CN103483190B - 一种碳酸烷基酯的生产的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带不同烷基的碳酸烷基酯的生产方法。由两种具有相同烷基的碳酸二烷基酯在催化剂作用下,经催化反应精馏和二次精馏工艺连续反应得到带不同烷基的碳酸烷基酯。
Description
技术领域
本发明涉及一种带不同烷基的碳酸烷基酯的生产方法,属化工领域。
背景技术
带不同烷基的碳酸烷基酯,因其所带的烷基不同,具有与碳酸二烷基酯不同的特点,主要有碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸甲丁酯或碳酸甲戊酯,是一种性能优良的有机溶剂,在化工、医药生产中具有广泛的应用,常用作锂离子电池溶剂。
现在国内外生产带不同烷基的碳酸烷基酯的工艺一般是采用酯交换法,由碳酸二甲酯与乙醇、丙醇、丁醇或戊醇,在催化剂作用下进行酯交换反应而得到,也可以用碳酸二甲酯和碳酸二乙酯进行酯交换反应得到碳酸甲乙酯。
CN101704751A用活性炭、碳分子筛或介孔炭为载体,用Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO或BaO为活性组分的催化剂,在固定床中连续合成了碳酸甲乙酯,但此专利只是一个连续的合成过程,且没有涉及到如何进料,在哪里进料,缺少可操作性。CN102766052A用乙醇钠为催化剂,碳酸二甲酯和碳酸二乙酯为原料进行酯交换,间歇反应合成碳酸甲乙酯。CN102212010A用大孔SiO2、MCM-48分子筛、MCM-41分子筛或SBA-15分子筛为载体,用TiO2或ZrO2为活性组分,以碳酸二甲酯和碳酸二乙酯为原料,间歇反应合成碳酸甲乙酯。CN102850223A和CN102863339A以咪唑类离子液体为催化剂用碳酸二甲酯和碳酸二乙酯为原料,间歇反应合成碳酸甲乙酯。CN101863771A以水滑石为催化剂,用碳酸二甲酯和碳酸二乙酯为原料,间歇反应合成碳酸甲乙酯。陈英等以碳酸二甲酯和碳酸二乙酯为原料,用氧化镁、氧化钙及镁铝复合金属氧化物3种固体碱催化剂,合成了碳酸甲乙酯。这些以碳酸二甲酯和碳酸二乙酯为原料合成碳酸甲乙酯的工艺大部分是间歇式的,只适合小批量生产,不适合大批量工业化生产,同时其产品也主要是碳酸甲乙酯和碳酸二甲酯、碳酸二乙酯的混合物,不能得到高纯度碳酸甲乙酯。
CN1900047公开了一种用碳酸二甲酯和乙醇为原料,用固体碱为催化剂生产碳酸甲乙酯的方法,在反应釜中边反应边蒸出产物。CN101289395公开了一种用碳酸二甲酯和无水乙醇为原料,用强碱类如KOH、NaOH等为催化剂合成碳酸甲乙酯的方法,反应在烧瓶中进行,碳酸二甲酯过量有利于产率的提高。CN1597113公开了一种用碳酸二甲酯和乙醇为原料,用甲醇钠和醇胺类复合催化剂生产碳酸甲乙酯的方法。CN102850224A公开了一种用碳酸二乙酯和甲醇为原料,在咪唑类离子液体催化下合成碳酸甲乙酯的方法。
反应精馏是一个重要的工业过程,将催化剂装填在精馏塔中,边反应边精馏,以提高产品生产速度,并达到分离要求。由于其设备简单,投资小,通用性强,而且有更大的选择范围,已经用于工业化生产,且特别适用于精细化工、制药企业中。以碳酸甲乙酯生产为例,在反应过程中将产物碳酸甲乙酯不断的取出,有利于可以反应平衡向生成碳酸甲乙酯方向移动,同时由于精馏的原因,不断改变区域碳酸二甲酯和碳酸二乙酯的比例,也能使反应平衡向生产碳酸甲乙酯方向移动,提高产率。
发明内容
本发明的目的在于大规模生产高纯度低含水量的具有不同烷基的碳酸二烷基酯,例如特别是碳酸甲乙酯。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
1.由两种具有相同烷基的碳酸二烷基酯在催化剂作用下,经催化反应精馏和二次精馏工艺连续反应得到带不同烷基的碳酸烷基酯。
