CN109776287A - 一种丙酮缩二甲醇的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种丙酮缩二甲醇的制备方法，以甲醇和丙酮为反应原料，并且甲醇分两部分加入，反应原料在酸性树脂和分子筛催化剂存在下进行反应，反应产物采用隔壁式精馏塔进行分离。与现有技术相比，本发明的具有催化剂活性高、反应收率高、分离高效以及能耗低的优点。
Description
技术领域
本发明涉有机化合物制备领域，尤其涉及一种丙酮缩二甲醇的制备方法。
背景技术
丙酮缩二甲醇又称为2，2-二甲氧基丙烷，简写为DMP，是一种重要的有机中间体。DMP可作为羟基保护剂、缩合剂、环化剂、脱水机、杀虫剂、除草剂等，在医药、农药、天然产物等精细化工产品的研制和工业化生产中具有广泛的用途。
目前DMP的合成方法有丙炔与甲醇合成法、甲醇与丙酮法、原酸甲酯与丙酮法等，其中丙炔与甲醇合成法通常需要加入一定量的氧化汞，反应收率较低，且使用毒性较大的氧化汞；原酸甲酯与丙酮法中的原料原酸甲酯价格较高，难以进行工业化生产。甲醇与丙酮法其工艺流程简单，并且原料价廉易得，利于工业化生产。
然而，甲醇与丙酮法存在着催化剂活性低、产品分离困难、精馏效率低、收率低、能耗较高的缺点。针对存在上述缺陷，目前需要开发一种催化剂活性高且反应收率高和能耗低的DMP制备方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中甲醇与丙酮法的不足，提供一种催化剂活性高且反应收率高和能耗低的DMP制各方法。
本发明通过以下技术方案实现的：一种丙酮缩二甲醇的制备方法，包括以下工序：
1)来自罐区储罐的甲醇(A)、丙酮(B)按摩尔比3.2-4.0∶1经泵送至配料槽中；
2)配料槽中甲醇、丙酮混合液经泵送入内置蒸汽盘管和带有蒸馏塔的蒸馏釜中；釜升温至65-70℃，塔顶开始有回流；控制塔中压力≤0.020Mpa、塔釜温度≤85℃，塔顶控制一定的回流比；回流冷凝器中物料一部分回流至蒸馏釜中，剩余部分经一级冷凝器冷却至45-50℃、一级换热器与后步碱化器出来的物料换热并冷却至30-35℃、二级冷凝器的冷冻盐水冷却到-15℃至-20℃，冷却降温后进入烷基化反应器；来自甲醇计量罐中另外一部分甲醇(C)与来自一级冷凝器的出口物料一并从一级换热器的同一入口进入；
3)烷基化反应器为固定床反应器，其中内置固体酸催化剂，反应温度在-15℃至-20℃、压力≤0.015Mpa，所述固体酸催化剂为酸性树脂与酸性分子筛的组合，酸性树脂与酸性分子筛的质量比3-5∶1；
4)从反应器出来的物料进入碱化器，碱化器中内置碱性树脂，碱化器中温度在-15℃至-20℃、压力≤0.015Mpa；从碱化器出来的物料先经工序2)中的一级换热器换热，升温至28-32℃，再经过二级换热器换热至65-70℃后，回到工序2)中的蒸馏釜循环，至釜中丙酮缩二甲醇含量达60-65％时，反应结束，釜中物料用自身压力压至粗品槽；
5)将粗品槽中物料从隔壁式精馏塔的中部送入，塔釜升温至70-78℃，精馏塔顶采出丙酮并将部分丙酮回流，侧线采出甲醇，塔下端采出浓度≥99％的DMP产品并经冷凝后进入产品接收槽，塔底采出水经热水槽收集后去废水。
进一步地，工序1)中甲醇(A)、丙酮(B)摩尔比为3.5-3.8∶1。
进一步地，工序2)中甲醇(C)与丙酮(B)摩尔比为0.2-0.5∶1。
进一步地，工序3)中酸性树脂为酸性中孔离子交换树脂；分子筛选自HZSM-5、HMCM-22、SAPO-34中的一种，优选SAPO-34。
进一步地，工序4)中的二级换热器的热源为工序2)或工序5)中换热回收的70-75℃热水。
进一步地，工序5)中的隔壁式精馏塔分为四个区域，包括精馏段(I)，提馏段(II)，侧线精馏段(III)和公共提馏段(IV)；隔壁为偏心或中心设置，使提馏段(II)与侧线精馏段(III)的横截面积比为1∶1～10∶1，精馏段(I)的塔板数为8-10块，提馏段(II)的塔板数为10-15块，侧线精馏段(III)的塔板数为10-15块，公共提馏段(IV)的塔板数为3-5块，并且提馏段(II)与侧线精馏段(III)的塔板数相同。
进一步地，工序5)中采出的丙酮和甲醇返回到工序1)中的配料槽中循环利用。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
(1)采用酸性树脂与分子筛的组合作为催化剂，提高了反应活性，并且分子筛同时可以起到脱水剂的作用，整体提高了反应收率，产品收率可达83.6％；
(2)采用隔壁式精馏塔进行产品分离，克服了甲醇、丙酮、DMP三者共沸出现的分离难问题，并且操作简单；
