CN114276216B - 一种脱除1,3-丙二醇中醛类杂质的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种脱除1,3‑丙二醇中醛类杂质的方法,所述方法包括:将1,3‑丙二醇反应液与肼混合后升温反应,然后加入碱继续反应,得到还原产物,将还原产物分离后,得到的反应釜料进行除焦,再将除焦馏分进行减压精馏,得到1,3‑丙二醇产品。本发明所述方法根据醛基的特性,使用肼以及碱将醛基还原为烷基,使反应液中的醛类杂质大量脱除,显著降低总醛含量,将醛基转化烷基可显著降低相应杂质的沸点,从而降低1,3‑丙二醇的纯化难度,得到高纯度产品;所述方法中1,3‑丙二醇自身可作为溶剂,无需引入新物质,减少对产品质量影响;所述方法操作工序简单,操作简便,且设备投资降低,易于工业化实施。
Description
技术领域
本发明属于化工分离技术领域,涉及一种脱除1,3-丙二醇中醛类杂质的方法。
背景技术
1,3-丙二醇作为一种重要的有机化工原料,是生产不饱和聚酯、增塑剂、表面活性剂、乳化剂和破乳剂的原料,例如用作生产聚酯多元醇的原料、生产聚醚多元醇的起始剂以及生产聚氨酯的扩链剂等,可广泛应用于工程塑料、服装面料、涂料、化妆品、制药等行业,特别是作为生产聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯(PTT)的主要原料;PTT纤维是一种性能优异的新型聚酯类纤维,综合了尼龙的柔软性、腈纶的蓬松性、涤纶的抗污性,加上本身固有的弹性,以及能常温染色等特点,把各种纤维的优良性能集于一身,从而成为当前最热门的高分子新材料之一。
PTT合成的原料是对苯二甲酸和1,3-丙二醇,而1,3-丙二醇产品的质量对于PTT纤维的特性影响较大,例如,产品纯度会影响其特性粘度,产品的醛含量和色度会影响PTT的外观;因而对于合成高纯度1,3-丙二醇的研究是目前的热点之一,主要有化学法、生物法两大类,前者包括环氧乙烷羰基化法、丙烯醛水合加氢法,其中丙烯醛水合加氢法具有技术难度较低,工艺条件温和,原子利用率高等特点,是目前的工业化路线之一,但该方法中,丙烯醛以及中间产物3-羟基丙醛都不稳定,极易发生缩聚反应,从而生成醛类副产物,再经加氢后生成更多副产物,造成反应体系组分复杂,醛类杂质是影响PTT纤维质量的重要因素,因而脱除醛类杂质是提纯1,3-丙二醇时的关键步骤。
CN 110790636A公开了一种脱除1,3-丙二醇中微量醛基的精制方法,该方法将磺酸类离子液体加入含微量醛基杂质的1,3-丙二醇脱水浓缩液,通过离子液体催化醛基进行脱醛反应,再经减压精馏得到醛含量低、1,3-丙二醇纯度高的产品;该方法虽然能够将醛基杂质的含量显著降低,但离子液体的成本较高,制备过程繁琐,且产品的收率较低,并不适合大量制备。
CN 112979420A公开了一种纯化1,3-丙二醇的方法,该方法包括如下步骤:含有1,3-丙二醇的原料经pH调节并反应,所述原料中含有醛类有机物,得到反应产物;所述反应产物经第一精馏和第二减压精馏,得到粗1,3-丙二醇;所述粗1,3-丙二醇经树脂吸附和第三精馏,得到1,3-丙二醇。该方法利用醛类物质的特性,加入反应物将其转化为大分子物质,但同样会发生副反应,虽能降低醛含量,但产品的收率较低,且还需要树脂吸附操作,操作复杂,成本较高。
综上所述,对于1,3-丙二醇反应液中醛类杂质的脱除,还需要选择合适的工艺与操作,在充分去除醛类杂质的同时,提高1,3-丙二醇产品的收率,并简化操作,降低成本。
发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明的目的在于提供一种脱除1,3-丙二醇中醛类杂质的方法,所述方法采用黄鸣龙反应,利用肼以及碱将醛基还原为烷基,使得反应液中的醛类杂质大量脱除,显著降低总醛含量,同时通过将醛基转化烷基可明显降低相应杂质的沸点,有助于1,3-丙二醇的分离纯化,从而制备高纯度的1,3-丙二醇产品;所述方法操作工序简单,条件温和,成本较低,易于工业化实施。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:
本发明提供了一种脱除1,3-丙二醇中醛类杂质的方法,所述方法包括以下步骤:
(1)将1,3-丙二醇反应液与肼混合后升温反应,然后加入碱继续反应,得到还原产物,将还原产物分离后,得到反应釜料;
(2)将步骤(1)得到的反应釜料进行除焦,得到除焦馏分;
(3)将步骤(2)得到的除焦馏分进行减压精馏,得到1,3-丙二醇产品。
本发明中,对于1,3-丙二醇合成后的分离提纯,其中醛类杂质的脱除是关键步骤,根据醛基的特性,采用黄鸣龙反应,将醛基与肼反应生成腙,再通过将腙破坏形成烷基,将醛基还原为烷基,使得反应液中的醛类杂质大量脱除,显著降低了总醛含量,而经过上述转化所得产物的沸点相比原醛类杂质以及1,3-丙二醇明显降低,从而降低了1,3-丙二醇的纯化难度,通过在反应过程中同步精馏,将还原产物直接分离出去,再经过除焦、减压精馏的提纯步骤,能够得到高纯度的1,3-丙二醇产品;
