CN102171198A - 由甘油制备表氯醇的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制备表氯醇的新方法，其特征在于，在泡罩塔(K10)中用气态氯化氢对甘油进行氯化，其中，将氯化氢、甘油和由该泡罩塔下游的蒸馏单元(K14，K18)返回的由一氯丙二醇和剩余甘油、二氯丙醇和残留物组成的混合物加入泡罩塔(K10)的塔底，并在泡罩塔(K10)的塔顶附近取出在那里形成的混合物，由一氯丙二醇、二氯丙醇、水、剩余甘油和残留物所组成，并加入至少一个蒸馏单元(K14)，之后用碱液对在那里蒸馏出的二氯丙醇和水进行皂化，并且从泡罩塔(K10)的塔顶取出的、在那里未反应的氯化氢在洗涤器(K16)中由新加入的甘油吸收，并将这种含有氯化氢的甘油送入泡罩塔(K10)的底部。优选使用草酸作为催化剂来提高反应速度。

Description

由甘油制备表氯醇的方法
根据权利要求1的前述部分，本发明涉及一种新的制备表氯醇的工业方法：在反应器中通过用氯化氢对甘油进行氯化，并在至少一个其下游的蒸馏单元中蒸馏出所希望的产物，以及接下来用碱液对形成的二氯丙醇进行皂化。
在对甘油三酯进行裂解和酯交换时，以所使用的甘油三酯约10％的量形成甘油，由于其三个OH-基团反应性高，所以非常适合不同类型的化学合成。
DE 197308B描述了一种方法，在其过程中，甘油与气态的氯化氢在过压下，通过乙酸或丙酸催化反应成二氯丙醇，其中，调节平衡使其具有约75％转化率。
DE 1 075 103 B描述了一种方法，该方法中，任选在硫酸存在下，在一步蒸馏中蒸馏出由水和二氯丙醇形成的共沸物，随后用石灰乳进行皂化，然后在水平蒸馏管中引走由表氯醇和水形成的共沸物(Azeotorop)。在该方法中，可以获得产率仅为所使用甘油的约10％的二氯丙醇，并且在皂化中产生大量污染形式的氯化钙，成为对环境不利的残留物。
WO 2005/021476A1描述了在反应器级联中对甘油和一氯丙二醇进行氯化，通过乙酸进行催化，分离由反应水和部分所产生的二氯丙醇形成的共沸物。主要量的二氯丙醇在进一步蒸馏之后又返回反应器中，只排放掉由残留物组成的塔底产物。
该方法的缺点在于，蒸馏的塔顶产物中还含有较大量的氯化氢，而且含有氯化氢的蒸馏水仅在较强低压和较低温度下才可以在冷却设备中冷凝，或者在反应器中形成的二氯丙醇只与很大量的回流水在精馏塔的塔顶中可以作为共沸物而获得，其二氯丙醇含量仅约23％，这造成精馏时巨大的能量消耗。
作为催化剂使用的乙酸，由于其蒸汽压高的原因，所以在精馏中从反应混合物中排出，在后续皂化时增加了碱消耗，并造成盐溶液污染。
WO 2005/054167A1描述了对来自甘油制备工艺的带有杂质的不同品质的甘油进行氯化的方法。提供乙酸或一种别的羧酸，如己二酸或其衍生物，作为催化剂。使用污染过的甘油多数情况下导致产率变差，并导致形成大量蒸馏残留物，其与氯化的成分结合在一起，予以清除的花费巨大，因此最好在氯化前将其分离出去。
本发明的任务是尽可能避免现有技术已知的方法的缺点，并将能量投入以及要清除的残留物的量降低到最小程度。
本发明的任务还在于提供一种方法，在该方法中，通过用氯化氢对甘油进行氯化和接下来皂化来制备表氯醇。
