CN109956852B - 节能高效的苯酚羟基化制备苯二酚的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节能高效的苯酚羟基化制备苯二酚的方法，包括氧化反应、分离、脱水、第一段精馏、第二段精馏、第三段精馏、第四段精馏步骤。本发明采用螺旋平推流反应器，能有效的避免返混，同时过氧化氢分段补充加入，提高转化率的同时大幅度提高了过氧化氢的利用率。前部分的螺旋平推流反应器中的换热介质为热源介质，为反应的顺利进行提供热量；后部分的螺旋平推流反应器中的换热介质为冷却水，用于抑制反应深度，减少副产物的生成。被截留的颗粒催化剂加入洗涤液重新打浆洗涤，能尽量减少催化剂夹带的反应物，进一步减少深度氧化反应产物的生成。另外本发明采用分子筛膜进行水分分离，比传统的精馏效率更高，能耗更低。

Description

节能高效的苯酚羟基化制备苯二酚的方法

技术领域

本发明属于制备化工原料领域，特别涉及一种节能高效的苯酚羟基化制备苯二酚的方法。

背景技术

苯二酚（对苯二酚和邻苯二酚）是重要的化工原料和化工中间体，应用领域非常广泛。对苯二酚可以用作显影剂、石油抗凝剂、催化脱硫剂、橡胶防老剂、稳定剂、抗氧剂，也是蒽醌原料、偶氮染料的重要原料，同时在液晶聚合方面也开发了新用途。邻二苯酚主要用于医药、农药、香料、树脂、涂料等行业，是黄莲素、肾上腺素、呋喃丹、残杀威、香兰素、黄樟素、合成树脂等化工产品的重要原料。

传统的苯二酚生产工艺，如邻氯苯酚水解法、二磺酸酚碱融法、苯胺氧化法、苯醌还原法等因反应步骤多、工艺流程复杂、副产物多、反应过程中采用有毒有害物质、环境污染严重、能耗高等原因已经逐步被淘汰。

由苯酚过氧化氢羟基化直接制备苯二酚的方法已经成为20世纪70年代以来苯二酚制备领域研究的热点。以无机强酸为催化剂代表是法国Rhone-Poulenc公司、日本Ube兴产株式会社开发的过氧化氢苯酚羟基化合成苯二酚的工业化生产技术。Rhone-Poulenc方法是HClO₄为助催化剂、70%的过氧化氢为氧化剂，由于使用强腐蚀性无机酸，设备材质和防腐要求高，且高浓度的过氧化氢安全等级要求高。Ube法是以硫酸、硫酸盐或焦磷酸为催化剂、60%的过氧化氢与酮生产酮过氧化物作为氧化剂生产苯二酚，该方法流程复杂、环境污染较大、苯酚循环量大。

Brichima法是以铁盐和钴盐混合物为催化剂，60%的过氧化氢作为催化剂，过氧化氢浓度依然偏大，且有均相反应本身的一些缺点。20世纪80年代Enichem公司将TS-1分子筛应用于苯二酚的工业化生产，其显著的优点是催化剂易于分离、苯二酚选择性高、污染少。但也存在单程转化率低、能耗高、淤浆床间歇操作繁琐等缺陷。尤其是当单程转化率提高时，苯醌的副产物显著增加，催化剂单程寿命降低明显，而单程转化率低时，溶剂和产物分离能耗则一直居高不下。南京工业大学对反应设备和反应体系均作了一定的优化，但仍然没有较好的解决单程转化率和产物选择性的问题。

虽然苯酚羟基化反应的催化剂多种多样，工艺条件也在不断优化，但工业化生产时仍存在能耗高、副产物偏多等问题。

现有技术一般采用带返混的反应器，转化率低，副反应较多，反应的选择性较低，催化剂失活较快；催化剂分离后催化剂夹带的反应物比较多，再次循环进反应体系后容易深度氧化反应生成苯醌等副产物；产物中水分的分离采用传统的精馏方式，能耗较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术单程转化率低、能耗高、副产物偏多等不足，提供一种大大提高单程转化率、明显降低能耗、明显减少副产物的节能高效的苯酚羟基化制备苯二酚的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种节能高效的苯酚羟基化制备苯二酚的方法，包括以下步骤：

