CN112409135A - 一种高纯度异丙醇的制备方法 - Google Patents

一种高纯度异丙醇的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高纯度异丙醇的制备方法，包括如下步骤：(1)粗制异丙醇：以丙酮和氢气为原料，以异丙醇为溶剂，原料与催化剂接触，反应生成异丙醇，其中催化剂包括以下组分：a)二氧化硅载体，b)镍元素或其氧化物，c)MgO、BaO或CaO中至少一种；(2)树脂脱水：将制得的异丙醇以恒定流速流经吸水树脂；(3)反渗透：将树脂脱水后的异丙醇通过反渗透膜；(4)高温精馏：将反渗透后的异丙醇高温精馏；(5)将精馏后的高纯度异丙醇进行罐装。本发明以丙酮和氢气为原料制成异丙醇，再综合运用多种手段对异丙醇进行提纯，提纯路线设计合理巧妙，最终可获得的丙酮转化率可达96％以上。

Description

一种高纯度异丙醇的制备方法
技术领域
本发明涉及一种制备异丙醇的方法，特别是一种高纯度异丙醇的制备方 法。
背景技术
异丙醇的生产可以采用丙烯水合的方法制得，如采用阳离子交换树脂催 化剂的直接水合法。
近年来，丙酮的产量不断增加，但由于甲基丙烯酸甲酯的生产方法有由 C4馏分直接氧化法取代丙酮氰醇法的趋势，以及丙酮作为溶剂用量在不断减 少，使丙酮的应用范围变窄，因此把丙酮转变为异丙醇精细化学品具有重要 的意义。到目前为止丙酮加氢粗制异丙醇的催化剂有：RaneyNi催化剂、Ru/C 催化剂、Ru/Al2O3催化剂、铜铬催化剂。丙酮在以上类型的催化剂上加氢， 一般采用固定床反应器，丙酮与氢气以一定的比例在液相或气相条件下进入 到催化剂床层，在适当的温度和压力下加氢生成异丙醇。
中国专利CN103539635B报道了一种以丙酮为原料，与氢气经过负载有镍 元素及其化合物的酸处理的二氧化硅载体，气相反应制备异丙醇的方法。采 用此种方法经过后续加工虽可获得高纯度的医药和化妆品工业用异丙醇。但 此种方法中负载型镍催化剂中的镍和钴的含量较高，致催化剂的制备成本较 高，降低了丙酮加氢制异丙醇的经济性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术制备的Pd、Pt、Ru贵金属催化剂 用于丙酮加氢制备异丙醇过程中存在的催化剂价格昂贵的问题，Cu基催化剂 应用于丙酮加氢制备异丙醇存在稳定性差、环境污染严重等问题，提供一种 新的丙酮气相加氢制备异丙醇的方法。该方法具有催化剂价格便宜，稳定性 好，对环境友好的优点。
解决上述技术，本发明采用的技术方案如下：一种高纯度异丙醇的制备 方法，包括如下步骤：
(1)粗制异丙醇：以丙酮和氢气为原料，以异丙醇为溶剂，原料与溶剂 混合物中按重量百分比计，丙酮含量为10～80％，异丙醇含量为20～90％， 在反应温度为100～160℃，反应压力为1.0～5.0MPa，原料与催化剂接触， 反应生成异丙醇，其中所用催化剂以重量百分比计包括以下组分：a)40～97.5 份的经过酸处理的二氧化硅载体，和负载于其上的b)0.5～60份的镍元素或 其氧化物，c)3.0～15.0％选自MgO、BaO或CaO中至少一种；
(2)树脂脱水：将制得的异丙醇以恒定流速流经吸水树脂，控制异丙醇 含水量降到20ppm以下；
(3)反渗透：将树脂脱水后的异丙醇通过反渗透膜，反渗透压 2.0-2.8Mpa，透过量400-600L/h，控制循环量为700-900L/h；
(4)高温精馏：将反渗透后的异丙醇高温精馏，控制塔顶温度82.0± 0.5℃，回流比1.2-2，冷凝水温度小于4-8℃，高温精馏后异丙醇中阴离子 浓度控制到100ppb以下，单项阳离子浓度控制在1ppb以下；
(5)将精馏后的高纯度异丙醇进行罐装。
进一步的，所述原料与溶剂的混合物中以重量百分比计丙酮含量为 25.0～70.0％，异丙醇含量为30.0～65.0％。
进一步的，以重量百分比计选自MgO、BaO或CaO中至少一种的用量为 5.0～10.0％。
进一步的，步骤(2)中所述吸水树脂为聚丙烯酸系吸水树脂。
