CN103449976A

CN103449976A - 一种邻甲酚异构化生产间甲酚和对甲酚的移动床方法

Info

Publication number: CN103449976A
Application number: CN2013103171411A
Authority: CN
Inventors: 张英伟; 张令霞; 孙长江; 薛全民; 宿亮虎; 张朋; 印文雅
Original assignee: BEIJING XUYANG CHEMICAL TECHNOLOGY RESEARCH INSTITUTE Co Ltd
Current assignee: BEIJING RISUN TECHNOLOGY CO., LTD.
Priority date: 2013-07-25
Filing date: 2013-07-25
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2033-07-25
Also published as: CN103449976B

Abstract

本发明涉及一种邻甲酚异构化生产间甲酚和对甲酚的移动床方法。本发明所述的方法包括如下步骤：a)将邻甲酚气化过热后与载气混合而得到反应原料I；b)将反应原料I通入到移动床反应器中与催化剂进行接触，经异构化反应后得到含间甲酚和对甲酚的反应混合物II；c)反应混合物II经精馏分离得到A馏分：苯酚和邻甲酚；B馏分：间甲酚和对甲酚；和C馏分：重组分；d)将B馏分通入产物储罐，将A馏分和C馏分与反应原料I混合并通入移动床反应器进行异构化反应；e)将从移动床反应器底部出来的待再生催化剂进入催化剂再生器与再生气体接触而进行烧焦再生，再生后的催化剂从催化剂再生器下部回到移动床反应器循环使用。

Description

一种邻甲酚异构化生产间甲酚和对甲酚的移动床方法

技术领域

本发明涉及一种邻甲酚异构化生产间甲酚和对甲酚的移动床方法。

背景技术

甲酚是重要的精细化工中间体，包括三种异构体，即，邻甲酚、对甲酚和间甲酚。广泛应用于农药、医药、香料、染料、抗氧剂、阻聚剂、紫外线吸收剂、燃料添加剂、橡胶助剂、涂料、饲料添加剂和合成材料领域。尤其是对、间甲酚国内严重供不应求，每年需进口相当数量来满足国内市场需求。

传统的间甲酚和对甲酚制备方法是天然分离法，采用分离法可以从煤焦油中得到对、间、邻甲酚三种异构体。由于资源有限，工艺复杂，自化学合成获得成功之后，天然分离法装置不断被关闭，据不完全统计，十年来，世界共关闭天然甲酚分离装置为3万吨。

已工业化或者有工业化意义的合成路线如下：甲苯磺化碱熔法：该法所得产品的85％为对甲酚，邻甲酚和间甲酚仅为5～8％。目前国内主要采用该法生产对甲酚，副产少量邻甲酚和间甲酚。该法技术成熟，工艺简单，但使用大量强酸强碱，设备腐蚀和环境污染严重。若以邻氯甲苯为原料，产品中甲酚邻∶间比例为1∶1，基本无对甲酚。该法对设备要求苛刻，德国Lanxess公司采用该法生产甲酚。我国还未有企业使用该法生产。异丙基甲苯氧化法：异丙基甲苯空气氧化成甲酚和丙酮，类似于生产苯酚的方法，但反应复杂程度远远高于苯酚的合成。该法得到甲酚间∶对比例为7∶3，几乎没有邻位产品。此法得到的产品纯度高，适宜大规模生产，缺点是技术难度大，原料来源困难，工艺流程较长，提纯费用高，设备投资大，废水处理费用高。日本和美国有些公司采用该法生产甲酚。

通过邻甲酚异构化生成间甲酚和对甲酚的报道比较少，已经报道的工艺也比较难实现工业化。

美国专利US4503269公布了H型ZSM-5分子筛用于邻甲酚异构化反应的高压釜和固定床反应工艺。高压釜反应工艺中当釜内充氮气时，轻组分的收率为11.2%，充氢气时轻组分的收率为5.5%，而间甲酚和对甲酚的总收率都约为48%。在固定床反应工艺中，间甲酚和对甲酚的收率约为50%，副产物苯酚收率为3.6%，但是催化剂寿命短，24h以后活性已经降得很低，需要频繁切换，工业化比较困难。

