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CN107501042A - 一种通过乙酸异丙酯水解制备异丙醇的方法 - Google Patents

一种通过乙酸异丙酯水解制备异丙醇的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种通过乙酸异丙酯水解制备异丙醇的方法，主要包括以下步骤：(1)乙酸异丙酯和水经混合后进入水解反应器；(2)反应后的产物进入催化精馏塔，在高压条件下；乙酸从塔下部采出；异丙醇物料在精馏段的异丙醇富集区采出，并进入异丙醇精制塔进行精制；(3)自催化精馏塔采出的异丙醇物料进入异丙醇精制塔进行精制，异丙醇精制塔在减压下操作；水、乙酸异丙酯和部分异丙醇形成的二元或三元共沸物从塔顶采出，经冷凝后进入回流罐；产品异丙醇从塔下部采出。本发明将水解反应与催化精馏结合，有效地提高了乙酸异丙酯的转化率，使得乙酸异丙酯转化率和异丙醇选择性都可达到97％以上，通过变压精馏分离使得异丙醇纯度达到99％以上。

Description

一种通过乙酸异丙酯水解制备异丙醇的方法
技术领域
本发明涉及化工产品制备技术领域，尤其涉及一种通过乙酸异丙酯水解制备异丙醇的方法。
背景技术
异丙醇作为一种性能优良的有机溶剂和中间体，在农药、油墨、涂料、医药、电子产品、日用化学品、汽油添加剂以及有机合成等领域具有广泛的应用，开发利用前景良好。
工业上生产异丙醇的方法主要是丙烯水合法和丙酮加氢法，其中前者可分为间接水合法和直接水合法两种。间接水合法又名丙烯硫酸水合法，首先将丙烯溶解在硫酸中并进行酯化反应生成硫酸异丙酯和硫酸二异丙酯，酯化产物经水解得到粗异丙醇，最后通过分离精制获得高纯度异丙醇。但该法存在流程复杂、硫酸耗量大、产物选择性低、设备腐蚀严重和能耗高等缺点，在20世纪80年代后逐步被淘汰。直接水合法是指在催化剂作用下丙烯直接与水加成从而获得异丙醇。与丙烯硫酸水合法相比，该法不使用硫酸，因此不存在设备腐蚀问题，同时工艺流程简单；但丙烯单程转化率低、循环量大造成能耗偏高，且对丙烯原料的纯度要求高。丙酮加氢法采用铜或锌氧化物催化剂或镍基催化剂，在70～200℃、常压条件下，把丙酮加氢生成异丙醇。该法选择性为97％，丙酮转化率为85～90％，能耗低、设备腐蚀轻，但原料丙酮成本高，且需要解决氢气来源问题。丙酮加氢法的收益一般低于丙烯直接水合法。
除了上述主流工艺外，异丙醇的生产还可通过以下方法。中国专利CN103880591A公开了一种以丙烯和醋酸为原料制备异丙醇和乙醇的方法，该方法首先将丙烯和醋酸在固体酸树脂催化剂的作用下，液相催化加成酯化合成乙酸异丙酯，所得的产物再在Cu基催化剂的作用下，加氢生成异丙醇和乙醇，分离后获得异丙醇和乙醇产品；CN103657695A公布了一种以磷化物为主催化剂在150～180℃下催化醋酸加氢合成异丙醇的方法。
对于丙烯直接水合法、丙酮加氢法和其他加氢法，都普遍存在原料转化率低、选择性低、催化剂易流失、反应温度高、反应压力高等问题。
中国专利CN106673962A公开了一种在改性强酸型阳离子交换树脂作用下，由乙酸异丙酯水解制备异丙醇的方法，乙酸异丙酯转化率以及异丙醇选择性均可达到97％以上。然而，按该专利方法进行的树脂改性流程繁杂、处理时间长。
发明内容
本发明的目的在于提供一种流程简单且乙酸异丙酯转化率和异丙醇选择性高的异丙醇制备方法。
为解决以上技术问题，本发明提供一种一种通过乙酸异丙酯水解制备异丙醇的方法，包括以下步骤：
(1)乙酸异丙酯和水经充分混合后进入水解反应器，反应后得到异丙醇、水、乙酸和乙酸异丙酯的四元混合物；
