CN108997123B - 一种以邻二甲苯或萘的催化氧化产物合成邻苯二甲酸酯的方法 - Google Patents

一种以邻二甲苯或萘的催化氧化产物合成邻苯二甲酸酯的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种以邻二甲苯或萘的催化氧化产物合成邻苯二甲酸酯的方法，其特征在于：所述方法，包括制备邻苯二甲酸酐、合成邻苯二甲酸酯；所述合成邻苯二甲酸酯，包括加料、滴加正丁醇、负压反应。本发明所述合成邻苯二甲酸酯的方法，反应温度低，反应温度在105℃以下。本发明所述合成邻苯二甲酸酯的方法，醇的用量低，醇的摩尔用量是邻苯二甲酸酐的2.05倍；本发明所述合成邻苯二甲酸酯的方法，反应收率高，反应收率大于99.4%；套用10次后，收率还能保持在99.0%。

Description

一种以邻二甲苯或萘的催化氧化产物合成邻苯二甲酸酯的 方法
技术领域
本发明涉及一种以邻二甲苯或萘的催化氧化产物合成邻苯二甲酸酯的方法，属于化学合成技术领域。
背景技术
邻苯二甲酸酐，是一种重要的基本有机化工原料，其是由邻二甲苯或萘经过催化氧化得到，即邻苯二甲酸酐，是邻二甲苯或萘的催化氧化产物；以邻二甲苯和/或萘为原料固定床催化氧化制邻苯二甲酸酐，一般采用V-Ti型催化剂，即以五氧化二钒和二氧化钛为催化活性物质，并添加选自碱金属、Sb、P、Nb、Ag等组成的至少一种化合物为助催化剂，用无孔惰性载体材料，将催化活性物质以通常为0.02-2毫米的薄层状，涂覆于惰性无孔的载体上而制备催化剂，目前使用的催化剂是在较高的温度、较小的气体进料量以及较低的萘或邻二甲苯浓度下进行催化氧化反应，可减少副产物的生成，但是所采用的条件使得邻苯二甲酸酐的收率不高，现有技术制备邻苯二甲酸酐，收率（以邻二甲苯计）最高为114%。
中国专利CN101130535A公开了一种邻苯二甲酸酐的制备方法，以邻二甲苯、萘为原料，采用二段、三段床或四段床V-Ti型催化剂，所述催化剂在载体上覆盖含五氧化二钒和二氧化钛的催化活性物质，并添加碱金属、Sb、P、Nb的化合物作为助催化剂。该专利在使用二段床催化剂时，邻苯二甲酸酐的收率仅能达到113%；在使用三段或四段床催化剂时，邻苯二甲酸酐的收率才能最高达到115%；但使用的床催化剂的段数较多，成本较高，操作繁琐。
邻苯二甲酸酯是一类能起到软化作用的增塑剂产品。它被普遍应用于玩具、食品包装材料、医用血袋和胶管、乙烯地板和壁纸、清洁剂、润滑油、个人护理用品等数百种产品中。
邻苯二甲酸酯的合成，主要是由邻苯二甲酸酐与相应的醇酯化而成，目前工业上使用的催化剂主要是浓硫酸，反应温度一般为140-160℃，催化效果较好，但是浓硫酸操作起来比较危险，并且对设备具有一定的腐蚀性；除浓硫酸外，还有使用其他液体酸、盐、杂多酸、固体超强酸等，但这些催化剂存在催化活性较低，所需要的反应温度较高，一般需要200℃以上，制备的邻苯二甲酸酯收率低等明显的不足，难以实现工业化。
专利CN104592030A公开了一种邻苯二甲酸酯类化合物的合成方法，以弱酸为主催化剂，辅以其他助催化剂合成邻苯二甲酸酯类化合物，主催化剂为弱酸或盐。所述弱酸为氨基磺酸、对甲苯磺酸或草酸；所述盐为硫酸氢钠、硫酸氢钾、氯化铁、氯化锡、氯化铝；助催化剂为氮族元素化合物或聚乙二醇；所述氮族元素化合物为季鏻盐、砷盐冠醚、季铵盐、溴化四丁基铵或甲基三辛基氯化铵。反应过程为，加料后，保证反应器密封，升温至沸腾，反应0.5-2小时，精馏，得到产品，收率最高为98.3%，其需要的反应温度在117.7℃以上。