美国专利US4691063公布了H型ZSM-5分子筛用硅溶胶成型后再用磷酸氢二铵改性的催化剂用于邻甲酚异构化反应的固定床反应工艺。该专利公开的催化剂反应第四个小时苯酚收率为3.8%，间甲酚和对甲酚总收率最高为52%。但是反应24小时后，催化剂活性已经很低。如果使用固定床反应，也需要频繁切换反应器，应用于工业比较困难。如果用于移动床反应器，则硅溶胶成型的催化剂机械强度低不适合。

移动床工艺是解决催化剂稳定性不足的有效方法，目前还没有应用到邻甲酚异构化领域，而用于其它催化过程的移动床方法是有的。如专利CN102372588A公布了一种在移动床上进行芳烃烷基化制对二甲苯的催化转化方法。该方法与固定床工艺相比，克服了以往固定床工艺中存在的催化剂寿命短，需要频繁停车再生的问题，从而使所述异构化反应能够连续地进行。

本发明所述的邻甲酚异构化生产间甲酚和对甲酚的移动床方法，其产物分离部分采用现有的成熟精馏分离技术，分离后将获得间甲酚和对甲酚产品。

本发明所述的邻甲酚异构化生产间甲酚和对甲酚的移动床方法中使用的催化剂为以具有酸性和孔结构的分子筛为活性组分。但是，现有技术中的催化剂如果用于移动床反应器，则磨损率较高、机械强度低不适合。通常需要使用粘结剂使催化剂进行成型，从而使其能满足移动床反应器的使用要求。其中，最常用的是硅铝分子筛，适用的材料包括ZSM-5、ZSM-11、MCM-22、MCM-56、丝光沸石、Y沸石、β沸石等，还可以用这些分子筛材料作为基础进行改性修饰，以改善催化剂的异构化性能。催化剂成型所用的粘结剂包括氧化铝和粘土，所述粘土选自高岭土、埃洛土、海泡土和蒙脱土等。

发明内容

本发明提供了一种邻甲酚异构化生产间甲酚和对甲酚的移动床方法。该方法使异构化反应和催化剂再生能够连续地进行，从而克服了以往固定床工艺中存在的催化剂寿命短，需要频繁停车再生的问题。

本发明所述的邻甲酚异构化生产间甲酚和对甲酚的移动床方法包括如下步骤：

a)将邻甲酚气化过热后与载气混合而得到反应原料I；

b)将反应原料I通入到移动床反应器中与催化剂进行接触，经异构化反应后得到含间甲酚和对甲酚的反应混合物II；

c)反应混合物II经精馏分离得到A馏分：苯酚和邻甲酚；B馏分：间甲酚和对甲酚；和C馏分：重组分；

d)将B馏分通入产物储罐，将A馏分和C馏分与反应原料I混合并通入移动床反应器进行异构化反应；

e)将从移动床反应器底部出来的待再生催化剂进入催化剂再生器与再生气体接触而进行烧焦再生，再生后的催化剂从催化剂再生器下部回到移动床反应器循环使用。

上述技术方案中，在步骤a)中，邻甲酚与载气的进料摩尔比范围为0.1∶1～10∶1，优选为1∶1～5∶1；反应温度280～500℃，优选为350～420℃，邻甲酚的体积空速0.2～15h^-1，优选为1～5.0h^-1。步骤a)中的载气可以选用氮气或氢气。

催化剂的再生条件为：使待再生催化剂先经过催化剂再生器的初烧焦区，其温度为350℃，以氮气稀释的空气（V_N2/O2=19:1）为再生气体；再经过催化剂再生器的终烧焦区，其温度为550℃，以氮气稀释的空气（V_N2/O2=9:1）为再生气体。