根据黄鸣龙反应的特性,还需要使用醇类作为溶剂,而本发明中的1,3-丙二醇自身可作为溶剂,无需引入新物质,减少对产品质量影响,并降低处理成本;所述方法操作工序简单,操作简便,且设备投资降低,易于工业化实施。
以下作为本发明优选的技术方案,但不作为本发明提供的技术方案的限制,通过以下技术方案,可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
作为本发明优选的技术方案,步骤(1)所述1,3-丙二醇反应液由丙烯醛经水合加氢工艺得到。
优选地,步骤(1)所述1,3-丙二醇反应液的组成包括1,3-丙二醇、3-羟基丙醛、3-羟甲基四氢吡喃、1,3-二氧六环-2-乙醇、5,6-二氢吡喃-3-甲醛、4-杂氧基庚二醛、4-杂氧基庚二醇和水。
优选地,步骤(1)所述1,3-丙二醇反应液的组成按质量浓度计包括1,3-丙二醇≤95.0wt%,例如95.0wt%、94.0wt%、93.0wt%、92.0wt%、91.0wt%或90.0wt%等,3-羟基丙醛≤0.1wt%,例如0.1wt%、0.05wt%、0.01wt%或0.005wt%等,3-羟甲基四氢吡喃≤0.1wt%,例如0.1wt%、0.05wt%、0.01wt%或0.005wt%等,1,3-二氧六环-2-乙醇≤0.1wt%,例如0.1wt%、0.05wt%、0.01wt%或0.005wt%等,5,6-二氢吡喃-3-甲醛≤0.1wt%,例如0.1wt%、0.05wt%、0.01wt%或0.005wt%等,4-杂氧基庚二醛≤0.1wt%,例如0.1wt%、0.05wt%、0.01wt%或0.005wt%等,4-杂氧基庚二醇≥5.0wt%,例如5.0wt%、5.5wt%、6.0wt%、6.5wt%或7.0wt%等,水≤0.2wt%,例如0.2wt%、0.19wt%、0.18wt%、0.16wt%或0.15wt%等;其中总醛浓度≤1000ppm,例如1000ppm、800ppm、600ppm、500ppm、400ppm、200ppm或100ppm等,但并不局限于所列举的数值,在各自数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中,丙烯醛水合加氢工艺得到的1,3-丙二醇反应液中会含有多种醛类副产物,该醛类物质会明显影响产品性能,因而通常会明确其总醛含量,以体现产品的纯度,该总醛含量含量是以甲醛为基准来计量的;根据本发明中各组分的质量浓度,含水量极少,表明该反应液已经过浓缩处理。
本发明中,根据上述1,3-丙二醇反应液中的组成,其中的醛类物质3-羟基丙醛、5,6-二氢吡喃-3-甲醛和4-杂氧基庚二醛经过醛基还原反应对应生成正丙醇、3-甲基-5,6-二氢吡喃和正丙醚,相比对应的醛类,各自的沸点也明显降低,有助于还原产物的分离。
作为本发明优选的技术方案,步骤(1)所述肼以水合肼溶液的形式加入。
优选地,所述水合肼溶液的浓度为50~85wt%,例如50wt%、55wt%、60wt%、65wt%、70wt%、75wt%、80wt%或85wt%等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,所述水合肼溶液占1,3-丙二醇反应液的质量比例为0.01~1.0wt%,例如0.01wt%、0.05wt%、0.1wt%、0.25wt%、0.5wt%、0.75wt%或1.0wt%等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用,优选0.1~0.3wt%。
优选地,步骤(1)加入肼后升温至90~120℃进行反应,例如90℃、95℃、100℃、105℃、110℃、115℃或120℃等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用,所述反应为醛类杂质与肼反应生成腙,反应时间为1~5h,例如1h、2h、3h、4h或5h等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案,步骤(1)所述碱包括碱金属氢氧化物、稀土金属氢氧化物或固体超强碱中任意一种或至少两种的组合,所述组合典型但非限制性实例有:碱金属氢氧化物和稀土金属氢氧化物的组合,稀土金属氢氧化物和固体超强碱的组合,碱金属氢氧化物、稀土金属氢氧化物和固体超强碱的组合等。
本发明中,根据碱的种类选择,碱金属氢氧化物包括氢氧化钠、氢氧化钾等,稀土金属氢氧化物包括氢氧化镧、氢氧化镱等,固体超强碱包括K2O/γ-Al2O3、Na-Na2CO3/γ-Al2O3等。
优选地,步骤(1)所述碱的加入量占1,3-丙二醇反应液的质量比例为0.01~1wt%,例如0.01wt%、0.05wt%、0.1wt%、0.25wt%、0.5wt%、0.75wt%或1.0wt%等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用,优选0.1~0.3wt%。
