CN104926759A - 制备环氧丙烷的方法 - Google Patents

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金国杰
杨洪云
丁琳
黄政
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Abstract

本发明涉及一种制备环氧丙烷的方法，主要解决现有技术存在由于反应副产醛类、酸类物质营养产品环氧丙烷质量的问题。本发明通过采用使过氧化氢异丙苯与丙烯反应得到的，含有环氧丙烷及醛类、酸类杂质的粗环氧丙烷溶液与碱性化合物接触的技术方案较好地解决了该问题，可用于过氧化氢异丙苯与丙烯反应生产环氧丙烷的工业生产中。

Description

制备环氧丙烷的方法
技术领域
本发明涉及一种制备环氧丙烷的方法。
背景技术
环氧丙烷是重要的有机化合物原料，是仅次于聚丙烯和丙烯腈的第三大丙烯类衍生物。环氧丙烷主要用于生产聚醚多元醇、丙二醇和各类非离子表面活性剂等，其中聚醚多元醇是生产聚氨酯泡沫、保温材料、弹性体、胶粘剂和涂料等的重要原料，各类非离子型表面活性剂在石油、化工、农药、纺织、日化等行业得到广泛应用。
目前，环氧丙烷生产工艺主要有三种：氯醇法、共氧化法和双氧水法。其中，共氧化法又分为乙苯共氧化法和异丁烷共氧化法，以及无联产品的过氧化氢异丙苯（CHP）为氧化剂的CHP法。
氯醇法始于20世纪30年代，在该法中，首先由丙烯与氯气、水在常压和60℃下发生氯醇化反应，生成中间体氯丙醇，然后用石灰乳进行皂化、浓缩、蒸馏制得。该法工艺简单、流程短、投资低，且无联产品。但由于在生产过程中使用有毒且腐蚀性强的氯气和生石灰作原料，设备腐蚀性强，“三废”排放量大，每生产1吨PO需消耗1.5吨氯气和1.1吨生石灰，副产含2.1吨氯化钙废渣的废水42吨（浓度5wt%），制约了其发展。改良氯醇法尽管减少了污染，但投资成本和生产费用显著增加。
专利US4950794，EP323663介绍了乙苯共氧化法合成环氧丙烷技术，乙苯共氧化法工艺主要包括四个步骤：（1）苯与乙烯在催化剂存在下发生烷基化反应生产乙苯；（2）乙苯空气氧化制过氧化氢乙苯（EBHP）；（3）EBHP与丙烯在催化剂存在下进行选择氧化反应生成PO，同时副产α-甲基苯甲醇；（4）α-甲基苯甲醇脱水生成苯乙烯（SM）。每生产1吨PO联产2.2～2.5吨SM。该法是一种清洁的PO生产技术，但流程长，投资大，联产品多，容易受市场因素制约。步骤（3）中通常采用催化剂，如可以采用US3923843、以及US4367342公开得以含钛的无定型二氧化硅为催化剂。
异丁烷共氧化法主要包括三个步骤：（1）异丁烷空气氧化制叔丁基过氧化氢（TBHP）；（2）TBHP与丙烯在均相催化剂存在下进行选择氧化反应生成PO，同时副产叔丁醇（TBA）；（3）TBA直接销售或与甲醇反应生产甲基叔丁基醚（MTBE）。每生产1吨PO副产2.5～3.0吨MTBE，产生的MTBE作为联产品用于调和汽油。但由于MTBE涉及健康和水体污染风险，此工艺的应用正在逐渐减少。