进一步的，所述催化剂的制备方法：将硝酸镍加入到盐酸溶液中，在超 声波仪器中超声搅拌，使其完全溶解，然后加入载体二氧化硅，此时溶液是 黏糊状流体，再加入MgO、BaO或CaO中至少一种，放置于超声清洗仪器中超 声搅拌，使其充分溶解；然后干燥后焙烧，得到所述催化剂；其中：载体二 氧化硅、硝酸镍、盐酸溶液的摩尔比为1-1.02：0.3-0.5：1.05；盐酸溶液的 浓度为15-30％。
进一步的，在超声波仪器中超声搅拌的时间为13-17分钟，放置于超声 清洗仪器中超声的时间为13-17分钟，焙烧的温度为450-550℃，焙烧时间为 4-5h。
与采用贵金属催化加氢丙酮制备异丙醇的方法相比，该方法提供的催化 剂价格低，在丙酮加氢生成异丙醇的过程中，一是部分丙酮会直接耦合生成 甲基异丁基甲酮，生成的异丙醇也容易发生醚化形成副产物。因此，催化剂 的酸性位与加氢活性需要匹配，催化剂的酸中心数量与酸强度通过在载体中 引入碱性氧化物来调节；催化剂的加氢活性需要通过合理地控制Ni的含量来 控制，从而使制备的Ni基金属催化剂保持良好的活性、稳定性和选择性。与 贵金属Ru催化剂相比，该催化剂价格低，反应在1.0～5.0MPa下进行，压力低。与Cu基催化剂相比，该催化剂活性高。
采用本发明的方法，催化剂通过化学还原的方法制得，以异丙醇为溶剂， 在反应温度100～160℃、反应压力1.0～5.0MPa的反应条件下应用于丙酮加 氢合成异丙醇过程，反应4小时后，丙酮转化率可达96％以上，生成异丙醇 选择性大于95％。再综合运用多种手段对异丙醇进行提纯，提纯路线设计合 理巧妙，最终可获得各单项阳离子浓度小于10ppt、各单项阴离子浓度小于 1ppb、水分含量小于20ppm的高纯度异丙醇。与贵金属催化剂相比该催化剂 价格低，反应压力低，与Cu基催化剂相比，该催化剂活性高，取得了良好的 技术效果。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，但不构成对本发明保护范围的限制。
实施例1
一种高纯度异丙醇的制备方法，包括如下步骤：
(1)粗制异丙醇：以丙酮和氢气为原料，以异丙醇为溶剂，原料与溶剂 混合物中按重量百分比计，丙酮含量为30～70％，异丙醇含量为30～65％， 在反应温度为160℃，反应压力为3.0MPa，原料与催化剂接触，反应生成异 丙醇，其中所用催化剂以重量百分比计包括以下组分：a)40份的经过酸处理 的二氧化硅载体，和负载于其上的b)0.5～60份的镍元素或其氧化物，c)5％ 的MgO；
(2)树脂脱水：将制得的异丙醇以恒定流速流经聚丙烯酸系吸水树脂， 控制异丙醇含水量降到20ppm以下；
(3)反渗透：将树脂脱水后的异丙醇通过反渗透膜，反渗透压2.0Mpa， 透过量400L/h，控制循环量为700L/h；
(4)高温精馏：将反渗透后的异丙醇高温精馏，控制塔顶温度81.5℃，回 流比1.2-2，冷凝水温度小于8℃，高温精馏后异丙醇中阴离子浓度控制到 100ppb以下，单项阳离子浓度控制在1ppb以下；
(5)精馏后的异丙醇产品收率97.5％，纯度99.6％，将精馏后的高纯度 异丙醇进行罐装。
本实施例中，所述催化剂的制备方法：将硝酸镍加入到盐酸溶液中，在 超声波仪器中超声搅拌，使其完全溶解，然后加入载体二氧化硅，此时溶液 是黏糊状流体，再加入MgO，放置于超声清洗仪器中超声搅拌，使其充分溶解； 然后干燥后焙烧，得到所述催化剂；其中：载体二氧化硅、硝酸镍、盐酸溶 液的摩尔比为1-1.02：0.3-0.5：1.05；盐酸溶液的浓度为15-30％。在超声 波仪器中超声搅拌的时间为15分钟，放置于超声清洗仪器中超声的时间为15 分钟，焙烧的温度为450℃，焙烧时间为4-5h。
实施例2
催化剂制备方法同实施例1，(3)反渗透：将树脂脱水后的异丙醇通过 反渗透膜，反渗透压2.5Mpa，透过量500L/h，控制循环量为800L/h；(4)高 温精馏：将反渗透后的异丙醇高温精馏，控制塔顶温度81.5℃，回流比1.2-2， 冷凝水温度小于8℃。本实施例中，异丙醇产品收率97.4％，纯度99.4％。
实施例3
催化剂制备方法同实施例1，(3)反渗透：将树脂脱水后的异丙醇通过 反渗透膜，反渗透压2.8Mpa，透过量600L/h，控制循环量为900L/h；(4)高 温精馏：将反渗透后的异丙醇高温精馏，控制塔顶温度81.5℃，回流比1.2-2， 冷凝水温度小于8℃。本实施例中，精馏后的异丙醇产品收率97.5％，纯度 99.6％。
