一种丁醛一步法生产丁酸丁酯的合成系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种丁醛一步法生产丁酸丁酯的合成系统：丁醛进料泵连接丁醛原料罐，催化剂输送泵连接催化剂溶解罐，丁醛进料泵和催化剂输送泵连接混合器入口，混合器出口连接外循环冷却器管程入口，管程出口连接反应釜，反应釜底部连接循环泵，循环泵出口与外循环冷却器管程入口和粗品储罐入口连接，粗品储罐连接灭活剂储罐与分离系统；方法：原料丁醛和催化剂预混，进入外循环冷却器冷却，输送至反应釜反应，溶液大部分作为循环反应液进入外循环冷却器管程，剩余部分采出至粗品储罐，向粗品储罐加入灭活剂，使催化剂失活，丁酸丁酯粗品进入分离系统，灭活剂从粗品储罐排污口排出。

【技术实现步骤摘要】
一种丁醛一步法生产丁酸丁酯的合成系统及方法
本专利技术涉及化工生产
，更具体地说，是涉及一种丁醛一步法生产丁酸丁酯的合成系统及方法。
技术介绍
丁酸丁酯，又称正丁酸正丁酯，是一种具有水果香味的无色透明液体，广泛应用于食品添加剂和有机溶剂。在涂料油漆领域，丁酸丁酯具有温和的溶解性能，优良的抗白化性能；在塑料产品的涂层领域，能较好地解决“烧底”现象，在木器涂料中，对颜料具有很好的展色性；在金属闪光漆配方中，对金属颜料具有很好的保护性。根据油漆行业信息反馈，国内丁酸丁酯潜在需求量约50万吨/年。传统的丁酸丁酯生产工艺为正丁酸和正丁醇在浓硫酸的催化下发生酯合成反应。该工艺存在生产路线长、副反应多、产品色泽深、后处理工艺复杂、设备腐蚀严重以及废酸污染环境等弊端，另外，作为该工艺的生产原料丁酸和丁醇在工业上均以丁醛为原料分别通过氧化和加氢工艺获得，而利用传统生产工艺合成丁酸丁酯过程需要脱除水分子，造成资源浪费。王海京(王海京,段启伟,正丁醇一步合成丁酸丁酯,精细石油化工,2013,1,20-22)报道了在260±5℃，≥0.4MPa条件下，正丁醇催化制备丁酸丁酯，正丁醇转化率64％，丁酸丁酯选择性73.8％。潘伟雄(潘伟雄,由正丁醇或正丁醛一步合成丁酸丁酯,石油化工,1993,22(2),111-114)报道了在255℃、0.7MPa下催化正丁醛转化，转化率约60％，丁酸丁酯选择性很低。其它有关利用丁醛制备丁酸丁酯的研究报道均存在转化率和选择性偏低问题，且基本处于实验室研究阶段，未见中试或工业化应用案例。<br>天津渤化永利化工股份有限公司(以下简称永利化工)和中国科学院大连化学物理研究所合作开发了丁醛一步法制备丁酸丁酯的生产工艺，该工艺以丁醛为原料，在温和条件下催化歧化生成丁酸丁酯，反应路线简洁、原料成本及能耗低、无设备腐蚀和环境污染，原子经济性高。小试试验已完成高效催化剂的筛选、生产路线的优化和产品的提纯方案。为及早推进该科技成果向工业化转化，需要开展中试试验，进一步优化生产工艺，获取一套科学、完整的丁醛一步法制备丁酸丁酯的工业化参数。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提出一种丁醛一步法生产丁酸丁酯的合成系统及方法，采用丁醛一步法制备丁酸丁酯的工艺，将原料丁醛在合成系统中进行催化歧化反应，反应完成后向反应液中加入灭活剂，使催化剂灭活，得到丁酸丁酯粗品。本专利技术的目的可通过以下技术方案实现。本专利技术丁醛一步法生产丁酸丁酯的合成系统，包括丁醛原料罐、丁醛进料泵、催化剂溶解罐、催化剂输送泵、混合器、外循环冷却器、反应釜、循环泵、粗品储罐、灭活剂储罐；所述丁醛进料泵入口通过管线与丁醛原料罐连接，所述催化剂输送泵入口通过管线与催化剂溶解罐连接，所述丁醛进料泵出口和催化剂输送泵出口分别通过管线与混合器入口连接，所述混合器出口通过管线与外循环冷却器管程入口连接，所述外循环冷却器管程出口通过管线与反应釜连接，所述反应釜底部出料口通过管线与循环泵入口连接，所述循环泵出口分别通过循环管线、采出管线与外循环冷却器管程入口和粗品储罐入口连接，所述粗品储罐通过管线与灭活剂储罐连接，所述粗品储罐底部设置有出料管，所述出料管通过管线与分离系统连接。所述丁醛进料泵、催化剂输送泵均采用具有流量计量功能的泵，或者所述丁醛进料泵、催化剂输送泵的出口均设置有用于调节流量的调节阀。所述混合器和反应釜的外壁均设置有冷却夹套；所述催化剂溶解罐、反应釜和粗品储罐均设置有搅拌装置。所述丁醛原料罐、催化剂溶解罐、反应釜、粗品储罐和灭活剂储罐均设置有背压阀；所述催化剂溶解罐具有加热装置，所述催化剂溶解罐顶部设置有催化剂加料斗。所述循环管线和采出管线上均设置有流量调节阀，所述灭活剂储罐和粗品储罐之间连接的管线上设置有阀门。所述灭活剂储罐位于粗品储罐上方，所述粗品储罐底部设置有排污口，所述粗品储罐下部侧面设置视镜，所述出料管上部延伸至粗品储罐内并垂直于罐底内壁，出料管上端口高度介于视镜视野内。本专利技术的目的还可通过以下技术方案实现。