1） 氧化反应：将苯酚、过氧化氢、催化剂和溶剂按一定比例经静态混合器混合后得到混

合物。

将混合物通入螺旋平推流反应器组中，混合物在温度为40～99℃的情况下发生氧化

反应，苯酚氧化生产邻苯二酚、对苯二酚和极少量的苯醌。

螺旋平推流反应器组包括至少二个串联连接的螺旋平推流反应器。螺旋平推流反应器组前部分的螺旋平推流反应器中的换热介质为热源介质，为反应的顺利进行提供热量；后部分的螺旋平推流反应器中的换热介质为冷却水，用于抑制反应深度，将反应体系冷却到常温，减少副产物的生成。串联的螺旋平推流反应器组中分段补充加入过氧化氢，提高转化率的同时提高了过氧化氢的利用率。

2）分离：经螺旋平推流反应器组出来的反应混合物进入第一振动膜或第一无机膜进行分离，将固体粉末和颗粒催化剂截留，余下的为液态反应混合物。

由于截留的颗粒催化剂中还含有一定量的反应物，所以往截留的颗粒催化剂中加入洗涤液重新打浆洗涤，打浆洗涤后进入第二振动膜或第二无机膜中进行分离，分离至少一次，以尽量减少催化剂回用时的反应物残留，进一步减少深度氧化产物；分离后的催化剂进行回用，余下的为混合洗涤液。

经第一振动膜或第一无机膜分离余下的液态反应混合物和经第二振动膜或无机膜分离后余下的混合洗涤液一起经加热后进入分子筛膜。

3）脱水：分子筛膜操作压力控制为0.05～0.2Mpa,温度为80～120℃，液态反应混合物和混合洗涤液中的水被分子筛膜分离出来，剩下的为有机液相。

当步骤1）中的溶剂为水时，则进入步骤5），否则进入步骤4）；

4）第一段精馏：有机液相进入脱溶剂塔内，将低沸点有机溶剂分离出来，剩下的为脱溶剂混合物。

5）第二段精馏：当步骤1）中的溶剂为水时，则步骤3）中剩下的有机液相进入脱酚塔中精馏，否则步骤4）中剩下的脱溶剂混合物进入脱酚塔中精馏。

脱酚塔的压力控制为5～15kpa,温度控制为80~185℃被脱酚塔分离出的苯酚回用，剩下的为产物混合物。

6）第三段精馏：产物混合物进入重组分精馏塔中精馏，重组分精馏塔通过加热炉加热，温度控制为180～250℃，操作压力为3～10kPa。

从重组分精馏塔的塔顶分离出来的为苯二酚产物，从重组分精馏塔的塔底分离出来的为苯醌。

7）第四段精馏：步骤6）中分离出来的处于加热状态下的苯二酚产物进入苯二酚分离塔中进行分离，操作压力为2～9kPa，且苯二酚分离塔的塔顶与其塔底的压力差为0.5～4kPa，从苯二酚分离塔的塔顶分离出来的为邻苯二酚，从苯二酚分离塔的塔底分离出来的为对苯二酚。

在其中一个实施例中，步骤2）中所述的洗涤液可以为能与水互溶的酮类、或醇类或胺类，也可以为水。

在其中一个实施例中，步骤6）中的加热炉的加热介质为导热油。

在其中一个实施例中，步骤5）脱酚塔中精馏完成后，还可以重复步骤5）再次精馏，然后再进入步骤6）。

在其中一个实施例中，步骤2）中所述的洗涤液为醇类、或酮类、或胺类、或水。

本发明的优点及有益效果：

本发明采用螺旋平推流反应器，能有效的避免返混，同时过氧化氢分段补充加入，提高转化率的同时大幅度提高了过氧化氢的利用率。前部分的螺旋平推流反应器中的换热介质为热源介质，为反应的顺利进行提供热量；后部分的螺旋平推流反应器中的换热介质为冷却水，用于抑制反应深度，将反应体系冷却到常温，减少副产物的生成。被截留的颗粒催化剂加入洗涤液重新打浆洗涤，再通过第二振动膜或无机膜进行至少一次分离，能尽量减少催化剂夹带的反应物，避免其再次循环进反应体系后容易深度氧化反应生成苯醌等副产物，减少了深度氧化反应产物的生成。另外本发明采用分子筛膜进行水分分离，比传统的精馏效率更高，能耗更低。

