一种提高1,6-己二醇纯度的方法
技术领域
本发明涉及一种提高1,6-己二醇纯度的方法,属于精细化工提纯领域。
背景技术
1,6-己二醇在常温下为无色结晶固体,熔点为42℃,沸点250℃,分子式为C6H14O2,分子量为118.18,密度为0.965g/cm3,可溶于水和乙醇,微溶于热醚,不溶于苯,是一种重要的化工原料,是多种有机合成的重要原料之一;1,6-己二醇得两个羟基位于碳链的两端,具有较高的活性,这使得其与有机酸、异氰酸盐、酸酐等发生反应生成不同类型的衍生物;1,6-己二醇主要应用于聚氨酯高弹体改性、生产聚碳酸酯聚、酯型增塑剂和农药除虫菊酯等。由1,6-己二醇制备的聚酯多元醇可用于聚氨酯弹体的生产,聚氨酯弹体的产品机械强度、耐热性、耐水性和耐氧化性均很优异。
随着生活水平的提高,人们对环境的要求越来越高,对环保型产品的要求会日益增多,因此,使得各工业产品向绿色环保、无毒、无公害方向发展。1,6-己二醇作为工业产品的基本原料将会发挥越来越大的作用。
现有技术中,不同的二元醇以不同的生产方法进行生产,要得到相应二元醇需要多种原料、多道生产阶段,生产流程复杂、设备投资大、生产成本高。而且由于存在技术空缺,目前国内还没有具规模的1,6-己二醇生产企业,现在市场上的1,6-己二醇主要依赖于进口,主要是以德国拜尔、德国巴斯夫、日本宇部和中国的南明等品牌为主。
目前,1,6-己二醇的合成方法之一是由己二酸二乙酯或已二酸二甲酯在金属钠、乙醇或在铅铬氧化物的存在下进行催化还原,或将2,4二炔-1,6-二醇催化还原而制得。例如由乙二酸二乙酯加氢还原。上述反应催化剂为亚铬酸铜,通氢压力为3.79-20.68MPa,反应温度为255℃,所得产品收率为85-90%。该方法原料成本高,工艺要求在高温高压下进行,特别是对压力的要求难以达到和维持,及设备价格昂贵,产品的收率及纯度并不高,达不到某些高精尖领域对1,6-己二醇的要求。
综上所述,现有技术在制备高纯度的1,6-己二醇时,存在以下不足:
(1)反应原料成本高;
(2)反应物反应不充分,选择性、转化率低,造成原料的浪费;
(3)反应的收率低,副反应难以控制,副产物多,杂质不容易去除,特别是内酯类杂质;
(4)目标产物1,6-己二醇纯度达不到某些高精尖领域的要求。
发明内容
本发明为解决以上技术问题,提供一种提高1,6-己二醇纯度的方法,以实现以下发明目的:
(1)采用本发明方法,采用二次催化法完成酯的加氢反应,催化效率得以大大提高;产物的选择性高,转化率高;
(2)本发明的方法,能够使得反应的产率提高,1,6-己二醇的纯度高;
(3)本发明方法,大大降低了产物中内酯的含量;
(4)本发明方法,采用二次催化法完成酯的加氢反应,氢化催化的反应条件温和,容易控制和维持,降低设备维护成本;
(5)本发明方法,生产工艺环保,每个步骤的产物都可以作他用,不会产生浪费,也不会产生污染环境的物质,属于绿色环保工艺。
为解决以上技术问题,本发明采用的技术方案如下:
一种提高1,6-己二醇纯度的方法,包括以下步骤:预处理、精制分离、加氢反应和分段精馏。
所述预处理,塔内真空度为-0.010—-0.035MPa,塔顶温度为65-95℃,塔底温度为85-110℃。
所述精制分离,四个精馏塔的相对真空度依次为-0.065MPa、-0.07MPa、-0.075MPa和-0.085MPa;所述四个精馏塔的塔顶气相温度依次为89℃、93℃、101℃和104℃,塔底温度依次为112℃、115℃、120℃和125℃。
