CN112920143A - 一种用于反应控制相转移催化反应过程中脱水的反应装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种用于反应控制相转移催化反应过程中脱水的反应装置，可以将以过氧化氢作为氧源、反应控制相转移催化剂在烯烃环氧化反应过程中由过氧化氢水溶液携带进入反应体系的水和反应生成的水从反应体系中提出，减少环氧产物水解形成醇类副产，增加环氧产物收率，提高生产效益，装置结构简单、操作简便，适宜用于工业生产过程。
Description
技术领域
本发明属于石油化工领域，具体涉及一种以过氧化氢为氧源、反应控制相转移催化剂催化烯烃环氧化反应的反应装置及工艺。
技术背景
烯烃环氧化反应是化学工业中最重要的反应之一，环氧化生成环氧化合物是一种重要的中间体，被广泛应用于石油化工、有机合成、精细化工等众多领域，在国民经济中占有重要地位。
近年来，过氧化氢作为氧源、反应控制相转移催化剂在烯烃环氧化反应过程中取得了较多进展，符合绿色生产环氧化合物工艺，该工艺流程具有工艺简单、能耗低、反应条件温和、三废少的特点。可广泛用于丙烯、丁烯、异丁烯、苯乙烯、1-辛烯、环己烯、环辛烯、1-十二烯等烯烃环氧化反应中。
但在以过氧化氢作为氧源、反应控制相转移催化剂在烯烃环氧化反应过程中存在的水会导致少量环氧产物水解形成醇类副产，从而导致环氧产物收率降低，降低了生产效益，目前尚无成熟方法或工艺将由过氧化氢水溶液携带进入反应体系的水和反应生成的水从反应体系中提出。
为了解决这一技术问题，本发明提供了一种以过氧化氢为氧源、反应控制相转移催化剂催化烯烃环氧化反应的反应装置及工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以过氧化氢作为氧源、反应控制相转移催化剂在烯烃环氧化反应过程中由过氧化氢水溶液携带进入反应体系的水和反应生成的水从反应体系中提出，减少环氧产物水解形成醇类副产，增加环氧产物收率，提高生产效益。
以过氧化氢作为氧源、反应控制相转移催化剂在烯烃环氧化反应过程中，存在由过氧化氢水溶液携带进入反应体系的水和反应生成的水，这些水会导致少量环氧产物水解形成醇类副产，为了解决这一问题，本发现的技术方案如下：
以过氧化氢为氧源、反应控制相转移催化剂催化烯烃环氧化制备环氧产品的过程中，通过将反应器(R1)中的反应气相中有机物和水通过回流冷凝器(E1)冷凝成液相回流至油水分离器(F1)中，通过油水分离器(F1)将水分离出反应体系，有机物回流至反应器(R1)中继续反应。
反应装置由反应器(R1)、油水分离器(F1)及回流冷凝器(E1)组成，具体连接方式为：反应器(R1)顶部的气相出口与回流冷凝器(E1)底部入口相连，回流冷凝器(E1)顶部排出气相进入尾气处理系统，回流冷凝器(E1)底部回流液相出口与油水分离器(F1)顶部回流液入口相连，油水分离器(F1)底部设有排水口和回流口，汇流口与反应器(R1)顶部回流入口相连。
反应器(R1)操作温度为-15～150℃，操作压力为0.0～5MPa。
冷凝器(E1)冷凝操作温度为-15～5℃，操作压力为0.0～5MPa。
油水分离器(F1)操作温度为-15～25℃，操作压力为0.0～5MPa。
所述的反应控制相转移催化剂为磷钨杂多酸季铵盐，化学式为QmPWpO4+3p，其中，Qm为吡啶季铵盐，用[R1R2R3R4N+]表示，其中[R1R2R3R4N+]中R1、R2、R3、R4为C5～C20的直链或支链的烷基、C4～C18的环烷基、苄基中的一种，R1、R2、R3、R4可以相同或不相同；2≤m≤7,p＝2、3或4。
所述的烯烃为C2～C16之间直链烯烃、带支链的烯烃；C2～C16之间卤素取代的直链烯烃、带支链的烯烃；支链为C2～C16之间的直链或带支链的芳香族烯烃；
本发明提供的一种以过氧化氢作为氧源、反应控制相转移催化剂在烯烃环氧化反应过程中由过氧化氢水溶液携带进入反应体系的水和反应生成的水从反应体系中提出的方法，减少了环氧产物水解形成醇类副产，增加环氧产物收率，显著的提高了生产效益。
本发明提供的一种以过氧化氢为氧源、反应控制相转移催化剂催化烯烃环氧化反应的反应装置，可用于间歇反应，也可用于连续反应过程。该装置结果结构简单、操作简便，可以串联或并联，提高生产产能和生产效率，可以广泛应用到以过氧化氢为氧源、反应控制相转移催化剂催化烯烃环氧化反应，亦可用于类似反应过程中需要脱水的化学反应。
附图说明
图1是一种用于反应控制相转移催化反应过程中脱水的反应装置。其中：R1为反应器、E1为回流冷凝器、F1为油水分离器。
具体实施方式
如图1所示，本发明的反应装置由反应器(R1)、油水分离器(F1)及回流冷凝器(E1)组成，具体连接方式为：反应器(R1)顶部的气相出口与回流冷凝器(E1)底部入口相连，回流冷凝器(E1)顶部排出气相进入尾气处理系统，回流冷凝器(E1)底部回流液相出口与油水分离器(F1)顶部回流液入口相连，油水分离器(F1)底部设有排水口和回流口，汇流口与反应器(R1)顶部回流入口相连。
对于间歇反应，反应物料加入到反应器(R1)中后，设定反应器(R1)操作温度为-15～150℃，操作压力为0.0～5MPa。冷凝器(E1)冷凝操作温度为-15～5℃，操作压力为0.0～5MPa。油水分离器(F1)操作温度为-15～25℃，操作压力为0.0～5MPa。通对对反应装置减压蒸馏或依靠反应物料和水共沸蒸馏，将反应过程中由过氧化氢水溶液携带进入反应体系的水和反应生成的水从反应体系中提出。
对于连续反应，反应物料进入到反应器(R1)中后，设定反应器(R1)操作温度为-15～150℃，操作压力为0.0～5MPa。冷凝器(E1)冷凝操作温度为-15～5℃，操作压力为0.0～5MPa。油水分离器(F1)操作温度为-15～25℃，操作压力为0.0～5MPa。通对对反应装置减压蒸馏或依靠反应物料和水共沸蒸馏，将反应过程中由过氧化氢水溶液携带进入反应体系的水和反应生成的水从反应体系中提出。
实施例1.
