CN110759817A - 乙二醇单叔丁基醚的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种乙二醇单叔丁基醚的制备方法,属于有机化工技术领域。本发明所述的乙二醇单叔丁基醚的制备方法,是以乙二醇和甲基叔丁基醚为原料,采用固体酸催化剂,利用固定床反应和反应精馏工艺,制得乙二醇单叔丁基醚。本发明反应压力低,工艺流程简单,生产成本低,属于绿色环保工艺。
Description
技术领域
本发明涉及一种乙二醇单叔丁基醚的制备方法,属于有机化工技术领域。
背景技术
乙二醇单叔丁基醚具有闪点高、不易燃、毒性低等多方面优点,是重要的工业溶剂和化学合成的中间体,由于其分子内含有醚键和羟基,以其优异的性能,被广泛用作水基表面涂料、喷气燃料防冰剂、刹车液、油墨、染料、医药、香料及清洗剂等行业,还可作为汽车行业合成刹车液的基础液。由于其环保性能良好,在一些应用领域也可以做乙二醇正丁醚的替代品。
乙二醇单叔丁基醚有多种制备方法,最常见的是异丁烯与乙二醇反应的制备路线。该技术路线容易产生异丁烯的二聚反应,副产物较多,乙二醇反应不完全,并且因气液反应物料接触不充分而影响反应效率。
JP57114543A公开了一种乙二醇与MTBE反应合成乙二醇单叔丁基醚的方法。该法是在5kg/cm2的氮气保护下,以硫酸等为催化剂,温度80℃的条件下反应,生成乙二醇单叔丁基醚,在反应过程中,乙二醇与MTBE的摩尔比过高,由于有硫酸的存在,致使反应局部酸浓度过高,造成了较多副产物的产生,废酸的产生致使后处理的难度加大。
上海傲佳能源科技有限公司开发了一种以MTBE与乙二醇反应制备乙二醇叔丁基醚(ETB)的技术并成功进行了工业试生产(《涂料技术与文摘》2017(12)),该工艺采用绝热固定床反应器,以强酸性离子交换树脂为催化剂,产品作为环境友好型涂料助剂。该工艺反应压力较高,未经过反应精馏,反应物未完全参与反应,分离的工艺流程复杂能耗较大。
综上所述,现有技术存在以下不足:(1)异丁烯作反应物,容易产生二聚等,(2)由于有无机酸做催化剂,反应产物生成了水,增加了处理废酸水的问题,3)反应对压力要求较高,相应的对设备的材质要求苛刻,反应物未完全反应,分离能耗较大。
发明内容
本发明的目的是提供一种乙二醇单叔丁基醚的制备方法,其反应压力低,工艺流程简单,生产成本低,属于绿色环保工艺。
本发明所述的乙二醇单叔丁基醚的制备方法,是以乙二醇和甲基叔丁基醚(MTBE)为原料,采用固体酸催化剂,利用固定床反应和反应精馏工艺,制得乙二醇单叔丁基醚。
所述固体酸催化剂包括以下百分含量的成分:
Al2O3:22.0~45.0%
MgO:4.0~12%
P:0.05~0.3%
W:4.0~21%
B2O3:5.0~15.0
SiO2:25.0~45.0
ZrO2:1.0-4.0
C:余量。
上述催化剂中P和W的含量较高,在上述组分含量的催化剂活性最好,催化效果最佳。
所述的固体酸催化剂的制备方法,包括以下步骤:
(1)将一定量的ZrOCl2·8H2O溶于一定体积配比的蒸馏水中,在搅拌的条件加入氨水溶液以调节pH值至9.2-9.4,在这个过程中会有Zr(OH)4白色沉淀生成后将其在25℃条件下陈化15小时,抽滤,用蒸馏水反复洗涤至无Cl离子;然后在120℃下烘干15h,得到Zr(OH)4呈现为白色固体粉末状;
(2)将制得的Zr(OH)4的固体化合物粉末、含铝化合物、含镁化合物、硼化物混合均匀,加入一定量的碳化硅和活性炭粉末混合均匀,放入球磨机球磨1-2小时,再加入适量粘结剂混合均匀形成混合物A,将适量磷钨酸铵溶于适量的水中,加入上述混合物A中,捏合30~60分钟挤制成型,自然干燥,在500~700℃焙烧2~6h,即得催化剂成品。
上述步骤中:
所述的粉末状含铝化合物选自拟薄水铝石、铝胶或氧化铝,优选拟薄水铝石;
所述的粉末状含氧化镁化合物选自草酸镁、碳酸镁或硬脂酸镁,优选氧化镁;
所述的粉末状含硼化合物选自偏硼酸、硼酸,氧化硼;
