CN107628933B - 一种由1-甲氧基-2-丙醇直接脱氢合成1-甲氧基-2-丙酮的连续化生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种由1‑甲氧基‑2‑丙醇直接脱氢合成1‑甲氧基‑2‑丙酮的连续化生产工艺。将1‑甲氧基‑2‑丙醇经预热器预热汽化后进入至装填有催化剂的固定床反应器中，在脱氢催化剂的作用下进行脱氢反应。在反应温度220～350℃、反应压力0～1.0Mpa、质量空速0.5～6h‑1条件下，1‑甲氧基‑2‑丙醇直接脱氢反应生成1‑甲氧基‑2‑丙酮，原料转化率可达70％以上，1‑甲氧基‑2‑丙酮选择性可达98％以上。由于本工艺过程中不需要额外通入载气和氧化剂，因此在反应过程中不存在深度氧化问题，同时生成的氢气经气液分离后可压缩回收利用。另外，也提升了整个工艺技术的安全可靠性，降低工艺过程中的安全隐患。

Description

一种由1-甲氧基-2-丙醇直接脱氢合成1-甲氧基-2-丙酮的连 续化生产工艺
技术领域
本发明属于有机化化合物的合成方法，涉及到甲氧基丙酮的合成方法。
背景技术
1-甲氧基-2-丙酮是一种重要的精细化工产品，主要作为农药异丙甲草胺及一些医药的合成原料，异丙甲草胺作为一种低毒除草剂已经广泛应用于北方的旱田。1-甲氧基-2-丙酮作为生产异丙甲草胺的重要原料之一，有着广阔的市场空间。
美国专利US 3462495公开了一种1-甲氧基-2-丙醇和水的混合物经预热后进入反应器，反应器中装填Ca-Ni的磷酸盐催化剂，在一定条件下1-甲氧基-2-丙醇转化率为55％，但此催化剂极易失活，需每小时再生一次。
专利CN 01131292.0公开了一种制备1-甲氧基-2-丙酮的催化剂的方法。在该方法中，催化剂采用浸渍法进行制备，以硅胶、氧化铝或分子筛等为催化剂载体，以Cu、Ag、Mo等金属氧化物为活性组分，Mg、Ni、Cr、Li、K等金属氧化物为助催化剂。在反应温度250～350℃、载气压力1大气压、空速1.4～4.2ml/g·h条件下，1-甲氧基-2-丙醇在催化剂表面上发生氧化脱氢反应，从而生成1-甲氧基-2-丙酮。但是该催化剂属于氧化脱氢催化剂，因而在反应过程中需通入大量的载体空气，这就造成部分原料或产物深度脱氢氧化，有大量的副产物如丙醛、丙酮及甲醇生成，主产物1-甲氧基-2-丙酮选择性最高仅为85％，增加反应分离难度。同时，由于通入载体空气，因而反应系统安全隐患比较高，易发生危险。
专利CN 200710023526.1公开了一种以2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基或具有相似结构的哌啶醇类化合物和亚硝酸盐或硝酸盐为催化剂的通过催化氧化1-甲氧基-2-丙醇合成1-甲氧基-2-丙酮合成方法。该方法采用催化氧化脱氢方法，因此反应过程中使用了具有较强氧化性的氧化剂如卤素、次卤酸盐、双氧水、氧气或有机过氧化物等，为实际应用带来不便，而且不可避免存在反应深度氧化问题，主产物1-甲氧基-2-丙酮的选择性仅为83％左右，同时催化剂也难以分离回用，不仅增加后续分离成本，也同时增加了生产成本。另外，该方法主要采用有机合成反应，因此采用的反应形式为间歇釜式反应，不适宜工业化规模性生产。
专利CN 200710045935.1公开了一种以电解银为催化剂，将汽化的1-甲氧基-2-丙醇与氧气混合后连续进入催化床层进行气相氧化脱氢反应，从而合成1-甲氧基-2-丙酮的方法。该方法中，在反应温度300～600℃下，转化率可达98％，1-甲氧基-2-丙酮的选择性达70％。但是反应过程中使用了氧气作为氧化源，因此同样安全隐患，易发生安全危险。另外，反应过程中1-甲氧基-2-丙酮选择性仅为70％左右，工业应用前景不大。
