本发明专利技术提供了一种异佛尔酮的制备方法及装置，该方法包括以下步骤：(1)丙酮与弱酸弱碱性催化剂发生反应生成少量芳香族化合物；(2)将步骤(1)的反应产物在强碱性催化剂条件下发生反应生成异佛尔酮。该装置包括固定床反应器、催化剂输送装置和反应精馏塔以及水解塔系统，该系统极大克服了丙酮过度聚合的不利影响，大幅提高了丙酮缩合反应生成异佛尔酮的选择性，产品纯度高，选择性高。
A preparation method and device of Isophorone
【技术实现步骤摘要】
一种异佛尔酮的制备方法及装置
本专利技术属于异佛尔酮的制备领域，具体是涉及以丙酮为原料的异佛尔酮的制备方法及装置。
技术介绍
异佛尔酮，分子式为C9H14O，是丙酮深加工的重要产品之一，其溶解能力强、分散性好，是一种优良的高沸点溶剂，广泛应用于聚氨酯弹性体、医药、涂料以及胶粘剂等工业领域。随着市场需求的不断增加，异佛尔酮应用领域的不断扩展，对其制备工艺和装置方面的需求和研究也不断增多。目前，丙酮缩合反应是生成异佛尔酮的主要方法，反应方程式如下：工业上异佛尔酮主要是通过丙酮缩合法制备。丙酮缩合制备异佛尔酮的方法可分为两种：一种是在碱性溶液中加压液相缩合法；另一种是气态丙酮在固体催化剂表面上的气相催化缩合法。目前，气相法制备异佛尔酮转化率较低，选择性也不高，且采用的固体催化剂量高、制作成本较高，使用寿命较短，导致其仍处于实验室研究阶段，尚未有大规模的工业化装置投产。液相法工艺是目前国际上主流的工业化方法。液相法工艺的难点在于反应是一个典型的连串、平行复杂的反应网络，而由于碱性催化剂活性较高，反应过程中难以避免丙酮的过度缩合，导致高沸杂质较多。若采用活性较低的催化剂，丙酮单程转化率较低，同时丙酮缩合反应为液液相反应，反应物料的混合、产品收率都急需提升。反应精馏水解工艺将反应过程和精馏过程有机地耦合在一起，使反应物在进行反应的同时与产物进行分离，强化反应程度，降低了设备投资和操作难度。US3337633，US3981918中各自公开了一种反应精馏制备异佛尔酮的方法。将反应和精馏集成到一个反应精馏塔内，利用气液传质，丙酮和催化剂在反应段接触发生反应，生成的产物随即进入分离段回收未反应的丙酮，同时丙酮缩合生成的一些高沸物分解为丙酮和异佛尔酮，最终塔釜得到异佛尔酮粗产品。此工艺提高了设备的耦合程度，节省了能量，但丙酮的单程转化率低，总选择性也不够高。US3981918中丙酮的转化率最高为10.4％，异佛尔酮的选择性为82％。专利CN102516051A提出了一种丙酮缩合制备异佛尔酮的装置，通过前置的丙酮反应器与水解反应精馏塔串联循环，专利CN102367223A提出了一种异佛尔酮的合成方法，该方法首先通过外置反应器转化部分丙酮，反应物进入精馏塔进行分离，未反应的丙酮循环进入外置反应器继续反应，从而制备得到异佛尔酮，上述工艺提高了丙酮反应条件的可控性，但丙酮深度缩合为高聚物无法避免，所以丙酮缩合生成异佛尔酮的选择性仍不高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种异佛尔酮的制备方法，使其能够显著提高丙酮单程转化率和异佛尔酮的有效选择性，同时简单可靠，具有经济性优势。本专利技术的目的在于提供一种制备异佛尔酮的装置。为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种异佛尔酮的制备方法，包括以下步骤：(1)丙酮与弱酸弱碱性催化剂发生反应生成少量芳香族化合物；(2)将步骤(1)的反应产物在强碱性催化剂条件下发生反应生成异佛尔酮。本专利技术中，所述步骤(1)中芳香族化合物的含量为0.05～2wt％，优选0.2～0.6wt％。本专利技术中，所述步骤(1)中反应温度为150～300℃，优选180～220℃，若反应温度过高，芳构化副产物中间态会优先反应生成芳香族化合物等杂质，导致反应液中杂质含量过高，选择性较低；若反应温度过低，生成芳构化副产物中间态含量较低，对后续高聚物生成影响较小，高聚物含量仍然会较高。本专利技术中，所述步骤(1)中反应压力为1～10MPaG。本专利技术中，所述弱酸弱碱性催化剂包括分子筛催化剂，金属/过渡金属负载型催化剂，金属/过渡金属氧化物等，优选C负载氧化铝(CCA)，Cr2O3/SiO2，CaO/Al2O3，更优选Cr2O3/SiO2型催化剂。所述步骤(1)中原料丙酮的质量与弱酸弱碱性催化剂的质量比为10-100：1，优选50-80：1。本专利技术中，所述步骤(2)的反应温度为160～305℃，优选190～230℃，压力为1～10MPaG。优选的，所述步骤(1)和步骤(2)中的反应压力相同。本专利技术中，所述步骤(2)的强碱性催化剂包括Ca(OH)2，LiOH，NaOH或者KOH，优选NaOH或者KOH，以丙酮总重量计，强碱性催化剂的加入量为0.01～7wt％，优选1～2wt％；优选的，所述强碱性催化剂以其水溶液的形式加入。优选浓度为1～48％的KOH或者NaOH水溶液。优选的，所述步骤(1)采用固定床反应器，所述步骤(2)在反应精馏塔中进行反应。