本专利技术丁醛一步法生产丁酸丁酯的合成方法，包括以下步骤：第一步：将丁醛原料罐、催化剂溶解罐、反应釜、粗品储罐和灭活剂储罐通过背压阀进行氮气保压，压力范围在10～20kPa；混合器和反应釜的冷却夹套投用冷冻水，外循环冷却器的壳程通入冷冻水；第二步：高温溶解催化剂催化剂加入催化剂溶解罐内，在搅拌状态，将催化剂加热升温，加热至60～100℃后保温，使催化剂溶解成溶液状态；第三步：丁醛催化歧化制备丁酸丁酯反应将一定配比的原料丁醛和催化剂先在混合器中进行预混，混合后进入外循环冷却器管程冷却，然后输送至反应釜中充分反应，反应得到的丁酸丁酯粗品溶液大部分作为循环反应液进入外循环冷却器管程，将反应放出的热量移除，剩余部分采出至粗品储罐中，保持反应釜物料进出平衡；第四步：灭活催化剂按丁酸丁酯粗品与灭活剂质量比80:1～100:1的比例向粗品储罐中加入灭活剂，使催化剂失去活性，混合搅拌15～30分钟后，将溶液静置，待溶液分层完全，上层丁酸丁酯粗品进入分离系统，灭活剂从粗品储罐底部排污口排出。第二步中所述催化剂溶解罐的搅拌速率控制在200～400rpm；所述催化剂为POP-Ru，以富含羟基的多孔有机聚合物为基底，在其表面形成Ru的络合结构。第三步中所述原料丁醛和催化剂溶液按质量比4:1～12:1的比例分别通过丁醛进料泵和催化剂输送泵输送至混合器；所述反应釜搅拌速率控制在200～400rpm，所述反应釜内温度控制在10～25℃；所述外循环冷却器管程出口温度控制在8～20℃；所述反应得到的丁酸丁酯粗品溶液作为循环反应液进入外循环冷却器管程的部分与采出至粗品储罐的部分的质量比控制在100:1～150:1。第四步中所述粗品储罐的搅拌速率控制在200～400rpm；所述溶液静置时间控制在15～30分钟；所述灭活剂为除盐水或稀碱溶液。与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：(1)本专利技术实现了100吨/年丁醛一步法生产丁酸丁酯的连续化生产，在国内和国际上尚属首次开展的以丁醛为原料制备丁酸丁酯中试规模生产试验，为丁酸丁酯工业化推广提供了一套科学完整的工业化参数。(2)本专利技术能够在常温常压下实现丁醛催化歧化生产丁酸丁酯，原料丁醛转化率≥90％、反应选择性≥95％，与现有研究成果及丁酸丁酯生产装置相比，具有路线简洁、反应条件温、原料转化率与反应选择性高、原子经济性好和绿色环保等优点。(3)本专利技术具有推广性，对利用脂肪醛(或芳香醛)一步法生产相应脂肪酯(或芳香酯)的研究领域具有指导意义，有利于酯类产品的绿色生产技术开发，进而促进酯类产品在油漆涂料等行业推广应用。附图说明图1是本专利技术一种丁醛一步法生产丁酸丁酯的合成系统的示意图。附图标注：1-丁醛原料罐；2-丁醛进料泵；3-催化剂溶解罐；4-催化剂输送泵；5-混合器；6-外循环冷却器；7-反应釜；8本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种丁醛一步法生产丁酸丁酯的合成系统，其特征在于，包括丁醛原料罐(1)、丁醛进料泵(2)、催化剂溶解罐(3)、催化剂输送泵(4)、混合器(5)、外循环冷却器(6)、反应釜(7)、循环泵(8)、粗品储罐(11)、灭活剂储罐(12)；/n所述丁醛进料泵(2)入口通过管线与丁醛原料罐(1)连接，所述催化剂输送泵(4)入口通过管线与催化剂溶解罐(3)连接，所述丁醛进料泵(2)出口和催化剂输送泵(4)出口分别通过管线与混合器(5)入口连接，所述混合器(5)出口通过管线与外循环冷却器(6)管程入口连接，所述外循环冷却器(6)管程出口通过管线与反应釜(7)连接，所述反应釜(7)底部出料口通过管线与循环泵(8)入口连接，所述循环泵(8)出口分别通过循环管线(9)、采出管线(10)与外循环冷却器(6)管程入口和粗品储罐(11)入口连接，所述粗品储罐(11)通过管线与灭活剂储罐(12)连接，所述粗品储罐(11)底部设置有出料管(14)，所述出料管(14)通过管线与分离系统连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种丁醛一步法生产丁酸丁酯的合成系统，其特征在于，包括丁醛原料罐(1)、丁醛进料泵(2)、催化剂溶解罐(3)、催化剂输送泵(4)、混合器(5)、外循环冷却器(6)、反应釜(7)、循环泵(8)、粗品储罐(11)、灭活剂储罐(12)；
所述丁醛进料泵(2)入口通过管线与丁醛原料罐(1)连接，所述催化剂输送泵(4)入口通过管线与催化剂溶解罐(3)连接，所述丁醛进料泵(2)出口和催化剂输送泵(4)出口分别通过管线与混合器(5)入口连接，所述混合器(5)出口通过管线与外循环冷却器(6)管程入口连接，所述外循环冷却器(6)管程出口通过管线与反应釜(7)连接，所述反应釜(7)底部出料口通过管线与循环泵(8)入口连接，所述循环泵(8)出口分别通过循环管线(9)、采出管线(10)与外循环冷却器(6)管程入口和粗品储罐(11)入口连接，所述粗品储罐(11)通过管线与灭活剂储罐(12)连接，所述粗品储罐(11)底部设置有出料管(14)，所述出料管(14)通过管线与分离系统连接。