专利GB1351429，JP2001031662以及US3350422公开了过氧化氢异丙苯法（CHP法）合成环氧丙烷技术，CHP法主要包括三个反应过程：（1）异丙苯空气氧化制过氧化氢异丙苯；（2）CHP与丙烯在多相催化剂存在下发生环氧化反应生产PO和α,α-二甲基苄醇（DMBA）；（3）DMBA与H2在催化剂存在下发生氢解反应生成异丙苯，异丙苯循环到氧化工序生产CHP。因此，总的而言，在CHP法制PO技术原料只有丙烯、空气和H2，并且无联产品生成。CHP法制PO也可以采用含Ti元素的固体催化剂，专利CN1500004A和CN1248579A就公开了以含Ti的MCM-41为催化剂，采用CHP将丙烯选择氧化成环氧丙烷的过程。CN1418202A也公开了以含钛介孔二氧化硅为催化剂，以过氧化氢异丙苯为氧化剂，实现丙烯环氧化制备环氧丙烷的技术路线。
采用有机过氧化物为氧源，氧化丙烯得到环氧丙烷的同时，往往会伴随有机过氧化物的分解反应、丙烯的深度氧化等副反应。这些副反应的产物包括酸类（甲酸、乙酸、苯甲酸）、醛类等物质（甲醛、乙醛、丙醛）。由于这些物质很难通过常规的精馏方法除去，从而影响了产品环氧丙烷的质量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术存在由于反应副产醛类、酸类物质营养产品环氧丙烷质量的问题，提供一种新的生产环氧丙烷的方法。该方法具有产品环氧丙烷纯度高、质量好的特点。
为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：一种制备环氧丙烷的方法，包括使过氧化氢异丙苯与丙烯反应得到的，含有环氧丙烷及醛类、酸类杂质的粗环氧丙烷溶液与碱性化合物接触的步骤。
上述技术方案中，优选地，所述粗环氧丙烷溶液中，环氧丙烷的含量为2～30%，醛类的含量为1～200ppm，酸类的含量为1～100ppm。
上述技术方案中，优选地，所述醛类选自甲醛、乙醛或丙醛中的至少一种；所述酸类选自甲酸、乙酸、丙酸或苯甲酸中的至少一种。
上述技术方案中，优选地，碱性化合物选自无机碱或有机胺中的至少一种。
上述技术方案中，优选地，所述无机碱选自氢氧化钠或氢氧化钾；所述有机胺选自乙胺、丙胺、丁胺、二乙基胺、二丙基胺、三乙基胺、三丙基胺或己二胺。
上述技术方案中，优选地，粗环氧丙烷溶液与碱性化合物接触的温度为0～120℃，接触的时间为0.1～10小时。
上述技术方案中，优选地，所述碱性化合物的加入量为粗环氧丙烷溶液重量的0.0001～1%。更优选地，所述碱性化合物的加入量为粗环氧丙烷溶液重量的0.001～0.2%。
上述技术方案中，优选地，粗环氧丙烷溶液与碱性化合物接触后得到的产物流经精制得到产品环氧丙烷；所述产品环氧丙烷中，醛类化合物含量小于200ppm，酸类化合物含量小于100ppm。
CHP法制环氧丙烷技术主要包括三个反应：异丙苯过氧化反应、丙烯环氧化反应和α,α-二甲基苄醇氢解反应。首先，异丙苯被空气氧化成过氧化氢异丙苯（CHP），过氧化氢异丙苯在含钛二氧化硅催化剂存在下选择氧化丙烯制环氧丙烷和α,α-二甲基苄醇，在钯/二氧化硅催化剂存在下，α,α-二甲基苄醇与氢气发生氢解反应生成异丙苯，然后异丙苯回到过氧化反应循环使用。过氧化氢异丙苯与丙烯的反应产物经过回收丙烯、分离绝大部分副产物之后得到的反应溶液，即为本发明方法中所述的粗环氧丙烷溶液。在粗环氧丙烷溶液中加入碱性化合物，再经精馏分离、提纯得到环氧丙烷产品。环氧丙烷产品中环氧丙烷含量大于99%，杂质为微量的醛类、酸类化合物。
本发明方法中，作为原料的丙烯可以是聚合级纯度大于99%的丙烯，也可以是化学级、纯度大于94%的丙烯，甚至可以是纯度大于90%的丙烯。过氧化氢异丙苯的浓度通常大于10%；优选地，过氧化氢异丙苯浓度大于20%；更优选地，过氧化氢异丙苯浓度大于40%。