优选地,步骤(1)加入碱后的反应为腙在碱的作用下相应官能团分解生成烷基,反应温度为90~180℃,例如90℃、95℃、100℃、110℃、120℃、150℃或180℃等,该反应温度并不固定,随反应进行温度逐渐升高,但不超过180℃;反应时间为1~10h,例如1h、2h、3h、4h、5h、6h、8h或10h等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用,优选为2~5h。
作为本发明优选的技术方案,步骤(1)所述反应在反应精馏装置内进行。
优选地,步骤(1)所述反应进行时,还发生精馏过程,将还原产物与1,3-丙二醇分离。
优选地,所述反应精馏装置的理论塔板数不大于10,例如10、9、8、7、6或5等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用;回流比不大于3,例如3、2.5、2、1.5或1等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,所述反应精馏装置的釜温不超过180℃,例如180℃、178℃、175℃、172℃、170℃或165℃等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案,步骤(2)所述除焦在除焦塔中进行。
优选地,所述除焦塔的理论塔板数不大于20,例如20、17、15、12、10、8或5等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用;回流比不大于3,例如3、2.5、2、1.5或1等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,所述除焦塔的操作绝压不大于5kPa,例如5kPa、4kPa、3kPa、2kPa、1kPa或0.5kPa等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用;塔顶操作温度为90~135℃,例如90℃、100℃、110℃、120℃、130℃或135℃,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,所述除焦塔的塔顶采出的除焦馏分占进入的反应釜料的质量比例为90~95wt%,例如90wt%、91wt%、92wt%、93wt%、94wt%或95wt%等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案,步骤(3)所述减压精馏在精馏塔中进行。
优选地,所述精馏塔的理论塔板数不大于30,例如30、28、25、22、20或15等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用;回流比不大于5,例如5、4、3、2.5、2或1等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,所述减压精馏的操作绝压不大于5kPa,例如5kPa、4kPa、3kPa、2kPa、1kPa或0.5kPa等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案,步骤(3)所述减压精馏时,精馏塔塔顶先后采出前馏分和主馏分。
优选地,采出前馏分时塔顶操作温度为90~134℃,例如90℃、100℃、110℃、120℃、125℃、130℃或134℃等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,所述前馏分占除焦馏分进料的质量比例为1~10wt%,例如1wt%、2wt%、3wt%、5wt%、6wt%、8wt%、或10wt%等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,采出主馏分时塔顶操作温度为92~135℃,例如92℃、95℃、100℃、105℃、110℃、120℃、130℃或135℃等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,所述主馏分占除焦馏分进料的质量比例为85~95wt%,例如85wt%、86wt%、88wt%、90wt%、92wt%或95wt%等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案,所述方法中各步操作在保护性气氛中进行,各步操作的压力由保护性气氛提供。
优选地,所述保护性气氛包括氮气和/或惰性气体。
本发明中,采用保护性气氛是因为空气条件下会发生氧化反应,使得塔釜重组分和焦油量增加,降低产品收率。
作为本发明优选的技术方案,所述方法包括以下步骤:
(1)将1,3-丙二醇反应液与肼混合后升温反应,所述1,3-丙二醇反应液由丙烯醛经水合加氢工艺得到,所述1,3-丙二醇反应液的组成按质量浓度计包括1,3-丙二醇≤95.0wt%,3-羟基丙醛≤0.1wt%,3-羟甲基四氢吡喃≤0.1wt%,1,3-二氧六环-2-乙醇≤0.1wt%,5,6-二氢吡喃-3-甲醛≤0.1wt%,4-杂氧基庚二醛≤0.1wt%,4-杂氧基庚二醇≥5.0wt%,水≤0.2wt%,其中总醛浓度≤1000ppm;所述肼以水合肼溶液的形式加入,水合肼溶液的浓度为50~85wt%,其加入量占1,3-丙二醇反应液的质量比例为0.01~1.0wt%,升温至90~120℃进行反应,所述反应为醛类杂质与肼反应生成腙,反应时间为1~5h;
然后加入碱继续反应,所述碱包括碱金属氢氧化物、稀土金属氢氧化物或固体超强碱中任意一种或至少两种的组合,碱的加入量占1,3-丙二醇反应液的质量比例为0.01~1wt%,加入碱后的反应为腙在碱的作用下相应官能团分解得到烷基,反应温度为90~180℃,反应时间为2~5h,得到还原产物;所述反应在反应精馏装置内进行,反应进行的同时,还发生精馏过程,将还原产物与1,3-丙二醇分离,得到反应釜料;反应精馏装置的理论塔板数不大于10,回流比不大于3,塔釜温度不超过180℃;
(2)将步骤(1)得到的反应釜料进行除焦,所述除焦在除焦塔中进行,所述除焦塔的理论塔板数不大于20,回流比不大于3,除焦塔的操作绝压不大于5kPa,塔顶操作温度为90~135℃,得到除焦馏分,塔顶采出的除焦馏分占进入的反应釜料的质量比例为90~95wt%;
(3)将步骤(2)得到的除焦馏分进行减压精馏,所述减压精馏在精馏塔中进行,所述精馏塔的理论塔板数不大于30,回流比不大于5,所述减压精馏的操作绝压不大于5kPa;精馏塔塔顶先后采出前馏分和主馏分,采出前馏分时塔顶操作温度为90~134℃,占除焦馏分进料的质量比例为1~10wt%,采出主馏分时塔顶操作温度为92~135℃,占除焦馏分进料的质量比例为85~95wt%,所述主馏分为所需1,3-丙二醇产品。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明所述方法根据醛基的特性,采用黄鸣龙反应,使用肼以及碱将醛基还原为烷基,使得反应液中的醛类杂质大量脱除,显著降低总醛含量;
(2)本发明所述方法将醛基转化烷基可显著降低相应杂质的沸点,从而降低1,3-丙二醇的纯化难度,通过在反应过程中同步精馏,将还原产物直接分离出去,再经过除焦、减压精馏的提纯步骤,得到的1,3-丙二醇产品的纯度可达99.97wt%以上,总醛含量均可降至5.0ppm以下;
(3)本发明所述方法中1,3-丙二醇自身可作为溶剂,无需引入新物质,减少对产品质量影响,并降低处理成本;
(4)本发明所述方法操作工序简单,操作简便,且设备投资降低,易于工业化实施。
具体实施方式
为更好地说明本发明,便于理解本发明的技术方案,下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅是本发明的简易例子,并不代表或限制本发明的权利保护范围,本发明保护范围以权利要求书为准。
本发明具体实施方式部分提供了一种脱除1,3-丙二醇中醛类杂质的方法,所述方法包括以下步骤:
(1)将1,3-丙二醇反应液与肼混合后升温反应,然后加入碱继续反应,得到还原产物,将还原产物分离后,得到反应釜料;
(2)将步骤(1)得到的反应釜料进行除焦,得到除焦馏分;
(3)将步骤(2)得到的除焦馏分进行减压精馏,得到1,3-丙二醇产品。
以下为本发明典型但非限制性实施例:
实施例1:
本实施例提供了一种脱除1,3-丙二醇中醛类杂质的方法,所述方法包括以下步骤:
(1)将1,3-丙二醇反应液与肼混合后升温反应,所述1,3-丙二醇反应液由丙烯醛经水合加氢工艺得到,所述1,3-丙二醇反应液的组成按质量浓度计包括1,3-丙二醇94.3wt%,3-羟基丙醛0.08wt%,3-羟甲基四氢吡喃0.05wt%,1,3-二氧六环-2-乙醇0.04wt%,5,6-二氢吡喃-3-甲醛0.03wt%,4-杂氧基庚二醛0.01wt%,4-杂氧基庚二醇5.4wt%,水0.09wt%,其中总醛浓度450.8ppm;所述肼以水合肼溶液的形式加入,水合肼溶液的浓度为85wt%,其加入量占1,3-丙二醇反应液的质量比例为0.18wt%,升温至100℃进行反应,所述反应为醛类杂质与肼反应生成腙,反应时间为3h;
然后加入氢氧化钠继续反应,其加入量占1,3-丙二醇反应液的质量比例为0.19wt%,加入氢氧化钠后的反应为腙在其作用下相应官能团分解生成烷基,反应温度为90℃,反应时间为5h,得到还原产物;所述反应在反应精馏装置内进行,反应进行的同时,还发生精馏过程,将还原产物与1,3-丙二醇分离,得到反应釜料;反应精馏装置的理论塔板数为10,回流比为1,塔釜温度升至180℃结束;
(2)将步骤(1)得到的反应釜料进行除焦,所述除焦在除焦塔中进行,所述除焦塔的理论塔板数为20,回流比为3,除焦塔的操作绝压为1kPa,塔顶操作温度为100~105℃,得到除焦馏分,塔顶采出的除焦馏分占进入的反应釜料的质量比例为94.33wt%;
