生产乙醛酸酯的方法技术

本发明专利技术涉及一种生产乙醛酸酯的方法。所述方法包括乙醇酸酯和含氧气体在氧化脱氢条件下通过具有催化剂的反应器的步骤；所述反应器包含n段催化剂床层；自反应器入口至出口，n个催化剂床层中的催化剂活性组分含量逐渐增加；其中n为2～10之间的整数。该方法可用于乙醛酸酯的工业生产中。

【技术实现步骤摘要】
生产乙醛酸酯的方法
本专利技术涉及一种生产乙醛酸酯的方法。
技术介绍
乙醛酸酯兼有醛和酯的化学性质，能够发生多种反应，特别是水解可制备乙醛酸。而乙醛酸是合成香料、医药、食品、清漆原料、染料、塑料添加剂的有机中间体，可用于生产口服青霉素、香兰素、扁桃酸和尿囊素等，所以国内外对乙醛酸的消费量也一直成上升的趋势。国内外乙醛酸制备方法以原料分主要包括：乙二醛氧化法、草酸电解还原法、二氯乙酸或二溴乙酸水解法、顺丁烯二酸酐臭氧氧化法、乙醇酸酶催化氧化法，此外还有乙烯氧化法及乙醛氧化法等。其中，乙二醛氧化法是目前乙醛酸的主要生产方法，但此法的主要问题有乙醛酸收率低、环境污染重、设备腐蚀快、反应条件剧烈及产品分离困难等。在上述乙醛酸各种生产工艺中，原料成本高与产品分离技术复杂是主要的瓶颈。目前，国内乙醛酸生产技术总体上相对比较落后，特别是产品杂质含量高，限制了其应用范围，从而严重地影响了乙醛酸及其下游产品的市场发展，因而提高乙醛酸产品质量、降低生产成本、寻找合适的先进生产工艺具有重要的现实意义。近年来煤制乙二醇工艺获得了快速发展，目前国内工业生产技术已日渐成熟，数个煤制乙二醇商业化装置已投产或正在大规模建设阶段，随之而来的会产生大量的工艺副产物乙醇酸酯。乙醇酸甲酯的开发利用也越来越受到研究者们的重视，合理高效利用好乙醇酸甲酯对提高煤制乙二醇工艺效益和降低乙醛酸生产成本具有重要意义，因而开发以乙醇酸酯催化氧化制乙醛酸酯，再经催化水解制得乙醛酸的工艺路线是非常必要和具有市场竞争力的。众所周知，乙醇酸甲酯在催化剂的存在下，通过氧化脱氢生成乙醛酸甲酯是一个放热反应过程，随着副反应或后续反应发生的完全氧化作用，生成CO2和水，也能释放出大量的热。因而为抑制不可取的后续反应，提高目的产物的收率，务必使热量能够更好的及时移走。但公开发表的专利和文献主要集中在乙醇酸甲酯催化氧化生产乙醛酸甲酯的催化剂和工艺研发方面，对所采用的反应器型式报道甚少，且存在乙醛酸甲酯收率低的明显缺陷，仍有待进一步完善和发展。而反应器作为乙醇酸甲酯催化氧化生产乙醛酸甲酯工业生产装置的核心设备之一，它的性能好坏直接影响反应效果、催化剂的利用率以及产品的质量。因而，根据乙醛酸甲酯气相催化氧化生产乙醛酸甲酯技术和生产发展的需要，这些技术均有进一步发展和改进的空间。文献US4340748公开了一种以乙醇酸酯为原料，在100～600℃条件下用含氧气体对其进行气相催化氧化得到乙醛酸酯的方法，液相产物中乙醛酸酯的收率最大为88.3％，有些条件下乙醛酸酯的收率只有43.5％。文献CN85101409A公开了一种以气态乙醇酸酯为原料制备水合乙醛酸酯的方法，采用管状反应器，催化剂支撑体至少由一个圆柱型单体组成，且对单体的排列方式做了严格限制，液相产物中乙醛酸酯的收率最大为82.1％。
技术实现思路
本专利技术涉及一种生产乙醛酸酯的方法。具体而言，本专利技术涉及一种生产乙醛酸酯的方法，包括乙醇酸酯和含氧气体在氧化脱氢条件下通过具有催化剂的反应器的步骤；所述反应器包含n段催化剂床层；自反应器入口至出口，n个催化剂床层中的催化剂活性组分含量逐渐增加；其中n为2～10之间的整数。根据本专利技术的一个方面，自反应器入口起计，沿物流方向第n段与第n-1段催化剂床层内的催化剂活性组分含量之比大于1，优选为(1.05～5):1，更优选为(1.2～3):1。根据本专利技术的一个方面，沿物流方向第n段与第1段催化剂床层内的催化剂活性组分含量之比为(1.05～5):1，优选为(1.1～3):1，更优选为(1.2～3):1。根据本专利技术的一个方面，所述反应器为列管式固定床反应器。根据本专利技术的一个方面，所述乙醇酸酯具有通式HO-CH2-COOR；其中，R为烃基，优选为1～8个碳原子的直链或支链脂肪族烷基，更优选为1～5个碳原子的直链或支链烷基，最优选为甲基或乙基。根据本专利技术的一个方面，以体积份数计，所述含氧气体中，空气的含量为0～100份，O2的含量为1～20份，N2的含量为80～99份。根据本专利技术的一个方面，所述氧化脱氢条件包括：氧气与乙醇酸酯摩尔比为0.6:1～3:1，乙醇酸酯的重量空速为0.05～2.0小时-1，反应温度为200～400℃，反应压力为0～1.0MPa；优选包括：氧气与乙醇酸酯摩尔比为0.6:1～2:1，乙醇酸酯的重量空速为0.1～1.5小时-1，反应温度为220～350℃，反应压力为0～0.8MPa；更优选包括：氧气与乙醇酸酯摩尔比为0.6:1～1.5:1，乙醇酸酯的重量空速为0.1～1.0小时-1，反应温度为220～320℃，反应压力为0～0.5MPa。根据本专利技术的一个方面，以重量份数计，所述催化剂包括：2～20份的由钒和银组成的组中的至少一种活性组分，0～10份的由钼、铜、铋、镁和钠组成的组中的至少一种助剂，10～90份由氧化铝和氧化硅组成的组中的至少一种载体。根据本专利技术的一个方面，所述反应器具有n个催化剂床层，n为2至6之间的整数。本专利技术人研究发现，在氧气与乙醇酸酯催化反应过程中，乙醛酸酯的过度氧化和分解是导致反应目的产物乙醛酸酯收率低的主要原因，而乙醛酸酯的过度氧化和分解与反应器床层的温度是密切相关的，温度越高乙醛酸酯的过度氧化和分解几率越高。因而，对于乙醇酸酯催化氧化脱氢制乙醛酸酯而言，控制反应热点温度，对于防止乙醛酸酯过度氧化和分解，提高目的产物的收率是非常重要的。乙醇酸酯在催化剂的存在下，通过氧化脱氢生成乙醛酸酯是一个强放热反应过程，随着副反应或后续反应发生的完全氧化作用，生成CO2和水，也能释放出大量的热。因而为抑制不可取的后续反应，提高目的产物的收率，务必使热量能够更好的及时移走。而动力学研究表明，乙醇酸酯催化脱氢制乙醛酸酯的反应速率与催化剂的活性组分含量相关，同样原料浓度下，催化剂活性组分含量越高，其反应速率越快，局部温升越高，因此，如何控制反应过程平稳，防止局部温升过高，进而避免乙醛酸酯的过度氧化和分解，是提高目的产物收率的技术关键。虽然目前列管式固定床反应器通过冷却介质在一定程度上可以移走大量的反应热，但是仍然无法避免由于进口段反应物浓度较高，列管内上段催化剂床层温升较高，在催化剂床层上段存在高热点对反应效果和催化剂不利的缺点。本专利技术采用通过调整催化剂的活性组分含量，有效控制反应速率，从而有效控制反应的放热量，达到有效避免反应集中放热所导致的反应器催化剂床层内高热点对反应效果和催化剂不利的缺点，从而保证了催化剂作用的发挥和催化剂的利用率，保证原料的转化率和目的产物乙醛酸酯的收率。本专利技术中采用在反应器内通过冷却介质及时移走反应热的同时，沿物料流动方向采用催化剂活性组分含量逐渐增加的技术方案，使不同类型的催化剂与反应物原料浓度相匹配，从而有效控制了反应速率，保证了催化剂床层内反应温度处于最佳反应温度区，避免了催化剂床层局部过热而导致的乙醛酸酯的过度氧化和分解以及催化剂床层飞温、失活，在保证原料的转化率的同时，提高了目的产物乙醛酸酯收率。采用本专利技术的技术方案，乙醛酸酯的收率最大可达90％以上，取得了较好的技术效果。下面通过实施例对本专利技术作进一步的阐述，但是需要指出的是，本专利技术的保护范围并不受这些具体实施方式的限制，而是由附录的权利要求书来确定。同时，需要特别说明的是，在本说明本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生产乙醛酸酯的方法，包括乙醇酸酯和含氧气体在氧化脱氢条件下通过具有催化剂的反应器的步骤；所述反应器包含n段催化剂床层；自反应器入口至出口，n个催化剂床层中的催化剂活性组分含量逐渐增加；其中n为2～10之间的整数。