2.具体先脱重再脱轻工艺过程如下:(1)沸点低的碳酸二烷基酯从催化反应精馏塔的塔顶进料,进料速率为0.4~1.8L/h,而沸点高的碳酸二烷基酯从催化反应精馏塔的中部进料,进料速率为0.4~1.8L/h;(2)从催化反应精馏塔塔顶馏出沸点低的碳酸二烷基酯,并返回作进料使用;(3)从催化反应精馏塔塔底馏出沸点高的碳酸二烷基酯,并返回作进料使用;(4)反应粗产物从催化反应精馏塔的下部侧线出料,并从脱重精馏塔的中部进料,经过精馏,从塔底分离沸点高的碳酸二烷基酯返回催化反应精馏塔作进料使用,反应产物和沸点低的碳酸二烷基酯则从塔顶出料后进入脱轻精馏塔;(5)经过脱轻精馏塔精馏后,塔顶馏出沸点低的碳酸二烷基酯,并返回催化反应精馏塔作进料使用,塔底为产物带不同烷基的碳酸烷基酯。
3.或者具体先脱轻再脱重工艺过程如下:(1)沸点低的碳酸二烷基酯从催化反应精馏塔的塔顶进料,进料速度0.4~1.8L/h,而沸点高的碳酸二烷基酯从催化反应精馏塔的中部进料,进料速度0.4~1.8L/h;(2)从催化反应精馏塔塔顶馏出沸点低的碳酸二烷基酯,并返回作进料使用;(3)从催化反应精馏塔塔底馏出沸点高的碳酸二烷基酯,并返回作进料使用;(4)反应粗产物从催化反应精馏塔的上部侧线出料,并从脱轻精馏塔的中部进料,经过精馏,从塔顶分离沸点低的碳酸二烷基酯返回催化反应精馏塔作进料使用,反应产物和沸点高的碳酸二烷基酯则从塔底出料后进入脱重精馏塔;(5)经过脱重精馏塔精馏后,塔底馏出沸点高的碳酸二烷基酯,并返回催化反应精馏塔作进料使用,塔顶为产物带不同烷基的碳酸烷基酯。
4.上述带不同烷基的碳酸烷基酯是指碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸甲丁酯或碳酸甲戊酯;所述碳酸二烷基酯是指碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸二丁酯、碳酸二戊酯。
5.上述催化剂是固体的酸或碱,或者是负载了质子酸或路易斯酸的硅胶、活性炭、氧化铝或分子筛。固体碱是氧化镁、氧化钙或氧化镁和氧化钙的混合物。负载的质子酸或路易斯酸是硫酸、磷酸、三氯化铝、1-丁基-3甲基咪唑硫酸氢盐、1-丁基-3甲基咪唑磷酸二氢盐、1-(3’-磺酸基)丙基-3甲基咪唑硫酸氢盐、1-(3’-磺酸基)丙基-3甲基咪唑磷酸二氢盐、N-甲基吡咯烷酮硫酸氢盐、吡咯烷酮硫酸氢盐或N-乙基吡咯烷酮硫酸氢盐。
6.上述沸点低的碳酸二烷基酯与沸点高的碳酸二烷基酯的进料配比为1~3∶3~1。
本发明的有益效果是:
(1)将反应与精馏分离相结合,产品收率高、纯度高,并增加了单位时间的产能。
(2)使生产能够连续化。
(3)产物含水量极低。
(4)减少了废物排放。
附图说明
图1是先脱重再脱轻合成带不同烷基碳酸酯的工艺流程示意图。其中各代号意义如下:塔1——反应精馏塔;塔2——脱重塔精馏塔;塔3——脱轻精馏塔;1——低沸点碳酸二烷基酯;2——反应粗产品;3——高沸点碳酸二烷基酯;4——高沸点碳酸二烷基酯;5——低沸点碳酸二烷基酯和带不同烷基的碳酸酯的混合物;
图2是先脱轻再脱重合成带不同烷基碳酸酯的工艺流程示意。其中各代号意义如下:塔1——反应精馏塔;塔2——脱重塔精馏塔;塔3——脱轻精馏塔;1——低沸点碳酸二烷基酯;2——反应粗产品;3——高沸点碳酸二烷基酯;4——高沸点碳酸二烷基酯和带不同烷基的碳酸酯的混合物;5——高沸点碳酸二烷基酯。
具体实施方式
下面通过实施例进一步详细阐述本发明的制备方法
实施例1
(1)在塔釜体积为20升,参阅图1,装填20公斤2%活性炭负载三氯化铝催化剂的催化反应精馏塔塔釜加入碳酸二乙酯10升,碳酸二甲酯2升;(2)当塔顶有碳酸二甲酯回流时,开始从催化反应精馏塔的塔顶进碳酸二甲酯,进料速率为1升/小时,预热到80℃;从催化反应精馏塔的中部进碳酸二乙酯,进料速率为1升/小时,预热到100℃;(3)从催化反应精馏塔塔顶馏出碳酸二甲酯,全部返回作进料使用;(4)从催化反应精馏塔塔底馏出碳酸二乙酯并返回作进料使用,馏出量由液位计控制,使塔釜液体量控制在10升左右;(5)反应粗产物从催化反应精馏塔的下部侧线出料,出料速率为3.2升/小时,并从脱重精馏塔的中部进料,经过精馏,从塔底分离碳酸二乙酯返回催化反应精馏塔作进料使用,反应产物和沸点低的碳酸二甲酯则从塔顶出料后进入脱轻精馏塔;(6)经过脱轻精馏塔精馏后,塔顶馏出碳酸二甲酯,并返回催化反应精馏塔作进料使用,塔底为产物碳酸甲乙酯,GC检测纯度为99.95%,含水量20ppm;经72小时反应,产品纯度和含水量恒定。