本发明方法通过在粗环氧丙烷溶液中加入碱性化合物，醛类化合物会发生缩合反应生成更重的组分，碱和酸类化合物发生中和反应生成盐类。加入碱性化合物的混合物进一步通过精馏分离得到高纯度环氧丙烷。产品环氧丙烷中醛类化合物含量小于200ppm，酸含量小于100ppm，取得了较好的技术效果。
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述。
具体实施方式
【实施例1】
催化剂制备。70g大孔硅胶（孔容大于0.8ml/g,比表面积大于300m2/g），15g聚乙二醇和75g40％硅溶胶充分混合并捏合、挤条成形。成形产物在120℃干燥24hr、然后在550℃焙烧3小时。之后，加入400ml甲苯溶液和20g三乙胺、40g钛酸四丁酯，在95℃条件下，反应12小时。反应结束后，用500毫升乙醇洗涤。然后，在600℃焙烧5小时，在250℃条件下，通水蒸汽1小时。然后，在250℃条件下，在氮气气氛下，通入10g六甲基二硅氮烷，并反应6小时，得到含钛催化剂，备用。
【实施例2】
在固定床反应器中装入【实施例1】制备的含钛催化剂5.0g，通入液体丙烯和含有45重量％过氧化异丙苯（CHP）的异丙苯溶液，其中CHP溶液的流量为每小时60g，丙烯溶液的流量为每小时80g，反应温度为90℃，反应压力为4.6MPa，收集反应产物，得到粗环氧丙烷溶液，粗环氧丙烷溶液组成见表1。上述粗环氧丙烷经过分离、精制后的环氧丙烷产品中的杂质含量见2。
在上述粗环氧丙烷溶液中加入5重量%氢氧化钠水溶液，加入量为每小时5g，并充分混合0.5小时，然后进行分离、精制得到环氧丙烷产品，其中杂质总醛和总酸含量见表3。
【实施例3】
在固定床反应器中装入按照【实施例1】制备的含钛催化剂6.0g，通入液体丙烯和含有45重量％过氧化异丙苯（CHP）的异丙苯溶液，其中CHP溶液的流量为每小时60g，丙烯溶液的流量为每小时80g，反应温度为120℃，反应压力为4.8MPa，收集反应产物，得到粗环氧丙烷溶液，粗环氧丙烷溶液组成见表1。上述粗环氧丙烷经过分离、精制后的环氧丙烷产品中的杂质含量见2。
在上述粗环氧丙烷溶液加入己二胺，加入量为每小时2.0g，并充分混合0.5小时，然后进行分离、精制得到环氧丙烷产品，其中杂质总醛和总酸含量见表3。
【实施例4】
在固定床反应器中装入按照【实施例1】制备的含钛催化剂6.0g，通入液体丙烯和含有65重量％过氧化异丙苯（CHP）的异丙苯溶液，其中CHP溶液的流量为每小时40g，丙烯溶液的流量为每小时80g，反应温度为120℃，反应压力为4.8MPa，收集反应产物，得到粗环氧丙烷溶液，粗环氧丙烷溶液组成见表1。上述粗环氧丙烷经过分离、精制后的环氧丙烷产品中的杂质含量见2。
在上述粗环氧丙烷溶液中加入二乙胺，加入量为每小时0.5g，并充分混合0.5小时，然后进行分离、精制得到环氧丙烷产品，其中杂质总醛和总酸含量见表3。
【实施例5】
在固定床反应器中装入按照【实施例1】制备的含钛催化剂6.0g，通入液体丙烯和含有45重量％过氧化异丙苯（CHP）的异丙苯溶液，其中CHP溶液的流量为每小时60g，丙烯溶液的流量为每小时60g，反应温度为105℃，反应压力为4.8MPa，收集反应产物，得到粗环氧丙烷溶液，粗环氧丙烷溶液组成见表1。上述粗环氧丙烷经过分离、精制后的环氧丙烷产品中的杂质含量见2。
在上述粗环氧丙烷溶液中加入二乙胺，加入量为每小时0.05g，并充分混合0.5小时，然后进行分离、精制得到环氧丙烷产品，其中杂质总醛和总酸含量见表3。
【实施例6】