实施例4
一种高纯度异丙醇的制备方法，包括如下步骤：
(1)粗制异丙醇：以丙酮和氢气为原料，以异丙醇为溶剂，原料与溶剂 混合物中按重量百分比计，丙酮含量为30～70％，异丙醇含量为30～65％， 在反应温度为130℃，反应压力为3.0MPa，原料与催化剂接触，反应生成异 丙醇，其中所用催化剂以重量百分比计包括以下组分：a)60份的经过酸处理 的二氧化硅载体，和负载于其上的b)30份的镍元素或其氧化物，c)5.0％ 的BaO；
(2)树脂脱水：将制得的异丙醇以恒定流速流经聚丙烯酸系吸水树脂， 控制异丙醇含水量降到20ppm以下；
(3)反渗透：将树脂脱水后的异丙醇通过反渗透膜，反渗透压2.0Mpa， 透过量400L/h，控制循环量为700L/h；
(4)高温精馏：将反渗透后的异丙醇高温精馏，控制塔顶温度82.0℃，回 流比1.2-2，冷凝水温度小于8℃，高温精馏后异丙醇中阴离子浓度控制到 100ppb以下，单项阳离子浓度控制在1ppb以下；
(5)精馏后的异丙醇产品收率96.8％，纯度99.4％，将精馏后的高纯度 异丙醇进行罐装。
进一步的，所述催化剂的制备方法：将硝酸镍加入到盐酸溶液中，在超 声波仪器中超声搅拌，使其完全溶解，然后加入载体二氧化硅，此时溶液是 黏糊状流体，再加入BaO，放置于超声清洗仪器中超声搅拌，使其充分溶解； 然后干燥后焙烧，得到所述催化剂；其中：载体二氧化硅、硝酸镍、盐酸溶 液的摩尔比为1-1.02：0.3-0.5：1.05；盐酸溶液的浓度为15-30％，在超声 波仪器中超声搅拌的时间为15分钟，放置于超声清洗仪器中超声的时间为15 分钟，焙烧的温度为500℃，焙烧时间为4-5h。
实施例5
催化剂制备方法同实施例4，(3)反渗透：将树脂脱水后的异丙醇通过 反渗透膜，反渗透压2.5Mpa，透过量500L/h，控制循环量为800L/h；(4)高 温精馏：将反渗透后的异丙醇高温精馏，控制塔顶温度82℃，回流比1.2-2， 冷凝水温度小于8℃。本实施例中，异丙醇产品收率97.2％，纯度99.4％。
实施例6
催化剂制备方法同实施例4，(3)反渗透：将树脂脱水后的异丙醇通过 反渗透膜，反渗透压2.8Mpa，透过量600L/h，控制循环量为900L/h；(4)高 温精馏：将反渗透后的异丙醇高温精馏，控制塔顶温度82℃，回流比1.2-2， 冷凝水温度小于8℃。本实施例中，精馏后的异丙醇产品收率97.3％，纯度 99.2％。
实施例7
一种高纯度异丙醇的制备方法，包括如下步骤：
(1)粗制异丙醇：以丙酮和氢气为原料，以异丙醇为溶剂，原料与溶剂 混合物中按重量百分比计，丙酮含量为30～70％，异丙醇含量为30～65％， 在反应温度为100℃，反应压力为3.0MPa，原料与催化剂接触，反应生成异 丙醇，其中所用催化剂以重量百分比计包括以下组分：a)40～97.5份的经过 酸处理的二氧化硅载体，和负载于其上的b)0.5～60份的镍元素或其氧化物， c)5.0％的CaO；
(2)树脂脱水：将制得的异丙醇以恒定流速流经聚丙烯酸系吸水树脂， 控制异丙醇含水量降到20ppm以下；
(3)反渗透：将树脂脱水后的异丙醇通过反渗透膜，反渗透压 2.0-2.8Mpa，透过量400-600L/h，控制循环量为700-900L/h；
(4)高温精馏：将反渗透后的异丙醇高温精馏，控制塔顶温度82.0± 0.5℃，回流比1.2-2，冷凝水温度小于4-8℃，高温精馏后异丙醇中阴离子 浓度控制到100ppb以下，单项阳离子浓度控制在1ppb以下；
(5)精馏后的异丙醇产品收率97.5％，纯度99.6％，将精馏后的高纯度 异丙醇进行罐装。
进一步的，所述催化剂的制备方法：将硝酸镍加入到盐酸溶液中，在超 声波仪器中超声搅拌，使其完全溶解，然后加入载体二氧化硅，此时溶液是 黏糊状流体，再加入CaO中，放置于超声清洗仪器中超声搅拌，使其充分溶 解；然后干燥后焙烧，得到所述催化剂；其中：载体二氧化硅、硝酸镍、盐 酸溶液的摩尔比为1-1.02：0.3-0.5：1.05；盐酸溶液的浓度为15-30％。
