
二是加強對生產環(huán)境的控制。生產環(huán)境不佳的情況下,也會導致環(huán)己酮生產工藝中雜質增多,所以說,為有效減少雜質出現(xiàn),就需要從環(huán)境控制方面入手解決相關問題。環(huán)境控制期間,首先需要加強對各項原材料的管理,化工原料生產期間,對于原材料的質量有著較高的要求,質量方面存在有任何的瑕疵以及缺陷都將會對最終的成品質量產生不良影響。所以說,為了更好地保證質量,在選擇原材料時就需要做好樣品質量檢驗工作,保證所選擇的樣品質量達到標準要求。其次,在生產工藝實施前要對各項生產設備進行檢查,查看設備是否有缺陷和不足,故障設備投入使用,也將會增加雜質量。最后,可以將現(xiàn)代化信息技術應用于生產環(huán)境監(jiān)測工作之中,隨著科技的不斷創(chuàng)新發(fā)展,當前信息技術已經廣泛應用于各個行業(yè)之中,在化工行業(yè)也不例外,環(huán)己酮生產工藝實施過程中可以應用信息技術對生產環(huán)境的各種情況進行監(jiān)督和管理,這樣可以迅速發(fā)現(xiàn)生產中存在的問題與缺陷,及時地采取措施進行優(yōu)化。
三是要做好生產人員的培訓,環(huán)己酮生產是一項高門檻的工作,負責相關工作的職工必須要具備有一定的化工專業(yè)知識,對于各種生產工藝需要有深入的了解和認識,否則,生產質量就將會受到影響和干擾。因此,為了更好地減少環(huán)己酮生產工藝中的雜質,在日常就需要加強對生產人員的技能培訓,保證他們對于最新的生產技術、方法以及策略等有深入的了解和認識,這樣才能更好地勝任自己的工作,減少生產中的雜質量,優(yōu)化生產工藝。
總之,不同的生產工藝所產出的環(huán)己酮其在質量方面有著明顯的差異,雜質含量也有著較大的差異,為了更好地解決相關問題,必須要明確環(huán)己酮生產工藝實施期間雜質形成的原理以及特點,然后有針對性地采取措施進行改進,進而生產出更加優(yōu)質的環(huán)己酮,滿足化工生產需求。