本发明采用苯酚过氧化氢羟基化直接制备苯二酚的方法具有工艺流程简单、反应条件温和、不存在环境污染、产物选择性好、节能、高效的优点，适合工业化生产，能产生显著的经济和社会效益。

附图说明

图1为实施例1的工艺流程示意图。

图2为实施例1的螺旋平推流反应器的结构示意图。

图3为实施例2的工艺流程示意图。

图4为实施例2的螺旋平推流反应器的结构示意图。

图5为图4中的螺旋形挡板和内换热管的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同形式来实现，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更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“设置”在另一个元件，它可以是直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是与另一个元件“相连”，它可以是直接连接到另一个元件，或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所实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实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

实施例1

请参阅图1，一种节能高效的苯酚羟基化制备苯二酚的方法，包括以下步骤：

1） 氧化反应：将苯酚、过氧化氢、催化剂和溶剂按一定比例经静态混合器1混合后得到

混合物。本实施例1采用的溶剂为能与水互溶的酮类、或醇类或胺类。

将混合物通入螺旋平推流反应器组中，混合物在温度为40～99℃的情况下发生氧化反应，苯酚氧化生产邻苯二酚、对苯二酚和极少量的苯醌。

螺旋平推流反应器组包括四个串联连接的螺旋平推流反应器2。螺旋平推流反应器组前部分的螺旋平推流反应器2中的换热介质为热源介质（即图1中上方的二个螺旋平推流反应器2中的换热介质为热水或蒸汽），为反应的顺利进行提供热量；后部分的螺旋平推流反应器2中的换热介质为冷却水（即图1中下方的二个螺旋平推流反应器2中的换热介质为冷却水），用于抑制反应深度，将反应体系冷却到常温，减少副产物的生成。串联的螺旋平推流反应器组中分一段补充加入过氧化氢11，提高转化率的同时提高了过氧化氢11的利用率。

2）分离：经螺旋平推流反应器组出来的反应混合物进入第一振动膜3进行分离，将固体粉末和颗粒催化剂截留，余下的为液态反应混合物。

由于截留的颗粒催化剂中还含有一定量的反应物，所以往截留的颗粒催化剂中加入洗涤液31重新打浆洗涤，打浆洗涤后进入第二振动膜33中进行分离，分离至少一次，以尽量减少催化剂回用时的反应物残留，进一步减少深度氧化产物；分离后的催化剂进行回用，余下的为混合洗涤液。

经第一振动膜3分离余下的液态反应混合物和经第二振动膜33分离后余下的混合洗涤液一起经加热后进入分子筛膜4。

3）脱水：分子筛膜4操作压力控制为0.05～0.2Mpa,温度为80～120℃，液态反应混合物和混合洗涤液中的水被分子筛膜4分离出来，剩下的为有机液相。

4）第一段精馏：有机液相进入脱溶剂塔5内，将低沸点有机溶剂分离出来，剩下的为脱溶剂混合物。

5）第二段精馏：剩下的脱溶剂混合物进入脱酚塔6中精馏。

脱酚塔6的压力控制为5～15kpa,温度控制为80～185℃被脱酚塔6分离出的苯酚回用，剩下的为产物混合物。

6）第三段精馏：产物混合物进入重组分精馏塔7中精馏，重组分精馏塔7通过加热炉加热，温度控制为180～250℃，操作压力为3～10kPa。

从重组分精馏塔7的塔顶分离出来的为苯二酚产物，从重组分精馏塔7的塔底分离出来的为苯醌。

7）第四段精馏：步骤6）中分离出来的处于加热状态下的苯二酚产物进入苯二酚分离塔8中进行分离，操作压力为2～9kPa，且苯二酚分离塔8的塔顶与其塔底的压力差为0.5～4 kPa，从苯二酚分离塔8的塔顶分离出来的为邻苯二酚，从苯二酚分离塔8的塔底分离出来的为对苯二酚。

