一种悬浮催化精馏制备丙二醇甲醚醋酸酯的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种悬浮催化精馏制备丙二醇甲醚醋酸酯的方法，以丙二醇甲醚和醋酸为原料，环己烷为带水剂，固体超强酸作催化剂，可在较低温度下进行酯化反应制备丙二醇甲醚醋酸酯。本发明专利技术利用悬浮催化精馏，在反应段和提馏段之间增设催化剂固液分离器，使催化剂的更换不需要停车，生产连续化，催化剂装卸方便，可回收循环使用，提高了催化剂使用寿命，且对生产设备无腐蚀，反应物不需中和水洗，无大量废液排放，工艺流程简单，操作方便，生产效率高，产品纯度高，反应条件温和，转化率高，选择性好；带水剂环己烷相较于苯和甲苯，毒性小。本发明专利技术从工艺设计、操作条件、催化剂选择等方面说明具有良好的经济效益和环境效益，符合绿色化学生产要求。生产要求。生产要求。

A method and device for preparing propylene glycol methyl ether acetate by suspension catalytic distillation

【技术实现步骤摘要】
一种悬浮催化精馏制备丙二醇甲醚醋酸酯的方法及装置


[0001]本专利技术涉及化学工艺，具体涉及一种悬浮催化精馏制备丙二醇甲醚醋酸酯的方法及装置。

技术介绍

[0002]进入21世纪，污染和环境问题日益受到人们得关注，绿色化学成为化学发展的趋势，化学反应在工艺设计、操作条件和催化剂方面等都应该考虑绿色化学的内容。
[0003]丙二醇甲醚醋酸酯(PMA)分子链中含羰基、醚健和烷基，对极性和非极性的物质都具有良好的溶解能力，因此被称为“万能溶剂”。作为一种性能优良的工业溶剂，由于其溶解性能高、粘度变化小、腐蚀性小和热稳定性好等优点，被广泛用于涂料、油漆、纺织、农药、集成电路等行业。目前我国工业中应用较多的是乙二醇醚类溶剂，该溶剂和PMA同属于醇醚类溶剂，在自身性质和适用范围方面具有很大的相似性。但是由于PMA在生物体内的代谢条件和产物更为温和，因此PMA的毒性比乙二醇醚类溶剂低得多，这也是PMA有取代乙二醇醚类溶剂趋势的原因。
[0004]目前PMA的合成方法主要有直接酯化法、酯交换法和环氧丙烷一步合成法。其中，直接酯化法是目前技术比较成熟的工业化方法，以醋酸和丙二醇甲醚为原料，传统的酸如无机酸与Lewis酸为催化剂，以浓硫酸使用最为普遍。硫酸催化剂的优点是易得、价廉，催化反应活性高，但也存在以下缺点：(1)选择性不好，导致一系列副反应，给过量原料回收和循环使用带来不便；(2)反应后需要对反应产物进行中和、水洗，不仅给分离过程带来困难，而且还产生大量工业废水，造成环境污染；(3)硫酸对设备和管道腐蚀严重，造成设备需定期更新，生产成本提高。顾静芳等采用固体超强酸SO
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/TiO2作为催化合成PMA的催化剂(顾静芳.超强酸对甲苯磺酸催化合成丙二醇甲醚醋酸酯的研究[J].上海应用技术学院学报.2006(4)：240
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244)，据报道，以上两种催化剂均具有较高的催化活性，但杂多酸、固体超强酸SO
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/TiO2催化剂较易中毒、活性组分流失，从而导致使用寿命较短。而专利说明书CN101993360A中记载了一种强酸阳树脂催化剂来进行酯化反应，虽然从一定程度上解决了催化剂和产物的分离问题，但而这一类非均相催化剂易失活，操作损失高及传质阻力大。
[0005]悬浮催化精馏与传统催化精馏相比，在反应段和提馏段之间增设一个催化剂固液分离器，催化剂在此和大部分液相分离，并循环进入反应段，如果需要，部分催化剂可送出再生。固液分离的不完全性导致一小部分反应混合物作为液相外部返混随催化剂循环至反应段内。该工艺基于催化剂在线装卸和再生的构想，将细粉状催化剂悬浮于反应段液相中，而非固定在反应段中，不仅继承了常规反应精馏转化率高、选择性好、能耗低、操作容易、节省投资等优点，而且克服了采用非结构和结构化两种催化剂技术所存在的以下缺点：催化剂床层中传质、热阻阻力大、催化剂构件制作麻烦，装卸不变，需停车更换和再生催化剂，催化剂构件及其包装材料阻碍传质、传热的进行，使得催化剂的有效利用率降低。
[0006]因此，对传统的生产系统进行改进，利用悬浮催化精馏，提供一种方便催化剂更换、拆卸和再生的连续化生产PMA的绿色工艺方法，对PMA的推广生产、市场效益以及企业和
社会都具有及其重要的意义。