(2)反应后的四元混合物经泵加压后从催化精馏塔反应段下方入塔；催化精馏塔在高压下操作；乙酸从塔下部采出；异丙醇物料在精馏段的异丙醇富集区采出，并进入异丙醇精制塔进行精制；异丙醇-水-乙酸异丙酯三元共沸物从塔顶采出，并与异丙醇精制塔的塔釜物料换热后进入回流罐；异丙醇、水、乙酸异丙酯在回流罐中分层得到水相和异丙醇-乙酸异丙酯有机相，有机相部分采出并循环回水解反应器，部分从塔顶回流进塔；水相部分在反应段的上方回流进塔，部分循环回水解反应器；
(3)自催化精馏塔采出的异丙醇物料进入异丙醇精制塔进行精制，异丙醇精制塔在减压下操作；水、乙酸异丙酯和部分异丙醇形成的二元或三元共沸物从塔顶采出，经冷凝后进入回流罐。产品异丙醇从塔下部采出；回流罐中的异丙醇、水、乙酸异丙酯分层得到水相和异丙醇-乙酸异丙酯有机相，有机相部分采出循环回水解反应器，部分回流进塔，水相则直接循环回水解反应器。
优选的，步骤(1)中所述水解反应器的操作条件为：乙酸异丙酯和水混合物的体积空速为1～3h-1；乙酸异丙酯和水的摩尔比为1～10:1；反应温度为50～200℃，采用的催化剂为阳离子交换树脂、杂多酸、丝光沸石中的一种或几种。
优选的，步骤(2)中所述催化精馏塔为高压塔，塔顶操作压力0.6～1.0MPa，塔顶温度为120～140℃，回流罐中水相与有机相的回流比为1～5:1，精馏段塔板数为15～30，反应段塔板数为15～30，提馏塔板数为5～15，反应段催化剂为阳离子交换树脂、杂多酸、丝光沸石中的一种或几种。
优选的，步骤(3)中所述异丙醇精制塔为减压塔，塔顶操作压力0.02～0.06MPa，塔顶温度为45～75℃，回流罐中水相与有机相的回流比为1～5:1，塔板数为40～80块。
通过本发明的制备方法乙酸异丙酯转化率和异丙醇选择性都可达到97％以上，产物乙酸纯度在95％以上，异丙醇纯度在99％以上。
运用本发明的技术方案具有如下有益效果：
1、将水解反应与催化精馏结合，有效地提高了乙酸异丙酯的转化率，使得乙酸异丙酯转化率和异丙醇选择性都可达到97％以上；
2、利用共沸物(乙酸异丙酯-水-异丙醇三元共沸物、乙酸异丙酯-水二元共沸物、水-异丙醇二元共沸物、乙酸异丙酯-异丙醇二元共沸物)组成对压力变化的敏感性，使用两塔变压精馏方式，有效分离了反应产物；
3、产物乙酸纯度在95％以上，异丙醇纯度在99％以上；
4、催化精馏塔塔顶出料与异丙醇精制塔塔釜物料进行换热，即把催化精馏塔的塔顶热量作为异丙醇精制塔的热源，有效地提高了能量的利用率；
5、本发明采用水解反应与两塔变压精馏，流程简单，操作简化，建设与设备投资成本低。
附图说明
图1为本发明中通过乙酸异丙酯水解制异丙醇的一个实施方式的流程图。
在附图中，1是水，2是乙酸异丙酯，3是原料混合器，4是水解反应器，5是催化精馏塔，6是催化精馏塔回流罐，7是催化精馏塔再沸器，8是催化精馏塔塔顶出料，9是催化精馏塔异丙醇富集区的测线采出，10是催化精馏塔水回流，11是催化精馏塔返反应器循环水，12是催化精馏塔有机相回流，13是催化精馏塔返反应器的有机相，14是产品乙酸，15是异丙醇精制塔，16是异丙醇精制塔塔顶冷凝器，17是异丙醇精制塔回流罐，18是异丙醇精制塔再沸器(同时也是催化精馏塔塔顶冷凝器)，19是异丙醇精制塔返反应器循环水，20是异丙醇精制塔有机相回流，21是异丙醇精制塔返反应器的有机相，22是产品异丙醇。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，但不构成对本发明保护范围的限制。
