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TWI646076B - 酚氫化反應生成環己酮之方法 - Google Patents

酚氫化反應生成環己酮之方法 Download PDF

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Abstract

一種酚氫化反應生成環己酮之製程,係包括導入額外之可燃氣體以稀釋氫氣濃度,藉此增加產能及減少能量消耗,且該酚氫化反應所排放之剩餘氣體具有熱值。本發明復提供一種酚氫化反應生成環己酮之系統。

Description

酚氫化反應生成環己酮之方法
本發明係有關於一種酚氫化反應,尤係關於藉由稀釋用之可燃氣體調整酚氫化反應之氫氣濃度生成環己酮的方法。
環己酮乃生成己內醯胺時所需要的一重要中間物,而己內醯胺則為形成耐綸-6的重要單體。工業上環己酮的製備大多經由環己烷氧化反應或是酚氫化反應生成。經由環己烷氧化反應需要較嚴苛之反應條件,且會生成環己醇或有機酸等副產物,造成反應的轉化率及環己酮的選擇率皆偏低,所以對於工業上之製備會有耗能及分離複雜之問題。至於利用酚氫化反應製備環己酮之方法,其可區分為由酚為起始物直接生成環己酮的一步法以及經由中間物環己醇最終生成環己酮的二步法。相較之下,由酚直接生成環己酮的一步法對於工業上能量及成本的損耗具有明顯優勢之處乃在於二步法中為了進行環己醇去氫反應必須給予大量熱能,而且一步法之反應可選擇在液態或是氣態中進行。
在一步法之酚製備環己酮的過程中,會有環己醇以及各種不同之副產物生成,故在此製程方法中許多純化的步驟及方法衍然而生。如WO 2009/131769A1、WO 2009/080618A1及WO 2009/080620A1等專利公開案中揭示利用酚氫化製備環己酮的多重次蒸餾製程方法及純化步驟。另外,第4,410,741號美國專利揭示一批次反應中利用鎳觸媒與液態酚混合,藉由控制溫度、壓力及反應器內氫氣與氮氣之比例產生環己酮的製程方法。
然而,在前述專利文獻中,為了克服反應本身選擇性不佳之缺點,必須於反應後端增加多次之蒸餾及純化步驟,或者必須藉由改善觸媒活性以提高產物之選擇性。
另外,第I522341號台灣專利藉由導入額外的氮氣增加產能,然而該製程中之尾氣含有30莫耳%至80莫耳%之不可燃之氮氣,因此導致尾氣的熱值較低,較難進一步利用。
鑒於上述問題,仍有需要開發一種效率高、合乎經濟價值且可解決商業應用上固有問題之酚氫化反應生成環己酮產物之方法。
本發明之發明人發現,在酚氫化反應生成環己酮之製程中,藉由導入額外可燃氣體稀釋氫氣濃度之步驟,除了可增加產能及減少能量消耗,且該製程中之剩餘氣體因大多含有可燃氣體,具有較高的熱值。
本發明提供一種環己酮之製造方法,係包括在氫氣、 稀釋用之可燃氣體及包含至少一種第10族金屬之觸媒存在下,使酚進行氫化反應。
本發明之製備方法中,除了提供新鮮的氫氣和新鮮的稀釋用之可燃氣體外,氫化反應所需之氫氣濃度係可利用壓縮機,配合該氫化反應後所產生之剩餘氣體調整反應器中氫化反應之氫氣濃度。
本發明復提供一種酚氫化反應生成環己酮之系統,其包括:反應器,係用以令酚與氫氣進行氫化反應,以生成環己酮並產生剩餘氣體,其中,該反應器中係含有稀釋用之可燃氣體;分離器,係連接該反應器,以接收並分離該反應器所生成之環己酮及剩餘氣體;壓縮機,係連接該分離器及反應器,以將該分離器分離出之剩餘氣體的至少一部分循環至該反應器,以調整該反應器中之氫氣濃度;以及燃燒爐,係連接該分離器,俾用以燃燒該分離器分離出之剩餘氣體的一部分,以產生熱能。
本發明提供之方法係於氣態酚氫化生成環己酮的製程中,利用可燃氣體調整反應所需氫氣之濃度,不會影響反應的進行,且可在維持反應高轉化率的同時提高產物中酮的選擇率。又該製程中之剩餘氣體因大多含有可燃氣體,具有較高的熱值,可進一步利用該剩餘氣體作為製程所需的輔助燃料。此外,本發明之方法亦可適用於不同屬 性之觸媒。
1‧‧‧反應器
2‧‧‧分離器
3‧‧‧燃燒爐
4‧‧‧壓縮機
11、12、13、14、15、16、17、18、19‧‧‧管線
第1圖為本發明酚氫化反應生成環己酮之系統之示意圖;以及第2圖為本發明酚氫化反應生成環己酮之系統之另一示意圖。
以下實施例用以說明本發明,本發明之申請專利範圍並不會因此而受限制。本發明亦可藉由其它不同之實施方式加以施行或應用,本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用,在不悖離本發明所揭示之精神下進行各種修飾與變更。
本發明提供一種環己酮之製造方法,係包括在氫氣、稀釋用之可燃氣體及包含至少一種第10族金屬之觸媒存在下,使酚進行氫化反應。
於一具體實施例中,該氫化反應進行時,總氣體中之氫氣濃度係30至80莫耳%。
本發明之製備方法中,除了提供新鮮的氫氣和新鮮的稀釋用之可燃氣體外,氫化反應所需之氫氣濃度係可利用壓縮機,配合該氫化反應後所產生之剩餘氣體調整反應器中氫化反應之氫氣濃度。
