吡啶類化合物主要用于生產除草劑百草枯(Paraquat)和敵草快(Diquat)、煙酸(Nicotinic acid)/煙酰胺(Niacinamide)及醫藥和農藥的中間體，應用非常廣泛，深加工前景相當廣闊。

    1 吡啶類化合物的生產方法

    在吡啶類化合物中，最早被發現的是2-甲基吡啶(2-MP)，1946年英國Anderson自煤焦油中分離得到，1951年Anderson從骨油中分離得到吡啶并作了鑒定，但煤焦油分離吡啶量有限，產量少，組分復雜，隨著世界能源結構發生以油代煤的變化，這種分離提取方法已不適應大批量工業化生產，逐步淘汰，而由化學合成法取代。工業方法生產吡啶類化合物主要對催化劑進行不斷改進，產率已由20世紀50年代的40-50%提高到了80%左右。此外，又出現了以酮、醇、烯烴、炔烴等為原料催化合成吡啶類化合物的方法，但工藝尚不成熟且產率較低。當今，世界上95%的吡啶類化合物仍然是以醛和氨作為原料，經催化合成而得。

    1.1 化學合成法

    化學合成法是目前世界上應用最為廣泛的工藝路線，絕大多數合成路線得到的是吡啶類混合物，很難得到單一產物。合成反應的最終產物隨著反應條件、實驗技術和催化劑的變化而變化。以羰基化合物和氨為原料的合成反應，通常采用固定床或流化床的多相催化法生產。此合成路線的反應原料價廉易得，僅需改變反應原料或原料比就能在同一裝置中生產出各種吡啶化合物，有較好的經濟效益和社會效益，此路線為國外工業生產采用，見表1。

            表1  不同反應物所生成的吡啶化合物

    目前，有五種較成熟的合成法生產吡啶及其堿類產品，詳見表2。

    (1)工藝生產路線的確定

    工業上合成吡啶的生產方法不多，除了少數廠家采用氯和丙烯醛為原料外，大多數廠家都采用乙醛、甲醛和氨為原料。在一般情況下這幾種原料比較易得。通常用氮氣加熱催化劑到400-500℃，并將乙醛、甲醛(40%水溶液)和氮預熱至120-150℃后引入反應器，經催化縮合得到產品，生產出的產品以純吡啶為主，副產3-甲基吡啶的數量由所采用的催化劑、操作條件而定，一般在30-50%；同時也產生一些2-甲基吡啶、4-甲基吡啶等其他化合物，由于數量少不值得進一步分離而作為廢料處理。

                    表2  合成法生產吡啶及其堿類工藝簡介

    以生產2000t/a吡啶，副產7410t/a 3-甲基吡啶為基準，以乙醛、甲醛、氨為原料進行評估。

    上面兩個主要反應式都是放熱反應。另外還有一些副反應，生成2-甲基吡啶和4-甲基吡啶等。

    生產2-甲基吡啶的工藝是：在常壓，350-500℃下，以SiO₂-Al₂O₃-BiO₃、Co₃Al₂(PO₄)₄等為催化劑，乙醛與氨進行氣相脫水、脫氫和環合的催化反應，主要產物為2-甲基吡啶和4-甲基吡啶。

    (2)工藝流程概述

    a 工藝流程圖

    由界外來的乙醛(假設由鄰廠供應，管道輸入)，與由甲醛貯槽經泵輸出的甲醛和循環甲醛混合，經甲醛預熱器和甲醛氣化器，進入中心設備反應器；同時液氨由貯槽經氨氣化器和氨過熱器也進入反應器。反應器為流化床反應器，催化劑循環及排出、再生。反應條件大致為450℃，常壓、催化劑為晶體硅酸鋁沸石。

    由反應器出來的氣相反應物，經一系列熱交換后得到粗產品至冷卻器中冷卻，然后進入氣液分離器。分離下來的液體和吸收塔吸收的各種化合物進入粗產品槽；吸收塔氣相中不能吸收部分去火炬燒掉。粗產品經氣提塔將氨和甲醛提出后循環使用，液相物料經給料泵進萃取塔(圖2,略)。在萃取塔內，少量水沉到塔底，用廢水泵打入吸收塔作為吸收液，多余部分送出界區去處理污水。溶劑貯槽中的溶劑經泵加入萃取塔，萃取液由泵經預熱器打入共沸塔，塔中的輕組份送到粗產品槽(圖1，略)。重組份經溶劑回收后由泵打入吡啶塔(圖3略)。輕組份純吡啶由塔頂出來，進吡啶貯槽，即為成品去包裝。一般以鐵桶包裝，每桶190-200kg；重組份經泵去3-甲基吡啶塔，分離出的輕組份去焚燒爐燒掉，重組份經重組份塔分離，由該塔分離出的輕組份再經結晶器和3-甲基吡啶塔，回收3-甲基吡啶送入貯槽，然后去包裝。重組份塔底的重組份和結晶器上部的廢液一起送去焚燒爐焚燒，少量2-甲基、4-甲基吡啶和其他化合物作為廢物處理。

