CN115872837A - 一种高压固定床自催化制备高纯异丙醇铝的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于材料领域，公开了一种高压固定床自催化制备高纯异丙醇铝的方法，将金属铝置入管道反应器中，加压加热，然后连续通入异丙醇连续进行反应，收集反应产物进行精馏获得高纯异丙醇铝。本发明所述方法工艺简单易操作，在无催化剂的反应环境下，实现异丙醇和铝的连续高效合成，同时管道反应器连接异丙醇铝产品收集器和精馏装置，通过连续提纯工艺，最终得到纯度≥5N的异丙醇铝产品。本发明所述方法可有效控制合成过程中副产物氢气的逸散，降低生产和安环风险，同时可避免催化剂的引入，显著降低杂质元素的富集，大大降低了后续提纯工艺的难度，对工艺下游利用异丙醇铝生产相关高纯材料，提供了可靠的原料保证。
Description
技术领域
本发明属于材料领域，具体涉及一种制备异丙醇铝的方法，特别是涉及一种高压固定床自催化制备高纯异丙醇铝的方法。
背景技术
异丙醇铝是经典的工业化中间体材料，常用作脱水剂、防水剂、还原剂和催化剂的前驱体材料。随着铝材料在催化、光电和航空航天领域的应用日趋广泛，对异丙醇铝的纯度要求越来越高，5N及以上(异丙醇铝的质量纯度≥99.999％)纯度的异丙醇铝的高效生产成为化工学家重点研究的方向，截止到目前，醇盐法合成异丙醇铝是最容易达到这一目标的生产工艺。
醇铝盐法合成异丙醇铝的过程一般采用在有催化剂存在下的铝(铝锭，铝粒等)与醇直接反应法，常用的催化剂有HgCl2、HgI2、I2、AlCl3和醇铝盐自身，反应方程式为：
以AlCl3作为催化剂时为例，首先AlCl3和异丙醇发生反应，生成HCl，造成体系酸度增加，促进氢离子与铝进行电子交换，铝表面也会有一层几
的氧化铝层，氢离子率先和氧化铝层发生电子交换，再和铝进行电子交换产生氢气和铝离子，铝离子与醇反应生成醇盐和氢离子，从而发生循环反应，具体过程如下：
AlCl3+nROH→AlCl3-n(OR)n+nHCl
Al3++3ROH→Al(OR)3+3H+
以异丙醇铝作为催化剂时为例，三价铝离子的空轨道与醇羟基中氧的孤对电子行成配位键，导致羟基上的电子云更加偏向氧原子，从而使羟基上的氢容易发生电离，造成溶液的氢离子浓度增大，氢离子在铝表面与铝进行电子交换，产生氢气和醇铝盐，具体过程如下：
Al(OR)3+ROH→Al(OR)3·(OR)-+H+ 
上述工艺过程都是在常压釜内进行的间歇性工艺，需要引入催化剂，增加产品杂质的来源，还需要谨慎处理富产氢气的逸散，以及控制生产体量等，给后续异丙醇铝的提纯，安全隐患排查和高效生产带来困难，鉴于此，亟需要一种安全高效生产高纯异丙醇铝的工艺路线。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种高压固定床自催化制备高纯异丙醇铝的方法，至少部分解决现有技术中存在的问题。
为实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：
一种高压固定床自催化制备高纯异丙醇铝的方法，将金属铝置入管道反应器中，加压加热，然后连续通入异丙醇连续进行反应直至原料反应完全，收集反应产物进行精馏获得高纯异丙醇铝。
其中，所述管道反应器高径比为5：1～50：1。
作为优选，所述管道反应器材质为耐酸碱耐压材质。
进一步的，作为优选，所述管道反应器材质为钛钢、不锈钢。
作为优选，所述加压加热为将管道反应器内压力升至0.5Mpa～10Mpa、温度升至100℃～300℃。
作为优选，所述金属铝为铝锭或铝粒，金属铝纯度≥99.0％。
作为优选，所述通入异丙醇的质量空速为5h-1～30h-1。
作为优选，所述异丙醇为分析纯，异丙醇纯度≥99.0％。
作为优选，所述精馏为先在精馏装置中100℃下蒸出异丙醇铝，再进行减压精馏。
作为优选，所述减压精馏的反应温度为150℃～200℃，压力为0.001～0.091Mpa。
由上述技术方案可知，本发明提供了一种高压固定床自催化制备高纯异丙醇铝的方法，将金属铝置入管道反应器中，加压加热，然后连续通入异丙醇连续进行反应，收集反应产物进行精馏获得高纯异丙醇铝。本发明所述方法工艺简单易操作，在无催化剂的反应环境下，实现异丙醇和铝的连续高效合成，同时管道反应器连接异丙醇铝产品收集器和精馏装置，通过连续提纯工艺，最终得到纯度≥5N的异丙醇铝产品。本发明所述方法可有效控制合成过程中副产物氢气的逸散，降低生产和安环风险，同时可避免HgCl2、HgI2、I2、AlCl3和醇铝盐等催化剂的引入，显著降低杂质元素的富集，大大降低了后续提纯工艺的难度，对工艺下游利用异丙醇铝生产相关高纯材料，提供了可靠的原料保证。
具体实施方式
本发明公开了一种高压固定床自催化制备高纯异丙醇铝的方法，将金属铝置入管道反应器中，加压加热，然后连续通入异丙醇连续进行反应，收集反应产物进行精馏获得高纯异丙醇铝。
其中，所述管道反应器高径比为5：1～50：1。在一些实施方案中，所述管道反应器材质为耐酸碱耐压材质。
进一步的，在一些实施方案中，所述管道反应器材质为钛钢、不锈钢。
在一些实施方案中，所述金属铝为铝锭或铝粒，金属铝纯度≥99.0％。所述管道反应器中带有石英固定床，金属铝置于石英固定床中。
在一些实施方案中，所述加压加热为将管道反应器内压力升至0.5Mpa～10Mpa、温度升至100℃～300℃。在一些具体实施例中，所述管道反应器内压力升至5Mpa、温度升至200℃；在一些具体实施例中，所述管道反应器内压力升至3Mpa、温度升至180℃；在一些具体实施例中，所述管道反应器内压力升至8Mpa、温度升至230℃。