技术实现思路

[0007]针对上述问题，本专利技术提出了一种悬浮催化精馏制备丙二醇甲醚醋酸酯的方法，利用悬浮催化精馏，在反应段和提馏段之间增设一个催化剂固液分离器，方便催化剂的更换、拆卸和再生的连续化生产，提高催化剂使用寿命，方便循环使用，同时选用能与水形成较低共沸点的环己烷作为带水剂，将酯化反应温度维持在70～85℃，就可以获得高选择性的反应产物，由于固体超强酸反应活性高，可使原料醇醚接近完全转化且副反应少，为酯化反应的一种绿色工业催化剂。
[0008]为实现上述技术目的，本专利技术的悬浮催化精馏制备丙二醇甲醚醋酸酯的方法包括如下步骤：
[0009](1)将丙二醇甲醚、部分醋酸、固体超强酸催化剂按比例投入预反应釜V1中，在加热条件下进行预反应，预反应釜V1中的反应液通过输送泵送至酯化塔T1的反应段，在酯化塔T1的反应段中进一步发生酯化反应；
[0010](2)将带水剂和另一部分醋酸经过汽化器V4气化后加入到酯化塔T1的反应段底部，酯化塔T1的塔顶产物经冷凝器E1冷凝，进入油水相分离器V2中，其中水相被引出，油相返回至酯化塔T1中；
[0011](3)在酯化塔T1的反应段和提馏段之间引入固液分离器V3，将酯化塔T1的反应段出来的反应产物和固体超强酸催化剂，通过固液分离器V3分离出的固体超强酸催化剂循环回预反应釜V1，或根据需要送至部分再生；
[0012](4)分离器V3分离出的釜液经过酯化塔T1的提馏段后采出送至脱轻塔T2的中部，通过精馏分离，在脱轻塔T2的塔顶采出液通过冷凝回流至预反应釜V1中继续反应；脱轻塔T2的塔釜采出液送入产品精制塔T3中精制，并在塔顶得到高纯度产品PMA，酯化反应过程中产生的重组分在产品精制塔T2的塔底排出。
[0013]其中，所述固体超强酸催化剂以氧化物SO
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/M
x
O
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做基体，所述基体为SO
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/TiO2、SO
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/ZrO2、SO
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/Al2O3、SO
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/Fe2O3中的任意一种。对于固体超强酸催化剂的具体形式在本专利技术中不做过多限制，所采用的催化剂颗粒小，可在精馏塔内自由流动，可使用现有技术中惯用的固体超强酸催化剂。
[0014]所述酯化塔T1为具有25～30块塔板的筛板塔，进料位置在第10～22块塔板上，主要在酯化塔的反应段，优选地，预反应釜V1中的反应液在反应段的上端进料，将带水剂和另一部分醋酸经过汽化器V4气化后在反应段的底部进料，进料位置大概为第11块和21块塔板进料，塔的回流比为1～3；酯化塔T1精馏段反应温度在45～55℃、反应段温度在70～85℃、提馏段温度在140～145℃；酯化塔T1精馏段压力为常压、反应段压力范围在0～5kPa、提馏段压力范围在0～15kPa。酯化塔T1即为悬浮催化精馏塔，分为三段，上段为精馏段，中间为反应段，下段为提馏段，在反应段和提馏段之间增设一个催化剂固液分离器。通过固液分离器分离出的固体催化剂，可根据需要送至部分再生，或者催化剂循环回预反应釜。
[0015]所述脱轻塔T2为具有30～40块塔板的填料塔，进料位置在第11～15塔板上，优选地，在第14块塔板进料，塔的回流比为2～4；脱轻塔的温度范围在120～150℃，压力范围在0～20kPa。
[0016]所述精制塔T3为具有20～30块塔板的填料塔；进料位置在第10～14塔板上，优选第11块塔板进料，塔的回流比为1～3；精制塔的温度范围在145～165℃，压力范围在
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50～...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种悬浮催化精馏制备丙二醇甲醚醋酸酯的方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将丙二醇甲醚、部分醋酸、固体超强酸催化剂按比例投入预反应釜（V1）中，在加热条件下进行预反应，预反应釜（V1）中的反应液通过输送泵送至酯化塔（T1）的反应段，在酯化塔（T1）的反应段中进一步发生酯化反应；（2）将带水剂和另一部分醋酸经过汽化器（V4）气化后加入到酯化塔（T1）的反应段底部，酯化塔（T1）的塔顶产物经冷凝器（E1）冷凝，进入油水相分离器（V2）中，其中水相被引出，油相返回至酯化塔（T1）中；（3）在酯化塔（T1）的反应段和提馏段之间引入固液分离器（V3），将酯化塔（T1）的反应段出来的反应产物和固体超强酸催化剂，通过固液分离器（V3）分离出的固体超强酸催化剂循环回预反应釜（V1），或根据需要送至部分再生；（4）分离器（V3）分离出的釜液经过酯化塔（T1）的提馏段后采出送至脱轻塔（T2）的中部，通过精馏分离，在脱轻塔（T2）的塔顶采出液通过冷凝回流至预反应釜（V1）中继续反应；脱轻塔（T2）的塔釜采出液送入产品精制塔（T3）中精制，并在塔顶得到高纯度产品PMA，酯化反应过程中产生的重组分在产品精制塔（T2）的塔底排出。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固体超强酸催化剂以氧化物SO
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做基体，所述基体为SO
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/ZrO2、SO
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/Fe2O3中的任意一种。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酯化塔（T1）为具有25~30块塔板的筛板塔，进料位置在第10~22块塔板上，塔的回流比为1~3；酯化塔（T1）精馏段反应温度在45~55℃、反应段温度在70~85℃、提馏段温度在140~145℃；酯化塔（T1）精馏段压力为常压、反应段压力范围在0~5kPa、提馏段压力范围在0~15...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦凤祥，王凯，杜盼鹏，王佳兵，
申请(专利权)人：中建石化工程有限公司，
类型：发明
国别省市：