为了避免上述缺点，根据权利要求1开头所述的前述部分的新方法的特征在于，在泡罩塔中以顺流方式用气态氯化氢对甘油进行氯化，在此情况下，将氯化氢、甘油和由下游的蒸馏单元返回的由氯代丙二醇和剩余甘油、二氯丙醇和残留物组成的混合物加入泡罩塔的塔底，并在泡罩塔的塔顶取出主要由一氯丙二醇、二氯丙醇、水、剩余甘油和残留物组成的混合物，并加入蒸馏单元，之后对蒸馏出的二氯丙醇和水进行皂化，当将其从泡罩塔的塔顶取出时，在洗涤器中用新加入的甘油吸收尚未反应的剩余氯化氢。
根据权利要求2，用水性碱液对二氯丙醇的皂化有利地分两步进行，其中，在第一步骤中，以化学计量比例加入碱液，并在精馏塔中蒸馏出由此形成的大部分表氯醇，在第二步骤中，在后计量加入碱液的情况下，使残留的二氯丙醇几乎完全反应成表氯醇，并在解吸塔中，优选在精馏塔中蒸馏出来，所形成的氯化钠水溶液任选在进行必要的后续纯化步骤后，作为原料用于氯-碱-电解，从而回收碱液。
令人惊讶地发现，如权利要求3中所公开的，在泡罩塔中使用草酸作为催化剂时带来最高的反应速度，使氯代丙二醇转化成二氯丙醇，从而比较而言，明显提高了每时间单元的产率，同时所形成的残留物和副产物的量明显低于迄今被公开的表氯醇制备方法。
权利要求5记载了在泡罩塔中对所述方法而言最有利的草酸浓度为0.5至10重量％。
使用泡罩塔作为用于氯化的反应器是特别有利的，因为在例如5至15m高泡罩塔塔底的静压力提高了氯化氢的分压，在此情况下，以此方式达到的其在反应器液体中较高的溶解性显著提高了反应速度。
还表明，当所述塔的塔顶绝压为1巴并且当液体高度超过5m，泡罩塔塔顶的反应温度介于100和130℃之间时，实际上几乎不再漏出氯化氢。
在本发明中还证明有利的是，来自泡罩塔塔顶少量保留的氯化氢在那之后的洗涤塔中用新加入的、完全能够荷载的甘油洗出，关于这点参见权利要求5，从而保持塔顶的氯化氢含量和有机(氯-)化合物等的含量尽可能低。
同时，对于快速反应而言重要的是，在泡罩塔的塔顶这么多且这么快地引出液体，并输入随后的蒸馏单元中，使得反应平衡最可能远地向右移向二氯丙醇。由于氯化成一氯丙二醇比反应成二氯丙醇约20倍快地进行，因此尽可能低地保持泡罩塔中的水浓度也是重要的，从反应器中最好通过真空精馏塔，在绝压100至200m巴下将所形成的反应产物分离开。
有利地或任选必要的是，将该精馏塔的小部分塔底产物传导通过另一真空-精馏，从而排放出塔底的聚合物和副产物。
通过这种反应设计，获得较高纯度的二氯丙醇，其在后续皂化时不形成副产物。因此可以使皂化完全进行，由表氯醇和水组成的共沸物可以在(根据本发明有利方式设计的两个后续的)解吸塔中完全分离开，因此保留下来的氯化钠溶液的纯度高，并且具有大于＞30重量％的浓度，视用于皂化的碱液的浓度不同而不同。
根据权利要求6规定，向泡罩塔中加入用料甘油和盐酸以及从精馏塔引出的底部的甘油、二氯丙醇和一氯丙醇，由此实现反应物的顺流方式。
根据权利要求7规定，将来自泡罩塔之后精馏塔的塔底产物的分流导入另一(真空)精馏塔，从而分离二氯丙醇，在该(真空)精馏塔中，氯代丙二醇与高沸物，尤其是象聚合物，甘油二脂等分离开，并通过塔顶蒸馏出，在此，作为蒸馏残留物的高沸物形成塔底物。
实施例：
含有0.4重量％的水和0.1重量％的剩余脂肪酸的浓度99.5重量％的甘油以2000kg/h的物料流，与1560kg/h的来自蒸馏塔或精馏塔K14和K18的氯化氢和返回流(Retourlauf)一起，加入泡罩塔K10的塔底。泡罩塔K10例如高度为约15m，并且其中液体的填充位为约10m。泡罩塔的操作压力为绝压1巴，并且那里的温度保持在120和130℃之间。加入的氯化氢几乎100％反应，甘油99％反应成一氯丙二醇，塔底的二氯丙醇浓度为约12重量％。
