CN105130812A - 一种棕榈酸异丙酯的合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种棕榈酸异丙酯的合成方法，属于有机化学中酯类化合物的合成技术领域。本发明首先将棕榈酸甲酯和异丙醇按一定比例在管道混合器内混合，混合均匀并加热至一定温度后进入附着有催化剂的连续反应器，控制在一定压力下进行酯交换反应，同时连续分离反应产物甲醇。然后将反应混合物进入异丙酯脱醇塔，在一定压力和温度下除去过量的异丙醇及反应过程中生成而未移除的甲醇，塔釜物料经过换热器冷却后作为棕榈酸异丙酯成品输出。本发明利用在生产生物柴油过程中经分馏工艺得到的高纯度棕榈酸甲酯为原料，通过连续催化反应，连续移除反应产物甲醇，缩短工艺流程、降低过程能耗和原料消耗，提高了棕榈酸异丙酯的得率和产品质量。

Description

一种棕榈酸异丙酯的合成方法
技术领域
本发明涉及一种生物柴油的衍生产品，属于有机化学中酯类化合物的合成技术领域；更具体地说，涉及一种棕榈酸异丙酯的合成方法。
背景技术
生物柴油于1988年诞生于德国，我国从2001年开始生产生物柴油。生物柴油是由动、植物油脂与醇经酯交换反应制得的脂肪酸单烷基脂，最典型的生物柴油是脂肪酸甲脂。生物柴油以其优越的环保性能已在世界范围内成为新能源开发的热点。绝大部分生物柴油是作为燃料使用，但生物柴油也是很好的化工中间体。其衍生物的开发，也将成为各企业今后高速发展的必由之路。继能源的可持续性发展成为国家战略安全保障的基础之后，化工行业的可持续循环经济也日益受到重视与广泛应用。因此，利用废弃油脂生产的脂肪酸甲酯(生物柴油)及其衍生产品，具有广阔的市场前景。
棕榈酸异丙酯(十六酸异丙酯，IPP)，是一种低粘度亲油性非离子型表面活性剂，是化妆品中极有价值的辅助原料，为膏霜、护发素等高级化妆品中重要的添加剂和活性剂。IPP不溶于水，能与醇、醚、亚甲基氯、油脂等有机溶剂混溶，一般用量为2％～10％(质量分数)就可使膏体和乳液洁白、光亮、细腻，提高产品质量。工业中还常用作调湿剂、渗透剂以及香料和色料的溶剂等。在制品成型时，还起到增粘剂、增塑剂及遮光剂的作用，用以配制的产品被认为是渗透力最好的产品之一，有极佳的保水润湿性能，随着人民生活水平的日益提高，这类产品的需求量将会不断增加。鉴于IPP的这些物理和化学特性，可以预料IPP必将成为未来化妆品行业应用的重要原料之一。
最早从天然油脂中提取IPP，产量极为有限。为了适应不断增长的工业和民用需求，各种化学合成技术应运而生，至今已开发出来多种生产方法和合成工艺路线。
目前国内外棕榈酸异丙酯的制备方法主要以棕榈酸和异丙醇为原料，采用有酰氯法、直接酯化法等传统方法进行合成。由于存在SO2、HCl、H2SO4等化学物质，上述方法存在强烈的毒性和化学腐蚀性，整个***的防泄漏和防腐要求都极其严格，且存在生产工艺复杂，一次性投资大，操作控制繁琐；生产成本高、选择性差、副反应多、产品质量差、不利于清洁生产等诸多缺点。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
