CN104311513A - 一种制备环氧丙烷的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备环氧丙烷的方法。向反应釜内按比例加入原料丙烯、双氧水和溶剂甲醇和钛硅分子筛催化剂，调节反应釜内温度和压力，建立循环；将反应原料和溶剂从反应釜外连续加入管道反应器进行反应，再经静态混合器混合后送入反应釜内进行充分反应。在反应釜下部，在一定的压力下，使反应产物环氧丙烷与催化剂分离，分离出的环氧丙烷进入后续工序，催化剂经反应釜外部的循环泵送入管道反应器等设备循环回反应釜内继续参与反应。反应釜内，每间隔10～300s进行一次反冲，以保证反应分离的连续性。本发明，原料与催化剂接触充分，双氧水的转化率≥96%，环氧丙烷的选择性≥95%。反应分离装置结构布局合理，反应平稳。

Description

一种制备环氧丙烷的方法
技术领域
本发明涉及一种有机物制备方法，具体就是一种制备环氧丙烷的方法。
背景技术
环氧丙烷（PO）是除聚丙烯和丙烯腈外的第三大丙烯衍生物，是重要的基本有机化工原料，主要用于生产聚醚、丙二醇等。它也是第四代洗涤剂非离子表面活性剂、油田破乳剂、农药乳化剂等的主要原料。PO的衍生物广泛用于汽车、建筑、食品、烟草、医药及化妆品等行业。现有技术中，制备PO的方法主要有氯醇法、共氧化法和过氧化氢法。氯醇法消耗大量氯气，设备腐蚀和环境污染严重。共氧化法以乙苯或异丁烷自动氧化生成的烷基过氧化氢为氧源，使丙烯催化环氧化，生成PO，生产过程复杂且设备投资大。目前，PO生产主要采用过氧化氢制备环氧丙烷工艺(HPPO法)，该工艺生产过程中只生成PO和水，工艺流程简单，产品收率高，没有其他联产品，基本无污染，属于环境友好的清洁生产系统。HPPO法是指H2O2在TS-1催化剂上催化环氧化丙烯生成PO，溶剂为甲醇，在中温、低压和液相反应条件下操作。目前HPPO法的生产技术有两种，一是Dow化学公司和BASF公司联合开发的技术，二是Degussa公司与Uhde公司联合开发的技术。在Dow/BASF工艺中，环氧化反应器采用壳-管式固定床反应器，三开一备，n(丙烯)：n(H2O2)=2:1，m(甲醇)：m(H2O2)=1:0.25，反应温度40～50℃，反应压力2.0 MPa。H2O2转化率和PO选择性分别为96%和95%。Degussa工艺与BASF工艺类似。Degussa工艺中的固定床反应器采用一组平行的换热板，催化剂装填于换热板之间的通道内，反应物料自上而下流经催化剂层进行反应，流经板内的冷却介质可移除反应热。
上述两种方法均采用固定床工艺，采用固定床反应釜，反应原料与催化剂的有效接触面积小，原料转化率低；催化反应集中在固定床上，局部容易产生飞温，对反应釜造成损害，反应危险程度高，为了提高原料的转化率，降低反应的危险系数，有必要对丙烯环氧化反应制备环氧丙烷工艺进行改进。
发明内容
   本发明的目的是针对现有工艺的不足，提供一种制备环氧丙烷的方法，
以提高双氧水的转化率和PO的选择性，确保PO质量，降低能耗。
本发明解决其技术问题采取的技术方案是这样的。一种制备环氧丙烷的方法，包括以下步骤：
(1) 向反应釜内按照摩尔比为(1.2～2):1:(2～4)加入原料丙烯、双氧水和溶剂甲醇，以及钛硅分子筛催化剂，调节反应釜内温度40～60℃，压力0.3～2.0Mpa，建立循环；
 (2) 根据催化剂单耗，适时向反应釜内补加钛硅分子筛催化剂，使物料进行反应，开启循环泵和搅拌器；在反应釜外，将原料丙烯、双氧水和溶剂甲醇连续加入管道反应器内，反应混合液再进入静态混合器混合，然后进入反应釜；在管道反应器内，原料丙烯和双氧水在溶剂甲醇和催化剂的存在下反应生成PO，到达反应釜内，最终双氧水的转化率达96%以上；其中，原料丙烯、双氧水与溶剂甲醇的摩尔比为(1.2～2):1:(2～4)；
(3) 在反应釜上部，经过管道反应器未反应的少量双氧水与丙烯在反应釜上部进行充分反应，得到PO和催化剂的混合溶液，此时双氧水的转化率≥96%，PO的选择性≥95%；
(4) 在反应釜下部，经步骤 (3) 得到的混合溶液在压力为0.3～2.0Mpa条件下经金属膜过滤器进行过滤，渗出的PO清液进入后续工序；被金属膜过滤器截留的催化剂留在反应釜内，经反应釜外部的循环泵送入一级换热器、管道反应器，与从管道反应器新加入的原料再次混合后继续进行丙烯环氧化催化反应，得到的溶液经过二级换热器、静态混合器返回至反应釜内；
反应釜下部的金属膜过滤器分离采用死端过滤，每隔10～300s进行一次反冲，以保证分离的连续性，随着PO清液连续不断的渗出，原料、溶剂和催化剂不断补加，从而实现环氧丙烷制备过程的连续进行。
本发明的方法，反应釜为浆态床反应釜。浆态床反应釜又称淤浆反应釜,指催化剂微小固体颗粒悬浮于液体介质中的反应器。
为了保证反应体系的平稳性，通过管道反应器加入的原料丙烯、双氧与溶剂甲醇的质量之和等于PO清液渗出的质量。
本发明取得的有益效果如下：
1、采用浆态床反应釜代替目前的固定床反应器，反应原料之间有效接触面积增大，提高了原料的转化率；将金属膜过滤器内置，减少了分离工序，提高了分离效率，降低了能耗和生产成本。
2、原料丙烯、双氧水和溶剂甲醇在进入反应釜之前先在管道反应器内预混合并进行催化反应，降低了反应釜内反应物料的返混程度，使反应更完全；同时反应釜内部结构得以简化，降低了设备成本。
3、在反应釜外部管道上分布换热器，可将反应热进行再利用，确保反应温度平稳，反应过程安全。
附图说明
图1为本发明的工艺装置示意图。
图种各标号代表的含义如下：
A、丙烯加入口   B、双氧水加入口   C、甲醇加入口   D、催化剂加入口  E、PO清液流出口、 1、反应釜  2、金属膜过滤器  3、循环泵  4、一级换热器  5、管道反应器  6、二级换热器  7、静态混合器  8、物料分布器  9、搅拌器  10、挡板。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明。
实施例
参见图1给出的本发明工艺装置示意图，本发明工艺过程包括如下步骤：
(1) 向反应釜1内按摩尔比 (1.2～2):1:(2～4)加入原料丙烯、双氧水和溶剂甲醇，以及适量催化剂钛硅分子筛，调节反应釜内的温度为40～60℃，压力为0.3～2.0Mpa，此时，整个反应系统建立起循环；
(2) 控制反应釜1内的温度和压力为以上条件，根据催化剂单耗，每班次从催化剂加入口D向反应釜1内补加催化剂钛硅分子筛，物料进行反应。开启循环泵和搅拌器，在反应釜外部管道上，将原料丙烯、双氧水与溶剂甲醇分别从A、B、C口连续不断的加入管道反应器5内，丙烯与双氧水在溶剂甲醇和催化剂的存在下反应生成PO后经换热器、静态混合器7混合后进入反应釜1内；其中原料丙烯、双氧水和溶剂甲醇的加入量按摩尔比为(1.2～2):1:(2～4)；
(3) 在反应釜1上部，经过管道反应器5未反应的少量双氧水与丙烯进行充分反应，得到PO和催化剂的混合溶液，此时，双氧水的转化率≥96%，PO 的选择性≥95%；
(4) 在反应釜1下部，经步骤 (3) 得到的混合溶液在压力为0.3～2.0Mpa条件下经金属膜过滤器2进行过滤，渗出的PO清液通过出口E进入后续工序，被金属膜过滤器2截留的催化剂留在反应釜内，后经反应釜1外部的循环泵3输送进入一级换热器4、管道反应器5，然后与从管道反应器5新加入的原料再次混合后继续进行丙烯环氧化催化反应，得到的溶液经过二级换热器6、静态混合器7返回至反应釜1内；
反应釜1下部的金属膜过滤器2分离采用死端过滤，每隔10～300s进行一次反冲，以保证分离的连续性，随着PO清液从出口E连续不断的渗出，原料、溶剂和催化剂不断补加，实现环氧丙烷制备过程的连续进行。
本实施例中，反应釜1为浆态床反应釜。
经管道反应器5加入的反应原料丙烯、双氧水与溶剂甲醇的质量之和等于PO清液从出口E渗出的质量。

