一种耦合反应精馏制备丙交酯的方法技术

本发明专利技术提供了一种耦合反应精馏制备丙交酯的方法。该方法将乳酸预聚和解聚反应耦合到相同反应精馏塔中进行。本发明专利技术的方法极大简化了乳酸两步法的流程和设备，降低整个丙交酯生产装置的能耗和生产成本。产装置的能耗和生产成本。产装置的能耗和生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种耦合反应精馏制备丙交酯的方法


[0001]本专利技术属于丙交酯领域，具体涉及一种耦合反应精馏制备丙交酯的方法。

技术介绍

[0002]聚乳酸(PLA)也被称为聚丙交酯，是一种以可再生的植物资源为原料经过化学合成制备的典型可生物降解高分子材料。近年来，PLA全球市场需求增加迅猛，预计未来几年需求量将以每3
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5年翻一番的速度增加，并预计将会长期处于供不应求的情况。全球禁塑和垃圾分类为可降解塑料带来了巨大潜在市场，特别是一次性塑料制品。
[0003]目前，PLA的工业生产一般采用丙交酯开环聚合法，丙交酯作为合成PLA的关键中间体，其合成工艺和关键设备是业内研究的重点方向。目前工业上合成丙交酯一般采用乳酸两步法，即乳酸首先发生聚合得到一定分子量的乳酸低聚物，然后该乳酸低聚物在催化剂存在下进行裂解、环化反应获得粗丙交酯，粗丙交酯经提纯获得合格的丙交酯产品，乳酸经预聚和解聚的方法(即乳酸两步法工艺)是业内已经公知的技术，如US1095205(1914)，US2668162(1954)，US4835293(1989)，US4797468(1989)，US5053522(1991)，US5247058(1993)，WO9509879A1(1995)，CN11122559A(1995)，EP98203427.4(1998)，US6005067A(1999)，CN1688569A，(2003)CN105814110(2014)等公开的技术。
[0004]但是现有公开的已知技术，仍存在流程复杂，设备多投资大等问题，拉高了丙交酯的生产成本。如CN101096413A中公开的流程中，乳酸预聚和乳酸低聚物解聚过程就包括5台反应釜，4套精馏塔以及附属必要的装置共27台主要设备，设备数量多、流程复杂。已经公开的乳酸两步法合成丙交酯的技术中，如CN11122559A中公开，预聚反应一般在减压且约160℃至180℃的温度下进行，解聚反应一般在180℃至230℃的温度下且不高于20mmHg的压力下进行。EP2607399A1中公开，预聚温度一般优选在140
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170℃，压力20
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600mmHg，优选40
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50mmHg。预聚温度一般不超过180℃是为了避免乳酸低聚物的大量解聚。以上公开的技术，预聚和解聚反应都需要在较高的温度、减压条件下进行，但解聚反应一般优选比预聚更高的温度、更低的压力下进行。截止目前，还未见到将预聚和解聚反应耦合的工艺公开。
[0005]综上，如何在现有技术基础上，进一步的简化流程和设备，降低生产成本是业内仍将继续面对的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种耦合反应精馏制备丙交酯的方法。本专利技术通过将乳酸预聚和解聚反应耦合到相同的反应精馏塔中进行的工艺和装置，显著减少了设备数量，简化了工艺流程，降低了生产成本。
[0007]为达到以上专利技术目的，本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种耦合反应精馏制备丙交酯的方法，所述方法包含如下步骤：
[0009]1)原料乳酸水溶液脱游离水，乳酸初步聚合获得乳酸低聚物P1；
[0010]2)P1进一步聚合获得解聚所需分子量的乳酸低聚物P2；
[0011]3)P2解聚获得丙交酯和解聚焦油；
[0012]其中，
[0013]所述步骤1)的原料乳酸脱游离水和乳酸初步聚合反应耦合在反应精馏塔I中进行；
[0014]所述步骤2)的乳酸进一步聚合反应和步骤3)的乳酸低聚物的解聚反应耦合在反应精馏塔II中进行。
[0015]本专利技术中，所述步骤1)中P1的重均分子量Mw控制为200
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800，优选Mw控制为300
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500。
[0016]本专利技术中，所述步骤1)中的反应精馏塔I从上到下分别设置精馏段A和乳酸初步聚合段；优选地，所述精馏段A是填料塔或板式塔；优选地，所述乳酸初步聚合段为板式塔；优选地，反应精馏塔I的操作压力为1～50kPaA，优选2～15kPaA；操作温度为0～170℃，优选40
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150℃。
[0017]本专利技术中，所述步骤2)中P2的重均分子量Mw控制为500～5000，优选Mw控制为800
‑
2500。
[0018]本专利技术中，所述步骤2)和步骤3)中的反应精馏塔II从上到下分别设置预聚段、部分解聚段、精馏段B和解聚段；优选地，所述预聚段，部分解聚段和解聚段采用板式塔；优选地，所述精馏段B是填料塔或板式塔，优选填料塔。
[0019]本专利技术中，侧线采出粗丙交酯产品，侧线采出位置在部分解聚段以下、精馏塔以上的位置。
