CN1255914A - 一种生产四氢呋喃、γ-丁内酯和丁二醇的方法 - Google Patents

一种生产四氢呋喃、γ-丁内酯和丁二醇的方法 Download PDF

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Abstract

一种由马来酐酯生产四氢呋喃、γ-丁内酯和丁二醇的方法,该法由两个连续进行的加氢过程组成。

Description

一种生产四氢呋喃、γ-丁内酯和丁二醇的方法
本发明涉及一种由马来酐酯生产四氢呋喃、γ-丁内酯和丁二醇的方法,该法由两个连续进行的加氢过程组成。
已经知道,四氢呋喃(THF)、γ-丁内酯(GBL)和丁二醇(BDO)可由多种方法来生产。THF和GBL主要由BDO生产。THF由BDO通过脱氢法生产。
由于生产方法本身相当复杂,由BDO生产THF和GBL的费用相当高,使得由BDO来生产THF和GBL是昂贵的。
根据工业上采用的一种技术,通过乙炔与甲醛反应来生产BDO,先生成丁炔二醇,丁炔二醇本身经加氢生成BDO。
三菱化学工业公司开发了一种用丁二烯作为原料生产BDO的方法。
该法包括丁二烯乙酰氧基化生成1,4-二乙酰氧基-2-丁烯,后者然后加氢和水解生成BDO。
通用电气公司提出一种由丙烯生产BDO的专利方法。
该法包括丙烯转化成乙酸烯丙酯,后者再转化成4-乙酰氧基丁醇。4-乙酰氧基丁醇最后水解得到BDO。
特别致力于开发这样一些方法,这些方法使用丁烷作为原料,经生成马来酐中间化合物。
已提出了几种由马来酐、马来酐酯或类似的化合物,如琥珀酸酯和/或富马酸酯来生产THF、GBL和BDO的方法。
在美国专利4,584,419和4,751,334(属Davy Mckee Ltd.)中,公开了一些通过含4个碳原子的羧酸酯(代表性的为马来酸乙酯)加氢来生产BDO的方法。
在上述专利中,权利要求书涉及在稳定的亚铬酸铜型催化剂存在下,在25-75巴的压力范围和150-240℃的温度范围内进行加氢。
本发明的目的是要提供这样一种方法,用这一方法可用马来酸酐酯作为原料,在中等压力下加氢,按各种不同的比例来生产THF和GBL,而不需经过生成BDO这一步。
可通过在较高的压力下进行的连续加氢,由GBL来生产BDO。
本发明的另一目的是提出这样一种更直接的方法,该法有更高的最终产品的产率,它不需要使用适用于现有技术提出的方法的过高压力和温度条件。
根据本发明,上述目的通过这样一种方法来实现,该法用马来酐酯作为原料,通过两个连续的加氢过程来生产四氢呋喃、γ-丁内酯和丁二醇。
更具体地说,该法包括:
a)在中等压力下,在包括三个串联反应段的反应器中,在气相中进行马来酐酯的一次加氢。
在其第一段中,使用多相选择性加氢催化剂来进行马来酐酯生成成琥珀酸酐酯的转化。
在第二段中,使用选择性加氢催化剂来进行琥珀酸酐酯主要生成GBL的转化。
在第三段中,使用脱水催化剂,主要生成THF。
b)从一次加氢流出物中分离THF和GBL产品。
c)将一部分生成的GBL送去二次加氢,二次加氢在气相中,在较高的压力下,在加氢催化剂上进行,在那里GBL主要转化成BDO。
参考附图,并从本发明优选的但并非限制性实施方案的以下描述中,上述这些特点和其他一些特点是十分显而易见的。
图1表示一次加氢的典型流程图。
图2表示二次加氢的典型流程图。
在本发明的工艺目标中,完全使马来酐酯,优选马来酸二甲酯(DMM)在富含氢的物流中汽化,以便送入包括串联的三个不同催化剂的反应体系,下文将该反应体系称为一次加氢。
一次加氢的第一段使用贵金属为基础的多相选择性加氢催化剂。
在一次加氢的第二段中,使用多相铜-锌氧化物或亚铬酸铜型催化剂。
在一次加氢的第三段中,使用氧化硅-氧化铝型多相催化剂。这种催化剂是酸性的和富含氧化硅的。
为了使反应在气相中进行,反应混合物富含氢是必要的。
在一次加氢反应器的三段中,氢与酯的摩尔比为50-600,优选70-200。
一次加氢的压力和温度以及在催化剂上的停留时间可根据生成GBL和THF之间的比例来优化。
上述比值可在宽范围内变化,GBL∶THF比的变化在90∶10和10∶90之间。
反应在上述70∶30和40∶60之间的比例范围进行时,可得到优化的总产率。
平均操作总压为3-40巴,优选15-25巴。
第一反应段入口处的温度为120-170℃,优选190-220℃。
第一段的液时空速为1.0-3.0小时-1
第二段和第三段的液时空速为1.0-0.5小时-1
气态混合物在第三反应段催化剂上流过的空速比它在第二反应段催化剂上流过的空速高1.5-10倍。
通过将冷氢物流与前一反应段的流出物混合的方法可在各反应段之间进行冷却。
图1给出一次加氢过程的典型流程图。操作条件适用于马来酸二甲酯(DMM)作为原料的情况。
实质上本方法也适用于其他马来酐酯作为原料的情况。