所述加氢反应,加氢反应器内的压力为4-12MPa,加氢的温度为100-145℃,1,6-己二酸二甲酯粗品与氢气的摩尔比为1: 20-45。
所述加氢反应器自上到下分为两层:第一隔层和第二隔层,所述第一隔层和第二隔层上分别设有第一催化剂和第二催化剂;所述第一催化剂为改性SiO2负载钯铑催化剂,添加量为1.6-己二酸二甲酯粗品质量的2.5-4.0%。
所述第二催化剂为蒙脱土KSF和助剂,所述助剂为SbCl3,所述蒙脱土KSF与助剂SbCl3的质量比为5:0.1-2。
所述蒙脱土KSF与助剂SbCl3设置在蜂窝状陶瓷载体上,所述蒙脱土KSF的比表面积为12-15m2/g,所述蜂窝状陶瓷载体的孔密度为800孔/平方英寸。
所述分段精馏,包括第1阶段精馏,所述第1阶段精馏,精馏塔内部的压力为10-100KPa,塔顶温度范围为15-65℃,塔底温度范围为85-190℃。
所述分段精馏,包括第2阶段精馏,所述第2阶段精馏,精馏塔内部的精馏塔内部压力为3-15KPa,塔底温度范围为150-270℃,塔底部的平均滞留时间为8小时。
所提纯的1,6-己二醇纯度为99.86-99.99%,总内酯含量为0.004-0.020%。
采用以上技术方案,与现有技术的方法相比,本发明有益效果如下:
(1)采用本发明方法,采用二次催化法完成酯的加氢反应,催化效率得以大大提高;产物的选择性高,转化率高:1,6-己二醇的选择性为98.19-98.22%,1.6-己二酸二甲酯粗品的转化率为99.80-99.99%;
(2)本发明的方法,能够使得反应的产率提高,1,6-己二醇的纯度高,1,6-己二醇的纯度为99.86-99.99%;
(3)本发明方法,大大降低了产物中内酯的含量,总内酯含量0.004-0.02%;
(4)本发明方法,采用二次催化法完成酯的加氢反应,氢化催化的反应条件温和,容易控制和维持,节约了设备维护成本;
(5)本发明方法,生产工艺环保,每个步骤的产物都可以作他用,不会产生浪费,也不会产生污染环境的物质,属于绿色环保工艺,对经济社会的可持续发展具有重要意义。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。
以下以实施例的形式具体描述本发明:
实施例1 一种提高1,6-己二醇纯度的方法
包括以下步骤:
(1)预处理
取原材料混二酸二甲酯,将所述混二酸二甲酯进行纯化处理,使所述混二酸二甲酯的纯度≥85%,甲醇含量≤5%;
所述纯化处理为,对原材料混二酸二甲酯进行蒸馏处理,具体为,将原材料混二酸二甲酯放入蒸馏塔内蒸馏,塔内真空度为-0.01MPa,塔顶温度为65℃,塔底温度为85℃;
其中,所述原材料的混二酸二甲酯,有效成分包括1,4-丁二酸二甲酯、1,5-戊二酸二甲酯和1,6-己二酸二甲酯,还含有少量的甲醇;所述原材料的混二酸二甲酯的有效成分含量≥65%。
(2)精制分离
所述精制分离在相互串联的四个精馏塔内依次完成,将纯化后的混二酸二甲酯依次进入相互串联的四个精馏塔,1,4-丁二酸二甲酯、1,5-戊二酸二甲酯和1,6-己二酸二甲酯分别自第二精馏塔、第三精馏塔和第四精馏塔的塔顶分离出来,所述相互串联的四个精馏塔的相对真空度依次为-0.065MPa、-0.07MPa、-0.075MPa和-0.085MPa;所述四个精馏塔的塔顶气相温度依次为89℃、93℃、101℃和104℃,塔底温度依次为112℃、115℃、120℃和125℃,且各精馏塔的相对真空度和温度自第一精馏塔开始依次升高;
