CN101006036B - 甘油气相氢化方法 - Google Patents
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Abstract
一种甘油氢化的方法,其中包括甘油的原料与含氢气体流接触并在催化剂存在的条件下进行气相氢化反应,反应条件为温度约160~260℃,压力约10~30巴,氢气和甘油的比为约400∶1~600∶1和停留时间为约0.0 1~2.5秒。
Description
技术领域
本发明涉及1,2,3-丙三醇即甘油的气相氢化方法。更具体地涉及甘油的选择性气相氢化方法,由此改变工艺条件选择1,2丙二醇或丙醇类成为主产品。
背景技术
甘油大量可得,而且因为甘油是基于天然产品如油类和脂类作为初始原料而越来越受到关注的工艺的副产品,所以预计甘油的供应将会增加。油类和脂类的例子包括棕榈油、油菜籽油、牛脂等。
然而,甘油可大量获得的同时其目前的应用量有限。因此,希望提供一种方法使甘油转化为有用的原料。因此可以了解用甘油作为原料的下游工艺联合将甘油作为副产品的工艺具有好的经济效益。因此联合甘油反应器的工艺包括生物柴油单元和脂肪分离器如天然清洁剂工厂的供给单元等。
尽管甘油没有与其可获得量相应的用途,但能转化为1,2丙二醇和2-丙醇,这些是有价值的原料具有各种用途。已经提出了各种有效转化的方法。
通过引用结合进本发明的专利US5426249中,记载了一种甘油气态流脱水为丙烯醛的方法。接着该丙烯醛缩合和水合为3-羟基丙醛,然后进行液相氢化反应。这种多步骤工艺可以同时得到1,2-丙二醇和1,3-丙二醇。
在此通过引用结合进本发明的US5214219,记载了一种甘油转化为1,2丙二醇和1,2乙二醇的方法。在该方法中甘油的氢化反应在铜/锌催化剂存在的条件下在约220℃的温度在液相中进行。
另一个甘油液相氢化的方法记载在US5616817中,该专利在此通过引用结合进本发明。涉及1,2丙二醇的制备的该方法要求甘油的含水不超过20重量%。该氢化反应在包含钴、铜、锰和钼的催化剂存在的条件下进行。
Chaminand et al.Green Chem.,(2004)359-361中记载一种方法,在该方法中甘油在液相中用具有载体的金属催化剂进行氢化反应。在180℃和85巴的工艺条件下反应速率慢,在168小时后只得到20%的转化。
另一种记载在Desari et al.Catalysis A281,(2005)225-231中的方法,用铜/铬催化剂液相氢化甘油。然而注意到转化率只有不到30%。提出这是由于催化剂失活因此在试验期间需要再生催化剂。
DE4302464和DE524101详细记载了由甘油制备1,2丙二醇的液相方法。每个文献提到在液相中制备的可能性,没有文献记载该工艺如何能够有效地和商业上地在液相中进行反应来获得高转化率和选择性。
同时还记载了上述的方法提供由甘油获得理想产品的手段,其具有各种有关转化率、速率和/或经济上的不利和缺点,从而提供可选择的优选是改善的方法。
发明内容
已经发现甘油能够通过在气相中进行的氢化反应方法有效转化为理想的产品。
根据本发明一个方面,提供一种甘油氢化的方法,在该方法中,包含甘油的原料与含氢气体流接触以及在催化剂存在的条件下在温度为约160~260℃,压力为约10~30巴,氢气和甘油的比为约400∶1~600∶1,停留时间为约0.01~2.5秒,进行气相氢化反应。
令人惊奇的是可以在气相中进行该氢化反应,因为由于甘油的高沸点通常认为这是不可能的。这需要使用高温将导致甘油结焦而引起操作问题。该高的操作温度还预期会反向影响催化剂。
但是,已经发现采用温度为约160~260℃,压力为约10~30巴,氢气和甘油的比为约400∶1~600∶1,停留时间为约0.01~2.5秒的条件避免了预期的问题。在气相中进行氢化反应与现有技术的液相氢化相比具有各种优点。总之在氢化反应器中的停留时间更少。这有利于由于短的停留时间导致更少的副产物的形成。本发明还可以在较低压力下操作的同时保持对目的产品的高的总选择性。
任何适宜的工艺都可用于该氢化反应。在一个具体实施方式中,甘油在通过氢化反应器之前在汽化器中汽化进入含氢气体流中。可以理解汽化器和氢化反应器可以是分离的或位于同一反应器中的不同区。在有汽化器时,富氢气体流将直接通过氢化反应器。
含氢气体流可以以任何适宜的温度提供给汽化器(存在时)或氢化反应器。
含氢气体可以含有少量的一种或多种惰性气体,惰性气体可以包括氮、碳的氧化物、氖、氩和/或低分子烃类如甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷和异丁烷。也可以有乙醇和醋酸乙酯。
甘油原料可以来自任何来源。可以是纯甘油或含有其他组分如其他有机化合物,水和/或杂质。例如,甘油原料可以含有一种或多种水、醇类如甲醇、乙醇、丙醇、羟基丙酮、丁醇类等以及酯类。也可以有不挥发的组分。当有这种不挥发组分时,可以通过从汽化器的底部排除的方法从反应中去除。其他组分的存在很大程度上取决于甘油的来源。因为本发明的方法可以在这些组分存在的条件下进行而不需要在用作原料前将甘油纯化。本发明的方法联合到作为副产品生产甘油的工厂时非常有利。本发明的方法可以在高盐和/或灰含量的条件下进行。
可以采用任何适宜的催化剂体系。优选的实施方式中,催化剂可以作为设置在氢化反应器中的固定床提供。可以应用任何适宜的催化剂。在一实施方式中,可以用还原铜催化剂。例如包括铜/氧化铝/锰、亚铬酸铜、二氧化硅铜、铜锌氧化铝、铜锌氧化物、阮内铜等。也可以用含还原镍或还原钴的催化剂。可以用贵金属催化剂如含钌、钯、铂、铑和/或铱的催化剂。这些贵金属可以如碳、氧化铝和氧化硅为载体上。
该方法可以在本发明范围的任何适宜条件下进行。优选温度为约200~240℃。特别优选为约205~220℃。优选压力为约17~23巴,更优选为约20巴。停留时间为约0.3~1.5秒,更优选为约0.5秒。