将酯原料(线1)与来自产品分馏单元25,含BDO和未转化的琥珀酸二甲酯的循环物流(线2)一起送入汽化器3。
在循环物流中,通常也有GBL存在,它与DMS形成共沸物。
在汽化器3中,原料(线1)和循环物料(线2)与热氢物流(线4)接触,并使它们汽化。
在汽化器出口处的气体物流(线5)中,H2与物料的摩尔比为100,温度为140℃,压力为15大气压。
将这样的物流送入第一加氢段6,该段装有多相选择性加氢催化剂,该催化剂通常为但不限于钯/氧化铝型催化剂。
在第一反应段中,DMM被完全加氢成DMS。
将流出物送入第二反应段7,在那里装有铜-锌氧化物或稳定的亚铬酸铜型催化剂。
在第二反应段的出口处,通过注入冷氢物流(线20),使温度从大约225℃下降到大约200℃。
在第三反应段8中,气体流过氧化硅-氧化铝型酸性催化剂。丝光沸石或其他酸性沸石是用于该法的一类催化剂。它们的表观堆密度为0.65,表面积为450米2/克。
在第三反应段的出口处,总转化率高达97%,其产物分布如下:
GBL:               53%
THF:               34%
BDO:               7%
副产物:            3%
在第一反应段中的总液时空速为2.5小时-1。在第二和第三反应段中的总液时空速为0.2小时-1
第三反应段的流出物(线9)在换热器10中冷却,将热量传给循环的氢物流。也在换热器11中进行冷却,并最终送入分离器12,在分离器中冷凝的有机相与富含氢的气相分离。
离开分离器12以后,将气相(线13)在压缩机14中压缩,然后循环回反应体系。将一部分循环气体放空(线15),以避免惰性物质过量的积累。
将经压缩的气体(线16)送入塔17,在那里与来自产品分馏单元25的富含GBL的物流接触,以便洗涤经压缩的气体。这样就除去了气体中的水蒸汽。
正如我们所知,水为THF合成中共有的副产物。
为了避免铜为基础的催化剂的失活,象用富含GBL的液体物流洗涤循环气体那样所达到的有效脱水是重要的。
洗涤后,将富含GBL的物流(线30)送回副产物分馏单元25,在那里将吸收的水脱除。
经干燥的气体(线19)与氢原料一起,一部分与反应器6和7的流出物混合,以便控制温度;而另一部分(线22)在换热器10,然后在换热器23中预热;在副产物分馏单元25中,将THF(线26)、水、甲醇轻质有机副产物(线27)、GBL(线28)、一种含有BDO和DMS的馏分(它最终循环回反应)(线2)以及重质有机副产物(线29)分离。
将一部分生成的GBL(线31)送入下文称为二次加氢的下一加氢单元,该单元在高压下操作。
以下是按本发明的工艺目标,在反应器入口处,二次反应的典型操作条件:
反应类型:          绝热
氢∶酯摩尔比:      100-800,优选200-800
操作压力:          75-120巴,优选80-100巴
操作温度:          160-230℃,优选190-210℃
催化剂类型:        铜-锌氧化物或亚铬酸铜
液时空速:          0.1-1.0小时-1,平均0.3-0.5小时-1
图2给出二次加氢的流程图。
将GBL原料(线31)与来自分馏单元49的含GBL液体循环物流(线32)一起送入汽化器33。在那里物料(线31)和循环物料(线32)与热氢物流(线34)接触,并使它们汽化。
在汽化器的出口处,温度为190℃,压力为80大气压,气体物流(线35)的氢/酯比为300∶1。
将这样的气体物流送入反应器36,其中装有铜-锌氧化物型或稳定的亚铬酸铜型催化剂。后者的表面积不低于40米2/克。
液时空速为0.35小时-1。在反应器出口处,GBL的转化率大于90%。
四氢呋喃作为副产物得到,按摩尔计算,它占生成的GBL总量的6%以下。
按生成的BDO+THF的总量计,反应的选择性大约为99%。
将反应器的流出物(线37)在换热器38中冷却,将热量传递给富含氢的物流。此后,在送入分离器41以前,将流出物(线41)在换热器39中冷却,在那里从富含氢的气相中分离出冷凝的有机相。
离开分离器41以后,在循环回反应体系以前,将气相(线43)在压缩机44中压缩。
将小部分循环气体(线45)放出,以避免惰性物质过量积累。
将压缩的气体(线46)与进料氢(线47)混合,并在换热器38以及内加热器48中预热。此后,将它(线34)送入汽化器33。
离开分离器41以后,将液相(线42)送入产品分馏单元49,在那里将两种产品分离:一种产品由THF、水和轻质有机副产物组成,将它(线50)送到THF回收单元。另一种为未转化的富含GBL馏分(线32),将它循环回加氢单元。同时将重质有机副产物(线51)和BDO(线52)分离。
该方法可直接生产THF、GBL和BDO,有很高的灵活性,避免了用BDO作为原料生产THF和GBL的所有其他方法存在的复杂情况。