收集第四精馏塔的塔顶组份,得到1, 6-己二酸二甲酯粗品。
(3)加氢反应
将上述分离出来的1,6-己二酸二甲酯粗品采用二次催化法进行加氢处理,得到1,6-己二醇粗品;
所述加氢处理,具体为,将1,6-己二酸二甲酯粗品从加氢反应器上部加入,将氢气从加氢反应器底部通入,氢气从底部逆流向上与1,6-己二酸二甲酯粗品进行二次催化反应,得到产物1,6-己二醇粗品;
所述加氢处理,全程在避光环境下进行,加氢反应器内的压力为4.1MPa,加氢的温度为100℃;
所述1,6-己二酸二甲酯粗品与氢气的摩尔比为1: 20;
所述加氢反应器自上到下分为两层:第一隔层和第二隔层,所述第一隔层和第二隔层上分别设有第一催化剂和第二催化剂;
所述第一催化剂为改性SiO2负载钯铑催化剂,形式为挤出物、片剂或颗粒的一种;
所述第一催化剂的添加量为1.6-己二酸二甲酯粗品质量的2.5%;
所述第二催化剂为蒙脱土KSF和助剂,所述助剂为SbCl3,所述蒙脱土KSF与助剂SbCl3的质量比为5:0.1;
所述蒙脱土KSF与助剂SbCl3设置在蜂窝状陶瓷载体上;
所述蒙脱土KSF的比表面积为12.1m2/g;
所述蜂窝状陶瓷载体的孔密度为800孔/平方英寸;
所述第二催化剂的添加量为1.6-己二酸二甲酯粗品质量的1.0%;
以反应物1.6-己二酸二甲酯粗品的量计,催化剂的空速为0.1h-1。
(4)分段精馏
所述分段精馏,是将步骤(3)得到的混合物依次通过以下阶段的精馏:
a)通过第1阶段精馏,从利用氢化获得的1,6-己二醇粗品中分离沸点低于水的成分和低级醇;
所述第1阶段精馏,精馏塔内部的压力为10KPa,塔顶温度范围为15.2℃,塔底温度范围为85.0℃;
b)通过第2阶段精馏,分离沸点高于1,6-己二醇的酯类;
将第1阶段精馏收集到的组份放入第2阶段精馏,精馏塔内部压力为3KPa,塔底温度范围为150℃,塔底部的平均滞留时间为8小时;
c)通过第3阶段精馏,进一步分离沸点低于1,6-己二醇的酯类成分,获得1,6-己二醇;
将第2阶段精馏收集到的组份放入第3阶段精馏,精馏塔内部压力为2KPa,塔底温度范围为151℃,塔底部的平均滞留时间为5小时。
试验计算结果:1.6-己二酸二甲酯粗品的转化率为99.80%,1,6-己二醇的选择性为98.21%,1,6-己二醇的纯度为99.86%,总内酯含量0.014%。
实施例2 一种提高1,6-己二醇纯度的方法
包括以下步骤:
(1)预处理
取原材料混二酸二甲酯,将所述混二酸二甲酯进行纯化处理,使所述混二酸二甲酯的纯度≥85%,甲醇含量≤5%;
所述纯化处理为,对原材料混二酸二甲酯进行蒸馏处理,具体为,将原材料混二酸二甲酯放入蒸馏塔内蒸馏,塔内真空度为-0.020MPa,塔顶温度为75℃,塔底温度为92℃;
其中,所述原材料的混二酸二甲酯,有效成分包括1,4-丁二酸二甲酯、1,5-戊二酸二甲酯和1,6-己二酸二甲酯,还含有少量的甲醇;所述原材料的混二酸二甲酯的有效成分含量≥65%。
(2)精制分离