现有工艺技术方案中，由原料1-甲氧基-2-丙醇制备产品1-甲氧基-2-丙酮反应过程中多采用催化氧化脱氢方法，因此反应过程中需要加入大量的氧化剂如氧气等，首先这会导致部分原料及产物会深度氧化，从而产生大量的副产物(如丙醛、丙酮、水等)，不仅增加后续工艺的分离难度，并且原料损失较大，生产成本较高；其次，氧化剂如氧气的加入，也会降低整个工艺技术的可靠性，即在氧化剂氧气的存在下有机物易发生燃爆，增加了工艺过程中的安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种操作简单、可实现连续化生产、对环境污染小、安全可靠、高选择性的1-甲氧基-2-丙酮合成制备方法。以克服现有技术中存在的缺陷，如反应引入载气(空气、氧气)，选择性差，生成的氢气无法回收再利用等问题。
为了实现以上目的，本发明提供的技术方案如下：
一种由1-甲氧基-2-丙醇直接脱氢合成1-甲氧基-2-丙酮的连续化生产工艺，将1-甲氧基-2-丙醇经预热器预热汽化后进入至装填有催化剂的固定床反应器中，在反应温度220～350℃、反应压力0～1.0Mpa、1-甲氧基-2-丙醇质量空速0.5～6h-1条件下，1-甲氧基-2-丙醇发生脱氢反应生成1-甲氧基-2-丙酮。
如上述所述1-甲氧基-2-丙酮的连续化生产工艺，所述催化剂是催化剂采用溶胶-凝胶法制备而来，催化剂主活性组分为金属铜元素，含量为催化剂质量的15～30％；助活性组分为IA族或IIA族金属元素，含量为催化剂质量的1～6％；其余为二氧化硅载体。
催化剂具体制备过程如下所述：
(1)20～40℃下将正硅酸酯、溶剂、水以及硝酸铜混合均匀，强烈搅拌6～12h；
(2)将助活性组分的可溶性金属盐的水溶液滴加至步骤(1)中的混合物中，继续搅拌2～4h；
(3)30～60℃下老化12～24h，形成凝胶；
(4)80～120℃干燥12～24h，400～500℃焙烧4～8h，得催化剂前驱体；
(5)200～240℃氢气气氛下还原5～8h，得到本发明所述的催化剂；
所述的助活性组分选自钠、钾、镁、钙中的一种或几种，对应的可溶性金属盐为硝酸盐、氯化盐或硫酸盐；
正硅酸酯以SiO2重量计：溶剂：H2O的重量比为1:2～5:8～15。
如上述所述的1-甲氧基-2-丙酮的连续化生产工艺，1-甲氧基-2-丙醇的预热汽化温度为230～270℃；
如上述所述的1-甲氧基-2-丙酮的连续化生产工艺，反应温度为220～350℃，优选反应温度为230℃～270℃；
如上述所述的1-甲氧基-2-丙酮的连续化生产工艺，反应压力为0～1.0Mpa，优选反应压力为常压；
如上述所述的1-甲氧基-2-丙酮的连续化生产工艺，1-甲氧基-2-丙醇的质量空速为0.5～6h-1，优选1～5h-1；
通过本发明提供的技术方案，在上述的反应条件下，1-甲氧基-2-丙醇的转化率在70-80％、1-甲氧基-2-丙酮的选择性﹥98％，生成的氢气经气液分离压缩后可回收再利用。
具体实施方式
以下实施例将对本发明作进一步说明，但并不因此而限制本发明的内容。若无特殊说明，所使用的试剂均来自于市售。
脱氢催化剂的制备过程为：35℃温度下将100g正硅酸乙酯、100g乙醇、200g去离子水以及29.1g三水合硝酸铜混合均匀，强烈搅拌8h；将14.53g六水合硝酸镁、0.98g无水硝酸钾用100g去离子水溶解后滴加至上述混合物中，并在50℃温度下老化18h，形成凝胶，100℃温度下干燥16h，500℃温度下焙烧6h，然后在220℃温度下氢气气氛中还原6h，得到脱氢催化剂。
催化剂活性组分成份为铜：25.4wt％；镁：2.5wt％；钙：1.25wt％；钾1.0wt％，其余为二氧化硅。
实施例1
将50g脱氢催化剂添装到反应器中部，上下用6mm玻璃瓷球添装(反应器标准为DN25不锈钢管，长度1200mm)。以液空速2h-1的进料量将1-甲氧基-2-丙醇进入预热器预热至220℃后，进入反应器中进行脱氢反应(反应器温度控制在220℃)，得反应液及氢气GC色谱检测，连续运转30天，检测结果无明显变化，反应平稳。月平均结果见附表二。