所述的碳化硅为多孔碳化硅,比表面不低于150m2/g;
所述的活性炭为木质活性炭,比表面不低于300m2/g;
所述的粘结剂为蔗糖、田箐粉、柠檬酸、草酸,优选柠檬酸和田菁粉,含量分别为1~6%(m/m)。
本发明中,在一定条件下,将MTBE与乙二醇通过装有固体酸催化剂的固定床反应器,反应产物再进入装有反应筐的反应精馏塔的反应段上部,反应段的下部不加或补加部分MTBE进一步反应精馏,在反应精馏塔的塔顶得到甲醇,塔釜得到乙二醇单叔丁基醚及乙二醇二叔丁基醚。反应精馏塔分三段,包括提馏段、反应段和精馏段。反应段里有3-20个反应筐。分离精馏塔釜产物进入共沸塔,塔顶得到乙二醇单叔丁基醚及引入的共沸剂,塔釜得到乙二醇二叔丁基醚,生成的乙二醇二叔丁基醚可以做产品出售也可以再做原料参与生成乙二醇单叔丁基醚的反应,共沸塔物料进入精制塔精制,塔顶得到共沸剂,塔釜得到99.5%的乙二醇单叔丁基醚产品。
所述反应筐里有不锈钢填料、固体酸催化剂、不锈钢丝网、液体收集及分布装置、密封材料等,反应筐的上部是液体收集及分布装置,中部是不锈钢填料,下部是催化剂,不锈钢丝网及密封材料保护固体酸催化剂固定在反应筐的下部。整个反应筐起到改变反应平衡、使反应产物分离、未反应的反应物继续反应的作用。
上述技术方案中,固定床反应器的操作条件是:反应温度40~100℃,优选55~70℃;反应压力0~0.5MPa,优选0~0.2Mpa;醇醚摩尔比6:1~1:6,优选2:1~1:2;空速0.1~5h-1,优选1~1.5h-1。
反应精馏塔的操作条件是:塔压0~0.5MPa,优选0~0.2Mpa;塔顶温度60~72℃,优选62~68℃;塔釜温度165~230℃,优选180~205℃;回流比0.2~10,优选1~3。
共沸塔的操作条件是:塔压0~0.5MPa,优选0~0.15Mpa;塔顶温度85~110℃,优选90~100℃;塔釜温度170~220℃,优选175~185℃;回流比0.5~10,优选4~6。
精制塔的操作条件是:塔压0~0.5MPa,优选0~0.10Mpa;塔顶温度85~110℃,优选90~100℃;塔釜温度140~180℃,优选155~165℃;回流比0.1~8,优选1~2。
本发明具有以下有益效果:
本发明采用自制的活性成分含量高的固体酸催化剂,采用MTBE与乙二醇反应的固定床加反应精馏工艺,通过在反应精馏塔中设置反应筐,还通过调整固定床反应器及反应精馏塔的温度、压力以及乙二醇与MTBE在反应器及反应精馏塔里的摩尔配比,最终使乙二醇与MTBE在较合适的摩尔比下,乙二醇与MTBE完全反应,生成目的产物乙二醇单叔丁基醚。本发明克服了现有技术中异丁烯二聚问题,生产工艺落后、环境污染严重、能耗高的问题,乙二醇单叔丁基醚选择性差等系列的难题,提供了一种反应压力低、工艺流程简单、生产成本低、高效合理绿色环保的乙二醇单叔丁基醚的制备方法,利于工业化生产。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明,但其并不限制本发明的实施。
实施例1
将200.0g薄水铝石、80g硬脂酸镁、80g硼酸铵、5g氢氧化锆混合均匀,加入50g碳化硅、160g氧化硅和9g果壳活性炭粉末混合均匀,放入球磨机球磨1小时,再加入10g田箐粉和8g蔗糖混合均匀形成混合物A,将60.0g磷钨酸铵溶于20ml去离子水中,加入上述混合物A中,捏合40分钟,挤制成条形,自然干燥,在650℃焙烧4h,即得催化剂成品a。