参见图1，以市售的纯度为99.5％的乙酸异丙酯为原料进行异丙醇生产。其中水酯摩尔比为1～10:1，水解反应器4的温度为50～200℃，原料空速为1～3h-1，使用非均相固体酸作为催化剂。反应后得到的异丙醇、水、乙酸和乙酸异丙酯四元混合物进入催化精馏塔5反应段下部。催化精馏塔5塔顶压力按0.6～1.0MPa控，塔顶操作温度120～140℃，水相和有机相回流比为1～5:1，精馏段理论塔板数为15～30，反应段理论塔板数为15～30，提馏段理论塔板数为5～15，反应段催化剂使用非均相固体酸催化剂。催化精馏塔5塔顶物料8经异丙醇精制塔再沸器18与异丙醇精制塔15塔底物料进行换热后进入回流罐6，水酯分层后有机相部分采出循环回水解反应器4，部分从塔顶回流进塔；水相部分在反应段的上方回流进塔，部分循环回水解反应器4。从催化精馏塔5精馏段的异丙醇富集区采出富异丙醇物料9进入异丙醇精制塔15进行精制。异丙醇精制塔15塔顶压力按0.02～0.06MPa控，塔顶操作温度45～75℃，水相和有机相回流比为1～5:1，理论塔板数为40～80。异丙醇精制塔15塔顶物料经冷凝器16冷凝后进入回流罐17，水酯分层后有机相部分采出循环回水解反应器4，部分回流进塔，水相21则直接循环回水解反应器4。
经化验分析得：产品异丙醇22的纯度为99.7％，催化精馏塔下部采出的乙酸14的纯度为95.7％。
具体实施例所涉及的具体参数和产品纯度如表1所示。
表1
由上可见，本发明将水解反应与催化精馏结合，有效地提高了乙酸异丙酯的转化率，使得乙酸异丙酯转化率和异丙醇选择性都可达到97％以上，通过变压精馏分离使得异丙醇纯度达到99％以上。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种通过乙酸异丙酯水解制备异丙醇的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)乙酸异丙酯和水经充分混合后进入水解反应器，反应后得到异丙醇、水、乙酸和乙酸异丙酯的四元混合物；
(2)反应后的四元混合物经泵加压后从催化精馏塔反应段下方入塔；催化精馏塔在高压下操作；乙酸从塔下部采出；异丙醇物料在精馏段的异丙醇富集区采出，并进入异丙醇精制塔进行精制；异丙醇-水-乙酸异丙酯三元共沸物从塔顶采出，并与异丙醇精制塔的塔釜物料换热后进入回流罐；异丙醇、水、乙酸异丙酯在回流罐中分层得到水相和异丙醇-乙酸异丙酯有机相，有机相部分采出并循环回水解反应器，部分从塔顶回流进塔；水相部分在反应段的上方回流进塔，部分循环回水解反应器；
(3)自催化精馏塔采出的异丙醇物料进入异丙醇精制塔进行精制，异丙醇精制塔在减压下操作；水、乙酸异丙酯和部分异丙醇形成的二元或三元共沸物从塔顶采出，经冷凝后进入回流罐；产品异丙醇从塔下部采出；回流罐中的异丙醇、水、乙酸异丙酯分层得到水相和异丙醇-乙酸异丙酯有机相，有机相部分采出循环回水解反应器，部分回流进塔，水相则直接循环回水解反应器。
2.根据权利要求1所述的一种通过乙酸异丙酯水解制备异丙醇的方法，其特征在于：步骤(1)中所述水解反应器的操作条件为：乙酸异丙酯和水混合物的体积空速为1～3h-1；乙酸异丙酯和水的摩尔比为1～10:1；反应温度为50～200℃，采用的催化剂为阳离子交换树脂、杂多酸、丝光沸石中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种通过乙酸异丙酯水解制备异丙醇的方法，其特征在于：步骤(2)中所述催化精馏塔为高压塔，塔顶操作压力0.6～1.0MPa，塔顶温度为120～140℃，回流罐中水相与有机相的回流比为1～5:1，精馏段塔板数为15～30，反应段塔板数为15～30，提馏塔板数为5～15，反应段催化剂为阳离子交换树脂、杂多酸、丝光沸石中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种通过乙酸异丙酯水解制备异丙醇的方法，其特征在于：步骤(3)中所述异丙醇精制塔为减压塔，塔顶操作压力0.02～0.06MPa，塔顶温度为45～75℃，回流罐中水相与有机相的回流比为1～5:1，塔板数为40～80块。
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