Claims (20)

1.一种用马来酐酯作为原料来生产四氢呋喃、γ-丁内酯和丁二醇的方法,其特征在于,该法包括以下三个步骤:在第一步中,进行马来酐酯的一次加氢;在第二步中,从一次加氢生成的流出物中分离产品,即GBL和THF;在第三步中,将一部分生成的GBL送去二次加氢反应,在那里GBL主要转化成BDO。
2.根据权利要求1的方法,其中一次加氢步骤包括三个反应段,在所述的第一反应段中,将马来酐酯转化成琥珀酸酐酯,在所述的第二反应段中,琥珀酸酐酯主要转化成GBL,而在所述的第三反应段中,主要生成THF。
3.根据权利要求1和2的方法,其特征在于,马来酐酯的一次加氢在气相中和在中等压力下进行。
4.根据权利要求1、2和3的方法,其中一次加氢在这样的反应器中进行,该反应器由串联的三个反应段组成。
5.根据权利要求4的方法,其中第一段反应在多相选择性加氢催化剂上进行,第二段反应在选择性加氢催化剂上进行,而第三段反应在脱水催化剂上进行。
6.根据权利要求1的方法,其中二次加氢在气相中和在高于一次加氢的压力下进行。
7.根据权利要求1和6的方法,其中二次加氢在铜-锌氧化物或亚铬酸铜催化剂上进行。
8.一种用马来酐酯作为原料来生产四氢呋喃、γ-丁内酯和丁二醇的方法,其特征在于,它包括以下三个步骤:
a)在气相中,在中等压力下,在包括串联的三个反应段的反应器中,马来酐酯的一次加氢;所述的第一段装有用于使马来酐酯转化成琥珀酸酐酯的多相选择性加氢催化剂;在所述的第二段中,选择性加氢催化剂用于琥珀酸酐酯主要生成GBL的转化;在所述的第三段中,脱水催化剂主要用于生成THF;
b)从一次加氢流出物中分离THF和GBL产品;
c)将生成的一部分GBL送去二次加氢,二次加氢在气相中,在较高压力下,在加氢催化剂上进行,其中GBL主要转化成BDO。
9.根据权利要求1和2或8的方法,其特征在于,马来酐酯的烷基组分含有1-4个碳原子。
10.根据权利要求1、2、3、4和5或8的方法,其特征在于,一次加氢在操作压力为3-40巴,操作温度为120-250℃下进行。
11.根据权利要求1、2、3、4和5或8和10的方法,其特征在于,在一次加氢的三段中,氢与酯物料的摩尔比都为50-600。
12.根据权利要求11的方法,其特征在于,在一次加氢的所有三段中,氢与酯的摩尔比为70-200。
13.根据权利要求1、2、3、4和5或8的方法,其中一次加氢反应器第一段的催化剂为贵金属为基础的催化剂,例如钯/氧化铝催化剂,第二段的催化剂为铜-锌氧化物型或稳定的亚铬酸铜型催化剂,第三段的催化剂为氧化铝-氧化硅型催化剂,它是酸性的和富含氧化硅的。
14.根据权利要求1和2或8的方法,其特征在于GBL和THF产物比可在10∶90和90∶10之间变化。
15.根据权利要求14的方法,其特征在于GBL和THF产物比可在70∶30和40∶60之间变化。
16.根据权利要求8或10的方法,其特征在于,一次加氢在15-25巴下进行。
17.根据权利要求2和5或8的方法,其特征在于,第一段的液时空速为1-3小时-1
18.根据权利要求2和5或8的方法,其特征在于,第二段的液时空速为0.1-0.5小时-1
19.根据权利要求13的方法,其特征在于,第三段催化剂的比表面积为50-800米2/克。
20.根据权利要求13和19的方法,其特征在于,第三段的催化剂含有60-100%的氧化硅。
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