所述用于异构化反应的催化剂，基于催化剂的总重量，其包含以下组分：

a)45-70wt%的硅铝分子筛；

b)5-15wt%的氧化铝；

c)20-30wt%的粘土；

d)0.1-6wt%选自镁、磷、钨、镧和锌元素中的至少一种元素的氧化物，

以及，在使用有机硅试剂进行硅烷化后Si的表面负载量为催化剂总重量的0.5-5wt%。

其中，硅铝分子筛可以为ZSM-5、ZSM-11、MCM-22、MCM-56、丝光沸石、Y沸石或β沸石；在所述硅铝分子筛中的SiO₂/Al₂O₃的摩尔比为25-50，优先为30-40，更优选为38；所述分子筛的含量优选为催化剂的总重量的50-65wt%，更优选65wt%。

所述氧化铝的含量优选为催化剂的总重量的5-10wt%。

所述粘土优选为蒙脱土、埃洛土、海泡土或高岭土；所述粘土的含量优选为催化剂的总重量的22-28wt%，更优选25wt%。

所述选自镁、磷、钨、镧和锌元素中的至少一种元素的氧化物的含量优选为催化剂的总重量的2-4wt%；

在使用有机硅试剂进行硅烷化后Si的表面负载量优选为催化剂总重量的1-3wt%。

其中，B馏分可以经过现有技术已知的方法和设备进一步被分离为间甲酚和对甲酚，例如，但不限于，通过在中国专利申请公开CN101683742A、中国专利申请公开CN102167658A和中国专利申请公开CN1127241A中所公开的方法进行分离。

其中，所述用于移动床反应的甲酚异构化催化剂是通过如下步骤制备的：

1、将硅铝分子筛与氧化铝及粘土按上述重量百分比进行混合并成型，得到1.6mm的球型颗粒，然后将所述球型颗粒置于空气中60℃干燥4小时，120℃干燥4小时，550℃焙烧3小时而制成催化剂母体；

2、采用浸渍法向上述催化剂母体中引入选自镁、磷、钨、镧和锌元素中的至少一种元素的氧化物而制成改性催化剂，其中，所述浸渍法使用的浸渍液含镁、磷、钨、镧或锌元素的化合物为硝酸镁、磷酸铵、磷酸一氢铵、磷酸二氢铵、钨酸铵、硝酸镧或硝酸锌，浸渍催化剂母体的温度优选为室温，等体积浸渍，浸渍时间为10-50小时，将浸渍后的催化剂在空气中60℃干燥4小时，120℃干燥4小时，550℃焙烧2小时，得到改性催化剂；

3、使用有机硅试剂对上述改性催化剂进行表面酸性调变，而得到最终的移动床催化剂，其中所述有机硅试剂选自四氯化硅、三甲基氯硅烷和3-氨基丙基三乙氧基硅烷，优选为四氯化硅。

所述最终的用于移动床催化剂具体参数为：磨损率为0.5-1.5%小时^-1，强度为30-45N/颗，球形度为0.95-0.99，1.5-1.8mm颗粒的比例为97-99.5%。

其中，所述用于移动床催化剂的机械性能是通过如下方法测试的：

磨损率测试方法：将10kg试样放入磨损指数的测定装置(购自北京中仪励朗科技有限公司，型号：ALF-1)中，在恒定的气速下吹磨五小时。第一小时吹出的试样弃去不计，收集后四小时吹出的试样，计算出每小时平均磨损百分数，作为试样的磨损率。强度测试方法：催化剂强度采用催化剂强度测定仪(购自大连鹏辉科技开发有限公司，型号：LⅢ)，采用机械加压的办法直接用压力表测定强度。球形度和颗粒度测试方法：使用VISION218-D颗粒图像工作站(购自济南维森，型号：VISION218-D)进行表征。

本发明的效果和益处为：

该方法使异构化反应和催化剂再生能够连续进行从而克服了以往固定床工艺中存在的催化剂寿命短，需要频繁停车再生的问题，从而使所述异构化反应能够连续地进行。

附图说明

图1为显示本发明实施所述移动床方法的反应装置的示意图。

附图标记：

1：预热器；

2：移动床反应器；

3：空气压缩机；

4：提升管；

5：催化剂再生器的初烧焦区；

6：催化剂再生器的终烧焦区；

7：精馏塔。

具体实施方式

制备实施例1

按照美国专利US4691063公布的方法，制备H型ZSM-5分子筛。H型ZSM-5分子筛（SiO₂/Al₂O₃的摩尔比=38）10.0kg+10wt%Al₂O₃(拟薄水铝石粉)+25wt%高岭土+3000ml10wt%的硝酸水溶液及2000ml去离子水，混合制备成球形颗粒。然后将所述球型颗粒置于空气中60℃干燥4小时，120℃干燥4小时，550℃焙烧3小时。