(3)甲醇分两部分加入保证了进入反应器的原料处于最优比例，改善了反应的收率；
(4)充分对工艺过程的热量进行换热利用，有效降低了能耗。
附图说明
图1为本发明的隔壁式精馏塔结构示意图。
图中：I-精馏段，II-提馏段，III-侧线精馏段，IV-公共提馏段。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细的说明，实施例仅是本发明的优选实施方式，不是对本发明的限定。
实施例1
1)来自罐区储罐的甲醇(A)、丙酮(B)按摩尔比3.5∶1经泵送至配料槽中；
2)配料槽中甲醇、丙酮混合液经泵送入内置蒸汽盘管和带有蒸馏塔的蒸馏釜中；釜升温至65℃，塔顶开始有回流；控制塔中压力≤0.015Mpa、塔釜温度≤80℃，塔顶控制一定的回流比；回流冷凝器中物料一部分回流至蒸馏釜中，剩余部分经一级冷凝器冷却至45-50℃、一级换热器与后步碱化器出来的物料换热并冷却至30-35℃、二级冷凝器的冷冻盐水冷却到-15℃至-20℃，冷却降温后进入烷基化反应器；来自甲醇计量罐中另外一部分甲醇(C)与来自一级冷凝器的出口物料一并从一级换热器的同一入口进入；甲醇(C)与丙酮(B)摩尔比为0.5∶1
3)烷基化反应器为固定床反应器，其中内置固体酸催化剂，反应温度在-15℃、压力≤0.015Mpa，所述固体酸催化剂为酸性中孔离子交换树脂与酸性分子筛SAPO-34的组合，酸性中孔离子交换树脂与酸性分子筛SAPO-34的质量比5∶1；
4)从反应器出来的物料进入碱化器，碱化器中内置碱性树脂，碱化器中温度在-15℃、压力≤0.015Mpa；从碱化器出来的物料先经工序2)中的一级换热器换热，升温至28-32℃，再经过二级换热器换热至65-70℃后，回到工序2)中的蒸馏釜循环，至釜中丙酮缩二甲醇含量达60-65％时，反应结束，釜中物料用自身压力压至粗品槽；
5)将粗品槽中物料从隔壁式精馏塔的中部送入，隔壁式精馏塔分为四个区域，包括精馏段(I)，提馏段(II)，侧线精馏段(III)和公共提馏段(IV)；隔壁使提馏段(II)与侧线精馏段(III)的横截面积比为1∶1，精馏段(I)的塔板数为8块，提馏段(II)的塔板数为15块，侧线精馏段(III)的塔板数为15块，公共提馏段(IV)的塔板数为5块；塔釜升温至70-78℃，精馏塔顶采出丙酮并将部分丙酮回流，侧线采出甲醇，塔下端采出浓度≥99％的DMP产品并经冷凝后进入产品接收槽，塔底采出水经热水槽收集后去废水。
以丙酮用量为计算基准，产品DMP的收率为80.7％，纯度为99.3％。
实施例2
1)来自罐区储罐的甲醇(A)、丙酮(B)按摩尔比3.8∶1经泵送至配料槽中；
2)配料槽中甲醇、丙酮混合液经泵送入内置蒸汽盘管和带有蒸馏塔的蒸馏釜中；釜升温至65℃，塔顶开始有回流；控制塔中压力≤0.015Mpa、塔釜温度≤80℃，塔顶控制一定的回流比；回流冷凝器中物料一部分回流至蒸馏釜中，剩余部分经一级冷凝器冷却至45-50℃、一级换热器与后步碱化器出来的物料换热并冷却至30-35℃、二级冷凝器的冷冻盐水冷却到-15℃至-20℃，冷却降温后进入烷基化反应器；来自甲醇计量罐中另外一部分甲醇(C)与来自一级冷凝器的出口物料一并从一级换热器的同一入口进入；甲醇(C)与丙酮(B)摩尔比为0.2∶1
3)烷基化反应器为固定床反应器，其中内置12g固体酸催化剂，反应温度在-15℃、压力≤0.015Mpa，所述固体酸催化剂为酸性中孔离子交换树脂与酸性分子筛SAPO-34的组合，酸性中孔离子交换树脂与酸性分子筛SAPO-34的质量比5∶1；
4)从反应器出来的物料进入碱化器，碱化器中内置碱性树脂，碱化器中温度在-15℃、压力≤0.015Mpa；从碱化器出来的物料先经工序2)中的一级换热器换热，升温至28-32℃，再经过二级换热器换热至65-70℃后，回到工序2)中的蒸馏釜循环，至釜中丙酮缩二甲醇含量达60-65％时，反应结束，釜中物料用自身压力压至粗品槽；
5)将粗品槽中物料从隔壁式精馏塔的中部送入，隔壁式精馏塔分为四个区域，包括精馏段(I)，提馏段(II)，侧线精馏段(III)和公共提馏段(IV)；隔壁使提馏段(II)与侧线精馏段(III)的横截面积比为5∶1，精馏段(I)的塔板数为8块，提馏段(II)的塔板数为15块，侧线精馏段(III)的塔板数为15块，公共提馏段(IV)的塔板数为5块；塔釜升温至70-78℃，精馏塔顶采出丙酮并将部分丙酮回流，侧线采出甲醇，塔下端采出浓度≥99％的DMP产品并经冷凝后进入产品接收槽，塔底采出水经热水槽收集后去废水。
以丙酮用量为计算基准，产品DMP的收率为83.6％，纯度为99.5％。
对比例1