在固定床反应器中装入按照【实施例1】制备的含钛催化剂6.0g，通入液体丙烯和含有55重量％过氧化异丙苯（CHP）的异丙苯溶液，其中CHP溶液的流量为每小时60g，丙烯溶液的流量为每小时50g，反应温度为110℃，反应压力为4.8MPa，收集反应产物，得到粗环氧丙烷溶液，粗环氧丙烷溶液组成见表1。上述粗环氧丙烷经过分离、精制后的环氧丙烷产品中的杂质含量见2。
在上述粗环氧丙烷溶液加入己二胺，加入量为每小时3.0g，并充分混合0.1小时，然后进行分离、精制得到环氧丙烷产品，其中杂质总醛和总酸含量见表3。
【实施例7】
在固定床反应器中装入按照【实施例1】制备的含钛催化剂6.0g，通入液体丙烯和含有55重量％过氧化异丙苯（CHP）的异丙苯溶液，其中CHP溶液的流量为每小时50g，丙烯溶液的流量为每小时120g，反应温度为115℃，反应压力为5.2MPa，收集反应产物，得到粗环氧丙烷溶液，粗环氧丙烷溶液组成见表1。上述粗环氧丙烷经过分离、精制后的环氧丙烷产品中的杂质含量见2。
在上述粗环氧丙烷溶液中加入三乙胺，加入量为每小时0.1g，并充分混合0.5小时，然后进行分离、精制得到环氧丙烷产品，其中杂质总醛和总酸含量见表3。
【实施例8】
在固定床反应器中装入按照【实施例1】制备的含钛催化剂6.0g，通入液体丙烯和含有55重量％过氧化异丙苯（CHP）的异丙苯溶液，其中CHP溶液的流量为每小时50g，丙烯溶液的流量为每小时80g，反应温度为80℃，反应压力为5.2MPa，收集反应产物，得到粗环氧丙烷溶液，粗环氧丙烷溶液组成见表1。上述粗环氧丙烷经过分离、精制后的环氧丙烷产品中的杂质含量见2。
在上述粗环氧丙烷溶液中加入二丙胺，加入量为每小时0.1g，并充分混合0.5小时，然后进行分离、精制得到环氧丙烷产品，其中杂质总醛和总酸含量见表3。
表1
表2
表3

Claims (9)

1.一种制备环氧丙烷的方法，包括使过氧化氢异丙苯与丙烯反应得到的，含有环氧丙烷及醛类、酸类杂质的粗环氧丙烷溶液与碱性化合物接触的步骤。
2.根据权利要求1所述制备环氧丙烷的方法，其特征在于以重量百分比计，所述粗环氧丙烷溶液中，环氧丙烷的含量为2～30%，醛类的含量为1～200ppm，酸类的含量为1～100ppm。
3.根据权利要求1所述制备环氧丙烷的方法，其特征在于所述醛类选自甲醛、乙醛或丙醛中的至少一种；所述酸类选自甲酸、乙酸、丙酸或苯甲酸中的至少一种。
4.根据权利要求1所述制备环氧丙烷的方法，其特征在于碱性化合物选自无机碱或有机胺中的至少一种。
5.根据权利要求4所述制备环氧丙烷的方法，其特征在于所述无机碱选自氢氧化钠或氢氧化钾；所述有机胺选自乙胺、丙胺、丁胺、二乙基胺、二丙基胺、三乙基胺、三丙基胺或己二胺。
6.根据权利要求1所述制备环氧丙烷的方法，其特征在于粗环氧丙烷溶液与碱性化合物接触的温度为0～120℃，接触的时间为0.1～10小时。
7.根据权利要求1所述制备环氧丙烷的方法，其特征在于所述碱性化合物的加入量为粗环氧丙烷溶液重量的0.0001～1%。
8.根据权利要求7所述制备环氧丙烷的方法，其特征在于所述碱性化合物的加入量为粗环氧丙烷溶液重量的0.001～0.2%。
9.根据权利要求1所述制备环氧丙烷的方法，其特征在于粗环氧丙烷溶液与碱性化合物接触后得到的产物流经精制得到产品环氧丙烷；所述产品环氧丙烷中，醛类化合物含量小于200ppm，酸类化合物含量小于100ppm。
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