参见图1所示的工艺流程,固定床反应器压力0.15MPa、反应温度55℃、乙二醇与MTBE(摩尔比)1.05、空速1.50h-1,在a催化剂的作用下发生醇醚的交换反应,反应产物进入装有a催化剂的分离精馏塔(塔压0.12MPa,回流比是1,塔釜188~192℃,塔顶温度64~65℃)的反应段上部,反应段下部可补充部分MTBE,反应产物及MTBE在分离精馏塔里进一步反应及分离,塔顶得到甲醇,塔釜得到乙二醇单叔丁基醚及乙二醇二叔丁基醚的混合物,分离精馏塔塔釜产物进入共沸精馏塔(塔压0.10MPa,回流比是4,塔釜185~190℃,塔顶温度98.5~99℃)中,在共沸塔中乙二醇单叔丁基醚和乙二醇二叔丁基醚实现分离,塔顶得乙二醇单叔丁基醚及共沸剂,塔釜得到乙二醇二叔丁基醚,塔釜得到的乙二醇二叔丁基醚可以作为成品,也可以引入反应器继续反应;共沸塔塔顶得到的组分进入精制塔精制分离得到乙二醇单叔丁基醚(产品的纯度为99.5%以上)。
实施例2
将260.0g铝胶、60g轻质氧化镁、70g硼酸、4g氢氧化锆混合均匀,加入70g碳化硅、200g氧化硅和12g椰壳活性炭粉末混合均匀,放入球磨机球磨1.5小时,再各加入15g柠檬酸和8g淀粉混合均匀形成混合物A,将90.0g磷钨酸铵溶于30ml去离子水中,加入上述混合物A中,捏合70分钟,挤制成条形,自然干燥,在700℃焙烧3h,即得催化剂成品b。
参见图1所示的工艺流程,固定床反应器压力0.10MPa、反应温度55℃、乙二醇与MTBE(摩尔比)1.05、空速2.50h-1,在b催化剂的作用下发生醇醚的交换反应,反应产物进入装有b催化剂的分离精馏塔(塔压0.08MPa,回流比是1,塔釜187~191℃,塔顶温度64~65℃)的反应段上部,反应段下部补充部分MTBE,反应产物及MTBE在分离精馏塔里进一步反应及分离,塔顶得到甲醇,塔釜得到乙二醇单叔丁基醚及乙二醇二叔丁基醚的混合物,分离精馏塔塔釜产物进入共沸精馏塔(塔压0.06MPa,回流比是4,塔釜184~189℃,塔顶温度98.0~99℃)中,在共沸塔中乙二醇单叔丁基醚和乙二醇二叔丁基醚实现分离,塔顶得乙二醇单叔丁基醚及共沸剂,塔釜得到乙二醇二叔丁基醚,塔釜得到的乙二醇二叔丁基醚可以作为成品,也可以引入反应器继续反应;共沸塔塔顶得到的组分进入精制塔精制分离得到乙二醇单叔丁基醚(产品的纯度为99.5%以上)。
实施例3
参见图1所示的工艺流程,固定床反应器压力0.45MPa、反应温度65℃、乙二醇与MTBE(摩尔比)1.1、空速2.00h-1,在b号催化剂的作用下发生醇醚的交换反应,反应产物进入装有b号催化剂的分离精馏塔(塔压0.12MPa,回流比是1,塔釜188~192℃,塔顶温度64~65℃)的反应段上部,反应段下部补充部分MTBE,反应产物及MTBE在分离精馏塔里进一步反应及分离,塔顶得到甲醇,塔釜得到乙二醇单叔丁基醚及乙二醇二叔丁基醚的混合物,分离精馏塔塔釜产物进入共沸精馏塔(塔压0.08MPa,回流比是4,塔釜185~190℃,塔顶温度98.5~99℃)中,在共沸塔中乙二醇单叔丁基醚和乙二醇二叔丁基醚实现分离,塔顶得乙二醇单叔丁基醚及共沸剂,塔釜得到乙二醇二叔丁基醚,塔釜得到的乙二醇二叔丁基醚可以作为成品,也可以引入反应器继续反应;共沸塔塔顶得到的组分进入精制塔精制分离得到乙二醇单叔丁基醚(产品的纯度为99.5%以上)。
对比例1
将200.0g薄水铝石、80g硬脂酸镁、80g硼酸铵、5g氢氧化锆混合均匀,加入50g碳化硅、160g氧化硅和9g果壳活性炭粉末混合均匀,放入球磨机球磨1小时,再加入10g田箐粉和8g蔗糖混合均匀形成混合物A,将10.0g磷钨酸铵溶于20ml去离子水中,加入上述混合物A中,捏合40分钟,挤制成条形,自然干燥,在650℃焙烧4h,即得催化剂成品c。
参照图1所示的工艺流程,固定床反应器压力0.15MPa、反应温度55℃、乙二醇与MTBE(摩尔比)1.05、空速1.50h-1,在c催化剂的作用下发生醇醚的交换反应,反应产物进入装有c催化剂的分离精馏塔(塔压0.12MPa,回流比是1,塔釜188~192℃,塔顶温度64~65℃)的反应段上部,反应段下部可补充部分MTBE,反应产物及MTBE在分离精馏塔里进一步反应及分离,无论如何改变反应器及塔的操作条件都没有得到纯的乙二醇叔丁基醚产品。
对比例2