除了使用12g酸性中孔离子交换树脂为催化剂外，其余与实例2相同。
以丙酮用量为计算基准，产品DMP的收率为68.9％，纯度为99.3％。
对比例2
除了使用12g酸性分子筛SAPO-34为催化剂外，其余与实例2相同。
以丙酮用量为计算基准，产品DMP的收率为63.3％，纯度为99.1％。
对比例3
除了甲醇一次性在工序1)中加入、在工序2)中不补加甲醇，并且甲醇与丙酮摩尔比4∶1之外，其余与实例2相同。
以丙酮用量为计算基准，产品DMP的收率为77.6％，纯度为99.2％。
对比例4
除了工序5)中采用常规的精馏塔(塔板数为28块)之外，其余与实例2相同。
处理相同的物料量且达到塔下端采出浓度≥99％的DMP产品要求，精馏分离用时为4.5小时，而实施例2中的精馏分离用时2小时。
本发明可用其他的不违背本发明的精神或主要特征的具体形式来概述。本发明的上述实施例都只能认为是对本发明的说明而不是限制，凡是依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种丙酮缩二甲醇的制备方法，其特征在于：包括以下工序：
1)来自罐区储罐的甲醇(A)、丙酮(B)按摩尔比3.2-4.0∶1经泵送至配料槽中；
2)配料槽中甲醇、丙酮混合液经泵送入内置蒸汽盘管和带有蒸馏塔的蒸馏釜中；釜升温至65-70℃，塔顶开始有回流；控制塔中压力≤0.020Mpa、塔釜温度≤85℃，塔顶控制一定的回流比；回流冷凝器中物料一部分回流至蒸馏釜中，剩余部分经一级冷凝器冷却至45-50℃、一级换热器与后步碱化器出来的物料换热并冷却至30-35℃、二级冷凝器的冷冻盐水冷却到-15℃至-20℃，冷却降温后进入烷基化反应器；来自甲醇计量罐中另外一部分甲醇(C)与来自一级冷凝器的出口物料一并从一级换热器的同一入口进入；
3)烷基化反应器为固定床反应器，其中内置固体酸催化剂，反应温度在-15℃至-20℃、压力≤0.015Mpa，所述固体酸催化剂为酸性树脂与酸性分子筛的组合，酸性树脂与酸性分子筛的质量比3-5∶1；
4)从反应器出来的物料进入碱化器，碱化器中内置碱性树脂，碱化器中温度在-15℃至-20℃、压力≤0.015Mpa；从碱化器出来的物料先经工序2)中的一级换热器换热，升温至28-32℃，再经过二级换热器换热至65-70℃后，回到工序2)中的蒸馏釜循环，至釜中丙酮缩二甲醇含量达60-65％时，反应结束，釜中物料用自身压力压至粗品槽；
5)将粗品槽中物料从隔壁式精馏塔的中部送入，塔釜升温至70-78℃，精馏塔顶采出丙酮并将部分丙酮回流，侧线采出甲醇，塔下端采出浓度≥99％的产品并经冷凝后进入产品接收槽，塔底采出水经热水槽收集后去废水。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于工序1)中甲醇(A)、丙酮(B)摩尔比为3.5-3.8∶1。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于工序2)中甲醇(C)与丙酮(B)摩尔比为0.2-0.5∶1。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于工序3)中酸性树脂为酸性中孔离子交换树脂；分子筛选自HZSM-5、HMCM-22、SAPO-34中的一种，优选SAPO-34。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于工序4)中的二级换热器的热源为工序2)或工序5)中换热回收的70-75℃热水。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于工序5)中的隔壁式精馏塔分为四个区域，包括精馏段(I)，提馏段(II)，侧线精馏段(III)和公共提馏段(IV)；隔壁(5)为偏心或中心设置，使提馏段(II)与侧线精馏段(III)的横截面积比为1∶1～10∶1。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于精馏段(I)的塔板数为8-10块，提馏段(II)的塔板数为10-15块，侧线精馏段(III)的塔板数为10-15块，公共提馏段(IV)的塔板数为3-5块，并且提馏段(II)与侧线精馏段(III)的塔板数相同。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于工序5)中采出的丙酮和甲醇返回到工序1)中的配料槽中循环利用。
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