将上述得到的产物10kg，2wt%的(NH₄)₂HPO₄水溶液室温浸渍12小时，空气中60℃干燥4小时，120℃干燥4小时、然后520℃焙烧3小时。将由此所得到的产物5kg加入到3wt%的SiCl₄的环己烷溶液中，在油浴90℃条件下搅拌4～6h，过滤、洗涤，然后在空气中120℃干燥8小时，520℃焙烧4小时得到Si的负载量为2.0wt%的催化剂1。

制备实施例2～5

除了分别使用丝光沸石、ZSM-11、Y沸石和MCM-22代替制备实施例1中的ZSM-5之外，以与制备实施例1相同的方式制备催化剂2～5。

实施例1

将邻甲酚在预热器1中气化过热后与载气混合而得到反应原料I；将反应原料I通入到移动床反应器(购自北京航天世纪星科技有限公司，型号：非标定制装置，2500ml的反应器)中与催化剂1进行接触，经异构化反应后得到富含间甲酚和对甲酚的反应混合物II。反应条件为：催化剂1装填量为2500ml，反应温度380℃，邻甲酚的体积空速为1.0h^-1，氮气为载气。反应得到含间甲酚和对甲酚的反应混合物II，经冷却后进入精馏塔7，经精馏分离得到A馏分：苯酚和邻甲酚；B馏分：间甲酚和对甲酚；和C馏分：重组分。

然后，将B馏分通入产物储罐，然后按照中国专利申请公开CN1127241A中所公开的方法进行分离分别得到间甲酚和对甲酚；将A馏分和C馏分重新与反应原料I混合并通入移动床床反应器2中进行异构化反应。从移动床反应器2底部出来的待再生催化剂，由提升管4提升至待再生催化剂分离料斗从催化剂再生器的顶部进入催化剂再生器的初烧焦区5与再生气体接触进行烧焦再生。再生条件为：使待再生催化剂先经过催化剂再生器的初烧焦区，其温度为350℃，以氮气稀释的空气（V_N2/O2=19:1）为再生气体；然后再经过催化剂再生器的终烧焦区6，其温度为550℃，以氮气稀释的空气（V_N2/O2=9:1）为再生气体，催化剂再生周期为50h。再生后的催化剂从催化剂再生器下部回到移动床反应器循环使用。反应评价结果如表1。

表1

反应时间h	4	54	104	404
					邻甲酚转化率，mol%	57.49	57.44	57.44	57.33
间甲酚收率，mol%	41.21	41.38	41.56	41.85
					对甲酚收率，mol%	13.66	13.72	13.82	13.94
苯酚收率，mol%	1.31	1.17	1.03	0.77
					重组分收率，mol%	1.31	1.17	1.03	0.77

实施例2-5

除了邻甲酚异构化反应的反应温度做了些调整外，其余按照实施例1所述的步骤和条件进行。评价结果如表2。

表2

实施例	2	3	4	5
					反应温度，℃	350	380	410	440
邻甲酚转化率，mol%	52.88	57.49	59.27	62.32
					间甲酚收率，mol%	37.94	41.21	40.14	38.63
对甲酚收率，mol%	12.38	13.66	13.15	12.57
					苯酚收率，mol%	1.28	1.31	2.99	5.56
重组分收率，mol%	1.28	1.31	2.99	5.56

实施例6-9

除了分别使用催化剂2～5代替催化剂1之外，以与实施例1相同的方式进行邻甲酚异构化反应。评价结果如表3。

表3

实施例	6	7	8	9
					反应温度，℃	380	380	380	380
催化剂	催化剂2	催化剂3	催化剂4	催化剂5
					邻甲酚转化率，mol%	55.88	57.49	56.39	58.52
间甲酚收率，mol%	38.54	41.21	40.22	39.36
					对甲酚收率，mol%	14.38	13.66	13.09	13.26
苯酚收率，mol%	1.48	1.31	1.54	2.95
					重组分收率，mol%	1.48	1.31	1.54	2.95