将100.0g薄水铝石、40g硬脂酸镁、40g硼酸铵、5g氢氧化锆混合均匀,加入25g碳化硅、80g氧化硅和6g果壳活性炭粉末混合均匀,放入球磨机球磨1小时,再加入10g田箐粉和8g蔗糖混合均匀形成混合物A,将200.0g磷钨酸铵溶于20ml去离子水中,加入上述混合物A中,捏合40分钟,挤制成条形,自然干燥,在650℃焙烧3h,即得催化剂成品d。
参见图1所示的工艺流程,固定床反应器压力0.15MPa、反应温度55℃、乙二醇与MTBE(摩尔比)1.05、空速1.50h-1,在d催化剂的作用下发生醇醚的交换反应,反应产物进入装有d催化剂的分离精馏塔(塔压0.12MPa,回流比是1,塔釜188~192℃,塔顶温度64~65℃)的反应段上部,反应段下部可补充部分MTBE,反应产物及MTBE在分离精馏塔里进一步反应及分离,无论如何改变反应器及塔的操作条件都没有得到纯的乙二醇叔丁基醚产品。
Claims (10)
1.一种乙二醇单叔丁基醚的制备方法,其特征在于:以乙二醇和甲基叔丁基醚为原料,采用固体酸催化剂,利用固定床反应和反应精馏工艺,制得乙二醇单叔丁基醚。
2.根据权利要求1所述的乙二醇单叔丁基醚的制备方法,其特征在于:固体酸催化剂包括以下百分含量的成分:
Al2O3:22.0~45.0%
MgO:4.0~12%
P:0.05~0.3%
W:4.0~21%
B2O3:5.0~15.0
SiO2:25.0~45.0
ZrO2:1.0-4.0
C:余量。
3.根据权利要求2所述的乙二醇单叔丁基醚的制备方法,其特征在于:固体酸催化剂的制备方法包括以下步骤:
(1)将ZrOCl2·8H2O溶于蒸馏水中,在搅拌的条件下加入氨水溶液以调节pH值至9.2-9.4,沉淀生成后将其在25℃条件下陈化15小时,抽滤,用蒸馏水洗涤至无氯离子,然后在120℃下烘干15h,得到Zr(OH)4固体粉末;
(2)将制得的Zr(OH)4的固体粉末、含铝化合物、含镁化合物、硼化物混合,加入碳化硅和活性炭粉末混合,放入球磨机球磨1-2小时,再加入粘结剂混合形成混合物A,将磷钨酸铵溶于水中,加入上述混合物A中,捏合30~60分钟挤制成型,自然干燥,在500~700℃焙烧2~6h,即得催化剂成品。
4.根据权利要求1所述的乙二醇单叔丁基醚的制备方法,其特征在于:反应精馏工艺中,反应精馏塔分为提馏段、反应段和精馏段。
5.根据权利要求4所述的乙二醇单叔丁基醚的制备方法,其特征在于:在反应精馏塔的反应段中设有反应筐。
6.根据权利要求1所述的乙二醇单叔丁基醚的制备方法,其特征在于:固定床反应器的操作条件是:反应温度为40~100℃;反应压力为0~0.5MPa;醇醚摩尔比为6:1~1:6;空速为0.1~5h-1。
7.根据权利要求1所述的乙二醇单叔丁基醚的制备方法,其特征在于:反应精馏塔的操作条件是:塔压为0~0.5MPa;塔顶温度为60~72℃;塔釜温度为165~230℃;回流比为0.2~10。
8.根据权利要求1所述的乙二醇单叔丁基醚的制备方法,其特征在于:反应精馏工艺得到的产物依次进入共沸塔和精制塔。
9.根据权利要求8所述的乙二醇单叔丁基醚的制备方法,其特征在于:共沸塔的操作条件是:塔压为0~0.5MPa;塔顶温度为85~110℃;塔釜温度为170~220℃;回流比为0.5~10。
10.根据权利要求8所述的乙二醇单叔丁基醚的制备方法,其特征在于:精制塔的操作条件是:塔压为0~0.5MPa;塔顶温度为85~110℃;塔釜温度为140~180℃;回流比为0.1~8。
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N. MALLESHA等: "An efficient synthesis of tert-butyl ethers/esters of alcohols/amino acids using methyl tert-butyl ether", 《TETRAHEDRON LETTERS》 * |
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