所述精制分离在相互串联的四个精馏塔内依次完成,将纯化后的混二酸二甲酯依次进入相互串联的四个精馏塔,1,4-丁二酸二甲酯、1,5-戊二酸二甲酯和1,6-己二酸二甲酯分别自第二精馏塔、第三精馏塔和第四精馏塔的塔顶分离出来,所述相互串联的四个精馏塔的相对真空度依次为-0.065MPa、-0.07MPa、-0.075MPa和-0.085MPa;所述四个精馏塔的塔顶气相温度依次为89℃、93℃、101℃和104℃,塔底温度依次为112℃、115℃、120℃和125℃,且各精馏塔的相对真空度和温度自第一精馏塔开始依次升高;
收集第四精馏塔的塔顶组份,得到1, 6-己二酸二甲酯粗品。
(3)加氢反应
将上述分离出来的1,6-己二酸二甲酯粗品采用二次催化法进行加氢处理,得到1,6-己二醇粗品;
所述加氢处理,具体为:将1,6-己二酸二甲酯粗品从加氢反应器上部加入,将氢气从加氢反应器底部通入,氢气从底部逆流向上与1,6-己二酸二甲酯粗品进行二次催化反应,得到产物1,6-己二醇粗品;
所述加氢处理,全程在避光环境下进行,加氢反应器内的压力为12MPa,加氢的温度为145℃;
所述1,6-己二酸二甲酯粗品与氢气的摩尔比为1: 45;
所述加氢反应器自上到下分为两层:第一隔层和第二隔层,所述第一隔层和第二隔层上分别设有第一催化剂和第二催化剂;
所述第一催化剂为改性SiO2负载钯铑催化剂,形式为挤出物、片剂或颗粒的一种;
所述第一催化剂的添加量为1.6-己二酸二甲酯粗品质量的4.0%;
所述第二催化剂为蒙脱土KSF和助剂,所述助剂为SbCl3,所述蒙脱土KSF与助剂SbCl3的质量比为5: 2;
所述蒙脱土KSF与助剂SbCl3设置在蜂窝状陶瓷载体上;
所述蒙脱土KSF的比表面积为15m2/g;
所述蜂窝状陶瓷载体的孔密度为800孔/平方英寸;
所述第二催化剂的添加量为1.6-己二酸二甲酯粗品质量的2.5%;
以反应物1.6-己二酸二甲酯粗品的量计,催化剂的空速为0.4h-1。
(4)分段精馏
所述分段精馏,是将步骤(3)得到的混合物依次通过以下阶段的精馏:
a)通过第1阶段精馏,从利用氢化获得的1,6-己二醇粗品中分离沸点低于水的成分和低级醇;
所述第1阶段精馏,精馏塔内部的压力为100KPa,塔顶温度范围为65℃,塔底温度范围为190℃;
b)通过第2阶段精馏,分离沸点高于1,6-己二醇的酯类;
将第1阶段精馏收集到的组份放入第2阶段精馏,精馏塔内部压力为15KPa,塔底温度范围为270℃,塔底部的平均滞留时间为8小时;
c)通过第3阶段精馏,进一步分离沸点低于1,6-己二醇的酯类成分,获得1,6-己二醇;
将第2阶段精馏收集到的组份放入第3阶段精馏,精馏塔内部压力为8KPa,塔底温度范围为270℃,塔底部的平均滞留时间为5小时。
试验计算结果:1.6-己二酸二甲酯粗品的转化率为99.84%,1,6-己二醇的选择性为98.19%,1,6-己二醇的纯度为99.89%,总内酯含量0.02%。
实施例3 一种提高1,6-己二醇纯度的方法
包括以下步骤:
(1)预处理
取原材料混二酸二甲酯,将所述混二酸二甲酯进行纯化处理,使所述混二酸二甲酯的纯度≥85%,甲醇含量≤5%;
所述纯化处理为,对原材料混二酸二甲酯进行蒸馏处理,具体为,将原材料混二酸二甲酯放入蒸馏塔内蒸馏,塔内真空度为-0.025MPa,塔顶温度为78℃,塔底温度为102℃;
其中,所述原材料的混二酸二甲酯,有效成分包括1,4-丁二酸二甲酯、1,5-戊二酸二甲酯和1,6-己二酸二甲酯,还含有少量的甲醇;所述原材料的混二酸二甲酯的有效成分含量≥65%。
(2)精制分离