针对上述问题，本发明提供了一种以固体酸作催化剂，以棕榈酸甲酯和异丙醇为原料，制备高品质棕榈酸异丙酯的方法；本发明利用在生产生物柴油过程中经分馏工艺得到的高纯度棕榈酸甲酯为原料，通过连续催化反应，连续移除反应产物甲醇，缩短工艺流程、降低过程能耗和原料消耗，提高了棕榈酸异丙酯的得率和产品质量。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种棕榈酸异丙酯的合成方法，采用酯交换反应一步法制得棕榈酸异丙酯。一是缩短了工艺流程、避免了强烈的毒性和化学腐蚀性，降低了投资和操作难度；二是解决了选择性差、副反应多、产品质量差、不利于清洁生产的难题；三是采用连续自动控制***减少了能耗损失，降低了生产成本。与常规传统工艺相比，由于存在脂肪酸与脂肪酸甲酯被替换基团的变化，催化剂及反应条件的选择是本发明的核心。
本发明的主要步骤如下：
步骤一、酯交换反应：将质量百分比浓度为99.5％以上的高纯度棕榈酸甲酯和异丙醇按一定比例在管道混合器内混合，混合均匀并加热至一定温度后进入附着有催化剂的连续反应器，控制在一定压力下进行酯交换反应，同时连续分离反应产物甲醇。
步骤一中所述棕榈酸甲酯和异丙醇的摩尔比为1:3～8，优选摩尔比为1:4，上述配比下超量的醇能够加快反应速度，同时稀释反应产物甲醇的浓度，提高反应产物的转化率。所述反应温度为60～120℃，优选80～90℃，该反应温度是连续移除反应产物甲醇，加快反应速度的关键。所述催化剂的选择是实现连续反应、提高产物选择性、回避传统工艺弊端的关键，本发明选择催化剂为负载型固体催化剂Zr(SO4)2/SiO2、SO4 2-/ZrO2、SO4 2-/TiO2+ZrO2或磺酸型离子交换树脂中的一种。所述反应器压力为0.5～0.8MPa，优选0.15～0.35MPa，该压力是加快反应速度、实现连续移除反应产物甲醇的关键。所述反应器为管道反应器、塔式反应器、釜式反应器中的一种。
步骤二、脱醇：步骤一反应结束后，反应混合物进入异丙酯脱醇塔，在一定压力和温度下除去过量的异丙醇及反应过程中生成而未移除的甲醇，塔釜物料即为棕榈酸异丙酯产品，经过换热器冷却后作为棕榈酸异丙酯成品输出。步骤二中所述压力为20～80KPaA，优选30～50KPaA；所述脱醇温度为80～160℃，优选110～140℃。
步骤三、醇精制：步骤二结束后，异丙酯脱醇塔塔顶分离得到的混合醇与甲醇冷凝器冷凝后的甲醇一起进入混合醇分离塔，将混合醇在一定温度、常压下进行分离，塔顶回收甲醇作为生产生物柴油的原料，塔釜回收异丙醇供循环使用。步骤三中所述混合醇分离温度为90～140℃，优选100～130℃。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种棕榈酸异丙酯的合成方法，在酯交换反应阶段，应用棕榈酸甲酯和异丙醇为原料，利用了棕榈酸甲酯与醇的良好互溶性，突破了传统工艺使用脂肪酸与醇不能形成匀相体系的缺点，且打破常规使用了高碳醇置换低碳醇的合成路线，提高了棕榈酸异丙酯产品的转化率；
