CN107759480A - 一种三乙醇胺的生产方法 - Google Patents

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张远军
邓勇林
贾斌
谭富兵
姚江
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    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C213/00—Preparation of compounds containing amino and hydroxy, amino and etherified hydroxy or amino and esterified hydroxy groups bound to the same carbon skeleton
    • C07C213/04—Preparation of compounds containing amino and hydroxy, amino and etherified hydroxy or amino and esterified hydroxy groups bound to the same carbon skeleton by reaction of ammonia or amines with olefin oxides or halohydrins

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Abstract

一种三乙醇胺的生产方法，包括以下步骤：S1、将二乙醇胺、水和酸加入到反应釜中，开启搅拌桨将各物料混合均匀；S2、在室温状态下加入环氧乙烷，之后逐渐升温至30～80℃进行反应；S3、待环氧乙烷添加完毕之后，并保温反应30min，得到成品三乙醇胺。该种生产方法不仅不需要进行精馏提纯，减少了能源的浪费，同时也能够得到纯度较高的三乙醇胺，这样也就大大提高了三乙醇胺的经济效益。并且该种三乙醇胺的生产方法也非常符合绿色化学的理念，因而也容易在大范围内进行推广。

Description

一种三乙醇胺的生产方法
技术领域
本发明涉及化工生产领域，特别涉及一种三乙醇胺的生产方案。
背景技术
三乙醇胺，即三(2-羟乙基)胺，可以看做是三乙胺的三羟基取代物。其本身及其盐溶液作为水泥熟料研磨工艺中的工程外加剂、早强剂(总质量的0.1％)，不仅可以防止粉碎过程粉粒的聚集和气垫作用，提高水泥的流动性和装填密度，而且也可降低粉碎机的动力消耗。
另外，随着全国近几年建筑行业的快速发展，也带动了全国水泥产业的发展。且自2008年以来全国规模以上的水泥企业的水泥产量已超过13.88亿吨，而水泥助磨剂通常需要加入的量为水泥的0.01～0.05％，因此，水泥助磨剂具有相当大的市场需求。而三乙醇胺由于其具有众多优良的特性，所以在水泥助磨剂的市场中占据有较大的份额。
目前的三乙醇胺主要生产方法是以液氨和环氧乙烷反应，分别得到一乙醇胺，二乙醇胺，和三乙醇胺，然后通过蒸馏的方法得到三乙醇胺，如申请号为99814011.2的中国专利《纯化三乙醇胺的方法》的背景技术部分记载。虽然，这样能够纯度较高的三乙醇胺，但是三乙醇胺的沸点在360℃左右，因而蒸馏过程中往往需要耗费大量的能源，不利于提高三乙醇胺的经济效益。
而常规由二乙醇胺和环氧乙烷反应制备三乙醇胺，在没有催化剂或助剂的情况下，通过调节反应物摩尔比，和反应温度等方法，制得的三乙醇胺色谱含量只有90％左右，剩余的为高沸物和未反应的二乙醇胺，本发明通过加入酸性助剂来抑制高沸的方法使得制备的三乙醇胺色谱含量达到了97％，并实现了工业化生产，此种方法极大的减少了能源的消耗，并得到了高纯度的三乙醇胺给企业带来了可观的经济效益。
发明内容
本发明的目的在于提供一种三乙醇胺的生产方法，其不仅能够减少能源的投入，同时也能够大大提升三乙醇胺的纯度。
本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：一种三乙醇胺的生产方法，包括以下步骤：
S1、将二乙醇胺、水和酸加入到反应釜中，之后通入氮气进行三次置换，开启搅拌桨将各物料混合均匀；S2、在室温状态下加入环氧乙烷，之后逐渐升温至30～80℃进行反应；S3、待环氧乙烷添加完毕之后，并保温反应30min，得到成品三乙醇胺。
通过采用上述技术方案，由于二乙醇胺和环氧乙醇反应后会生成三乙醇胺，而三乙醇胺在部分水的催化作用下会生成一种季胺碱，而该种季胺碱实际上是一种碱性催化剂，其能够对三乙醇胺进行进一步地催化，使得三乙醇胺发生副反应生成大量的高沸物。主要的反应方程式如下：
