专利名称:一种丙烯羰基合成的方法
技术领域:
本发明涉及一种丙烯羰基合成的方法。
背景技术:
烯烃的羰基合成反应,即氢甲酰化反应,是烯烃与合成气在催化剂的作用下生成比原料烯烃多一个碳原子的醛的反应。羰基合成反应在工业上得到了广泛的应用,适用于该反应的原料烯烃包括直链和支链的C2-C17单烯烃,主要是乙烯、丙烯、丁烯和异戊烯等。
丁醇和辛醇是重要的有机化工原料,2009年世界产能已超过700万吨/年。丁醇主要作为树脂、油漆和粘接剂的溶剂,也可用作增塑剂、脱水剂、洗涤剂和合成香料的原料; 辛醇主要用于生产邻苯二甲酸二辛酯、己二酸二辛酯等增塑剂及丙烯酸辛酯、表面活性剂坐寸ο
羰基合成法是当今最主要的丁辛醇工业生产技术,工艺过程大致为丙烯与合成气经羰基合成反应得到丁醛,丁醛加氢得到丁醇,丁醛经缩合后再加氢得到辛醇,丁醇和辛醇常联合生产。羰基合成法又分为高压钴法、中压钴法和低压铑法,而低压铑法由于反应温度和压力低,反应速率和正异构比高,副反应少,铑催化剂用量少、寿命长、可回收再利用等优点,备受人们青睐。
中国专利申请CN1492848A提出烯烃与合成气在铑-亚磷酸酯系配合物催化剂存在下发生氢甲酰化反应,将醛生成物至少一部分取出,供给到催化剂存在区域外,抑制催化剂的分解。
在丙烯连续羰基合成反应中,为了使装置稳态运行,反应系统中的惰性气体必须及时排出。这些惰性气体包括甲烷、氮气、二氧化碳和丙烷等。前述工艺中存在一个明显的问题,即为提高丙烯的利用率,反应气相中要保持较高的丙烯分压,这样在排放系统中惰性成分时,大量丙烯会一起排出,排放气中丙烯含量较高,最高可达40重量% 50重量%,丙烯损失较大,影响了装置效率。发明内容
本发明的目的在于提供一种丙烯羰基合成的方法,该方法能够有效地提高丙烯的利用率,减少尾气中丙烯的含量。
本发明提供一种丙烯羰基合成的方法,其中,该方法包括以下步骤
I)在氢甲酰化反应条件下,将丙烯和气提合成气以及氢甲酰化催化剂溶液送入第一羰基合成反应釜中进行接触反应,并将第一羰基合成反应釜中的含有氢甲酰化催化剂的泡沫组分送入第一分离器进行气液分离,得到第一氢甲酰化催化剂组分和第一气相组分;
2)使第一气相组分中的一部分返回到第一羰基合成反应釜中,使另一部分第一气相组分与合成气和氢甲酰化催化剂溶液送入第二羰基合成反应釜中,在氢甲酰化反应条件下进行接触反应,并将第二羰基合成反应釜中的含有氢甲酰化催化剂的泡沫组分送入第二分离器进行气液分离,得到第二氢甲酰化催化剂组分和第二气相组分,第二气相组分外排;
3)将至少部分的第二羰基合成反应釜釜底的液相、至少部分的第一羰基合成反应釜釜底的液相以及合成气一起送入气提塔中进行气提接触,塔底得到液相组分,塔顶得到步骤I)所述气提合成气;
4)将气提塔塔底得到的液相组分送入分离塔中进行气液分离,使得丁醛粗产品主要从塔顶气相采出,催化剂溶液从塔底采出。
根据本发明的丙烯羰基合成的方法,通过设置两个羰基合成反应釜,并合理的布置物料的流向,使得不仅能够有效地提高丙烯的利用率,减少尾气中丙烯的含量,还可以提高丙烯的利用率,降低生产成本。
图1为本发明提供的丙烯羰基合成的方法的工艺流程图2为现有的丙烯羰基合成的方法的工艺流程图。
具体实施方式
本发明提供一种丙烯羰基合成的方法,如图1所示,该方法包括以下步骤
I)在氢甲酰化反应条件下,将丙烯和气提合成气以及氢甲酰化催化剂溶液送入第一羰基合成反应釜R-101中进行接触反应,并将第一羰基合成反应釜R-101中的含有氢甲酰化催化剂的泡沫组分送入第一 分离器S-101进行气液分离,得到第一氢甲酰化催化剂组分和第一气相组分;
2)使第一气相组分中的一部分返回到第一羰基合成反应釜R-101中,使另一部分第一气相组分与合成气和氢甲酰化催化剂溶液送入第二羰基合成反应釜R-102中,在氢甲酰化反应条件下进行接触反应,并将第二羰基合成反应釜R-102中的含有氢甲酰化催化剂的泡沫组分送入第二分离器S-102进行气液分离,得到第二氢甲酰化催化剂组分和第二气相组分,第二气相组分外排;
3)将至少部分的第二羰基合成反应釜R-102釜底的液相、至少部分的第一羰基合成反应釜R-101釜底的液相以及合成气一起送入气提塔T-101中进行气提接触,塔底得到液相组分,塔顶得到步骤I)所述气提合成气;
4)将气提塔T-101塔底得到的液相组分送入分离塔T-102中进行气液分离,使得丁醛粗产品主要从塔顶气相采出,催化剂溶液从塔底采出。
根据本发明的丙烯羰基的合成方法,所述合成气可以是丙烯羰基合成领域常用的各种规格的合成气,一般含有氢气和一氧化碳,且氢气和一氧化碳的摩尔比为1: 0.5-10; 优选的情况下,所述合成气中氢气和一氧化碳的摩尔比为1: 0.6-5。
根据本发明的丙烯羰基合成的方法,该方法还包括将所述第一氢甲酰化催化剂组分返回第一羰基合成反应釜R-101中,作为催化剂使用。