其中，步骤6）中的加热炉的加热介质为导热油。步骤2）中的洗涤液为醇类、或酮类、或胺类、或水。

请参阅图1和图2，螺旋平推流反应器2包括内反应管21、夹套管22。

其中，内反应管21设在夹套管22内。夹套管22的顶部设有夹套顶板221。夹套管22的底部设有夹套底板222。内反应管21的顶部设有内反应顶板211。内反应管21的底部设有内反应底板212。

具体的，螺旋形挡板24设置在内反应管21内。内反应管21的内壁和螺旋形挡板24围合形成螺旋形流道25。内反应管21外壁和夹套管22内壁围合形成换热介质通道26。夹套管22的侧壁下部设有二个与换热介质通道26相连通的换热介质进口261。夹套管22的侧壁上部设有二个与换热介质通道26相连通的换热介质出口262。

其中，内反应管21的侧壁下部设有与螺旋形流道25相连通的物料进口28。内反应管21的侧壁上部设有与螺旋形流道25相连通的物料出口29。

具体的，螺旋形折流挡板27设置在换热介质通道26内。每个换热介质进口261的方向和每个换热介质出口262的方向都与夹套管22的圆周方向呈切向；物料进口28的方向和物料出口29的方向都与内反应管21的圆周方向呈切向。夹套顶板221和夹套底板222的水平横截面都呈圆环形。

本实施例1的螺旋平推流反应器2的工作原理：使用时：将反应物料经物料进口28进入到螺旋形流道25内，反应物料在内反应管21内呈螺旋流动并发生反应，反应需要的热量通过夹套管22内的换热介质提供，反应后的产品从物料出口29输出。

实施例2

请参阅图3，一种节能高效的苯酚羟基化制备苯二酚的方法，包括以下步骤：

1）氧化反应：将质量浓度为0.9t/h的苯酚S1、质量浓度为0.236t/h的过氧化氢溶液S3、质量浓度为0.18t/h的催化剂浆液（催化剂浆液包括催化剂和溶剂，本实施例2的溶剂为水）按42.5:27.5:30的质量百分比经静态混合器1混合后得到混合物。

将混合物通入螺旋平推流反应器组中，混合物在温度为70℃的情况下发生氧化反应，苯酚氧化生产邻苯二酚、对苯二酚和极少量的苯醌。

螺旋平推流反应器组包括四个串联连接的螺旋平推流反应器2。螺旋平推流反应器组前部分的螺旋平推流反应器2中的换热介质为热源介质（即图3中上方的二个螺旋平推流反应器2中的换热介质为热水或蒸汽），为反应的顺利进行提供热量；后部分的螺旋平推流反应器2中的换热介质为冷却水（即图3中下方的二个螺旋平推流反应器2中的换热介质为冷却水），用于抑制反应深度，将反应体系冷却到常温，减少副产物的生成。串联的螺旋平推流反应器组中分二段补充加入过氧化氢11，提高转化率的同时提高了过氧化氢11的利用率。

2）分离：经螺旋平推流反应器组出来的反应混合物进入第一振动膜3进行分离，将固体粉末和颗粒催化剂截留，余下的为液态反应混合物。

由于截留的颗粒催化剂中还含有一定量的反应物，所以往截留的颗粒催化剂中加入洗涤液31重新打浆洗涤，打浆洗涤后进入第二振动膜33中进行分离，分离至少一次，以尽量减少催化剂回用时的反应物残留，进一步减少深度氧化产物；分离后的催化剂进行回用，余下的为混合洗涤液。

经第一振动膜3分离余下的液态反应混合物和经第二振动膜33分离余下的混合洗涤液经加热后一起进入分子筛膜4。其中，经第一振动膜3分离余下的液态反应混合物和经第二振动膜33分离余下的洗涤液混合后的混合液组成为26.5%水、58%苯酚、8.5%对苯二酚、6.5%邻苯二酚和0.5%焦油。