主反应：
副反应(高沸物的生成)：
所以，为了能够将高沸物和三乙醇胺发生分离，就需要投入大量的能源来对产物进行精馏，以提高成品的三乙醇胺的纯度，这样就会浪费大量的能源，不利于提高三乙醇胺的经济效益。
而本发明在加入二乙醇胺的时候也同时伴随着加入了部分有机酸或无机酸，这样在反应的过程中，酸电离出来的氢离子能够中和反应生成的季胺碱，从而也就降低了高沸物的生成，因而也就减少了三乙醇胺发生副反应的概率。这样也就省去了利用精馏方法来提纯三乙醇胺的步骤，并且也有利于得到高纯度的三乙醇胺成品。
优选为，所述酸为浓硫酸和冰醋酸中的一种或两种的混合物。
通过采用上述技术方案，由于浓硫酸和冰醋酸的来源都比较的广泛，因而企业在获取原料的过程中都比较的方便。并且，浓硫酸和冰醋酸能够电离出较多的氢离子，从而能够减少酸的用量。
优选为，所述二乙醇胺和酸电离出来的氢离子摩尔比为22～82∶1。
通过采用上述技术方案，在该种摩尔比值的情况下，电离出来的氢离子基本上能够对反应过程中产生的季胺碱起到中和作用，从而也就能够抑制季胺碱的生成。
优选为，所述二乙醇胺与水的重量比为14.85～15.08∶1。
通过采用上述技术方案，这样一方面水能够起到溶剂的作用，有助于各物料能够充分地进行混合，另一方面，在该种重量比的范围内，混合物的粘度不至于过高，且流动性好，从而有利于搅拌桨对混合物进行搅拌。
优选为，所述二乙醇胺与环氧乙烷的摩尔比在1∶0.95～1.05。
通过采用上述技术方案，这样二乙醇胺和环氧乙烷能够较为充分地发生反应，减少了物料的浪费，符合绿色化学的要求。同时也能够降低副反应发生生的概率，有利于提高三乙醇胺成品的纯度。
优选为，S2环氧乙烷加入到反应釜中的时间控制在4.5～5.5h。
通过采用上述技术方案，这样有利于环氧乙烷与其他物料进行充分地混合，从而有利于避免反应釜内局部环氧乙烷的量过多，而导致生成的三乙醇胺发生副反应的问题。所以，充分混合之后也有利于减少三乙醇胺副反应的产生。
优选为，S3中反应釜的保温反应的温度控制在60～80℃。
通过采用上述技术方案，在上述反应温度的范围内，各物料之间反应效率都比较的高，从而能够节省能源的浪费。同时也能够降低三乙醇胺发生副反应的概率。
优选为，S2和S3的反应釜压强控制在0.2～0.4Mpa。
通过采用上述技术方案，将反应釜的压力控制在上述范围内，这样有利于主反应向正方向进行，并且也能够减少其他物料发生挥发，从而也有利于保证反应充分进行。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.该种三乙醇胺的生产方法，在反应的过程中加入了酸，这样既能够得到高纯度的三乙醇胺成品，又省去了对三乙醇胺进行精馏的步骤，从而有利于提高三乙醇胺的经济效益；
2.所用的酸为浓硫酸和冰醋酸，这些酸都比较容易获得，从而一方面有利于提高三乙醇胺的生产效率，另一方面也能够提高提高三乙醇胺的纯度；
3.在反应进行前，先对反应釜进行通氮气置换三次，这样能够除去反应釜中的空气。
附图说明
图1是一种三乙醇胺的生产工艺流程图。
具体实施方式
以下结合附图1对本发明作进一步详细说明。
实施例一、
步骤一、将603Kg二乙醇胺、40.6Kg水、4.2Kg冰醋酸加入到反应釜中，并开启搅拌桨对物料进行搅拌，搅拌桨的转速控制在500rpm，时间为15min；
步骤二、向反应釜中通入氮气，对反应釜内部进行三次置换，排空反应釜内的空气；
步骤三、向反应釜中缓慢加入240Kg环氧乙烷，并保持原转速进行搅拌，环氧乙烷的加入的时间控制为4.5h，且反应釜自加入环氧乙烷开始30min内升温至30℃；
步骤四、待环氧乙烷加完之后，将反应釜进行升温至60℃，并保温反应30min，且压强控制在0.2Mpa，最终得到三乙醇胺的成品。
其中，此处所用的酸还可以为各种能够电离出质子的酸，可以是各种有机酸或无机酸，比如，甲酸、乙酸、乳酸、浓硫酸、磷酸、盐酸、氢氟酸、硝酸、苯磺酸、对甲苯磺酸、氨基磺酸、草酸等。
实施例二、
步骤一、将603Kg二乙醇胺、40.0Kg水、13.0Kg浓硫酸加入到反应釜中，并开启搅拌桨对物料进行搅拌，搅拌桨的转速控制在500rpm，时间为15min；
步骤二、向反应釜中通入氮气，对反应釜内部进行三次置换，排空反应釜内的空气；
步骤三、向反应釜中缓慢加入265Kg环氧乙烷，并保持原转速进行搅拌，环氧乙烷的加入的时间控制为5.5h，且反应釜自加入环氧乙烷开始30min内升温至80℃；