实施例2
将50g脱氢催化剂添装到反应器中部，上下用6mm玻璃瓷球添装(反应器标准为DN25不锈钢管，长度1200mm)。以液空速2h-1的进料量将1-甲氧基-2-丙醇进入预热器预热至230℃后，进入反应器中进行脱氢反应(反应器温度控制在230℃)，得反应液及氢气GC色谱检测，连续运转30天，检测结果无明显变化，反应平稳。月平均结果见附表二。
实施例3
将50g脱氢催化剂添装到反应器中部，上下用6mm玻璃瓷球添装(反应器标准为DN25不锈钢管，长度1200mm)。以液空速2h-1的进料量将1-甲氧基-2-丙醇进入预热器预热至240℃后，进入反应器中进行脱氢反应(反应器温度控制在240℃)，得反应液及氢气GC色谱检测，连续运转30天，检测结果无明显变化，反应平稳。月平均结果见附表二。
实施例4
将50g脱氢催化剂添装到反应器中部，上下用6mm玻璃瓷球添装(反应器标准为DN25不锈钢管，长度1200mm)。以液空速2h-1的进料量将1-甲氧基-2-丙醇进入预热器预热至250℃后，进入反应器中进行脱氢反应(反应器温度控制在250℃)，得反应液及氢气GC色谱检测，连续运转30天，检测结果无明显变化，反应平稳。月平均结果见附表一。
实施例5
将50g脱氢催化剂添装到反应器中部，上下用6mm玻璃瓷球添装(反应器标准为DN25不锈钢管，长度1200mm)。以液空速2h-1的进料量将1-甲氧基-2-丙醇进入预热器预热至260℃后，进入反应器中进行脱氢反应(反应器温度控制在260℃)，得反应液及氢气GC色谱检测，连续运转30天，检测结果无明显变化，反应平稳。月平均结果见附表二。
实施例6
将50g脱氢催化剂添装到反应器中部，上下用6mm玻璃瓷球添装(反应器标准为DN25不锈钢管，长度1200mm)。以液空速2h-1的进料量将1-甲氧基-2-丙醇进入预热器预热至270℃后，进入反应器中进行脱氢反应(反应器温度控制在270℃)，得反应液及氢气GC色谱检测，连续运转30天，检测结果无明显变化，反应平稳。月平均结果见附表二。
实施例7
将50g脱氢催化剂添装到反应器中部，上下用6mm玻璃瓷球添装(反应器标准为DN25不锈钢管，长度1200mm)。以液空速2h-1的进料量将1-甲氧基-2-丙醇进入预热器预热至280℃后，进入反应器中进行脱氢反应(反应器温度控制在280℃)，得反应液及氢气GC色谱检测，连续运转30天，检测结果无明显变化，反应平稳。月平均结果见附表二。
实施例8
将50g脱氢催化剂添装到反应器中部，上下用6mm玻璃瓷球添装(反应器标准为DN25不锈钢管，长度1200mm)。以液空速0.8h-1的进料量将1-甲氧基-2-丙醇进入预热器预热至250℃后，进入反应器中进行脱氢反应(反应器温度控制在250℃)，得反应液及氢气GC色谱检测，连续运转30天，检测结果无明显变化，反应平稳。月平均结果见附表二。
实施例9
将50g脱氢催化剂添装到反应器中部，上下用6mm玻璃瓷球添装(反应器标准为DN25不锈钢管，长度1200mm)。以液空速1h-1的进料量将1-甲氧基-2-丙醇进入预热器预热至250℃后，进入反应器中进行脱氢反应(反应器温度控制在250℃)，得反应液及氢气GC色谱检测，连续运转30天，检测结果无明显变化，反应平稳。月平均结果见附表二。
实施例10
将50g脱氢催化剂添装到反应器中部，上下用6mm玻璃瓷球添装(反应器标准为DN25不锈钢管，长度1200mm)。以液空速2.5h-1的进料量将1-甲氧基-2-丙醇进入预热器预热至250℃后，进入反应器中进行脱氢反应(反应器温度控制在250℃)，得反应液及氢气GC色谱检测，连续运转30天，检测结果无明显变化，反应平稳。月平均结果见附表二。
实施例11