3）脱水：分子筛膜4操作压力控制为0.1Mpa,温度为110℃，液态反应混合物和混合洗涤液中的水被分子筛膜4分离出来，剩下的为有机液相。

4）第二段精馏：步骤3）中剩下的有机液相进入脱酚塔6中进行二次精馏。第一次精馏脱酚塔6的压力控制为9kpa，温度控制为80～140℃，第二次精馏脱酚塔6的压力控制为11kpa,温度控制为120～185℃，被脱酚塔6分离出的苯酚回用，剩下的为产物混合物。

5）第三段精馏：产物混合物进入重组分精馏塔7中精馏，重组分精馏塔7通过加热炉加热，温度控制为210℃，操作压力为8kPa。

从重组分精馏塔7的塔顶分离出来的为苯二酚产物，从重组分精馏塔7的塔底分离出来的为苯醌。

6）第四段精馏：步骤5）中分离出来的处于加热状态下的苯二酚产物进入苯二酚分

离塔8中进行分离，操作压力为5kPa，且苯二酚分离塔8的塔顶与其塔底的压力差为0.5～4 kPa，从苯二酚分离塔8的塔顶分离出来的为邻苯二酚，从苯二酚分离塔8的塔底分离出来的为对苯二酚。经检测最后得到的邻苯二酚和对苯二酚的纯度（质量百分比）均≥99.5%。

其中，步骤6）中的加热炉的加热介质为导热油。步骤2）中所述的洗涤液为水。

请参阅图3至图5，螺旋平推流反应器2包括内反应管21、夹套管22、内换热管23。

其中，内反应管21设在夹套管22内。夹套管22的顶部设有夹套顶板221。夹套管22的底部设有夹套底板222。内反应管21的顶部设有内反应顶板211。内反应管21的底部设有内反应底板212。

具体的，螺旋形挡板24设置在内反应管21内。内换热管23的一端依次贯穿内反应顶板211、螺旋形挡板24、内反应底板212设置在内反应管21内。内反应管21的内壁、螺旋形挡板24、内换热管23的外壁围合形成螺旋形流道25。内反应管21外壁和夹套管22内壁围合形成换热介质通道26。夹套管22的侧壁下部设有二个与换热介质通道26相连通的换热介质进口261。夹套管22的侧壁上部设有二个与换热介质通道26相连通的换热介质出口262。

其中，内反应管21的侧壁下部设有与螺旋形流道25相连通的物料进口28。内反应管21的侧壁上部设有与螺旋形流道25相连通的物料出口29。

具体的，螺旋形折流挡板27设置在换热介质通道26内。每个换热介质进口261的方向和每个换热介质出口262的方向都与夹套管22的圆周方向呈切向；物料进口28的方向和物料出口29的方向都与内反应管21的圆周方向呈切向。夹套顶板221和夹套底板222的水平横截面都呈圆环形。

本实施例2的螺旋平推流反应器2的工作原理: 使用时，将反应物料经物料进口28进入到螺旋形流道25内，反应物料在内反应管21内呈螺旋流动并发生反应，反应需要的热量通过夹套管22内的换热介质以及内换热管23内的换热介质提供，反应后的产品从物料出口29输出。

表1为本发明和普通工艺能耗、催化剂寿命、转化率和制得产物的比较，普通工艺用市场上购得的普通TS-1分子筛，溶剂为水，能耗对比用相对值，催化剂可以多次再生。

表1本发明和普通工艺的比较

本发明的优点及有益效果：

本发明采用螺旋平推流反应器2，能有效的避免返混，同时过氧化氢11分段补充加入，提高转化率的同时大幅度提高了过氧化氢11的利用率。前部分的螺旋平推流反应器组中的换热介质为热源介质，为反应的顺利进行提供热量；后部分的螺旋平推流反应器组中的换热介质为冷却水，用于抑制反应深度，将反应体系冷却到常温，减少副产物的生成。被截留的颗粒催化剂加入洗涤液31重新打浆洗涤，再通过第二振动膜33或无机膜进行至少一次分离，能尽量减少催化剂夹带的反应物，避免其再次循环进反应体系后容易深度氧化反应生成苯醌等副产物，减少了深度氧化反应产物的生成。另外本发明采用分子筛膜4进行水分分离，比传统的精馏效率更高，能耗更低。