【技术特征摘要】
1.一种生产乙醛酸酯的方法，包括乙醇酸酯和含氧气体在氧化脱氢条件下通过具有催化剂的反应器的步骤；所述反应器包含n段催化剂床层；自反应器入口至出口，n个催化剂床层中的催化剂活性组分含量逐渐增加；其中n为2～10之间的整数。2.根据权利要求1所述乙醛酸酯的生产方法，其特征在于，自反应器入口起计，沿物流方向第n段与第n-1段催化剂床层内的催化剂活性组分含量之比大于1，优选为(1.05～5):1，更优选为(1.1～3):1。3.根据权利要求1所述乙醛酸酯的生产方法，其特征在于，沿物流方向第n段与第1段催化剂床层内的催化剂活性组分含量之比为(1.05～5):1，优选为(1.1～3):1，更优选为(1.2～3):1。4.根据权利要求1所述生产乙醛酸酯的方法，其特征在于，所述反应器为列管式固定床反应器。5.根据权利要求1所述生产乙醛酸酯的方法，其特征在于，所述乙醇酸酯具有通式HO-CH2-COOR；其中，R为烃基，优选为1～8个碳原子的直链或支链脂肪族烷基，更优选为1～5个碳原子的直链或支链烷基，最优选为甲基或乙基。6.根据权利要求1所述生产乙醛酸酯的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙凤侠，刘俊涛，龚海燕，宋海峰，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11