[0020]本专利技术中，反应精馏塔II的操作压力为0.1～5kPaA，优选0.5～2kPaA；操作温度120
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240℃，优选140
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220℃；优选地，所述反应精馏塔II的温度高于反应精馏塔I，反应精馏塔II的压力低于反应精馏塔I。
[0021]本专利技术中，所述步骤3)中部分解聚反应中的乳酸低聚物P2的转化率不高于20％，优选不高于10％，更优选不高于5％；优选地，所述部分解聚反应的温度不超过190℃，优选170
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190℃，更优选170
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180℃。
[0022]本专利技术中，步骤1)
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3)中所述乳酸是L乳酸和/或D乳酸，优选所述乳酸是手性的L乳酸和/或D乳酸。
[0023]本专利技术中，所述丙交酯是手性的L丙交酯和/或D丙交酯，或者是前述手性丙交酯的内消旋产物m
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丙交酯，优选所述丙交酯是手性的L丙交酯和/或D丙交酯。
[0024]本专利技术的另一目的在于提供一种制备丙交酯的精馏装置。
[0025]一种制备丙交酯的精馏装置，该装置为所述的耦合反应精馏制备丙交酯的方法中采用的装置，该装置包含反应精馏塔I和反应精馏塔II。
[0026]现有已知的乳酸两步法工艺中，解聚反应一般在预聚反应更高的温度、更低的压力下进行，限制了两个工序更深度的耦合、集成。专利技术人发现，对两个工序的工艺条件做适当的调整，并结合设备上的创新，是可以实现上述两个反应集成、耦合到相同工序中的，从而达到显著简化流程的目的。
[0027]预聚反应的原料是乳酸水溶液，如果在初始阶段就采用和解聚反应相同的高度、低压条件，则势必造成原料的大量气化和损失。因此研究者设计将预聚反应分为两个阶段，第一阶段，乳酸进行初步的聚合，是分子量Mw达到200
‑
800，优选300
‑
500，然后所述分子量
300
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500进入第二阶段继续预聚反应，此时采用更高的温度、更低的压力，原料的气化、损失就可以得到显著的控制，从而可以和典型的解聚反应的条件相适应。
[0028]本专利技术公开的技术中，最关键是在于将乳酸第二阶段预聚和解聚反应耦合、集成到反应精馏塔II中进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耦合反应精馏制备丙交酯的方法，其特征在于，所述方法包含如下步骤：1)原料乳酸水溶液脱游离水，乳酸初步聚合获得乳酸低聚物P1；2)P1进一步聚合获得解聚所需分子量的乳酸低聚物P2；3)P2解聚获得丙交酯和解聚焦油；其中，所述步骤1)的原料乳酸脱游离水和乳酸初步聚合反应耦合在反应精馏塔I中进行；所述步骤2)的乳酸进一步聚合反应和步骤3)的乳酸低聚物的解聚反应耦合在反应精馏塔II中进行。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)中P1的重均分子量Mw控制为200
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800，优选Mw控制为300
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500。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤1)中的反应精馏塔I从上到下分别设置精馏段A和乳酸初步聚合段；优选地，所述精馏段A是填料塔或板式塔；优选地，所述乳酸初步聚合段为板式塔；优选地，反应精馏塔I的操作压力为1～50kPaA，优选2～15kPaA；操作温度为0～170℃，优选40
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150℃。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2)中P2的重均分子量Mw控制为500～5000，优选Mw控制为800
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2500。5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述步骤2)和步骤3)中的反应精馏塔II从上到下分别设置预聚段、部分解聚段、精馏段B和解聚段；优选地，所述预聚段，部分解聚段和解聚段采用板式塔；优选地，所述精馏段B是填料塔或板式塔，优选填料塔；和/或，侧线采出粗丙交酯产品，侧线采出位置在部分解聚段以下、精馏塔以上的位置；和/或，反应精馏塔II的操作压力为0.1～5kPaA，优选0.5～2kPaA；操作温度120
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240℃，优选140
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【专利技术属性】
技术研发人员：何岩，刘英俊，张红涛，田博，范天熙，朱小瑞，杨颖，马朋成，
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：