根據本發明之一較佳實施方式,係在一反應器中,填充包含有至少一種具有催化活性之第10族金屬的觸媒,在溫度約為150至200℃及壓力為0至22psig(表讀磅每平方 吋)的條件下進行氫化反應,而將酚轉變為環己酮。反應初期在進料槽加熱使反應物酚呈融熔態,利用定量泵輸送,經預熱段將反應物酚預先汽化,之後將稀釋用之可燃氣體和氫氣饋入反應器,以在內部填充之觸媒存在下使酚進行氫化反應,反應生成之產物經過分離器之後取樣收集。反應後之剩餘氣體的至少一部分則利用壓縮機循環至反應器,以調整氫化反應中的氫氣濃度。
根據上述之說明,本發明之酚氫化反應生成環己酮之系統,其包括:反應器,係用以令酚與氫氣進行氫化反應,以生成環己酮並產生剩餘氣體,其中,該反應器中係含有稀釋用之可燃氣體;分離器,係連接該反應器,以接收並分離該反應器所生成之環己酮及剩餘氣體;壓縮機,係連接該分離器及反應器,以將該分離器分離出之剩餘氣體的至少一部分循環至該反應器,以調整該反應器中之氫氣濃度;以及燃燒爐,係以直接或間接方式的連接該分離器,俾用以燃燒該分離器分離出之剩餘氣體的一部分,以產生熱能。
於一具體實施例中,該燃燒爐可經由緩衝槽與該分離器連接。
於一具體實施例中,該反應器中,在該氫化反應進行時,總氣體中之氫氣濃度係30至80莫耳%。
於一具體實施例中,該分離器藉由剩餘氣體與生成之 環己酮氣體的沸點不同,經過冷凝後環己酮氣體被冷凝成液體,再藉由氣體與液體的密度不同分離兩者。
於一具體實施例中,該燃燒爐係利用該熱能加熱水以產生蒸氣,而作為該反應器之熱源。
於另一具體實施例中,該燃燒爐可透過管線連接該反應器,以提供產生之蒸氣作為該反應器之熱源。
第1圖為本發明酚氫化反應生成環己酮之系統之具體實施例,該系統包括:反應器1,分離器2,燃燒爐3,壓縮機4,管線11至18。
本發明之一實施方式中,係將含稀釋用之可燃氣體及氫氣之初始氣體經管線11及氣態酚經管線12饋入反應器1進行反應,反應後之產物環己酮及剩餘氣體經管線13饋入分離器2中,得到的產物環己酮經管線14饋出,剩餘氣體則經管線15饋入壓縮機4,以調整進入反應器1之氫氣濃度,調整後之氣體經管線16饋入反應器中。另外,剩餘氣體之一部分經由連接管線15之管線17輸送至例如鍋爐之燃燒爐3以作為輔助燃料使用,該燃燒爐3所產生的熱能經管線18以供該反應器1使用。
於一具體實施例中,該熱能係用以加熱水以產生蒸氣,而作為該反應器之熱源。
本發明之一實施方式中,該初始氣體(管線11中)含稀釋用之可燃氣體及氫氣,其中氫氣的莫耳濃度為99.9莫耳%。該反應後所產生之剩餘氣體(管線13及15中)之氫氣莫 耳濃度為10莫耳%至35莫耳%。調整後之氣體(管線16中)饋入反應器中的氫氣濃度為30至80莫耳%。
本發明之製備方法中,亦可饋入其他氣體(如氮氣)至反應槽中,以調整氫化反應所需之氫氣濃度。
第2圖為本發明酚氫化反應生成環己酮之系統之具體實施例,該系統包括:反應器1,分離器2,燃燒爐3,壓縮機4,管線11至19。
本發明之另一實施方式中,係將初始氣體經管線11、氮氣經管線19以及氣態酚經管線12饋入反應器1進行反應,反應後之產物環己酮及剩餘氣體經管線13饋入分離器2中,得到的產物環己酮經管線14饋出,剩餘氣體則經管線15饋入壓縮機4,以調整進入反應器1之氫氣濃度,調整後之氣體經管線16饋入反應器中。另外,剩餘氣體之一部分經管線17輸送至燃燒爐3以作為輔助燃料使用,該燃燒爐3所產生的熱能經管線18以供該反應器1使用。例如,該熱能係可用以加熱水以產生蒸氣,而作為該反應器之熱源。
本發明之製備方法中,當氫化反應進行時,總氣體中之氫氣濃度係30至80莫耳%;該觸媒包含有0.5至1.0重量%的第10族金屬,例如該第10族金屬係選自於鉑或鈀,較佳為鈀;該氫化反應係於氫氣與酚之莫耳濃度比率介於3至8之間的條件下進行。
此外,該稀釋用之可燃氣體係包含選自C1至C5烷烴之一種或多種氣體,該C1至C5烷烴之實例包括甲烷、乙 烷、丙烷、丁烷及戊烷。於一具體實施例中,該稀釋用之可燃氣體包含甲烷。例如,該稀釋用之可燃氣體係天然氣,而天然氣中可能含有的二氧化碳亦不會影響反應的進行。
實施例1至3 使用稀釋用之可燃氣體之環己酮之製備
環己酮之製備中,初始氣體中含:99.9莫耳%氫氣及0.01莫耳%天然氣,經循環管線將反應後所產生之氣體饋回壓縮機,調整後之反應器中含有之氫氣和天然氣含量係如表1所示。
反應器之條件:每小時重量空間速度(WHSV)為1.5至2.3,氫氣對酚之莫耳比率為3至8,反應壓力為至22psig,反應使用Johnson Matthey商用觸媒(Type 355,含0.8%鈀)。
熱值計算公式=【反應器中氫氣的莫耳濃度(%)×氫氣的熱值】+【反應器中稀釋用氣體(天然氣/氮氣)的莫耳濃度(%)*稀釋用氣體(天然氣/氮氣)的熱值】
(註:氫氣熱值為2900Kcal/M3;天然氣熱值為9750Kcal/M3;氮氣熱值為0Kcal/M3)
將反應後之產物及所產生之氣體饋至分離器中,可得到環己酮。另外,剩餘氣體之一部分(尾氣)經管線輸送至燃燒爐以作輔助燃料使用,其中,該尾氣之熱值亦載於表1。
比較例1 不使用稀釋用可燃氣體之環己酮之製備
除了將實施例中之天然氣替換成氮氣,其他如實施例之製程。

