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2-氯-5-三氟甲基吡啶(简称2,5-CTF)是一种用于制备医药品、农用化学品及生物制剂的重要化工原料,2,5-CTF及其衍生物在国内的市场需求量很大。其合成方法很多,其中以3-甲基吡啶为原料一步法氟氯化制备具有原料价廉易得、工艺路线短、产物收率高等优势,但是该法提高收率的关键步骤需要贵金属催化剂,不利于工业化,因此其合成工艺的研究至今仍未取得突破性进展。本文研究了以3-甲基吡啶为原料流化床一步法气相氟氯化生产2-氯-5-三氟甲基吡啶和3-三氟甲基吡啶的工艺,研究了不同催化剂的反应活性大小,并通过优化催化剂考评工艺条件,以提高产物收率,同时研究了反应机理、催化剂失活机理以及反应结焦机理,并且做了催化剂的再生研究,建立了失活催化剂的再生动力学模型。主要研究成果如下: (1)用流化床反应器以3-甲基吡啶为原料一步法气相氟氯化反应制备3-三氟甲基吡啶和2-氯-5-三氟甲基吡啶,筛选出最优催化剂CrO-Al,优化工艺条件。以CrO-Al为催化剂,反应温度为300℃,空速为288h-1时,3-三氟甲基吡啶和2-氯-5-三氟甲基吡啶的收率之和最高,为66.6%。 (2)根据反应结果提出氟氯化反应中侧链甲基的氯化反应为自由基反应,氟化反应为Lewis酸催化的氟氯交换反应,催化剂CrO-Al的失活原因是积炭覆盖住酸性活性中心,失活催化剂CrO-Al经烧炭再生后,其活性基本可以恢复。 (3)根据焦物的质谱以及核磁共振表征结果,确定焦物结构式,推测管壁上的结焦机理为:自由基反应生成的氯代甲基吡啶上的氯甲基脱氯和吡啶环发生耦合反应形成联吡啶高聚物,高聚物脱氢进一步形成焦炭;催化剂上的结焦机理为:氯甲基和吡啶环耦合后形成的联吡啶芳香类焦物与氟化氢加成形成脂肪类焦物,该类焦物进一步脱氢形成芳香类焦物。其中聚合度低的芳香类和脂肪类焦物就是可溶性积炭,聚合度高的芳香类和脂肪类焦物沉积在催化剂上就形成难溶性积炭。 (4)分别建立了两个不同反应时间下失活催化剂的烧炭再生动力学模型,模型计算值与实验值吻合良好。