专利CN103435487A公开了一种邻苯二甲酸酯的制备方法，以邻苯二甲酸酐和一元脂肪醇为原料，在非酸性催化剂的作用下进行酯化反应；所述非酸性催化剂为氧化亚锡或氯化亚锡中的一种。该技术先在130-160℃反应1小时，再升温至170-210℃反应1-3小时；反应温度较高，并且其加入的醇的量为邻苯二甲酸酐的3.0-3.5倍（摩尔比），加入的醇过量。
发明内容
为解决现有技术存在的不足，本发明提供一种以邻二甲苯或萘的催化氧化产物合成邻苯二甲酸酯的方法，以实现以下发明目的：
（1）合成邻苯二甲酸酯步骤，降低反应温度；
（2）合成邻苯二甲酸酯步骤，降低醇的用量；
（3）合成邻苯二甲酸酯步骤，提高反应收率；
（4）合成中间体邻苯二甲酸酐步骤，减少催化剂在固定床反应器中的负载段数，减少氧化过程中副反应，提高反应收率。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种以邻二甲苯或萘的催化氧化产物合成邻苯二甲酸酯的方法，所述方法，包括制备邻苯二甲酸酐、合成邻苯二甲酸酯；所述合成邻苯二甲酸酯，包括加料、滴加正丁醇、负压反应。
以下是对上述技术方案的进一步改进：
所述加料，向反应器中加入邻苯二甲酸酐、一定量的正丁醇、复合催化剂，搅拌混合，然后升温至93-97℃。
所述搅拌，搅拌转速为1000r/min，搅拌时间为15分钟；
所述升温，优选为升温至95℃。
所述滴加正丁醇，滴加时，保持反应器内的温度为105℃，正丁醇的滴加时间为28-32分钟。
所述滴加时间优选为30分钟；
正丁醇滴加过程中，反应器中进行间歇搅拌，以800r/min的速率搅拌5分钟，停1分钟，以此为1个周期，循环进行。
所述负压反应，滴加完毕，调节反应器的压力至70-75Kpa，反应温度为90-93℃，反应29-33分钟。
所述反应温度优选为90℃，反应时间优选为30分钟。
所述加料，正丁醇的加入量为正丁醇总量的45-50wt%；所述邻苯二甲酸酐与正丁醇总量的摩尔比为：1:2.05。
所述复合催化剂加入量为邻苯二甲酸酐重量的0.8-1.2%。
所述复合催化剂，以重量份计，包括以下组分：5份磷钨酸、1份四硝基铂酸钾、2份乙酰丙酮钼。
所述制备邻苯二甲酸酐，包括制备催化剂1、制备催化剂2、反应。
所述催化剂1，活性物质为三异丙醇氧钒、钼酸铋、钛酸异丙酯、氧化锡，载体上的活性物质含量为9-11%，所述三异丙醇氧钒、钼酸铋、钛酸异丙酯、氧化锡的质量比例为：78-83:9-11:590-605:6.5-7.5。
所述催化剂1的制备方法为：将三异丙醇氧钒、钼酸铋、甲酰胺，配制成溶液1，与钛酸异丙酯、氧化锡混合乳化为均匀的悬浮液，将悬浮液喷涂在载体硅酸铝上，至载体上的活性物质含量达到9-11%，制成催化剂1；
所述溶液1中，三异丙醇氧钒、钼酸铋的浓度为30-33%。
所述催化剂2，活性物质为偏钒酸铵、钼酸钠、钛酸异丙酯、氧化锡，载体上的活性物质含量为12.5-13.5%；所述偏钒酸铵、钼酸钠、钛酸异丙酯、氧化锡的质量比为95-105:7-9:595-610：17-19。