从泡罩塔K10的塔顶引出约25,000kg/h的液体，并在随后的解吸塔K14中通过塔顶引出1160kg/h的水和约2,346kg/h的二氯丙醇，其塔底产物大于90％返回泡罩塔K10中，同时将其余10％的塔底产物加入真空精馏K18，在其塔顶引出未反应的一氯丙二醇和剩余的二氯丙醇，同时从塔底引出约45kg/h的副产物，与约25kg的一氯丙二醇混合。
以此方式从氯化阶段引出理论产率约98％的二氯丙醇，并加入皂化中。
用约2,750kg/h的30重量％碱液对二氯丙醇进行皂化，在精馏塔K20中，在塔顶引出约1,900kg/h的表氯醇，其形式为与含量约26重量％的水形成的含水共沸物，其在冷凝时分离成水相和表氯醇相，其中，将水相以回流再加入。
在塔K20的塔底，将其通过30重量％的氯化钠溶液引出，含有约50kg/h的二氯丙醇和剩余表氯醇，并在加入额外43kg/h的30重量％碱液情况下，在混合阶段B26将皂化进行完全，将那里形成的盐溶液加入另一解吸塔K30中。
在该塔K30的塔顶，同样将由剩余表氯醇和水组成的共沸物引出，并在塔底引出约4,350kg/h约28重量％的氯化钠溶液，含有低于5kg/h含量的氯代烃，然后再用臭氧或过氧化氢进行已知的处理，最后，作为原料用于氯-碱-电解，从而由此获得计划用于皂化的碱液(NaOH)。
借助附图更详细地解释根据本发明的方法：
通过塔K10的塔顶，从加有少量剩余-氯的洗涤器K16(首先经管线1新加入的)，在洗涤器K16中荷载少量氯化氢的甘油经过管线2，加入鼓泡反应器K10的底部，并与经管线3新加入的氯化氢一起引入其中。另外，作为塔底物，将在泡罩塔K10之后的蒸馏塔K14中产生的二氯丙烷、甘油等经管线5送入，并且另外，经管线16送入尚含有二氯丙醇的蒸馏塔K18的塔顶产物，蒸馏塔K18还同时通过管线17供应蒸馏塔K14塔底产物的分流，用来处理所产生的剩余量和残留物。
泡罩塔K10的塔顶产物经管线4引入以上已经描述的第一真空-蒸馏塔K14，并从其塔顶，将二氯丙醇作为含有所希望的产物的混合物经过管线6，在经管线7，7a加入30重量％碱液(NaOH)后，引入另一真空-精馏塔K20的塔底。通过其塔顶，经管线9，将在那里形成的表氯醇-水-混合物引出。
从精馏塔K20的塔底，将氯化钠-溶液和未反应的剩余二氯丙烷输出，并在经过管线8后，在混合单元G26中，与经管线7b加入的(相应于二氯丙烷实际摩尔含量的)其量为30％的NaOH水溶液进行混合并反应。
之后经管线11，将在那里形成的混合物输入第一解吸塔K30，由解吸塔K30从其塔底经管线12引出氯化钠水溶液，将其加入采用氯-碱-电解的盐水(Sole)-后处理NB。
从真空-解吸塔K30的塔顶经管线13引出粗-表氯醇，并收集在容器B36中，其中通过管线9a还导入了在前面塔K20塔顶引出的含有表氯醇的混合物的分流。从B36，经管线13，粗表氯醇到达真空-蒸馏塔K40，通过其塔顶，最后经管线14引出所希望的纯表氯醇。
从以上描述的真空-蒸馏塔K40的塔底，最后经管线15，将那里保留下来的塔底产物供入开头所述的真空-蒸馏塔K18，从其塔顶，经管线16，向泡罩塔K10的塔底供应那里引出的混合物，从而使循环闭合。
