CN1050868A

CN1050868A - 应用管式反应器制备丙二醇的方法

Info

Publication number: CN1050868A
Application number: CN 90109529
Authority: CN
Inventors: 张瑞生; 张家庭; 宋宏宇; 张蓓蕾
Original assignee: China Petrochemical Corp
Current assignee: China Petrochemical Corp
Priority date: 1990-12-05
Filing date: 1990-12-05
Publication date: 1991-04-24
Anticipated expiration: 2005-12-05
Also published as: CN1026102C

Abstract

在环氧丙烷水合制备丙二醇的工艺过程中，应用管式反应器作为水合反应器，使反应物流具有接近活塞流特征，能达到高选择性，高产量地制备出纯度在 99％以上的丙二醇。

Description

本发明涉及一种应用管式反应器制备丙二醇的方法，特别涉及一种应用静态混合器式反应器制备丙二醇的方法，属于用途发明。

环氧丙烷水合制备丙二醇是目前工业常用的方法。环氧丙烷的化学性质比较活泼、易水解、加压条件下其水合反应在液态下进行，该反应过程主要发生以下两个反应：

即环氧丙烷水合反应除了生成目的产物丙二醇的主反应外，同时还有一个并串联付反应，生成付产物一缩丙二醇。由于存在着并串联付反应，反应器内的轴向返混将导致反应选择性下降。而采用返混少，流动状况接近活塞流的反应器装置将能使反应过程的选择性提高。现有工艺水合反应在塔式反应器（加有挡板的空塔或填料塔）内进行，摩尔比为15～20的水与环氧丙烷的混合物预热至125℃进入水合塔，在20kg/cm²压力下进行水合反应，从塔底流出的反应液中除重量浓度为20%左右的丙二醇外，还含有大量水和少量未反应的环氧丙烷及付产物，该混合物经浓缩、脱水和精馏后得到纯度在99%以上的丙二醇，该工艺选择性为85%，全程收率80.6%，单耗为0.947吨PO/吨PG，原料费占直接生产费用92.7%。有关环氧丙烷水合反应动力学方面的文献，未提出反应速率常数的数据，仅提供了转化率随反应时间和反应温度变化的曲线（参见图1和图2）。工业反应器基本上采用上述曲线数据进行设计，反应器的停留时间在半小时以上。由于所需反应时间较长，现有工业反应器采用塔式反应器型式（加有挡板的塔或填料塔），由于塔式反应器存在着相当程度的返混，使得选择性下降。

环氧丙烷水合制丙二醇过程的最低理论单耗为0.76吨PO/吨PG，但由于现有塔式反应器存在返混，增大了并串联付反应，其选择性只有85%，其单耗为理论单耗的1.24倍。环氧丙烷水合加压反应是一个液相反应过程，但环氧丙烷与水并不完全互溶，而是部分互溶，在反应物混合时，首先形成两相，然后发生环氧丙烷从有机相向水相扩散的过程，直至有机相完全消失。实验结果表明，在混合状态不好，相界面较小的情况下，这将是一个缓慢的过程，成为反应的控制步骤。上述文献中给出的动力学曲线，实际上只反映了表观动力学，并没有真正反映水合反应本身的规律。实验研究表明，水合反应是一个快速反应，在210℃时转化率达到90%，实际反应时间只需要0.25分钟，并不需要30分钟。之所以需要30分钟，是由于预混合不好引起的，这样，只要解决了混合问题，反应器体积就可大大缩小。本发明的目的是根据水合反应规律，提供一种反应器，使制备丙二醇的过程具有高选择性和高产量，并降低单耗。

图1本发明工艺流程示意图

图2是所述文献给出的反应时间（t）与转化率（X）的关系曲线图。

图3是所述文献给出的反应温度（T）与转化率（X）的关系。

图4是对流撞击预混合器示意图。

图5是本发明方法中优选使用的kenics静态混合元件，其宽度与管道内径相同。

下面结合附图进一步说明本发明的应用管式反应器制备丙二醇的方法。

本发明是一种应用管式反应器制备丙二醇的工艺方法，见附图1：环氧丙烷（5）和水（6）两股物流逆向进入预混合器（IA），混合物料（8）进入管式水合反应器（1）。反应后的物料（9）含丙二醇外，还含有大量水和少量未反应的环氧丙烷及付产物进入蒸发塔（2），浓缩物（11）进入脱水塔（3）进一步脱水，粗物料（14）进入精馏塔（4）精馏后得到纯度在99%以上的丙二醇（15），残液（16）由精馏塔底排出，而蒸发塔（2）和脱水塔（3）顶部排出的水和少量未反应的环氧丙烷通过循环线（17）进入预混合器（IA）。