2.根据权利要求1所述的丁醛一步法生产丁酸丁酯的合成系统，其特征在于，所述丁醛进料泵(2)、催化剂输送泵(4)均采用具有流量计量功能的泵，或者所述丁醛进料泵(2)、催化剂输送泵(4)的出口均设置有用于调节流量的调节阀。


3.根据权利要求1所述的丁醛一步法生产丁酸丁酯的合成系统，其特征在于，所述混合器(5)和反应釜(7)的外壁均设置有冷却夹套；所述催化剂溶解罐(3)、反应釜(7)和粗品储罐(11)均设置有搅拌装置。


4.根据权利要求1所述的丁醛一步法生产丁酸丁酯的合成系统，其特征在于，所述丁醛原料罐(1)、催化剂溶解罐(3)、反应釜(7)、粗品储罐(11)和灭活剂储罐(12)均设置有背压阀；所述催化剂溶解罐(3)具有加热装置，所述催化剂溶解罐(3)顶部设置有催化剂加料斗(15)。


5.根据权利要求1所述的丁醛一步法生产丁酸丁酯的合成系统，其特征在于，所述循环管线(9)和采出管线(10)上均设置有流量调节阀(18)，所述灭活剂储罐(12)和粗品储罐(11)之间连接的管线上设置有阀门(13)。


6.根据权利要求1所述的丁醛一步法生产丁酸丁酯的合成系统，其特征在于，所述灭活剂储罐(12)位于粗品储罐(11)上方，所述粗品储罐(11)底部设置有排污口(17)，所述粗品储罐(11)下部侧面设置视镜(16)，所述出料管(14)上部延伸至粗品储罐(11)内并垂直于罐底内壁，出料管...

【专利技术属性】
技术研发人员：李越，张波，李云辉，苗淳，杨志波，郝金明，李满枝，李治水，
申请(专利权)人：天津渤化永利化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12