该用鼓泡反应器和与其分离的蒸馏作为主要的核心-设备进行处理的新方法的主要优点尤其在于，甘油和氯化氢顺流进入鼓泡反应器中的新型设计，并且还在于，尤其通过连续引出所形成的二氯丙烷和之后要蒸馏的表氯醇，实现向产物方面移动的平衡。
此外，与迄今已知的各种“最好”方法相比，令人惊讶地明显提高了反应速度至少20％，这尤其是使用了草酸作为二元羧酸代替迄今用作催化剂的有机酸，如乙酸、己二酸及其衍生物的结果。

Claims (7)

1.通过用氯化氢对甘油进行氯化而制备表氯醇的方法，其通过至少一种羧酸进行催化，在反应器和至少一个蒸馏单元中进行，接下来通过碱液对形成的二氯丙醇进行皂化，其特征在于，在泡罩塔(K10)中用气态氯化氢对甘油进行氯化，其中，将氯化氢、甘油和由该泡罩塔下游的蒸馏单元(K14，K18)返回的由一氯丙二醇和剩余甘油、二氯丙醇和残留物组成的混合物送入泡罩塔(K10)的塔底，并在泡罩塔(K10)的塔顶附近取出在其中形成的混合物，该混合物由一氯丙二醇、二氯丙醇、水、剩余甘油和残留物所组成，并送入至少一个蒸馏单元(K14)，之后用碱液对在那里经塔顶蒸馏出的二氯丙醇和水进行皂化，并且优选的方式规定，从泡罩塔(K10)的塔顶取出的、在那里未反应的氯化氢在洗涤器(K16)中用新加入的甘油吸收，并将含有氯化氢的甘油送入泡罩塔(K10)的底部。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述皂化分两步进行，其中，在第一步骤中，以化学计量比例向来自蒸馏单元(K14)的二氯丙醇中加入碱液(NaOH)，并在精馏塔(K20)中蒸馏出在那里形成的大部分表氯醇，在第二步骤中，在后计量加入(B26)碱液情况下，使从该精馏塔(K20)下部引出的残留的二氯丙醇基本上完全反应成表氯醇，同样在解吸塔(K30)中，优选在精馏塔中蒸馏出来，并将在那里在塔底保留的氯化钠水溶液，在进行任选必要的后处理阶段(Nb)后，作为原料用于氯-碱-电解，从而回收碱液。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，在泡罩塔(K10)中使用草酸作为催化剂。
4.根据权利要求1至3之一的方法，其特征在于，在泡罩塔(K10)中草酸的实际浓度保持在0.5至10重量％，优选保持在2至5重量％，分别基于通过这种方式加入的甘油-氯化氢-混合物的重量计。
5.根据权利要求1至4之一的方法，其特征在于，在泡罩塔(K10)塔顶的少量剩余量氯化氢在其下游的洗涤塔(K16)中通过新加入的甘油进行吸收，并以此方式将预先荷载氯化氢的甘油与新的氯化氢一起在泡罩塔(K10)塔底加入。
6.根据权利要求1至5的方法，其特征在于，向泡罩塔(K10)中加入用料甘油和盐酸以及从精馏塔(K14)引出的底部的甘油、二氯丙醇和一氯丙醇。
7.根据权利要求1至6之一的方法，其特征在于，将来自精馏塔(K14)的塔底产物分流导入另一精馏塔(K18)，从而分离那里含有时一氯丙醇，通过该塔，经塔顶，使一氯丙二醇与在该塔的塔底作为蒸馏残留物保留下来的高沸物，尤其是象聚合物，甘油二脂等分离开，并送入泡罩塔K10的塔底。
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