所述步骤(1)中反应器质量空速(丙酮质量流量/催化剂质量)为10～100/hr，优选50～80/hr。通过控制反应器的空速控制反应生成的芳构化副产物中间态的量，空速过低，反应速率过快，丙酮缩合反应生成的芳构化副产物中间态会优先反应生成大量芳香族化合物；但空速过高，反应转化率太低，转化率较低，丙酮缩合反应生成的芳构化副产物中间态较少，仍然会导致后续异佛尔酮和丙酮缩合反应生成大量高聚物。本专利技术还提供一种制备异佛尔酮的装置，包括进料泵、固定床反应器、催化剂输送装置和反应精馏塔，所述进料泵与固定床反应器的入口连接，所述固定床反应器的出口与反应精馏塔入口连接，所述催化剂输送装置通过管路连接至反应精馏塔进料口。优选的，所述反应精馏塔的底部出料口与水解塔连接，水解塔还与水解塔釜再沸器连接，所述水解塔还与均质机连接，所述反应精馏塔上还连接有塔顶冷凝器，反应精馏塔的塔顶出料还通过循环管路与进料管路连接。进料泵与固定床反应器之间还连接有预热器。所述固定床反应器中设有弱酸弱碱性催化剂，原料丙酮在弱酸弱碱性催化剂催化作用下在固定床反应器中发生反应生成少量芳香族化合物，固定床反应器液相出料进入反应精馏塔继续反应，反应精馏塔塔顶得到部分未反应的丙酮可通过塔顶输送泵输送至进料管路作为反应原料循环使用，反应精馏塔的塔釜液相进入水解塔以水解产物中所存在的碳原子数≥12的高沸物；水解塔顶部气相与反应精馏塔底部连接，水解塔底部部分经过输送泵、均质机进入水解塔循环，经过高效均质机后，水解塔内物料成乳液状态，增强了物料间接触，也强化了水解塔内高聚物水解为异佛尔酮的能力。本专利技术水解塔操作条件可由本领域普通技术人员根据现有的异佛尔酮制备后的水解条件进行常规选择，例如，可以在温度180～320℃、压力1～10MPaG条件下水解。均质机为带有高速混合机的高效混合器，如SulzermixerSMX/SMV，也可以为日本岛崎工程株式会的PAMApex混合机/螺旋-叶片式混合机，均质机循环流量与出料流量比为10～3：1，优选5～6：1。反应精馏塔未反应的循环丙酮量与整个系统新鲜丙酮进料量的质量比为10～50：1。上述制备方法通过控制两步反应中不同活性的催化剂(固定床中催化剂活性低，反应精馏塔活性高)将该反应分成两步进行，通过将固定床反应器内芳香族化合物的浓度保持在0.05～2％，优选0.2～0.6％，在物料进入到反应精馏塔后，芳香族化合物中间态可抑制异佛尔酮的过度聚合，从而抑本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种异佛尔酮的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)丙酮与弱酸弱碱性催化剂发生反应生成少量芳香族化合物；(2)将步骤(1)的反应产物在强碱性催化剂条件下发生反应生成异佛尔酮。/n
【技术特征摘要】
1.一种异佛尔酮的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)丙酮与弱酸弱碱性催化剂发生反应生成少量芳香族化合物；(2)将步骤(1)的反应产物在强碱性催化剂条件下发生反应生成异佛尔酮。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中芳香族化合物的含量为0.05～2wt％，优选0.2～0.6wt％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中反应温度为150～300℃，优选180～220℃，所述步骤(1)中反应压力为1～10MPaG。
4.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，所生成的芳香族化合物包括但不限于
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述弱酸弱碱性催化剂包括分子筛催化剂，金属/过渡金属负载型催化剂，金属/过渡金属氧化物，优选C负载氧化铝(CCA)，Cr2O3/SiO2，CaO/Al2O3，更优选Cr2O3/SiO2型催化剂。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中丙酮质量与催化剂质量的质量比为10-100：1，优选50-80：1。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)的反应温度160～305℃，优选190～230℃，反应压力1～10MPaG。
8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其中，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：薛勇勇，乔小飞，员玫，贾峥瑞，李金明，孙媛媛，贾海兵，
申请(专利权)人：万华化学集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37
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