在氢化反应器中供给的氢气和甘油的比是温度和操作压力的函数。优选的氢气和甘油的比为450∶1~550∶1,最优选为500∶1。
本发明的方法具有令人惊奇的优异转化率。已经注意到转化率超过95%,98%以及甚至99%。但是在不完全的转化中,产品从甘油的分离容易获得,以及未反应的甘油可以循环。可能形成的副产品,如1-羟基丙酮可以循环进一步反应得到目的产品。
在反应中会产生水以及产生的水中的至少一部分可以循环。因此,除了在开始通常没有必要给甘油加水来保护催化剂,这是液相反应的特点。
在最优选的实施方式中,本发明涉及甘油的选择氢化。在一个实施方式中,本发明选择地形成1,2丙二醇而在另一个实施方式中本发明选择地形成丙醇。
总之反应温度小于约210℃有利于1,2丙二醇的形成,而约210℃及以上有利于丙醇的形成。
具体实施方式
通过参考如下实施例介绍本发明。
实施例1到6
一个0.75″反应器用75g(50mls)催化剂DRD9189A,其为来自DavyProcess Technology Ltd.的铜基催化剂填充且用常规方法还原。甘油和甲醇原料在反应压力且原料混合物完全汽化的条件下加到装有氢气的加热的容器中。得到的气体流通过反应器并与催化剂接触。从反应器出来的产品在10℃冷凝以及在具有微TCD检测器的Hewlett Packard HP3560GC上进行分析。各个实施例的条件列在表1中,结果列在表2中。
表1
实施例 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
入口温度,℃ | 200 | 200 | 195 | 195 | 195 | 195 |
压力,巴 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 |
停留时间,秒 | 0.97 | 0.45 | 0.78 | 0.69 | 0.35 | 0.31 |
氢气∶甘油比 | 461 | 477 | 597 | 572 | 595 | 599 |
LHSV.Hr-1 | 0.287 | 0.625 | 0.303 | 0.356 | 0.676 | 0.755 |
表2
实施例产品,摩尔% | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
乙醇 | 0.77 | 0.28 | 1.04 | 0.81 | 0.37 | 0.25 |
2-丙醇 | 1.59 | 0.59 | 1.87 | 1.45 | 0.67 | 0.47 |
1-丙醇 | 1.35 | 0.54 | 1.37 | 1.08 | 0.53 | 0.38 |
羟基丙酮 | 1.41 | 1.53 | 1.09 | 1.19 | 1.11 | 1.11 |
乙二醇 | 1.05 | 1.15 | 0.65 | 1.00 | 1.28 | 1.24 |
丙二醇 | 93.28 | 95.65 | 93.71 | 94.13 | 95.98 | 96.51 |
其他 | 0.55 | 0.26 | 0.27 | 0.34 | 0.06 | 0.05 |
转化率 | 100 | 97.63 | 100 | 100 | 99.94 | 99.54 |
Claims (13)
1.一种甘油氢化的方法,其中,包含甘油的原料与含氢气流接触并在催化剂存在的条件下进行气相氢化反应,反应条件为温度160~260℃,压力10~30巴,氢气和甘油的比为400∶1~600∶1和停留时间为0.01~2.5秒。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的甘油原料在通过氢化反应器之前,在汽化器中汽化进入含氢气流中。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述催化剂作为位于氢化反应器中的固定床提供。
4.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述的催化剂是还原铜催化剂。
5.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述的反应温度是200~240℃。
6.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述的反应温度是205~220℃。
7.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述的反应压力是17~23巴。
8.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述的反应压力是20巴。
9.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述的停留时间是0.3~1.5秒。
10.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述的停留时间是0.5秒。
11.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述的氢气和甘油的比为450∶1~550∶1。
12.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述的氢气和甘油的比为500∶1。
13.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述温度小于210℃,所述的方法对于制备1,2-丙二醇有选择性。
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