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吡啶及其化合物在农药、医药领域具有不可替代的作用,我国吡啶年产量占世界的65%左右。目前合成吡啶主要采用醛-氨缩合工艺,副产物较多,增加了生产成本和分离能耗。因此,如何提高吡啶的选择性成为化学工程领域的热点问题。在固定床反应器上进行的气固相催化反应评价实验,以甲醛、乙醛和NH3为反应物,评价了不同催化剂催化醛-氨缩合反应的性能,优选出HZSM-5作为反应催化剂并考察了硅铝比和颗粒尺寸的影响,确定了优化的工艺条件：固定床反应器温度450℃,甲醛/乙醛=2/3,醛/氨=1/2,GHSV=2000h-1, TOS=2～3h。以60～80目、Si/Al为150的HZSM-5为原料采用不同方法进行改性。选用TEOS作为硅烷化改性试剂,考察不同硅烷化沉积条件对催化性能的影响,最终确定5%的TEOS用量,硅烷化时间8h为最佳沉积条件,吡啶相对3-甲基吡啶的选择性从2.38提高到2.96,提高硅烷化循环次数有利于提高选择性。利用XRD、BET、NH3-TPD和FT-IR等方法,对改性前后的催化剂进行表征,硅烷化改性覆盖催化剂酸性中心,调控分子筛孔口尺寸并对催化剂强酸和弱酸的比例进行调节,这些调控有利于吡啶生成,抑制甲基吡啶的生成,提高了吡啶相对于3-甲基吡啶的选择性。选取最佳硅烷化沉积条件改性的HZSM-5进行1%的Zn负载,考察其与未经硅烷化改性的Zn/HZSM-5分子筛催化性能的差异,吡啶相对3-甲基吡啶的选择性分别为3.13和2.45,与原粉相比选择性分别提高了31.5%和2.9%。采用XPS、XRD、NH3-TPD、FT-IR等表征手段对Zn在ZSM-5表面的分布状态、晶格结构、官能团等进行表征,发现Zn元素主要是以ZnO形式分散于分子筛表面,能够起到调节表面酸性的作用,ZnO易与HZSM-5表面质子酸位发生反应ZnOH+H+→ZnOH+,生成ZnOH+改变了分子筛表面酸性,使得强酸中心数目减少,弱酸中心数目增加。设计了醛-氨缩合制备吡啶工艺流程,包括反应段、脱水段、苯回收段和产品精馏段。依据吡啶/3-甲基吡啶/2-甲基吡啶／其他=32.2/13.5/5.9/48.4的实验产率分布,采用Aspen Plus对全过程进行设计和过程模拟。