实施例2
(1)在塔釜体积为20升,装填20公斤2%硅胶负载硫酸催化剂的催化反应精馏塔塔釜加入碳酸二丙酯10升,碳酸二甲酯2升;(2)当塔顶有碳酸二甲酯回流时,开始从催化反应精馏塔的塔顶进碳酸二甲酯,进料速率为1.6升/小时,预热到80℃;从催化反应精馏塔的中部进碳酸二并酯,进料速率为0.8升/小时,预热到100℃;(3)从催化反应精馏塔塔顶馏出碳酸二甲酯,全部返回作进料使用;(4)从催化反应精馏塔塔底馏出碳酸二丙酯并返回作进料使用,馏出量由液位计控制,使塔釜液体量控制在10升左右;(5)反应粗产物从催化反应精馏塔的下部侧线出料,出料速率为3.4升/小时,并从脱重精馏塔的中部进料,经过精馏,从塔底分离碳酸二丙酯返回催化反应精馏塔作进料使用,反应产物和沸点低的碳酸二甲酯则从塔顶出料后进入脱轻精馏塔;(6)经过脱轻精馏塔精馏后,塔顶馏出碳酸二甲酯,并返回催化反应精馏塔作进料使用,塔底为产物碳酸甲丙酯,GC检测纯度为99.96%,含水量18ppm;经72小时反应,产品纯度和含水量恒定。
实施例3
(1)在塔釜体积为20升,装填20公斤2%硅胶负载1-丁基-3甲基咪唑硫酸氢盐催化剂的催化反应精馏塔塔釜加入碳酸二丁酯10升,碳酸二甲酯2升;(2)当塔顶有碳酸二甲酯回流时,开始从催化反应精馏塔的塔顶进碳酸二甲酯,进料速率为0.6升/小时,预热到80℃;从催化反应精馏塔的中部进碳酸二丁酯,进料速率为1.8升/小时,预热到100℃;(3)从催化反应精馏塔塔顶馏出碳酸二甲酯,全部返回作进料使用;(4)从催化反应精馏塔塔底馏出碳酸二丁酯并返回作进料使用,馏出量由液位计控制,使塔釜液体量控制在10升左右;(5)反应粗产物从催化反应精馏塔的下部侧线出料,出料速率为3.7升/小时,并从脱重精馏塔的中部进料,经过精馏,从塔底分离碳酸二丁酯返回催化反应精馏塔作进料使用,反应产物和沸点低的碳酸二甲酯则从塔顶出料后进入脱轻精馏塔;(6)经过脱轻精馏塔精馏后,塔顶馏出碳酸二甲酯,并返回催化反应精馏塔作进料使用,塔底为产物碳酸甲丁酯,GC检测纯度为99.90%,含水量17ppm;经72小时反应,产品纯度和含水量恒定。
实施例4
(1)在塔釜体积为20升,装填20公斤2%MCM-41分子筛负载1-(3’-磺酸基)丙基-3甲基咪唑硫酸氢盐催化剂的催化反应精馏塔塔釜加入碳酸二乙酯10升,碳酸二甲酯2升;(2)当塔顶有碳酸二甲酯回流时,开始从催化反应精馏塔的塔顶进碳酸二甲酯,进料速率为1.8升/小时,预热到80℃;从催化反应精馏塔的中部进碳酸二戊酯,进料速率为0.6升/小时,预热到100℃;(3)从催化反应精馏塔塔顶馏出碳酸二甲酯,全部返回作进料使用;(4)从催化反应精馏塔塔底馏出碳酸二戊酯并返回作进料使用,馏出量由液位计控制,使塔釜液体量控制在10升左右;(5)反应粗产物从催化反应精馏塔的下部侧线出料,出料速率为3.3升/小时,并从脱重精馏塔的中部进料,经过精馏,从塔底分离碳酸二戊酯返回催化反应精馏塔作进料使用,反应产物和沸点低的碳酸二甲酯则从塔顶出料后进入脱轻精馏塔;(6)经过脱轻精馏塔精馏后,塔顶馏出碳酸二甲酯,并返回催化反应精馏塔作进料使用,塔底为产物碳酸甲戊酯,GC检测纯度为99.96%,含水量20ppm;经72小时反应,产品纯度和含水量恒定。
实施例5