1.1不脱水反应过程。
在间歇反应器(R1)中加入环己烯40kg，质量浓度为30％过氧化氢12kg，加入1.5kg催化剂[(C5H5NC4H9]3(PO4)(W03)4]，反反应器(R1)应温度为65℃，反应压力为0.05MPa，反应2.5h后，环氧环己烷收率为87.1％，环己二醇收率11.5％。
1.2脱水反应过程
在间歇反应器(R1)中加入环己烯40kg，质量浓度为30％过氧化氢12kg，加入1.5kg催化剂[(C5H5NC4H9]3(PO4)(W03)4]，反反应器(R1)应温度为65℃，反应压力为0.05MPa，凝器(E1)冷凝操作温度为-5℃，操作压力为0.05MPa。油水分离器(F1)操作温度为-5℃，操作压力为0.05MPa，反应2.5h后，脱水率为85％，环氧环己烷收率为95.1％，环己二醇收率4.5％。
通过对反应过程中脱水和不脱水进行对比可见，在反应过程中脱水率为85％时，大幅减少了产物环氧环己烷水解形成醇类副产，增加环氧产物收率，显著的提高了生产效益。
实施例2.
2.1不脱水反应过程。
在连续反应器(R1)中加入氯丙烯40kg，质量浓度为50％过氧化氢10kg，加入1.5kg催化剂[(CH)3C16H33N](PO4)(W03)4]，反反应器(R1)应温度为45℃，反应压力为0.05MPa，反应2.5h后，环氧氯丙烷收率为88.4％，1,3-二氯丙二醇收率9.5％。
2.2脱水反应过程
在连续反应器(R1)中加入氯丙烯40kg，质量浓度为50％过氧化氢10kg，加入1.5kg催化剂[(CH)3C16H33N](PO4)(W03)4]，反反应器(R1)应温度为45℃，反应压力为0.05MPa，凝器(E1)冷凝操作温度为-5℃，操作压力为0.05MPa。油水分离器(F1)操作温度为-5℃，操作压力为0.05MPa，反应2.5h后，脱水率为55％，环氧氯丙烷收率为94.6％，,3-二氯丙二醇收率2.5％。
通过对反应过程中脱水和不脱水进行对比可见，在反应过程中脱水率为55％时，大幅减少了产物环氧氯丙烷水解形成醇类副产，增加环氧产物收率，显著的提高了生产效益。
Claims (6)
1.一种用于反应控制相转移催化反应过程中脱水的反应装置，其特征是：以过氧化氢为氧源、反应控制相转移催化剂催化烯烃环氧化制备环氧产品的过程中，通过将反应器(R1)中的反应气相中有机物和水通过回流冷凝器(E1)冷凝成液相回流至油水分离器(F1)中，通过油水分离器(F1)将水分离出反应体系，有机物回流至反应器(R1)中；
反应装置由反应器(R1)、油水分离器(F1)及回流冷凝器(E1)组成，具体连接方式为：反应器(R1)顶部的气相出口与回流冷凝器(E1)底部入口相连，回流冷凝器(E1)顶部排出气相进入尾气处理系统，回流冷凝器(E1)底部回流液相出口与油水分离器(F1)顶部回流液入口相连，油水分离器(F1)底部设有排水口和回流口，回流口与反应器(R1)顶部回流入口相连。
2.据权利要求1所述的方法，其特征在于：反应器(R1)操作温度为-15～150℃，操作压力为0.0～5MPa。
3.据权利要求1所述的方法，其特征在于：冷凝器(E1)冷凝操作温度为-15～5℃，操作压力为0.0～5MPa。
4.据权利要求1所述的方法，其特征在于：油水分离器(F1)操作温度为-15～25℃，操作压力为0.0～5MPa。
5.据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的反应控制相转移催化剂为磷钨杂多酸季铵盐，化学式为QmPWpO4+3p，其中，Qm为吡啶季铵盐，用[R1R2R3R4N+]表示，其中[R1R2R3R4N+]中R1、R2、R3、R4为C5～C20的直链或支链的烷基、C4～C18的环烷基、苄基中的一种，R1、R2、R3、R4可以相同或不相同；2≤m≤7,p＝2、3或4。
6.据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的烯烃为C2～C16之间直链烯烃、C2～C16之间带支链的烯烃、卤素取代C2～C16之间的直链烯烃、卤素取代C2～C16之间带支链的烯烃、支链为C2～C16之间的直链或带支链的芳香族烯烃。
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