(3)将步骤(2)得到的除焦馏分进行减压精馏,所述减压精馏在精馏塔中进行,所述精馏塔的理论塔板数为30,回流比为5,所述减压精馏的操作绝压为1kPa;精馏塔塔顶先后采出前馏分和主馏分,采出前馏分时塔顶操作温度为100~103℃,占除焦馏分进料的质量比例为7.30wt%,采出主馏分时塔顶操作温度为103~104℃,占除焦馏分进料的质量比例为88.92wt%,所述主馏分为所需1,3-丙二醇产品。
本实施例中,经过步骤(1)的处理,还原产物丙醇、3-甲基-5,6-二氢吡喃、正丙醚可分离出去,反应釜料中总醛质量浓度为24.7ppm,步骤(3)得到的主馏分中1,3-丙二醇产品的质量浓度为99.99wt%,总醛含量仅为2.5ppm,能够满足纤维用聚合级1,3-丙二醇的指标要求。
实施例2:
本实施例提供了一种脱除1,3-丙二醇中醛类杂质的方法,所述方法包括以下步骤:
(1)将1,3-丙二醇反应液与肼混合后升温反应,所述1,3-丙二醇反应液由丙烯醛经水合加氢工艺得到,所述1,3-丙二醇反应液的组成按质量浓度计包括1,3-丙二醇94.3wt%,3-羟基丙醛0.08wt%,3-羟甲基四氢吡喃0.05wt%,1,3-二氧六环-2-乙醇0.04wt%,5,6-二氢吡喃-3-甲醛0.03wt%,4-杂氧基庚二醛0.01wt%,4-杂氧基庚二醇5.4wt%,水0.09wt%,其中总醛浓度450.8ppm;所述肼以水合肼溶液的形式加入,水合肼溶液的浓度为85wt%,其加入量占1,3-丙二醇反应液的质量比例为0.15wt%,升温至95℃进行反应,所述反应为醛类杂质与肼反应生成腙,反应时间为4h;
然后加入氢氧化钾继续反应,其加入量占1,3-丙二醇反应液的质量比例为0.16wt%,加入氢氧化钾后的反应为腙在其作用下相应官能团分解生成烷基,反应温度为100℃,反应时间为3h,得到还原产物;所述反应在反应精馏装置内进行,反应进行的同时,还发生精馏过程,将还原产物与1,3-丙二醇分离,得到反应釜料;反应精馏装置的理论塔板数为8,回流比为2,塔釜温度升至180℃结束;
(2)将步骤(1)得到的反应釜料进行除焦,所述除焦在除焦塔中进行,所述除焦塔的理论塔板数为18,回流比为2,除焦塔的操作绝压为3kPa,塔顶操作温度为120~125℃,得到除焦馏分,塔顶采出的除焦馏分占进入的反应釜料的质量比例为93.11wt%;
(3)将步骤(2)得到的除焦馏分进行减压精馏,所述减压精馏在精馏塔中进行,所述精馏塔的理论塔板数为25,回流比为4,所述减压精馏的操作绝压为3kPa;精馏塔塔顶先后采出前馏分和主馏分,采出前馏分时塔顶操作温度为120~123℃,占除焦馏分进料的质量比例为9.36wt%,采出主馏分时塔顶操作温度为123~124℃,占除焦馏分进料的质量比例为86.00wt%,所述主馏分为所需1,3-丙二醇产品。
本实施例中,经过步骤(1)的处理,还原产物丙醇、3-甲基-5,6-二氢吡喃、正丙醚可分离出去,反应釜料中总醛质量浓度为38.4ppm,步骤(3)得到的主馏分中1,3-丙二醇产品的质量浓度为99.98wt%,总醛含量仅为4.8ppm,能够满足纤维用聚合级1,3-丙二醇的指标要求。
实施例3:
本实施例提供了一种脱除1,3-丙二醇中醛类杂质的方法,所述方法包括以下步骤:
(1)将1,3-丙二醇反应液与肼混合后升温反应,所述1,3-丙二醇反应液由丙烯醛经水合加氢工艺得到,所述1,3-丙二醇反应液的组成按质量浓度计包括1,3-丙二醇94.3wt%,3-羟基丙醛0.08wt%,3-羟甲基四氢吡喃0.05wt%,1,3-二氧六环-2-乙醇0.04wt%,5,6-二氢吡喃-3-甲醛0.03wt%,4-杂氧基庚二醛0.01wt%,4-杂氧基庚二醇5.4wt%,水0.09wt%,其中总醛浓度450.8ppm;所述肼以水合肼溶液的形式加入,水合肼溶液的浓度为85wt%,其加入量占1,3-丙二醇反应液的质量比例为0.3wt%,升温至90℃进行反应,所述反应为醛类杂质与肼反应生成腙,反应时间为5h;
然后加入氢氧化钾继续反应,其加入量占1,3-丙二醇反应液的质量比例为0.3wt%,加入氢氧化钾后的反应为腙在其作用下相应官能团分解生成烷基,反应温度为110℃,反应时间为2h,得到还原产物;所述反应在反应精馏装置内进行,反应进行的同时,还发生精馏过程,将还原产物与1,3-丙二醇分离,得到反应釜料;反应精馏装置的理论塔板数为9,回流比为3,塔釜温度升至180℃结束;
(2)将步骤(1)得到的反应釜料进行除焦,所述除焦在除焦塔中进行,所述除焦塔的理论塔板数为15,回流比为2.5,除焦塔的操作绝压为0.5kPa,塔顶操作温度为90~94℃,得到除焦馏分,塔顶采出的除焦馏分占进入的反应釜料的质量比例为94.36wt%;
(3)将步骤(2)得到的除焦馏分进行减压精馏,所述减压精馏在精馏塔中进行,所述精馏塔的理论塔板数为20,回流比为4.5,所述减压精馏的操作绝压为0.5kPa;精馏塔塔顶先后采出前馏分和主馏分,采出前馏分时塔顶操作温度为90~93℃,占除焦馏分进料的质量比例为5.32wt%,采出主馏分时塔顶操作温度为93~94℃,占除焦馏分进料的质量比例为93.15wt%,所述主馏分为所需1,3-丙二醇产品。