本发明的关键是在用水和环氧丙烷水合制备丙二醇时应用了管式反应器作为水合反应器，水和环氧丙烷先在预混合器内混合，预混合器是由反向设置的水入口和环氧丙烷入口，以及混合物出口构成，预混合器能使水和环氧丙烷两股物流产生逆流撞击，使混合物在瞬间（＜0.1秒）达到充分的微观混合，再进入管式水合反应器制备丙二醇，水合反应温度170～220℃，反应压力25～35kg/cm²，反应时间为0.5～3分钟，水和环氧丙烷的摩尔比为15～40，管式水合反应器的长径比大于20。在管式反应器内流体的Re＞2300以保持管内流体作湍流流动，减小轴向返混。为了使水合反应达到较佳的效果，在管式反应器内设置kenics静态混合元件，由于混合元件的导向，物料被切割和扭曲，置换和变形，分离和合并，使物料达到充分混合;另一方面，物流在静态混合元件中作环形旋转流动所产生的离心力将使一部分物料从管中心向管壁流动，一部分物料从管壁向管中心流动，使得物流微团从中心到管壁，又从管壁到中心作反复径向流动，进行充分径向混合。同时，物流团反复改变旋转方向，受到较大的剪切力作用，强化了湍动程度。因此，在静态混合元件上物料在径向得到充分混合，具有优良的混和性能，且轴向返混很小，物料的流动接近活塞流，将能使付反应减少，选择性提高。在管式反应器内设置静态混合元件，管式反应器既可起活塞流反应器作用，又能起混合器的作用，故可省略预混合器。若采用空管反应器，则应配上预混合器，并在湍流状态下操作，以减小轴向返混。

采用本发明提出的空管反应器，环氧丙烷水合反应可达技术经济指标列于表-1，表上同时列出了PEP报告数据，作了比较。

项目反应器

水比

选择性

总收率

单耗

蒸汽消耗

冷却水消耗

管式（反应器）PEP报告

3015

93％85％

88.7％80.6％

0.860.94

4.983.87

383吨175吨

由表-1可看到，虽然管式反应器的蒸汽消耗和冷却水消耗高于PEP报告，但选择性、总收率和单耗等主要指标明显超过国外目前的先进水平。若环氧丙烷单价以5000元/吨、蒸汽单价40元/吨，冷却水单价以0.05元/吨计，每生产一吨丙二醇可降低生产成本357元，对于年产5000吨的丙二醇装置，可增加利润187万元。

下面的实例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。

实施例1

应用kenics静态混合器元件的管式反应器，内径D8mm，长102.5cm。进料流率环氧丙烷为5.4g/min，水为34g/min，摩尔水比为20.3，等温操作，反应温度为188℃，反应压力30kg/cm²，反应器出口环氧丙烷的转化率为94.8%，丙二醇的选择性为93.1%。

实施例2

反应器同实施例1，但管长为156Cm。进料流率环氧丙烷为3.9g/min，水为38.4g/min，摩尔水比为31.8。绝热操作，反应器进口温度为195℃，反应压力30kg/cm²，反应器出口环氧丙烷的转化率大于99.9%，丙二醇的选择性为94.7%。

实施例3

应用kenics静态混合元件的管式反应器。内径D150mm，管长4.5m。进料流率环氧丙烷为0.53T/h，水为3.3T/h，摩尔水比20。绝热操作，反应器进口温度为180℃，反应操作压力30kg/cm²，反应器出口环氧丙烷的转化率为90%，选择性为93.2%。

实施例4

反应器同实施例3，但管长为4.6M。进料流率环氧丙烷为0.53T/h，水为4.9T/h，摩尔水比30，绝热操作，反应器进口温度为195℃，操作压力30kg/cm²，反应器出口环氧丙烷转化率为95%，选择性95%。

实施例5

空管反应器，管内径D15mm，管长156cm，进料流率环氧丙烷为9.5g/min，水为115g/min，摩尔水比39.4，等温操作，反应温度为181℃，操作压力30kg/cm²，反应器出口环氧丙烷的转化率为93%，选择性为96%。

实施例6

空管反应器，管内径D160mm，管长320cm。进料流率环氧丙烷为0.53T/h，水为4.1T/h，摩尔水比25。绝热操作，反应器进口温度190℃，操作压力30kg/cm²，反应器出口环氧丙烷的转化率为95%，选择性为95%。

Claims

1、一种应用管式反应器制备丙二醇的方法，其特征在于水和环氧丙烷先在预混合器内混合，然后再进入管式水合反应器制备丙二醇，水合反应的温度为170～220℃，反应压力25～35kg/cm²，反应时间为0.5～3分钟，水和环氧丙烷的摩尔比为15～40，管式水合反应器的长径比大于20。

2、根据权利要求1所述的应用管式反应器制备丙二醇的方法，其特征在于预混合器是由反向设置的水入口和环氧丙烷入口，以及混合物出口构成，它能使水和环氧丙烷两股物流产生逆流撞击，在混合物达到充分的微观混合之后，再进入管式水合反应器。

3、根据权利要求1所述的应用管式反应器制备丙二醇的方法，其特征在于上述的方法中在有或无有预混合器的情况下在所述的管式水合反应器内放置kenics型静态混合元件能使水和环氧丙烷的水合反应达到最佳效果。