所述催化剂2的制备方法为将偏钒酸铵、钼酸钠、甲酰胺，配制成溶液2，与钛酸异丙酯、氧化锡混合乳化为均匀的悬浮液，将悬浮液喷涂在载体硅酸铝上，至载体上的活性物质含量达到12.5-13.5%，制成催化剂2；
所述溶液2中，偏钒酸铵、钼酸钠的浓度为34-36%；
所述反应，空气进样流量为5Nm3/h，邻二甲苯浓度为102g/Nm3，反应温度为330℃。
所述反应在固定床反应器中进行，在内径为30mm，管长为3500mm的固定床反应器中，上段床层装填催化剂1，装填高度为1500mm，下段床层装填催化剂2，装填高度为1000mm，两端分别用石英砂封口，两端封口的长度均为500mm。
通过以上的技术方案，本发明可以实现以下有益效果：
（1）本发明所述合成邻苯二甲酸酯的方法，反应温度低，反应温度在105℃以下。
（2）本发明所述合成邻苯二甲酸酯的方法，醇的用量低，醇的摩尔用量是邻苯二甲酸酐的2.05倍。
（3）本发明所述合成邻苯二甲酸酯的方法，反应收率高，反应收率大于99.4%；套用10次后，收率还能保持在99.0%。
（4）本发明制备中间产物邻苯二甲酸酐步骤，采用连续催化的方式，采用复合催化剂，氧化过程中副反应少，产品收率高，收率（以邻二甲苯计）为118-118.5%。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1一种以邻二甲苯或萘的催化氧化产物合成邻苯二甲酸酯的方法
包括以下步骤：
步骤1、制备邻苯二甲酸酐
（1）制备催化剂1
将80g三异丙醇氧钒、10g钼酸铋、200g甲酰胺，配制成溶液1，与600g钛酸异丙酯、7g氧化锡混合乳化为均匀的悬浮液，将悬浮液喷涂在载体硅酸铝上，至载体上的活性物质含量达到10%，制成催化剂1。
（2）制备催化剂2
将100g偏钒酸铵、8g钼酸钠、200g甲酰胺，配制成溶液2，与600g
钛酸异丙酯、18g氧化锡混合乳化为均匀的悬浮液，将悬浮液喷涂在载体硅酸铝上，至载体上的活性物质含量达到13%，制成催化剂2。
（3）氧化反应
在固定床反应器中进行制备邻苯二甲酸酐，在内径为30mm，管长为3500mm的固定床反应器中，上段床层装填催化剂1，装填高度为1500mm，下段床层装填催化剂2，装填高度为1000mm，两端分别用石英砂封口，两端封口的长度均为500mm；反应产物收集在捕集装置中，反应器外采用强制循环流动的熔盐为换热体，反应热由熔盐导出。
固定床反应器中，空气进样流量为5Nm3/h，邻二甲苯浓度为102g/Nm3，空气和邻二甲苯流入反应器进行反应，盐浴温度为355℃，熔盐循环量为5000m3/h，固体床反应器出口，邻二甲苯酸酐的收率（以邻二甲苯计）为118%，冷却后得到邻苯二甲酸酐固体。
上述邻苯二甲酸酐，可以用萘代替邻二甲苯，当用萘代替邻二甲苯进行反应时，邻二甲苯酸酐的收率（以萘计）为118.5%。
步骤2、合成邻苯二甲酸酯
（1）加料
向反应器中加入邻苯二甲酸酐50kg、正丁醇25Kg、复合催化剂0.5kg，在1000r/min下搅拌15分钟，然后升温至95℃；
所述复合催化剂，以重量份计，包括以下组分：5份磷钨酸、1份四硝基铂酸钾、2份乙酰丙酮钼。
（2）滴加正丁醇
向反应器中滴加26.25kg正丁醇，正丁醇滴加时，保持反应器内的温度为105℃，正丁醇的滴加时间为30分钟；正丁醇滴加过程中，反应器中进行间歇搅拌，以800r/min的速率搅拌5分钟，停1分钟，以此为1个周期，循环进行。