(1)在塔釜体积为20升,参阅图2,装填20公斤2%氧化铝负载N-甲基吡咯烷酮硫酸氢盐催化剂的催化反应精馏塔塔釜加入碳酸二乙酯10升,碳酸二甲酯2升;(2)当塔顶有碳酸二甲酯回流时,开始从催化反应精馏塔的塔顶进碳酸二甲酯,进料速率为1升/小时,预热到80℃;从催化反应精馏塔的中部进碳酸二乙酯,进料速率为1升/小时,预热到100℃;(3)从催化反应精馏塔塔顶馏出碳酸二甲酯,全部返回作进料使用;(4)从催化反应精馏塔塔底馏出碳酸二乙酯并返回作进料使用,馏出量由液位计控制,使塔釜液体量控制在10升左右;(5)反应粗产物从催化反应精馏塔的上部侧线出料,出料速率为3.1升/小时,并从脱轻精馏塔的中部进料,经过精馏,从塔顶分离碳酸二甲酯返回催化反应精馏塔作进料使用,反应产物和沸点高的碳酸二乙酯则从塔底出料后进入脱重精馏塔;(6)经过脱重精馏塔精馏后,塔底馏出碳酸二乙酯,并返回催化反应精馏塔作进料使用,塔顶为产物碳酸甲乙酯,GC检测纯度为99.96%,含水量17ppm;经72小时反应,产品纯度和含水量恒定。
实施例6
工艺条件如实施例1,在不同催化剂作用下得到如下结果:
Claims (3)
1.一种碳酸烷基酯的生产的方法,其特征在于,由两种具有相同烷基的碳酸二烷基酯在催化剂作用下,经催化反应精馏和二次精馏工艺连续反应得到;
所述催化剂为负载了硫酸、磷酸、三氯化铝、1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐、1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二氢盐、1-(3’-磺酸基)丙基-3-甲基咪唑硫酸氢盐、1-(3’-磺酸基)丙基-3-甲基咪唑磷酸二氢盐、N-甲基吡咯烷酮硫酸氢盐、吡咯烷酮硫酸氢盐或N-乙基吡咯烷酮硫酸氢盐的硅胶、活性炭、氧化铝或分子筛;
具有如下先脱重再脱轻工艺过程:(1)沸点低的碳酸二烷基酯从催化反应精馏塔的塔顶进料,而沸点高的碳酸二烷基酯从催化反应精馏塔的中部进料;(2)从催化反应精馏塔塔顶馏出沸点低的碳酸二烷基酯,并返回作进料使用;(3)从催化反应精馏塔塔底馏出沸点高的碳酸二烷基酯,并返回作进料使用;(4)反应粗产物从催化反应精馏塔的下部侧线出料,并从脱重精馏塔的中部进料,经过精馏,从塔底分离沸点高的碳酸二烷基酯返回催化反应精馏塔作进料使用,反应产物和低沸点的碳酸二烷基酯则从塔顶出料后进入脱轻精馏塔;(5)经过脱轻精馏塔精馏后,塔顶流出沸点低的碳酸二烷基酯,并返回催化反应精馏塔作进料使用,塔底为产物带不同烷基的碳酸烷基酯;
或者具有如下先脱轻再脱重工艺过程:(1)沸点低的碳酸二烷基酯从催化反应精馏塔的塔顶进料,而沸点高的碳酸二烷基酯从催化反应精馏塔的中部进料;(2)从催化反应精馏塔塔顶馏出沸点低的碳酸二烷基酯,并返回作进料使用;(3)从催化反应精馏塔塔底馏出沸点高的碳酸二烷基酯,并返回作进料使用;(4)反应粗产物从催化反应精馏塔的上部侧线出料,并从脱轻精馏塔的中部进料,经过精馏,从塔顶分离沸点低的碳酸二烷基酯返回催化反应精馏塔作进料使用,反应产物和沸点高的碳酸二烷基酯则从塔底出料后进入脱重精馏塔;(5)经过脱重精馏塔精馏后,塔底馏出沸点高的碳酸二烷基酯,并返回催化反应精馏塔作进料使用,塔顶为产物带不同烷基的碳酸烷基酯。
2.根据权利要求1所述的一种碳酸烷基酯的生产的方法,其特征在于,所述带不同烷基的碳酸烷基酯是指碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸甲丁酯或碳酸甲戊酯中的一种;所述碳酸二烷基酯是指碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸二丁酯、碳酸二戊酯。
3.根据权利要求1所述的一种碳酸烷基酯的生产的方法,其特征在于,沸点低的碳酸二烷基酯与沸点高的碳酸二烷基酯的进料配比为1~3∶3~1。
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C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |