CN108358750A - 1，3-丙二醇的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种1，3‑丙二醇的制备方法，包括以下步骤：提供质量浓度为8%~13%的3‑羟基丙醛的水溶液；将氢气和3‑羟基丙醛的水溶液混合，依次进行一段加氢反应和二段加氢反应，得到二段加氢反应产物；将部分二段加氢反应产物循环至一段加氢反应。上述1，3‑丙二醇的制备方法，通过将部分二段加氢反应产物循环至一段加氢反应，吸收反应热，降低第一加氢反应的热点温度，可有效减少产品中缩醛杂质含量、提高加氢反应选择性。

Description

1，3-丙二醇的制备方法
技术领域
本发明涉及加氢工艺领域，特别是涉及一种1，3-丙二醇的制备方法。
背景技术
1，3-丙二醇是重要的化工原料，主要用途是作为单体与对苯二甲酸合成新型聚酯材料聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯（PTT），PTT合成的纤维具有比涤纶和锦纶纤维更为优异的性能。
1，3-丙二醇的制备方法主要有以下两种：（1）以环氧乙烷、一氧化碳和氢气为原料合成3-羟基丙醛，3-羟基丙醛经加氢合成1，3-丙二醇；（2）丙烯醛水合合成3-羟基丙醛，3-羟基丙醛经加氢合成1，3-丙二醇。
通过中间体3-羟基丙醛加氢制备1，3-丙二醇大多存在以下问题：3-羟基丙醛加氢合成1，3-丙二醇是放热反应，在3-羟基丙醛加氢过程中，3-羟基丙醛和1，3-丙二醇容易生成2-（2羟基乙基）-1，3-环氧六环等缩醛杂质，反应温度越高，生成的缩醛杂质含量越高。这些缩醛杂质和1，3-丙二醇的挥发性差别很小，分离困难，造成产品中缩醛含量偏高，导致1，3-丙二醇下游的聚合产品粘度、色度等不合格。
发明内容
基于此，有必要提供一种能有效减少产品中缩醛杂质含量、提高加氢反应选择性的1，3-丙二醇的制备方法。
一种1，3-丙二醇的制备方法，包括以下步骤：
提供质量浓度为8%~13%的3-羟基丙醛的水溶液；
将氢气和所述3-羟基丙醛的水溶液混合，依次进行一段加氢反应和二段加氢反应，得到二段加氢反应产物；
将部分所述二段加氢反应产物循环至所述一段加氢反应。
在其中一个实施例中，所述3-羟基丙醛的水溶液由以下方法制备：
将质量浓度为12%~17%的丙烯醛水溶液和对苯二酚混合，在40℃~70℃、0.1MPa~1.0MPa，弱酸性螯合型树脂催化剂的作用下，反应得到3-羟基丙醛的水溶液。
在其中一个实施例中，所述3-羟基丙醛的水溶液的制备方法还包括以下步骤：
采用质量浓度为1%~10%的双氧水对所述弱酸性螯合型树脂催化剂进行再生。
在其中一个实施例中，所述一段加氢反应的反应条件为：负载镍基催化剂，40℃~70℃，8.0MPa~10MPa；所述二段加氢反应的反应条件为：负载镍基催化剂，80℃~150℃，8.0MPa~10.0MPa。
在其中一个实施例中，所述负载镍基催化剂的载体为氧化铝和氧化硅的组合，所述负载镍基催化剂中镍的质量含量在31%以上。
在其中一个实施例中，所述部分所述二段加氢反应产物与所述3-羟基丙醛水溶液的质量比为1~10：1。
在其中一个实施例中，所述将部分所述二段加氢反应产物循环至所述一段加氢反应的步骤具体为：将部分所述二段加氢反应产物冷却至40℃~100℃后循环至所述一段加氢反应。
在其中一个实施例中，所述氢气和所述3-羟基丙醛的摩尔比为3~10：1。
在其中一个实施例中，所述一段加氢反应和所述二段加氢反应的总液时空速为0.4 h-1~1.2h-1。
在其中一个实施例中，所述3-羟基丙醛水溶液、所述一段加氢反应中负载镍基催化剂与所述二段加氢反应中负载镍基催化剂的质量比为0.8~1：1：1~5。