Claims (3)

1.一种制备环氧丙烷的方法，其特征是包括以下步骤：
(1) 向反应釜内按照摩尔比为(1.2～2):1:(2～4)加入原料丙烯、双氧水和溶剂甲醇，以及钛硅分子筛催化剂，调节反应釜内温度40～60℃，压力0.3～2.0Mpa，建立循环；
 (2) 根据催化剂单耗，适时向反应釜内补加催化剂，开启循环泵和搅拌器，在反应釜外，将原料丙烯、双氧水和溶剂甲醇连续加入管道反应器内，反应混合物料再进入静态混合器混合，然后进入反应釜；在管道反应器内，原料丙烯和双氧水在溶剂甲醇和催化剂的存在下反应生成PO，其中，丙烯、双氧水与甲醇的摩尔比为(1.2～2):1:(2～4)；
(3) 在反应釜上部，经过管道反应器未反应的少量双氧水与丙烯进行充分反应，得到PO和催化剂的混合溶液；
(4) 在反应釜下部，经步骤(3) 得到的混合溶液在压力为0.3～2.0Mpa条件下经金属膜过滤器进行过滤，渗出的PO清液进入后续工序；被金属膜过滤器截留的催化剂留在反应釜内，经反应釜外部的循环泵送入一级换热器、管道反应器，与从管道反应器新加入的原料再次混合后继续进行丙烯环氧化催化反应，得到的溶液经过二级换热器、静态混合器返回至反应釜内；
反应釜下部的金属膜过滤器分离采用死端过滤，每隔10～300s进行一次反冲，随着PO清液连续不断的渗出，原料、溶剂和催化剂不断补加，实现环氧丙烷制备过程的连续进行。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是所述反应釜为浆态床反应釜。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是通过管道反应器加入的原料丙烯、双氧水与溶剂甲醇的质量之和等于PO清液渗出的质量。
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