将50g脱氢催化剂添装到反应器中部，上下用6mm玻璃瓷球添装(反应器标准为DN25不锈钢管，长度1200mm)。以液空速3h-1的进料量将1-甲氧基-2-丙醇进入预热器预热至250℃后，进入反应器中进行脱氢反应(反应器温度控制在250℃)，得反应液及氢气GC色谱检测，连续运转30天，检测结果无明显变化，反应平稳。月平均结果见附表二。
实施例12
将50g脱氢催化剂添装到反应器中部，上下用6mm玻璃瓷球添装(反应器标准为DN25不锈钢管，长度1200mm)。以液空速4h-1的进料量将1-甲氧基-2-丙醇进入预热器预热至250℃后，进入反应器中进行脱氢反应(反应器温度控制在250℃)，得反应液及氢气GC色谱检测，连续运转30天，检测结果无明显变化，反应平稳。月平均结果见附表二。
实施例13
将50g脱氢催化剂添装到反应器中部，上下用6mm玻璃瓷球添装(反应器标准为DN25不锈钢管，长度1200mm)。以液空速4.2h-1的进料量将1-甲氧基-2-丙醇进入预热器预热至250℃后，进入反应器中进行脱氢反应(反应器温度控制在250℃)，得反应液及氢气GC色谱检测，连续运转30天，检测结果无明显变化，反应平稳。月平均结果见附表二。
实施例14
将50g脱氢催化剂添装到反应器中部，上下用6mm玻璃瓷球添装(反应器标准为DN25不锈钢管，长度1200mm)。以液空速4.5h-1的进料量将1-甲氧基-2-丙醇进入预热器预热至250℃后，进入反应器中进行脱氢反应(反应器温度控制在250℃)，得反应液及氢气GC色谱检测，连续运转30天，检测结果无明显变化，反应平稳。月平均结果见附表二。
附表一：
Figure BDA0001422573310000071
Figure BDA0001422573310000081
附表二：
Figure BDA0001422573310000082
Figure BDA0001422573310000091

Claims (5)

1.一种由1-甲氧基-2-丙醇直接脱氢合成1-甲氧基-2-丙酮的连续化生产工艺，其特征在于：将1-甲氧基-2-丙醇经预热器预热汽化后进入至装填有催化剂的固定床反应器中，在反应温度230～260℃、反应压力0～1.0Mpa、1-甲氧基-2-丙醇质量空速2～4h-1条件下，1-甲氧基-2-丙醇发生催化脱氢反应生成1-甲氧基-2-丙酮；
所述催化剂采用溶胶-凝胶法制备得到，催化剂主活性组分为金属铜元素，含量为催化剂质量的15～30％；助活性组分为IA族或IIA族金属元素，含量为催化剂质量的1～6％；其余为二氧化硅载体。
2.根据权利要求1所述生产工艺，其特征在于：催化剂具体制备过程如下所述：
(1)20～40℃下将正硅酸酯、溶剂、水以及硝酸铜混合均匀，强烈搅拌6～12h；
(2)将助活性组分的可溶性金属盐的水溶液滴加至步骤(1)中的混合物中，继续搅拌2～4h；
(3)30～60℃下老化12～24h，形成凝胶；
(4)80～120℃干燥12～24h，400～500℃焙烧4～8h，得催化剂前驱体；
(5)200～240℃氢气气氛下还原5～8h，得到本发明所述的催化剂；
所述的助活性组分选自钠、钾、镁、钙中的一种或几种，对应的可溶性金属盐为硝酸盐、氯化盐或硫酸盐；
正硅酸酯以SiO2重量计：溶剂：H2O的重量比为1:2～5:8～15。
3.如权利要求1所述的1-甲氧基-2-丙酮的连续化生产工艺，其特征在于：1-甲氧基-2-丙醇的预热汽化温度为230～270℃。
4.如权利要求1所述的1-甲氧基-2-丙酮的连续化生产工艺，其特征在于：反应压力为常压。
5.如权利要求1或2所述的1-甲氧基-2-丙酮的连续化生产工艺，其特征在于：催化剂活性组分成份为铜：25.4wt％；镁：2.5wt％；钙：1.25wt％；钾1.0wt％。
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GR01 Patent grant
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