进一步的，在超声波仪器中超声搅拌的时间为15分钟，放置于超声清洗 仪器中超声的时间为15分钟，焙烧的温度为550℃，焙烧时间为4-5h。
实施例8
催化剂制备方法同实施例7，(3)反渗透：将树脂脱水后的异丙醇通过 反渗透膜，反渗透压2.5Mpa，透过量500L/h，控制循环量为800L/h；(4)高 温精馏：将反渗透后的异丙醇高温精馏，控制塔顶温度82.5℃，回流比1.2-2， 冷凝水温度小于8℃。本实施例中，异丙醇产品收率96.9％，纯度99.3％。
实施例9
催化剂制备方法同实施例7，(3)反渗透：将树脂脱水后的异丙醇通过 反渗透膜，反渗透压2.8Mpa，透过量600L/h，控制循环量为900L/h；(4)高 温精馏：将反渗透后的异丙醇高温精馏，控制塔顶温度82.5℃，回流比1.2-2， 冷凝水温度小于8℃。本实施例中，精馏后的异丙醇产品收率96.8％，纯度 99.4％。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行 业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明 书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下， 本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范 围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种高纯度异丙醇的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)粗制异丙醇：以丙酮和氢气为原料，以异丙醇为溶剂，原料与溶剂混合物中按重量百分比计，丙酮含量为10～80％，异丙醇含量为20～90％，在反应温度为100～160℃，反应压力为1.0～5.0MPa，原料与催化剂接触，反应生成异丙醇，其中所用催化剂以重量百分比计包括以下组分：a)40～97.5份的经过酸处理的二氧化硅载体，和负载于其上的b)0.5～60份的镍元素或其氧化物，c)3.0～15.0％选自MgO、BaO或CaO中至少一种；
(2)树脂脱水：将制得的异丙醇以恒定流速流经吸水树脂，控制异丙醇含水量降到20ppm以下；
(3)反渗透：将树脂脱水后的异丙醇通过反渗透膜，反渗透压2.0-2.8Mpa，透过量400-600L/h，控制循环量为700-900L/h；
(4)高温精馏：将反渗透后的异丙醇高温精馏，控制塔顶温度82.0±0.5℃，回流比1.2-2，冷凝水温度小于4-8℃，高温精馏后异丙醇中阴离子浓度控制到100ppb以下，单项阳离子浓度控制在1ppb以下；
(5)将精馏后的高纯度异丙醇进行罐装。
2.根据权利要求1所述的一种高纯度异丙醇的制备方法，其特征在于，所述原料与溶剂的混合物中以重量百分比计丙酮含量为25.0～70.0％，异丙醇含量为30.0～65.0％。
3.根据权利要求1所述的一种高纯度异丙醇的制备方法，其特征在于，以重量百分比计选自MgO、BaO或CaO中至少一种的用量为5.0～10.0％。
4.根据权利要求1所述的一种高纯度异丙醇的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述吸水树脂为聚丙烯酸系吸水树脂。
5.根据权利要求1所述的一种高纯度异丙醇的制备方法，其特征在于，所述催化剂的制备方法：将硝酸镍加入到盐酸溶液中，在超声波仪器中超声搅拌，使其完全溶解，然后加入载体二氧化硅，此时溶液是黏糊状流体，再加入MgO、BaO或CaO中至少一种，放置于超声清洗仪器中超声搅拌，使其充分溶解；然后干燥后焙烧，得到所述催化剂；其中：载体二氧化硅、硝酸镍、盐酸溶液的摩尔比为1-1.02：0.3-0.5：1.05；盐酸溶液的浓度为15-30％。
6.根据权利要求5所述的一种高纯度异丙醇的制备方法，其特征在于，在超声波仪器中超声搅拌的时间为13-17分钟，放置于超声清洗仪器中超声的时间为13-17分钟，焙烧的温度为450-550℃，焙烧时间为4-5h。
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