步骤（1）和步骤（2）中正丁醇总量与邻苯二甲酸酐的摩尔比为2.05:1。
（3）负压反应
滴加完毕，调节反应器的压力至72Kpa，反应温度为90℃，反应30分钟。
（4）精馏
对反应器降温至40℃以下，精馏得到邻苯二甲酸二丁酯产品，以邻苯二甲酸酐计，收率达99.4%。
实施例2催化剂套用试验
将实施例1的反应产物中，精馏得到邻苯二甲酸二丁酯产品、精馏脱水；剩余组分即为催化剂（包含少量未反应完的邻苯二甲酸酐和正丁醇），套用于下一批的合成反应，套用10次，邻苯二甲酸二丁酯的收率结果如下：
Figure 485511DEST_PATH_IMAGE001
本发明所述邻二甲苯或萘的催化氧化产物为邻苯二甲酸酐。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种以邻二甲苯或萘的催化氧化产物合成邻苯二甲酸酯的方法，其特征在于：所述方法，包括制备邻苯二甲酸酐、合成邻苯二甲酸酯；所述合成邻苯二甲酸酯，包括加料、滴加正丁醇、负压反应；
所述合成邻苯二甲酸酯，复合催化剂加入量为邻苯二甲酸酐重量的0.8-1.2%；所述复合催化剂，以重量份计，包括以下组分：5份磷钨酸、1份四硝基铂酸钾、2份乙酰丙酮钼。
2.根据权利要求1所述的一种以邻二甲苯或萘的催化氧化产物合成邻苯二甲酸酯的方法，其特征在于：所述加料，向反应器中加入邻苯二甲酸酐、一定量的正丁醇、复合催化剂，搅拌混合，然后升温至93-97℃。
3.根据权利要求1所述的一种以邻二甲苯或萘的催化氧化产物合成邻苯二甲酸酯的方法，其特征在于：所述滴加正丁醇，滴加时，保持反应器内的温度为105℃，正丁醇的滴加时间为28-32分钟。
4.根据权利要求1所述的一种以邻二甲苯或萘的催化氧化产物合成邻苯二甲酸酯的方法，其特征在于：所述负压反应，滴加完毕，调节反应器的压力至70-75KPa ，反应温度为90-93℃，反应29-33分钟。
5.根据权利要求2所述的一种以邻二甲苯或萘的催化氧化产物合成邻苯二甲酸酯的方法，其特征在于：所述加料，正丁醇的加入量为正丁醇总量的45-50wt%；所述邻苯二甲酸酐与正丁醇总量的摩尔比为：1:2.05。
6.根据权利要求1所述的一种以邻二甲苯或萘的催化氧化产物合成邻苯二甲酸酯的方法，其特征在于：所述制备邻苯二甲酸酐，包括制备催化剂1、制备催化剂2、反应。
7.根据权利要求6所述的一种以邻二甲苯或萘的催化氧化产物合成邻苯二甲酸酯的方法，其特征在于：所述催化剂1，活性物质为三异丙醇氧钒、钼酸铋、钛酸异丙酯、氧化锡，载体上的活性物质含量为9-11%，所述三异丙醇氧钒、钼酸铋、钛酸异丙酯、氧化锡的质量比例为：78-83:9-11:590-605:6.5-7.5。
8.根据权利要求6所述的一种以邻二甲苯或萘的催化氧化产物合成邻苯二甲酸酯的方法，其特征在于：所述催化剂2，活性物质为偏钒酸铵、钼酸钠、钛酸异丙酯、氧化锡，载体上的活性物质含量为12.5-13.5%；所述偏钒酸铵、钼酸钠、钛酸异丙酯、氧化锡的质量比为95-105:7-9:595-610：17-19。
9.根据权利要求6所述的一种以邻二甲苯或萘的催化氧化产物合成邻苯二甲酸酯的方法，其特征在于：所述反应，空气进样流量为5Nm3/h，邻二甲苯浓度为102g/Nm3，反应温度为330℃。
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