所述精制分离在相互串联的四个精馏塔内依次完成,将纯化后的混二酸二甲酯依次进入相互串联的四个精馏塔,1,4-丁二酸二甲酯、1,5-戊二酸二甲酯和1,6-己二酸二甲酯分别自第二精馏塔、第三精馏塔和第四精馏塔的塔顶分离出来,所述相互串联的四个精馏塔的相对真空度依次为-0.065MPa、-0.07MPa、-0.075MPa和-0.085MPa;所述四个精馏塔的塔顶气相温度依次为89℃、93℃、101℃和104℃,塔底温度依次为112℃、115℃、120℃和125℃,且各精馏塔的相对真空度和温度自第一精馏塔开始依次升高;
收集第四精馏塔的塔顶组份,得到1, 6-己二酸二甲酯粗品。
(3)加氢反应
将上述分离出来的1,6-己二酸二甲酯粗品采用二次催化法进行加氢处理,得到1,6-己二醇粗品;
所述加氢处理,具体为,将1,6-己二酸二甲酯粗品从加氢反应器上部加入,将氢气从加氢反应器底部通入,氢气从底部逆流向上与1,6-己二酸二甲酯粗品进行二次催化反应,得到产物1,6-己二醇粗品;
所述加氢处理,全程在避光环境下进行,加氢反应器内的压力为6MPa,加氢的温度为112℃;
所述1,6-己二酸二甲酯粗品与氢气的摩尔比为1: 24;
所述加氢反应器自上到下分为两层:第一隔层和第二隔层,所述第一隔层和第二隔层上分别设有第一催化剂和第二催化剂;
所述第一催化剂为改性SiO2负载钯铑催化剂,形式为挤出物、片剂或颗粒的一种;
所述第一催化剂的添加量为1.6-己二酸二甲酯粗品质量的2.9%;
所述第二催化剂为蒙脱土KSF和助剂,所述助剂为SbCl3,所述蒙脱土KSF与助剂SbCl3的质量比为5:0.24;
所述蒙脱土KSF与助剂SbCl3设置在蜂窝状陶瓷载体上;
所述蒙脱土KSF的比表面积为13.2m2/g;
所述蜂窝状陶瓷载体的孔密度为800孔/平方英寸;
所述第二催化剂的添加量为1.6-己二酸二甲酯粗品质量的1.6%;
以反应物1.6-己二酸二甲酯粗品的量计,催化剂的空速为0.22h-1。
(4)分段精馏
所述分段精馏,是将步骤(3)得到的混合物依次通过以下阶段的精馏:
a)通过第1阶段精馏,从利用氢化获得的1,6-己二醇粗品中分离沸点低于水的成分和低级醇;
所述第1阶段精馏,精馏塔内部的压力为22KPa,塔顶温度范围为16.3℃,塔底温度范围为92℃;
b)通过第2阶段精馏,分离沸点高于1,6-己二醇的酯类;
将第1阶段精馏收集到的组份放入第2阶段精馏,精馏塔内部压力为7KPa,塔底温度范围为162℃,塔底部的平均滞留时间为8小时;
c)通过第3阶段精馏,进一步分离沸点低于1,6-己二醇的酯类成分,获得1,6-己二醇;
将第2阶段精馏收集到的组份放入第3阶段精馏,精馏塔内部压力为3.4KPa,塔底温度范围为163℃,塔底部的平均滞留时间为5小时。
试验计算结果:1.6-己二酸二甲酯粗品的转化率为99.85%,1,6-己二醇的选择性为98.22%,1,6-己二醇的纯度为99.87%,总内酯含量0.01%。
实施例4 一种提高1,6-己二醇纯度的方法
包括以下步骤:
(1)预处理
取原材料混二酸二甲酯,将所述混二酸二甲酯进行纯化处理,使所述混二酸二甲酯的纯度≥85%,甲醇含量≤5%;
所述纯化处理为,对原材料混二酸二甲酯进行蒸馏处理,具体为,将原材料混二酸二甲酯放入蒸馏塔内蒸馏,塔内真空度为-0.035MPa,塔顶温度为95℃,塔底温度为110℃;