本实施例中,经过步骤(1)的处理,还原产物丙醇、3-甲基-5,6-二氢吡喃、正丙醚可分离出去,反应釜料中总醛质量浓度为3.5ppm,步骤(3)得到的主馏分中1,3-丙二醇产品的质量浓度为99.99wt%,总醛含量仅为0.7ppm,能够满足纤维用聚合级1,3-丙二醇的指标要求。
实施例4:
本实施例提供了一种脱除1,3-丙二醇中醛类杂质的方法,所述方法包括以下步骤:
(1)将1,3-丙二醇反应液与肼混合后升温反应,所述1,3-丙二醇反应液由丙烯醛经水合加氢工艺得到,所述1,3-丙二醇反应液的组成按质量浓度计包括1,3-丙二醇93.8wt%,3-羟基丙醛0.1wt%,3-羟甲基四氢吡喃0.06wt%,1,3-二氧六环-2-乙醇0.05wt%,5,6-二氢吡喃-3-甲醛0.05wt%,4-杂氧基庚二醛0.03wt%,4-杂氧基庚二醇5.75wt%,水0.16wt%,其中总醛浓度667.8ppm;所述肼以水合肼溶液的形式加入,水合肼溶液的浓度为75wt%,其加入量占1,3-丙二醇反应液的质量比例为0.5wt%,升温至110℃进行反应,所述反应为醛类杂质与肼反应生成腙,反应时间为2h;
然后加入固体超强碱K2O/γ-Al2O3继续反应,其加入量占1,3-丙二醇反应液的质量比例为0.5wt%,加入固体超强碱后的反应为腙在其作用下相应官能团分解生成烷基,反应温度为95℃,反应时间为4h,得到还原产物;所述反应在反应精馏装置内进行,反应进行的同时,还发生精馏过程,将还原产物与1,3-丙二醇分离,得到反应釜料;反应精馏装置的理论塔板数为10,回流比为2,塔釜温度升至170℃结束;
(2)将步骤(1)得到的反应釜料进行除焦,所述除焦在除焦塔中进行,所述除焦塔的理论塔板数为20,回流比为3,除焦塔的操作绝压为5kPa,塔顶操作温度为131~135℃,得到除焦馏分,塔顶采出的除焦馏分占进入的反应釜料的质量比例为93.2wt%;
(3)将步骤(2)得到的除焦馏分进行减压精馏,所述减压精馏在精馏塔中进行,所述精馏塔的理论塔板数为30,回流比为3,所述减压精馏的操作绝压为5kPa;精馏塔塔顶先后采出前馏分和主馏分,采出前馏分时塔顶操作温度为131~134℃,占除焦馏分进料的质量比例为6.10wt%,采出主馏分时塔顶操作温度为134~135℃,占除焦馏分进料的质量比例为92.05wt%,所述主馏分为所需1,3-丙二醇产品。
本实施例中,经过步骤(1)的处理,还原产物丙醇、3-甲基-5,6-二氢吡喃、正丙醚可分离出去,反应釜料中总醛质量浓度为6.2ppm,步骤(3)得到的主馏分中1,3-丙二醇产品的质量浓度为99.99wt%,总醛含量仅为0.9ppm,能够满足纤维用聚合级1,3-丙二醇的指标要求。
实施例5:
本实施例提供了一种脱除1,3-丙二醇中醛类杂质的方法,所述方法包括以下步骤:
(1)将1,3-丙二醇反应液与肼混合后升温反应,所述1,3-丙二醇反应液由丙烯醛经水合加氢工艺得到,所述1,3-丙二醇反应液的组成按质量浓度计包括1,3-丙二醇94.5wt%,3-羟基丙醛0.05wt%,3-羟甲基四氢吡喃0.04wt%,1,3-二氧六环-2-乙醇0.03wt%,5,6-二氢吡喃-3-甲醛0.03wt%,4-杂氧基庚二醛0.02wt%,4-杂氧基庚二醇5.15wt%,水0.18wt%,其中总醛浓度375.4ppm;所述肼以水合肼溶液的形式加入,水合肼溶液的浓度为50wt%,其加入量占1,3-丙二醇反应液的质量比例为1.0wt%,升温至120℃进行反应,所述反应为醛类杂质与肼反应生成腙,反应时间为1h;
然后加入氢氧化镧继续反应,其加入量占1,3-丙二醇反应液的质量比例为0.6wt%,加入氢氧化镧后的反应为腙在其作用下相应官能团分解生成烷基,反应温度为120℃,反应时间为2h,得到还原产物;所述反应在反应精馏装置内进行,反应进行的同时,还发生精馏过程,将还原产物与1,3-丙二醇分离,得到反应釜料;反应精馏装置的理论塔板数为10,回流比为2.5,塔釜温度升至175℃结束;
(2)将步骤(1)得到的反应釜料进行除焦,所述除焦在除焦塔中进行,所述除焦塔的理论塔板数为20,回流比为3,除焦塔的操作绝压为2kPa,塔顶操作温度为112~116℃,得到除焦馏分,塔顶采出的除焦馏分占进入的反应釜料的质量比例为93.58wt%;
(3)将步骤(2)得到的除焦馏分进行减压精馏,所述减压精馏在精馏塔中进行,所述精馏塔的理论塔板数为28,回流比为1,所述减压精馏的操作绝压为2kPa;精馏塔塔顶先后采出前馏分和主馏分,采出前馏分时塔顶操作温度为112~115℃,占除焦馏分进料的质量比例为4.32wt%,采出主馏分时塔顶操作温度为115~116℃,占除焦馏分进料的质量比例为92.15wt%,所述主馏分为所需1,3-丙二醇产品。
本实施例中,经过步骤(1)的处理,还原产物丙醇、3-甲基-5,6-二氢吡喃、正丙醚可分离出去,反应釜料中总醛质量浓度为3.15ppm,步骤(3)得到的主馏分中1,3-丙二醇产品的质量浓度为99.99wt%,总醛含量仅为0.5ppm,能够满足纤维用聚合级1,3-丙二醇的指标要求。