上述1，3-丙二醇的制备方法，通过将部分二段加氢反应产物循环至一段加氢反应，吸收反应热，降低第一加氢反应的热点温度，可有效减少产品中缩醛杂质含量、提高加氢反应选择性。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述，并给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
一实施方式的1，3-丙二醇的制备方法，包括以下步骤S110~S130：
S110、提供质量浓度为8%~13%的3-羟基丙醛的水溶液。
具体地，3-羟基丙醛的水溶液由以下方法（S1101~S1102）制备：
S1101、将质量浓度为12%~17%的丙烯醛水溶液和对苯二酚混合，在40℃~70℃，0.1MPa~1.0MPa，弱酸性螯合型树脂催化剂的作用下，反应得到3-羟基丙醛的水溶液。
其中，丙烯醛的水溶液由丙烯氧化制备后简单提浓至12%~17%即可。
可以理解，若丙烯醛的水溶液中丙烯醛的质量浓度小于12%，虽然有利于提高水合反应的选择性，但会导致加氢产品中1，3-丙二醇的浓度过低，从而导致后续提纯1，3-丙二醇的能耗太高；若丙烯醛的水溶液中丙烯醛的质量浓度大于17%，则3-羟基丙醛的二聚、三聚、多聚物会增加，降低水合反应的选择性，从而导致物耗增加。
进一步地，质量浓度为12%~17%的丙烯醛水溶液和对苯二酚混合后，对苯二酚的质量浓度为100ppm~500ppm。
S1102、采用质量浓度为1%~10%的双氧水对上述弱酸性螯合型树脂催化剂进行再生。
可以理解，这里采用双氧水对弱酸性螯合型树脂催化剂进行再生是对反应完后的弱酸性螯合型树脂催化剂进行再生。
由于弱酸性螯合型树脂催化剂孔道在水合反应过程中容易被丙烯醛和3-羟基丙醛的二聚物、三聚物、多聚物等大分子物质堵塞，造成催化剂活性下降，采用质量浓度为1%~10%的双氧水在50℃~80℃对上述弱酸性螯合型树脂催化剂进行再生，可将堵塞在催化剂孔道中的大分子物质氧化成小分子物质，从而使催化剂的活性部分恢复，延长催化剂的使用寿命。
需要说明的是，若双氧水浓度小于1%，则再生温度下产生的活性氧少，达不到再生效果；若双氧水浓度大于10%，则再生温度下产生的氧含量高，会造成安全风险。
S120、将氢气和上述3-羟基丙醛的水溶液混合，依次进行一段加氢反应和二段加氢反应，得到二段加氢反应产物。
其中，一段加氢反应产物中含有6%~8%的1，3-丙二醇，2%~6%的3-羟基丙醛、82.5%~90%的水及余量的丙烯醛、3-羟基丙醛低聚物的浅度加氢产物。二段加氢反应产物中含有8.5%~13%的1，3-丙二醇、83.5%~89.5%的水及余量的丙烯醛、3-羟基丙醛低聚物的深度加氢产物。
二段加氢产物中不含3-羟基丙醛，且丙烯醛、3-羟基丙醛低聚物被深度加氢，因此，二段加氢产物的化学性质比一段加氢产物更稳定，将部分二段加氢产物循环至一段加氢反应，循环物料本身不会发生任何副反应。
其中，一段加氢反应的反应条件为：负载镍基催化剂，40℃~70℃，8.0MPa~10MPa。
二段加氢反应的反应条件为：负载镍基催化剂，80℃~150℃，8.0MPa~10.0MPa。
进一步地，负载镍基催化剂的载体为氧化铝和氧化硅的组合，负载镍基催化剂中镍的质量含量在31%以上。
可以理解，若负载镍基催化剂中镍含量过低，则催化剂的低温加氢活性不够，需较高的反应温度来保持反应活性，而较高的反应温度会增加3-羟基丙醛的低聚物的生成，同时增加3-羟基丙醛和1，3-丙二醇反应生成的缩醛含量，降低加氢的选择性，而缩醛与1，3-丙二醇的相对挥发度相近，最终会影响1，3-丙二醇的产品质量。
进一步地，氢气和3-羟基丙醛水溶液的摩尔比为3~10：1。
进一步地，一段加氢反应和二段加氢反应的总液时空速为0.4 h-1~1.2h-1。