其中,所述原材料的混二酸二甲酯,有效成分包括1,4-丁二酸二甲酯、1,5-戊二酸二甲酯和1,6-己二酸二甲酯,还含有少量的甲醇;所述原材料的混二酸二甲酯的有效成分含量≥65%。
(2)精制分离
所述精制分离在相互串联的四个精馏塔内依次完成,将纯化后的混二酸二甲酯依次进入相互串联的四个精馏塔,1,4-丁二酸二甲酯、1,5-戊二酸二甲酯和1,6-己二酸二甲酯分别自第二精馏塔、第三精馏塔和第四精馏塔的塔顶分离出来,所述相互串联的四个精馏塔的相对真空度依次为-0.065MPa、-0.07MPa、-0.075MPa和-0.085MPa;所述四个精馏塔的塔顶气相温度依次为89℃、93℃、101℃和104℃,塔底温度依次为112℃、115℃、120℃和125℃,且各精馏塔的相对真空度和温度自第一精馏塔开始依次升高;
收集第四精馏塔的塔顶组份,得到1, 6-己二酸二甲酯粗品。
(3)加氢反应
将上述分离出来的1,6-己二酸二甲酯粗品采用二次催化法进行加氢处理,得到1,6-己二醇粗品;
所述加氢处理,具体为,将1,6-己二酸二甲酯粗品从加氢反应器上部加入,将氢气从加氢反应器底部通入,氢气从底部逆流向上与1,6-己二酸二甲酯粗品进行二次催化反应,得到产物1,6-己二醇粗品;
所述加氢处理,全程在避光环境下进行,加氢反应器内的压力为11MPa,加氢的温度为131℃;
所述1,6-己二酸二甲酯粗品与氢气的摩尔比为1: 41;
所述加氢反应器自上到下分为两层:第一隔层和第二隔层,所述第一隔层和第二隔层上分别设有第一催化剂和第二催化剂;
所述第一催化剂为改性SiO2负载钯铑催化剂,形式为挤出物、片剂或颗粒的一种;
所述第一催化剂的添加量为1.6-己二酸二甲酯粗品质量的3.7%;
所述第二催化剂为蒙脱土KSF和助剂,所述助剂为SbCl3,所述蒙脱土KSF与助剂SbCl3的质量比为5:1.3;
所述蒙脱土KSF与助剂SbCl3设置在蜂窝状陶瓷载体上;
所述蒙脱土KSF的比表面积为14.2m2/g;
所述蜂窝状陶瓷载体的孔密度为800孔/平方英寸;
所述第二催化剂的添加量为1.6-己二酸二甲酯粗品质量的2.2%;
以反应物1.6-己二酸二甲酯粗品的量计,催化剂的空速为0.34h-1。
(4)分段精馏
所述分段精馏,是将步骤(3)得到的混合物依次通过以下阶段的精馏:
a)通过第1阶段精馏,从利用氢化获得的1,6-己二醇粗品中分离沸点低于水的成分和低级醇;
所述第1阶段精馏,精馏塔内部的压力为93KPa,塔顶温度范围为59℃,塔底温度范围为184℃;
b)通过第2阶段精馏,分离沸点高于1,6-己二醇的酯类;
将第1阶段精馏收集到的组份放入第2阶段精馏,精馏塔内部压力为13KPa,塔底温度范围为266℃,塔底部的平均滞留时间为8小时;
c)通过第3阶段精馏,进一步分离沸点低于1,6-己二醇的酯类成分,获得1,6-己二醇;
将第2阶段精馏收集到的组份放入第3阶段精馏,精馏塔内部压力为6.2KPa,塔底温度范围为265℃,塔底部的平均滞留时间为5小时。
试验计算结果:1.6-己二酸二甲酯粗品的转化率为99.99%,1,6-己二醇的选择性为99.2%,1,6-己二醇的纯度为99.99%,总内酯含量0.004%。
除非另有说明,本发明中所采用的百分数均为重量百分数,本发明所述的比例,均为质量比例。
最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。