实施例6:
本实施例提供了一种脱除1,3-丙二醇中醛类杂质的方法,所述方法参照实施例1中的方法,区别仅在于:步骤(1)中水合肼溶液和氢氧化钠同时加入,反应时间为两步反应时间加和。
本实施例中,由于水合肼溶液和氢氧化钠同时加入,醛基的转化反应进行时醛类杂质未充分反应影响后续烷基的转化,使得反应釜料中总醛质量浓度为60.4ppm,步骤(3)得到的主馏分中1,3-丙二醇产品的质量浓度为99.97wt%,总醛含量为9.82ppm。
对比例1:
本对比例提供了一种脱除1,3-丙二醇中醛类杂质的方法,所述方法参照实施例1中的方法,区别仅在于:不包括步骤(1)的操作。
本对比例中,由于未进行醛基还原反应,反应液中的醛类杂质只能通过除焦、减压精馏脱除,醛类杂质脱除有限,所得1,3-丙二醇产品中总醛含量仍为58.8ppm;且由于醛类杂质与1,3-丙二醇的沸点相差较小,脱醛的同时1,3-丙二醇的损失也较大,1,3-丙二醇的收率仅为75.5%,相比实施例1明显降低。
综合上述实施例和对比例可以看出,本发明所述方法根据醛基的特性,采用黄鸣龙反应,使用肼以及碱将醛基还原为烷基,使得反应液中的醛类杂质大量脱除,显著降低总醛含量;所述方法将醛基转化烷基可显著降低相应杂质的沸点,从而降低1,3-丙二醇的纯化难度,通过在反应过程中同步精馏,将还原产物直接分离出去,再经过除焦、减压精馏的提纯步骤,得到的1,3-丙二醇产品的纯度可达99.97wt%以上,总醛含量均可降至5.0ppm以下;所述方法中1,3-丙二醇自身可作为溶剂,无需引入新物质,减少对产品质量影响,并降低处理成本;所述方法操作工序简单,操作简便,且设备投资降低,易于工业化实施。
本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法,但本发明并不局限于上述详细方法,即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了,对本发明的任何改进,对本发明方法的等效替换及辅助步骤的添加、具体方式的选择等,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (26)
1.一种脱除1,3-丙二醇中醛类杂质的方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
(1)将1,3-丙二醇反应液与肼混合后升温至90~120℃进行反应,所述1,3-丙二醇反应液的组成包括1,3-丙二醇、3-羟基丙醛、3-羟甲基四氢吡喃、1,3-二氧六环-2-乙醇、5,6-二氢吡喃-3-甲醛、4-杂氧基庚二醛、4-杂氧基庚二醇和水,其中总醛浓度≤1000ppm,所述反应为醛类杂质与肼反应生成腙,反应时间为1~5h,然后加入碱继续反应,所述碱选自碱金属氢氧化物、稀土金属氢氧化物或固体超强碱中任意一种或至少两种的组合,加入碱后的反应为腙在碱的作用下相应官能团分解生成烷基,反应温度为90~180℃,反应时间为1~10h,得到还原产物,所述反应进行时,还发生精馏过程,将还原产物与1,3-丙二醇分离,将还原产物分离后,得到反应釜料;
(2)将步骤(1)得到的反应釜料进行除焦,得到除焦馏分;
(3)将步骤(2)得到的除焦馏分进行减压精馏,所述减压精馏时,精馏塔塔顶先后采出前馏分和主馏分,得到的主馏分为1,3-丙二醇产品;
所述方法中各步操作在保护性气氛中进行,各步操作的压力由保护性气氛提供。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)所述1,3-丙二醇反应液由丙烯醛经水合加氢工艺得到。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)所述1,3-丙二醇反应液的组成按质量浓度计包括1,3-丙二醇≤95.0wt%,3-羟基丙醛≤0.1wt%,3-羟甲基四氢吡喃≤0.1wt%,1,3-二氧六环-2-乙醇≤0.1wt%,5,6-二氢吡喃-3-甲醛≤0.1wt%,4-杂氧基庚二醛≤0.1wt%,4-杂氧基庚二醇≥5.0wt%,水≤0.2wt%。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)所述肼以水合肼溶液的形式加入。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述水合肼溶液的浓度为50~85wt%。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述水合肼溶液占1,3-丙二醇反应液的质量比例为0.1~1.0wt%。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述水合肼溶液占1,3-丙二醇反应液的质量比例为0.1~0.3wt%。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)所述碱的加入量占1,3-丙二醇反应液的质量比例为0.1~1wt%。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,步骤(1)所述碱的加入量占1,3-丙二醇反应液的质量比例为0.1~0.3wt%。