步骤四、待环氧乙烷加完之后，并保温反应30min，且压强控制在0.4Mpa，最终得到三乙醇胺的成品。
实施例三、
步骤一、将603Kg二乙醇胺、40.3Kg水、4.3Kg冰醋酸和4.3浓硫酸加入到反应釜中，并开启搅拌桨对物料进行搅拌，搅拌桨的转速控制在500rpm,时间为15min；
步骤二、向反应釜中通入氮气，对反应釜内部进行三次置换，排空反应釜内的空气；
步骤三、向反应釜中缓慢加入253Kg环氧乙烷，并保持原转速进行搅拌，环氧乙烷的加入的时间控制为5h，且反应釜自加入环氧乙烷开始30min内升温至60℃；
步骤四、待环氧乙烷加完之后，将反应釜进行升温至80℃，并保温反应30min，且压强控制在0.3Mpa，最终得到三乙醇胺的成品。
实施例四、
步骤一、将603Kg二乙醇胺、40.0Kg水、12.6Kg冰醋酸加入到反应釜中，并开启搅拌桨对物料进行搅拌，搅拌桨的转速控制在500rpm,时间为15min；
步骤二、向反应釜中通入氮气，对反应釜内部进行三次置换，排空反应釜内的空气；
步骤三、向反应釜中缓慢加入240Kg环氧乙烷，并保持原转速进行搅拌，环氧乙烷的加入的时间控制为5h，且反应釜自加入环氧乙烷开始30min内升温至60℃；
步骤四、待环氧乙烷加完之后，并保温反应30min，且压强控制在0.3Mpa，最终得到三乙醇胺的成品。
实施例五、
步骤一、将603Kg二乙醇胺、40.6Kg水、12.8Kg浓硫酸加入到反应釜中，并开启搅拌桨对物料进行搅拌，搅拌桨的转速控制在500rpm，时间为15min；
步骤二、向反应釜中通入氮气，对反应釜内部进行三次置换，排空反应釜内的空气；
步骤三、向反应釜中缓慢加入253Kg环氧乙烷，并保持原转速进行搅拌，环氧乙烷的加入的时间控制为5h，且反应釜自加入环氧乙烷开始30min内升温至30℃；
步骤四、待环氧乙烷加完之后，将反应釜进行升温至80℃，并保温反应30min，且压强控制在0.4Mpa，最终得到三乙醇胺的成品。
对比例一、
步骤一、将603Kg二乙醇胺和40.0Kg水加入到反应釜中，并开启搅拌桨对物料进行搅拌，搅拌桨的转速控制在500rpm,时间为15min；
步骤二、向反应釜中通入氮气，对反应釜内部进行三次置换，排空反应釜内的空气；
步骤三、向反应釜中缓慢加入252Kg环氧乙烷，并保持原转速进行搅拌，环氧乙烷的加入的时间控制为5h，且反应釜自加入环氧乙烷开始30min内升温至60℃；
步骤四、待环氧乙烷加完之后，将反应釜进行升温至80℃，并保温反应30min，且压强控制在0.4Mpa，最终得到三乙醇胺的成品。
利用色谱仪和pH检测仪对三乙醇胺进行检测，得到如下试验结果：
从上表的结果可以明显的看出，通过本方法制备的三乙醇胺不仅纯度能够达到97％，而且整个生产过程中不需要经过精馏步骤，从而节约了大量的能源。并且最后的三乙醇胺成品基本上为无色，从而也说明在反应的过程中也基本没有产生有色的杂质。所以本发明适合推广进行生产，能够大大提高三乙醇胺的经济效益。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种三乙醇胺的生产方法，包括以下步骤：
S1、将二乙醇胺、水和酸加入到反应釜中，之后通入氮气进行三次置换，开启搅拌桨将各物料混合均匀；
S2、在室温状态下加入环氧乙烷，之后逐渐升温至30～80℃进行反应；
S3、待环氧乙烷添加完毕之后，并保温反应30min，得到成品三乙醇胺。
2.根据权利要求1所述的一种三乙醇胺的生产方法，其特征在于：所述酸为浓硫酸和冰醋酸中的一种或两种的混合物。
3.根据权利要求2所述的一种三乙醇胺的生产方法，其特征在于：所述二乙醇胺和酸电离出来的氢离子摩尔比为22～82∶1。
4.根据权利要求1所述的一种三乙醇胺的生产方法，其特征在于：所述二乙醇胺与水的重量比为14.85～15.08∶1。
5.根据权利要求1所述的一种三乙醇胺的生产方法，其特征在于：所述二乙醇胺与环氧乙烷的摩尔比在1∶0.95～1.05。
6.根据权利要求1所述的一种三乙醇胺的生产方法，其特征在于：S2环氧乙烷加入到反应釜中的时间控制在4.5～5.5h。
7.根据权利要求1所述的一种三乙醇胺的生产方法，其特征在于：S3中反应釜的保温反应的温度控制在60～80℃。
8.根据权利要求1所述的一种三乙醇胺的生产方法，其特征在于：S2和S3的反应釜压强控制在0.2～0.4Mpa。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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