从以上实施例反应结果可以得到以下结论：邻甲酚异构化生产间甲酚和对甲酚的移动床工艺与反应釜工艺相比，具有较高的转化率和选择性，并且操作简单。与固定床工艺相比，该工艺可以连续进行，明显提高了催化剂的稳定性，生产可以稳定连续进行。

Claims

1.一种邻甲酚异构化生产间甲酚和对甲酚的移动床方法，其包括如下步骤：

a)将邻甲酚气化过热后与载气混合而得到反应原料I；

2.根据权利要求1所述的移动床方法，其中，基于催化剂的总重量，所述催化剂包含以下组分：

a)45-70wt%的硅铝分子筛；

b)5-15wt%的氧化铝；

c)20-30wt%的粘土；

3.根据权利要求2所述的移动床方法，其中，所述硅铝分子筛为ZSM-5、ZSM-11、MCM-22、MCM-56、丝光沸石、Y沸石或β沸石。

4.根据权利要求2所述的移动床方法，其中，在所述硅铝分子筛中的SiO₂/Al₂O₃的摩尔比为25-50；所述分子筛的含量为催化剂的总重量的50-65wt%。

5.根据权利要求2所述的移动床方法，其中，所述氧化铝的含量为催化剂的总重量的5-10wt%；

所述粘土为蒙脱土、埃洛土、海泡土或高岭土；所述粘土的含量为催化剂的总重量的22-28wt%；

所述选自镁、磷、钨、镧和锌元素中的至少一种元素的氧化物的含量为催化剂的总重量的2-4wt%；

在使用有机硅试剂进行硅烷化后Si的表面负载量为催化剂总重量的1-3wt%。

6.根据权利要求2所述的移动床方法，其中，

所述催化剂是通过如下步骤制备的：

1)将硅铝分子筛与氧化铝及粘土按权利要求2中的重量百分比进行混合并成型，得到1.6mm的球型颗粒，然后将所述球型颗粒置于空气中60℃干燥4小时，120℃干燥4小时，550℃焙烧3小时而制成催化剂母体；

2)采用浸渍法向步骤1的催化剂母体中引入选自镁、磷、钨、镧和锌元素中的至少一种元素的氧化物而制成改性催化剂，其中，所述浸渍法使用的浸渍液含镁、磷、钨、镧或锌元素的化合物为硝酸镁、磷酸铵、磷酸一氢铵、磷酸二氢铵、钨酸铵、硝酸镧或硝酸锌，浸渍催化剂母体的浸渍时间为10-50小时，将浸渍后的催化剂在空气中60℃干燥4小时，120℃干燥4小时，550℃焙烧2小时，得到改性催化剂；

3)使用有机硅试剂对上述改性催化剂进行表面酸性调变，而得到最终的移动床催化剂，其中所述有机硅试剂选自四氯化硅、三甲基氯硅烷和3-氨基丙基三乙氧基硅烷。

7.根据权利要求2所述的移动床方法，其中，所述催化剂具体参数为：磨损率为0.5-1.5%小时^-1，强度为30-45N/颗，球形度为0.95-0.99，1.5-1.8mm颗粒的比例为97-99.5%。

8.根据权利要求1所述的移动床方法，其中，

在步骤a)中，邻甲酚与载气的进料摩尔比范围为0.1∶1～10∶1；反应温度280～500℃，邻甲酚的体积空速0.2～15h^-1。

9.根据权利要求1所述的移动床方法，其中，

步骤a)中的载气为氮气或氢气。

10.根据权利要求1所述的移动床方法，其中，

催化剂的再生条件为：使待再生催化剂先经过催化剂再生器的初烧焦区，其温度为350℃，以氮气稀释的空气为再生气体，其中，V_N2/O2=19:1；再经过催化剂再生器的终烧焦区，其温度为550℃，以氮气稀释的空气为再生气体，其中V_N2/O2=9:1。