10.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)加入碱后的反应时间为2~5h。
11.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)所述反应在反应精馏装置内进行。
12.根据权利要求11所述的方法,其特征在于,所述反应精馏装置的理论塔板数不大于10,回流比不大于3。
13.根据权利要求11所述的方法,其特征在于,所述反应精馏装置的釜温不超过180℃。
14.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(2)所述除焦在除焦塔中进行。
15.根据权利要求14所述的方法,其特征在于,所述除焦塔的理论塔板数不大于20,回流比不大于3。
16.根据权利要求14所述的方法,其特征在于,所述除焦塔的操作绝压不大于5kPa,塔顶操作温度为90~135℃。
17.根据权利要求14所述的方法,其特征在于,所述除焦塔的塔顶采出的除焦馏分占进入的反应釜料的质量比例为90~95wt%。
18.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(3)所述减压精馏在精馏塔中进行。
19.根据权利要求18所述的方法,其特征在于,所述精馏塔的理论塔板数不大于30,回流比不大于5。
20.根据权利要求18所述的方法,其特征在于,所述减压精馏的操作绝压不大于5kPa。
21.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(3)采出前馏分时塔顶操作温度为90~134℃。
22.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述前馏分占除焦馏分进料的质量比例为1~10wt%。
23.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(3)采出主馏分时塔顶操作温度为92~135℃。
24.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述主馏分占除焦馏分进料的质量比例为85~95wt%。
25.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述保护性气氛包括氮气和/或惰性气体。
26.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
(1)将1,3-丙二醇反应液与肼混合后升温反应,所述1,3-丙二醇反应液由丙烯醛经水合加氢工艺得到,所述1,3-丙二醇反应液的组成按质量浓度计包括1,3-丙二醇≤95.0wt%,3-羟基丙醛≤0.1wt%,3-羟甲基四氢吡喃≤0.1wt%,1,3-二氧六环-2-乙醇≤0.1wt%,5,6-二氢吡喃-3-甲醛≤0.1wt%,4-杂氧基庚二醛≤0.1wt%,4-杂氧基庚二醇≥5.0wt%,水≤0.2wt%,其中总醛浓度≤1000ppm;所述肼以水合肼溶液的形式加入,水合肼溶液的浓度为50~85wt%,其加入量占1,3-丙二醇反应液的质量比例为0.1~1.0wt%,升温至90~120℃进行反应,所述反应为醛类杂质与肼反应生成腙,反应时间为1~5h;
然后加入碱继续反应,所述碱选自碱金属氢氧化物、稀土金属氢氧化物或固体超强碱中任意一种或至少两种的组合,碱的加入量占1,3-丙二醇反应液的质量比例为0.1~1wt%,加入碱后的反应为腙在碱的作用下相应官能团分解生成烷基,反应温度为90~180℃,反应时间为2~5h,得到还原产物;所述反应在反应精馏装置内进行,反应进行的同时,还发生精馏过程,将还原产物与1,3-丙二醇分离,得到反应釜料;反应精馏装置的理论塔板数不大于10,回流比不大于3,塔釜温度不超过180℃;
(2)将步骤(1)得到的反应釜料进行除焦,所述除焦在除焦塔中进行,所述除焦塔的理论塔板数不大于20,回流比不大于3,除焦塔的操作绝压不大于5kPa,塔顶操作温度为90~135℃,得到除焦馏分,塔顶采出的除焦馏分占进入的反应釜料的质量比例为90~95wt%;
(3)将步骤(2)得到的除焦馏分进行减压精馏,所述减压精馏在精馏塔中进行,所述精馏塔的理论塔板数不大于30,回流比不大于5,所述减压精馏的操作绝压不大于5kPa;精馏塔塔顶先后采出前馏分和主馏分,采出前馏分时塔顶操作温度为90~134℃,占除焦馏分进料的质量比例为1~10wt%,采出主馏分时塔顶操作温度为92~135℃,占除焦馏分进料的质量比例为85~95wt%,所述主馏分为所需1,3-丙二醇产品。
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