进一步地，3-羟基丙醛水溶液、一段加氢反应中负载镍基催化剂与二段加氢反应中负载镍基催化剂的质量比为0.8~1：1：1~5。
S130、将部分二段加氢反应产物循环至一段加氢反应。
其中，部分二段加氢反应产物与3-羟基丙醛水溶液的质量比为1~10:1。
可以理解，若二段加氢产物的循环量过低，则不能有效吸收一段加氢反应中的反应热，降低加氢反应选择性；若二段加氢产物的循环量过高，虽能有效吸收一段加氢反应的反应热，提高加氢反应选择性，但能耗势必大大增加。
进一步地，将部分二段加氢反应产物循环至一段加氢反应的步骤具体为：将部分二段加氢反应产物冷却至40℃~100℃后循环至一段加氢反应。
上述1，3-丙二醇的制备方法，通过将部分二段加氢反应产物循环至一段加氢反应，吸收部分反应热，降低第一加氢反应的热点温度，可有效减少产品中缩醛杂质含量、提高加氢反应选择性。
以下为具体实施例。
实施例1
将质量浓度为14%的丙烯醛水溶液和对苯二酚混合（混合后对苯二酚的质量浓度为300ppm），在50℃，0.12MPa，380g弱酸性螯合型树脂催化剂D851（购于浙江争光实业股份有限公司）的作用下，反应得到3-羟基丙醛的水溶液。
经检测，丙烯醛的转化率为85.1%，3-羟基丙醛的选择性为87.5%。
实施例2
提供实施例1制备的质量浓度为8%~13%的3-羟基丙醛的水溶液。
将流速为130L/h的氢气和1.0L/h的11.9wt%的3-羟基丙醛的水溶液混合（氢气和3-羟基丙醛的摩尔比为3.6：1），依次进行一段加氢反应和二段加氢反应，得到二段加氢反应产物。其中，一段加氢反应的反应条件为：764g负载镍基催化剂（载体为氧化铝和氧化硅的组合，镍含量为31wt%），50℃~60℃，10.0MPa。二段加氢反应的反应条件为：236g负载镍基催化剂（载体为氧化铝和氧化硅的组合，镍含量为31wt%），115℃，10.0MPa。
将部分二段加氢反应产物冷却至50℃后，以3.5L/h的流速循环至一段加氢反应，其结果见表1。
表1
一段反应温度，℃ 一段热点温度，℃ 二段反应温度，℃ 二段热点温度，℃ 3-羟基丙醛转化率% 1，3-丙二醇选择性
50 56 115 117 99.99 99.5
55 60 115 116 99.99 99.2
60 64 115 116 99.99 98.0
对比例1
对比例1与实施例2相同，不同的是对比例1中二段加氢反应产物不循环至一段加氢反应，其结果见表2。
表2
一段反应温度，℃ 一段热点温度，℃ 二段反应温度，℃ 二段热点温度，℃ 3-羟基丙醛转化率% 1，3-丙二醇选择性
50 70 115 117 99.99 92.2
55 75 115 116 99.99 90.3
60 81 115 116 99.99 88.6
对比例2
对比例2与实施例2相同，不同的是对比例2中有部分一段加氢反应产物循环至一段加氢反应，其结果见表3。
表3
一段反应温度，℃ 一段热点温度，℃ 二段反应温度，℃ 二段热点温度，℃ 3-羟基丙醛转化率% 1，3-丙二醇选择性
50 57 115 117 99.99 96.4
55 61 115 116 99.99 95.7
60 65 115 116 99.99 94.8
实施例3
按照实施例1，将弱酸性螯合型树脂催化剂D851进行连续水合反应，直到丙烯醛的转化率下降至56.5%，3-羟基丙醛的选择性为85.4%，采用质量浓度为5%的双氧水以40mL/h流速，在75℃，对弱酸性螯合型树脂催化剂D851再生12小时。按照实施例1的条件对再生后的弱酸性螯合型树脂催化剂D851进行水合活性评价，试验结果见表4。
表4
新鲜催化剂 失活催化剂 再生催化剂
丙烯醛转化率，% 85.1 56.5 80.3