Claims (13)

  1. 一種環己酮之製造方法,係包括在氫氣、稀釋用之可燃氣體及包含至少一種第10族金屬之觸媒存在下,使酚進行氫化反應;其中,該稀釋用之可燃氣體係包含二氧化碳之天然氣。
  2. 如申請專利範圍第1項之製造方法,其中,該氫化反應進行時,總氣體中之該氫氣濃度係30至80莫耳%。
  3. 如申請專利範圍第1項之製造方法,其中,該氫化反應係於壓力為0至22psig的條件下進行。
  4. 如申請專利範圍第1項之製造方法,其中,該氫化反應係於溫度為150至200℃的條件下進行。
  5. 如申請專利範圍第1項之製造方法,其中,該氫化反應係於該氫氣與酚之莫耳濃度比率介於3至8之間的條件下進行。
  6. 如申請專利範圍第1項之製造方法,其中,該第10族金屬為鈀。
  7. 如申請專利範圍第1項之製造方法,其中,該觸媒包含0.5至1.0重量%的第10族金屬。
  8. 一種酚氫化反應生成環己酮之系統,其包括:反應器,係用以令酚與氫氣進行氫化反應,以生成環己酮並產生剩餘氣體,其中,該反應器中係含有稀釋用之可燃氣體,且該稀釋用之可燃氣體係包含二氧化碳之天然氣;分離器,係連接該反應器,以接收並分離該反應 器所生成之環己酮及剩餘氣體;壓縮機,係連接該分離器及反應器,以將該分離器分離出之剩餘氣體的至少一部分循環至該反應器,以調整該反應器中之氫氣濃度;以及燃燒爐,係連接該分離器,俾用以燃燒該分離器分離出之剩餘氣體的一部分,以產生熱能。
  9. 如申請專利範圍第8項之酚氫化反應生成環己酮之系統,其中,該氫化反應進行時,總氣體中之該氫氣濃度係30至80莫耳%。
  10. 如申請專利範圍第8項之酚氫化反應生成環己酮之系統,其中,該燃燒爐係利用該熱能加熱水以產生蒸氣,而作為該反應器之熱源。
  11. 如申請專利範圍第8項之酚氫化反應生成環己酮之系統,其中,該反應器係填充包含至少一種第10族金屬之觸媒。
  12. 如申請專利範圍第11項之酚氫化反應生成環己酮之系統,其中,該第10族金屬為鈀。
  13. 如申請專利範圍第11項之酚氫化反應生成環己酮之系統,其中,該觸媒包含0.5至1.0重量%的第10族金屬。
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