本发明采用苯酚过氧化氢羟基化直接制备苯二酚的方法具有工艺流程简单、反应条件温和、不存在环境污染、产物选择性好、节能、高效的优点，适合工业化生产，能产生显著的经济和社会效益。

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本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。

Claims (5)

1.一种苯酚羟基化制备苯二酚的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）氧化反应：将苯酚、过氧化氢、催化剂和溶剂按一定比例经静态混合器混合后得到混合物，将混合物通入螺旋平推流反应器组中，混合物在温度为40～99℃的情况下发生氧化反应，苯酚氧化生产邻苯二酚、对苯二酚和极少量的苯醌；

螺旋平推流反应器组包括至少二个串联连接的螺旋平推流反应器，螺旋平推流反应器组前部分的螺旋平推流反应器中的换热介质为热源介质，后部分的螺旋平推流反应器中的换热介质为冷却水，且串联的螺旋平推流反应器组中分段补充加入过氧化氢；

2）分离：经螺旋平推流反应器组出来的反应混合物进入第一振动膜或第一无机膜进行分离，将固体粉末和颗粒催化剂截留，余下的为液态反应混合物；

往截留的颗粒催化剂中加入洗涤液重新打浆洗涤，打浆洗涤后进入第二振动膜或第二无机膜中进行分离，分离至少一次，分离后的催化剂进行回用，余下的为混合洗涤液；

经第一振动膜或第一无机膜分离后余下的液态反应混合物和经第二振动膜或第二无机膜分离后余下的混合洗涤液一起经加热后进入分子筛膜；

3）脱水：分子筛膜操作压力控制为0.05～0.2Mpa,温度为80～120℃，液态反应混合物和混合洗涤液中的水被分子筛膜分离出来，剩下的为有机液相；

当步骤1）中的溶剂为水时，则进入步骤5），否则进入步骤4）；

4）第一段精馏：有机液相进入脱溶剂塔内，将低沸点有机溶剂分离出来，剩下的为脱溶剂混合物；

5）第二段精馏：当步骤1）中的溶剂为水时，则步骤3）中剩下的有机液相进入脱酚塔中精馏，否则步骤4）中剩下的脱溶剂混合物进入脱酚塔中精馏；

脱酚塔的压力控制为5～15kpa,温度控制为80~185℃被脱酚塔分离出的苯酚回用，剩下的为产物混合物；

6）第三段精馏：产物混合物进入重组分精馏塔中精馏，重组分精馏塔通过加热炉加热，温度控制为180～250℃，操作压力为3～10kPa；

从重组分精馏塔的塔顶分离出来的为苯二酚产物，从重组分精馏塔的塔底分离出来的为苯醌；

7）第四段精馏：步骤6）中分离出来的处于加热状态下的苯二酚产物进入苯二酚分离塔中进行分离，操作压力为2～9kPa，且苯二酚分离塔的塔顶与其塔底的压力差为0.5～4kPa，从苯二酚分离塔的塔顶分离出来的为邻苯二酚，从苯二酚分离塔的塔底分离出来的为对苯二酚。

2.根据权利要求1所述的苯酚羟基化制备苯二酚的方法，其特征在于，步骤1）中所述的溶剂可以为能与水互溶的酮类、或醇类或胺类，也可以为水。

3.根据权利要求1所述的苯酚羟基化制备苯二酚的方法，其特征在于，步骤6）中的加热炉的加热介质为导热油。

4.根据权利要求1所述的苯酚羟基化制备苯二酚的方法，其特征在于，步骤5）脱酚塔中精馏完成后，还可以重复步骤5）再次精馏，然后再进入步骤6）。

5.根据权利要求1所述的苯酚羟基化制备苯二酚的方法，其特征在于，步骤2）中所述的洗涤液为醇类、或酮类、或胺类、或水。

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