3-羟基丙醛选择性，% 87.5 85.4 86.2
对比例3
按照实施例1，将弱酸性螯合型树脂催化剂D851进行连续水合反应，直到丙烯醛的转化率下降至57.8%，3-羟基丙醛的选择性为85.7%，采用质量浓度为0.8%的双氧水以400mL/h流速，在75℃，对弱酸性螯合型树脂催化剂D851再生12小时。按照实施例1的条件对再生后的弱酸性螯合型树脂催化剂D851进行水合活性评价，试验结果见表5。
表5
新鲜催化剂 失活催化剂 再生催化剂
丙烯醛转化率，% 85.1 57.8 64.2
3-羟基丙醛选择性，% 87.5 85.7 86.0
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
本申请提供一种1，3-丙二醇的制备方法，包括以下步骤：提供质量浓度为8%~13%的3-羟基丙醛的水溶液；将氢气和3-羟基丙醛的水溶液混合，依次进行一段加氢反应和二段加氢反应，得到二段加氢反应产物；将部分二段加氢反应产物循环至一段加氢反应。上述1，3-丙二醇的制备方法，通过将部分二段加氢反应产物循环至一段加氢反应，吸收反应热，降低第一加氢反应的热点温度，可有效减少产品中缩醛杂质含量、提高加氢反应选择性。

Claims (10)

1.一种1，3-丙二醇的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供质量浓度为8%~13%的3-羟基丙醛的水溶液；
将氢气和所述3-羟基丙醛的水溶液混合，依次进行一段加氢反应和二段加氢反应，得到二段加氢反应产物；
将部分所述二段加氢反应产物循环至所述一段加氢反应。
2.根据权利要求1所述的1，3-丙二醇的制备方法，其特征在于，所述3-羟基丙醛的水溶液由以下方法制备：
将质量浓度为12%~17%的丙烯醛水溶液和对苯二酚混合，在40℃~70℃、0.1MPa~1.0MPa，弱酸性螯合型树脂催化剂的作用下，反应得到3-羟基丙醛的水溶液。
3.根据权利要求2所述的1，3-丙二醇的制备方法，其特征在于，所述3-羟基丙醛的水溶液的制备方法还包括以下步骤：
采用质量浓度为1%~10%的双氧水对所述弱酸性螯合型树脂催化剂进行再生。
4.根据权利要求1所述的1，3-丙二醇的制备方法，其特征在于，所述一段加氢反应的反应条件为：负载镍基催化剂，40℃~70℃，8.0MPa~10.MPa；所述二段加氢反应的反应条件为：负载镍基催化剂，80℃~150℃，8.0MPa~10.0MPa。
5.根据权利要求4所述的1，3-丙二醇的制备方法，其特征在于，所述负载镍基催化剂的载体为氧化铝和氧化硅的组合，所述负载镍基催化剂中镍的质量含量在31%以上。
6.根据权利要求1所述的1，3-丙二醇的制备方法，其特征在于，所述部分所述二段加氢反应产物与所述3-羟基丙醛水溶液的质量比为1~10：1。
7.根据权利要求1所述的1，3-丙二醇的制备方法，其特征在于，所述将部分所述二段加氢反应产物循环至所述一段加氢反应的步骤具体为：将部分所述二段加氢反应产物冷却至40℃~100℃后循环至所述一段加氢反应。
8.根据权利要求1所述的1，3-丙二醇的制备方法，其特征在于，所述氢气和所述3-羟基丙醛的摩尔比为3~10：1。
9.根据权利要求1所述的1，3-丙二醇的制备方法，其特征在于，所述一段加氢反应和所述二段加氢反应的总液时空速为0.4h-1~1.2h-1。
10.根据权利要求4所述的1，3-丙二醇的制备方法，其特征在于，所述3-羟基丙醛水溶液、所述一段加氢反应中镍基催化剂与所述二段加氢反应中镍基催化剂的质量比为0.8~1：1：1~5。
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