    b合成反應器的操作條件

    流化床反應器的操作條件，一般是在常壓下，溫度在350-550℃之間。溫度低于350℃時，導致催化劑活性下降，因為高沸點物料會附著在催化劑的表面上。而高于550℃時，催化劑活性也會降低，同時在高溫下反應生成物分解，導致產量下降。乙醛與甲醛的混合物，氨氣在進反應器之前應分別預熱到200℃以上。合成反應可以加入某種稀釋劑，也可以不加。稀釋劑可以降低反應混合物的分壓，因此可以改進催化劑的活性，延長催化劑的壽命。某些專利中推薦的稀釋劑有氧、氮、氫、蒸汽、甲醇等。因此，是否加稀釋劑應視技術來源而定，也要根據要求生產的吡啶與甲基呲啶的比率來定。加入適當氧氣，可減少甲基吡啶產率而增加吡啶產量。但加氧時會形成爆炸性氣體，有安全問題。有的專利認為加氫氣，會加重催化劑結碳。加蒸汽則有利于防止結碳。

    反應條件應選擇那些不利于4-甲基吡啶生成的參數，因為3-甲基吡啶與4-甲基吡啶的沸點相似，不容易分離，而4-甲基吡啶市場比較小，銷售困難。

    催化劑主要是無定形晶體硅酸鋁并加入一些二價或三價或貴金屬，硅與鋁的比率一般為350左右。但各項專利之間有很大差別，有的催化劑幾個小時就須再生一次，而有的催化劑半年或幾個月才再生一次。因此，在選擇引進技術時，應特別注意催化劑的工作條件。催化劑的成份中最好不含貴重金屬。

    1.2 煤焦油分離法

    從煤高溫干餾所得揮發性副產物(煤焦油和焦爐氣)中可分離出吡啶堿，主要是吡啶、2-甲基吡啶、3-甲基吡啶、3,4-二甲基吡啶、2,6-二甲基吡啶。

    焦爐氣中吡啶堿的含量約為0.4-0.6g/m³，焦爐氣被硫酸吸收后，生成硫酸銨和吡啶堿的鹽，通過飽和器，然后用10-12%的氨氣中和，分離出吡啶堿，冷凝得到初產物，含吡啶堿約為60%-63%，含水不大于15%，剩余的為焦油。最后用純苯共沸蒸餾脫水，再精餾，可以得到第一階段的分離物吡啶(沸點為113.5-115.5℃，之后可以得到2-甲基吡啶(沸點為128-129℃，沸點在143-146℃時通常可以得到含40%的2-甲基吡啶、45%的3-甲基吡啶、15%的2,6-二甲基吡啶。但煤焦油的分離法還存在不少問題，如產量容易受到限制、不能完全回收、產品質量差(多為初產品)。此法制取吡啶堿在整個工業生產中所占比例很小。

    2 吡啶類化合物的應用

    吡啶類化合物是化學工業，特別是精細化工的重要原料，主要應用于醫藥和農藥的中間體、醫藥制品、農藥、化工中間體及等許多領域。(見表3)

    3 中國吡啶類化合物的生產與消費

    3.1 生產

    中國吡啶類化合物生產始于1950年，已有50多年的歷史。中國吡啶類化合物的發展大致可劃分為以下四個階段：①20世紀50年代初，中國開始采用從煤焦油中回收粗吡啶的生產方法，生產能力不足0.5kt/a，總產量0.2-0.3kt/a；②20世紀70年代初，北京第二制藥廠開發過乙炔和氨為原料制甲基吡啶的合成技術，但由于污染嚴重和原料不足，于1983年停產，上海第五制藥廠進行過乙醛-氨法研究，曾采用合成法生產過2-吡啶和4-吡啶，也由于工藝落后、污染嚴重而停產；③2001年，由南通醋酸廠與美國瑞利(Reilly)公司合資建設了一套11.0kt/a(純吡啶8.0kt/a，3-甲基吡啶3.0kt/a)采用合成法生產吡啶和三甲基吡啶的生產裝置，這是中國吡啶生產方法與技術改進的一大突破。這一舉措較大程度地改變了中國吡啶系列原料一直依賴進口的局面，同時也推動了吡啶下游產品的開發和生產；④2004年，紅太陽集團有限公司在南京化學工業園投資建設8.0kt/a吡啶及吡啶衍生物項目。預計，2006年投產。

    預計，2010年中國吡啶類化合物的生產能力約30.6kt/a。其中，合成法占98%。在2001-2010年期間，中國吡啶類化合物生產能力的年均增長率為11.6%。

                          表3  吡啶類化合物的應用領域