(2)本发明的一种棕榈酸异丙酯的合成方法，鉴于相对传统工艺，存在棕榈酸与棕榈酸甲酯被取代基团的变化，催化剂及反应条件的选择在很大程度上影响着棕榈酸异丙酯的选择性及棕榈酸甲酯的转化程度，本发明开发了适合的催化剂及工艺条件，利用附着的固体催化剂、在一定工艺条件下连续脱除反应产物甲醇的手段打破了反应平衡，实现了连续生产，提高了产品质量和收率，降低了生产成本，解决了传统工艺中存在的强烈毒性和化学腐蚀性，及生产工艺复杂，一次性投资大，操作控制繁琐、生产成本高、选择性差、副反应多、产品质量差、不利于清洁生产等诸多缺点；本发明的合成方法科学环保，得到的棕榈酸异丙酯质量指标完全满足企标要求。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
本实施例的一种棕榈酸异丙酯的合成方法，利用在生产生物柴油过程中经分馏工艺得到的高纯度棕榈酸甲酯作为生产高质量棕榈酸异丙酯的原料。所述高纯度棕榈酸甲酯的质量百分比浓度为99.5％。从生物柴油的生产工艺中，获得高纯度棕榈酸甲酯的分馏工艺参见专利号CN200610112322.0。棕榈酸异丙酯的合成机理为：
棕榈酸甲酯和异丙醇在催化剂存在条件下发生反应，生成棕榈酸异丙酯，反应方程式如下：
RCOOCH3+(CH3)2CHOH→RCOOCH(CH3)2+CH3OH
本实施例合成棕榈酸异丙酯的具体过程如下：
将高纯度棕榈酸甲酯和异丙醇按摩尔比为1：4的配比在管道混合器内混合均匀后进入反应加热器，加热至90℃后进入管道反应器进行酯交换反应，管道反应器中附着的催化剂为负载型固体酸---Zr(SO4)2/SiO2，控制管道反应器内反应压力为0.2MPa，反应过程中生成的CH3OH汽化后进入甲醇冷凝器冷凝后最终进入混合醇分离塔分离。反应结束后反应混合物进入异丙酯脱醇塔除去过量的异丙醇及反应过程中生成而未汽化的甲醇，塔釜物料即为棕榈酸异丙酯产品，经过换热器冷却后作为棕榈酸异丙酯成品输出。异丙酯脱醇塔内温度为135℃，压力为45KPaA。异丙酯脱醇塔塔顶分离得到的混合醇与甲醇冷凝器冷凝后的甲醇一起进入混合醇分离塔进行分离，塔顶回收甲醇作为生物柴油原料，塔釜回收异丙醇可循环使用。混合醇分离塔内温度为110℃，常压操作。所得产品棕榈酸异丙酯收率为99.93％，质量符合企业标准要求。
实施例2
将质量百分比浓度为99.6％的高纯度棕榈酸甲酯和异丙醇按摩尔比为1：3的配比在管道混合器内混合均匀后进入反应加热器，加热至80℃后进入塔式反应器进行酯交换反应，塔式反应器中附着的催化剂为负载型固体酸---SO4 2-/ZrO2，控制塔式反应器内反应压力为0.35MPa，反应过程中生成的CH3OH汽化后进入甲醇冷凝器冷凝后最终进入混合醇分离塔分离。反应结束后反应混合物进入异丙酯脱醇塔除去过量的异丙醇及反应过程中生成而未汽化的甲醇，塔釜物料即为棕榈酸异丙酯产品，经过换热器冷却后作为棕榈酸异丙酯成品输出。异丙酯脱醇塔内温度为140℃，压力为50KPaA。异丙酯脱醇塔塔顶分离得到的混合醇与甲醇冷凝器冷凝后的甲醇一起进入混合醇分离塔进行分离，塔顶回收甲醇作为生物柴油原料，塔釜回收异丙醇可循环使用。混合醇分离塔内温度为130℃，常压操作。所得产品棕榈酸异丙酯收率为99.91％，质量符合企业标准要求。
实施例3