在一些实施方案中，所述通入异丙醇的质量空速为5h-1～30h-1。在一些具体实施例中，所述通入异丙醇的质量空速为15h-1；在一些具体实施例中，所述通入异丙醇的质量空速为18h-1；在一些具体实施例中，所述通入异丙醇的质量空速为22h-1。
在一些实施方案中，所述异丙醇为分析纯，异丙醇纯度≥99.0％。在一些具体实施例中，所述异丙醇纯度为99.9％。
在一些实施方案中，所述精馏为先在精馏装置中100℃下蒸出异丙醇铝，再进行减压精馏。
在一些实施方案中，所述减压精馏的反应温度为150℃～200℃，压力为0.001～0.091Mpa。
通过减压精馏后，最终产物异丙醇铝通过ICP-MS痕量元素分析，所得产品纯度≥5N，满足高纯异丙醇铝下游对其原料使用标准。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明进行详细描述。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合；并且，基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。
实施例1
选取高径比比为30：1的钛钢材质管道反应器，反应器中带有石英固定床，向固定床中置入100g铝粒，铝粒纯度99.0％，关闭反应器，然后升温至200℃，压力升至5Mpa，参数稳定后，按照15h-1的质量空速为向反应器中注入纯度为99.9％异丙醇，异丙醇进入反应器后，醇铝反应快速引发，并连续进行反应，反应结束后将异丙醇铝产物收集器转移入精馏装置中，现在100℃下将体系中异丙醇蒸出，然后在150℃～200℃减压条件下，压力选取0.08Mpa进行精馏操作，最终异丙醇铝质量为719.5g，收率可达96％，异丙醇铝纯度为99.9994％。
实施例2
选取高径比为30：1的不锈钢材质管道反应器，反应器中带有石英固定床，向固定床中置入150g铝锭，铝粒纯度99.8％，关闭反应器，然后升温至180℃，压力升至3Mpa，参数稳定后，按照18h-1的质量空速为向反应器中注入纯度为99.9％异丙醇，异丙醇进入反应器后，醇铝反应快速引发，并连续进行反应，反应结束后将异丙醇铝产物收集器转移入精馏装置中，现在100℃下将体系中异丙醇蒸出，然后在150℃～200℃减压条件下，压力选取0.06Mpa进行精馏操作，最终异丙醇铝质量为1076.6g，收率可达95％，异丙醇铝纯度为99.9990％。
实施例3
选取高径比为30：1的钛钢材质管道反应器，反应器中带有石英固定床，向固定床中置入200g铝粒，铝粒纯度99.95％，关闭反应器，然后升温至200℃，压力升至5Mpa，参数稳定后，按照22h-1的质量空速为向反应器中注入纯度为99.9％异丙醇，异丙醇进入反应器后，醇铝反应快速引发，并连续进行反应，反应结束后将异丙醇铝产物收集器转移入精馏装置中，现在100℃下将体系中异丙醇蒸出，然后在150℃～200℃减压条件下，压力选取0.08Mpa进行精馏操作，最终异丙醇铝质量为1467.9g，收率可达97％，异丙醇铝纯度为99.9992％。
实施例4
选取高径比为50：1的不锈钢材质管道反应器，反应器中带有石英固定床，向固定床中置入250g铝锭，铝粒纯度99.99％，关闭反应器，然后升温至230℃，压力升至8Mpa，参数稳定后，按照18h-1的质量空速为向反应器中注入纯度为99.99％异丙醇，异丙醇进入反应器后，醇铝反应快速引发，并连续进行反应，反应结束后将异丙醇铝产物收集器转移入精馏装置中，现在100℃下将体系中异丙醇蒸出，然后在150℃～200℃减压条件下，压力选取0.05Mpa进行精馏操作，最终异丙醇铝质量为1778.8g，收率可达94％，异丙醇铝纯度为99.9995％。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种高压固定床自催化制备高纯异丙醇铝的方法，其特征在于，将金属铝置入管道反应器中，加压加热，然后连续通入异丙醇连续进行反应直至原料反应完全，收集反应产物进行精馏获得高纯异丙醇铝。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述管道反应器高径比为5：1～50：1。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述管道反应器材质为耐酸碱耐压材质。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述管道反应器材质为钛钢、不锈钢。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属铝为铝锭或铝粒，金属铝纯度≥99.0％。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加压加热为将管道反应器内压力升至0.5Mpa～10Mpa、温度升至100℃～300℃。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通入异丙醇的质量空速为5h-1～30h-1。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述异丙醇为分析纯，异丙醇纯度≥99.0％。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述精馏为先在精馏装置中100℃下蒸出异丙醇铝，再进行减压精馏。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述减压精馏的反应温度为150℃～200℃，压力为0.001～0.091Mpa。
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