将质量百分比浓度为99.55％的高纯度棕榈酸甲酯和异丙醇按摩尔比为1：5的配比在管道混合器内混合均匀后进入反应加热器，加热至85℃后进入釜式反应器进行酯交换反应，釜式反应器中附着的催化剂为负载型固体酸---SO4 2-/TiO2+ZrO2，控制釜式反应器内反应压力为0.15MPa，反应过程中生成的CH3OH汽化后进入甲醇冷凝器冷凝后最终进入混合醇分离塔分离。反应结束后反应混合物进入异丙酯脱醇塔除去过量的异丙醇及反应过程中生成而未汽化的甲醇，塔釜物料即为棕榈酸异丙酯产品，经过换热器冷却后作为棕榈酸异丙酯成品输出。异丙酯脱醇塔内温度为110℃，压力为30KPaA。异丙酯脱醇塔塔顶分离得到的混合醇与甲醇冷凝器冷凝后的甲醇一起进入混合醇分离塔进行分离，塔顶回收甲醇作为生物柴油原料，塔釜回收异丙醇可循环使用。混合醇分离塔内温度为100℃，常压操作。所得产品棕榈酸异丙酯收率为99.89％，质量符合企业标准要求。
实施例4
将质量百分比浓度为99.8％的高纯度棕榈酸甲酯和异丙醇按摩尔比为1：6的配比在管道混合器内混合均匀后进入反应加热器，加热至60℃后进入管道反应器进行酯交换反应，管道反应器中附着的催化剂为磺酸型离子交换树脂，控制管道反应器内反应压力为0.4MPa，反应过程中生成的CH3OH汽化后进入甲醇冷凝器冷凝后最终进入混合醇分离塔分离。反应结束后反应混合物进入异丙酯脱醇塔除去过量的异丙醇及反应过程中生成而未汽化的甲醇，塔釜物料即为棕榈酸异丙酯产品，经过换热器冷却后作为棕榈酸异丙酯成品输出。异丙酯脱醇塔内温度为145℃，压力为20KPaA。异丙酯脱醇塔塔顶分离得到的混合醇与甲醇冷凝器冷凝后的甲醇一起进入混合醇分离塔进行分离，塔顶回收甲醇作为生物柴油原料，塔釜回收异丙醇可循环使用。混合醇分离塔内温度为135℃，常压操作。

Claims (10)

1.一种棕榈酸异丙酯的合成方法，其步骤为：
步骤一、将棕榈酸甲酯和异丙醇混合均匀后加热至60～120℃，在压力为0.5～0.8MPa及催化剂条件下进行酯交换反应，同时连续分离反应产物甲醇；
步骤二、在压力为20～80KPaA，温度为80～160℃条件下除去步骤一所得反应混合物中的异丙醇及未移除的甲醇，冷却后得棕榈酸异丙酯成品。
2.根据权利要求1所述的一种棕榈酸异丙酯的合成方法，其特征在于：将步骤二分离得到的混合醇在温度为90～140℃、常压条件下进行分离，回收的异丙醇循环利用。
3.根据权利要求1或2所述的一种棕榈酸异丙酯的合成方法，其特征在于：步骤一所用催化剂为负载型固体催化剂Zr(SO4)2/SiO2、SO4 2-/ZrO2、SO4 2-/TiO2+ZrO2或磺酸型离子交换树脂中的一种。
4.根据权利要求3所述的一种棕榈酸异丙酯的合成方法，其特征在于：步骤一中棕榈酸甲酯的质量百分比浓度为99.5％以上。
5.根据权利要求4所述的一种棕榈酸异丙酯的合成方法，其特征在于：步骤一中棕榈酸甲酯和异丙醇的摩尔比为1：3～8。
6.根据权利要求5所述的一种棕榈酸异丙酯的合成方法，其特征在于：步骤一中棕榈酸甲酯和异丙醇的摩尔比优选1：4。
7.根据权利要求6所述的一种棕榈酸异丙酯的合成方法，其特征在于：步骤一所述反应温度优选80～90℃。
8.根据权利要求7所述的一种棕榈酸异丙酯的合成方法，其特征在于：步骤一所述压力优选0.15～0.35MPa。
9.根据权利要求8所述的一种棕榈酸异丙酯的合成方法，其特征在于：步骤二所述压力优选30～50KPaA。
10.根据权利要求9所述的一种棕榈酸异丙酯的合成方法，其特征在于：步骤二所述温度优选110～140℃。
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