根据本发明的丙烯羰基的合成方法,该方法还包括将所述第二氢甲酰化催化剂组分返回第二羰基合成反应釜R-102中,作为催化剂使用。
根据本发明的丙烯羰基的合成方法,该方法还包括在第二羰基合成反应釜R-102 的反应起始阶段,将第一羰基合成反应釜R-101釜底的液相的另一部分送入第二羰基合成反应釜R-102中,以提高物料温度,保证反应顺利进行;当第二羰基合成反应釜R-102内温度达到反应温度60-150°C后,不再引入第一羰基合成反应釜R-101釜底的液相。
根据本发明的丙烯羰基的合成方法,该方法还包括第二羰基合成反应釜R-102釜底的液相的另一部分冷却后返回第二羰基合成反应釜R-102中,以作为冷却剂控制第二羰基合成反应釜R-102内的温度。所述釜底的液相的回流比可以为O. 3-10 ;优选所述釜底的液相的回流比为O. 4-5。冷却后的温度可以为30-90°C,优选为40-70°C。在此,所述釜底的液相的回流比是指釜底液相返回第二羰基合成反应釜R-102的流量与釜底采出的釜底液相的流量的比。
根据本发明的丙烯羰基的合成方法,该方法还包括在分离塔T-102的塔顶将丁醛粗产品冷凝后进行回流,丁醛粗产品的回流比为O. 1-20 ;在分离塔T-102的塔底将塔底液相再沸后进行回流,塔底液相的回流比为O. 1-40。在此,所述塔底液相的回流比是指塔底液相返回分离塔T-102的流量与塔底采出的催化剂溶液的流量的比。
根据本发明的丙烯羰基的合成方法,步骤I)中送入第一羰基合成反应釜R-101 的丙烯与导入第二羰基合成反应釜R-102和气提塔T-101中的合成气的摩尔比可以为I O. 8-10;从成本上考虑,优选步骤I)中送入第一羰基合成反应釜R-101的丙烯与导入第二羰基合成反应釜R-102和气提塔T-101中的合成气的摩尔比为1: 0.9-5。
根据本发明的丙烯羰基的合成方法,在步骤2)中第一气相组分中的一部分与另一部分的比例为1: O. 1-10,优选在步骤2)中第一气相组分中的一部分与另一部分的比例为1: O. 3-5。
根据本发明的丙烯羰基的合成方法,一般情况下,在第一羰基合成反应釜R-101 中,丙烯与合成气的进料摩尔比可以为1:1. 8-20,丙烯与催化剂溶液中的催化剂的进料摩尔比可以为1: 1-10;优选的情况下,在第一羰基合成反应釜R-101中,丙烯与合成气的进料摩尔比为1: 2-10,丙烯与催化剂溶液中的催化剂的进料摩尔比为1: 1.2-5。
根据本发明的丙烯羰基的合成方法,一般情况下,在第二羰基合成反应釜R-102 中,丙烯与合成气的进料摩尔比可以为1:1. 8-20,丙烯的进料量与催化剂溶液的摩尔比可以为1: 1-10;优选的情况下,在第二羰基合成反应釜R-102中,丙烯与合成气的进料摩尔比为1: 2-10,丙烯的进料量与催化剂溶液的摩尔比为1: 1.2-5。
本发明中,合成气与丙烯的进料摩尔比是指进入反应釜内的合成气与丙烯的摩尔比,其中包括循环返回的合成气和丙烯。其中合成气的摩尔数为合成气中氢气的摩尔量与一氧化碳的摩尔量的总量。催化剂溶液的进料量以铑元素计。
根据本发明的丙烯羰基的合成方法,优选的情况下,第一羰基合成反应釜R-101 和第二羰基合成反应釜R-102的催化剂溶液为步骤4)中从塔底采出的催化剂溶液。
根据本发明的丙烯羰基的合成方法,步骤I)中的氢甲酰化反应的条件包括反应温度为50-150°C,反应压力为O. 5-6. OMPa ;优选的情况下,反应温度为80_130°C,反应压力为 O. 6-3. 5MPa。
根据本发明的丙烯羰基的合成方法,步骤2)中的氢甲酰化反应的条件包括反应温度为60-150°C,反应压力为O. 5-6. OMPa ;优选的情况下,反应温度为75_130°C,反应压力为 O. 6-3. OMPa0
根据本发明的丙烯羰基的合成方法,所述催化剂溶液中的催化剂可以为本领域的技术人员公知的常用的铑的化合物和/或配合物,所述铑的化合物和/或配合物可与助催化剂一起使用,或者不与助催化剂一起使用。优选为三(三苯基膦)羰基氢铑。所述三(三苯基膦)羰·基氢铑是以三氯化铑为原料,三苯基膦为配位体,无水乙醇为溶剂而制得,其具体制备可以按照CN101723984A中公开的方法进行制备。
根据本发明的丙烯羰基的合成方法,所述催化剂溶液中催化剂的含量可以在宽的范围内改变。优选的情况下,所述催化剂溶液中催化剂以金属铑计,催化剂的含量为 50-800ppm。催化剂溶液中的溶剂可以为甲苯或无水乙醇。
根据本发明的丙烯羰基的合成方法,所述第一羰基合成反应釜R-101和第二羰基合成反应釜R-102可以为本领域所公知的各种合成反应釜,只要满足羰基合成的条件即可。例如可以为搅拌釜式反应釜。另外,由于羰基合成反应是放热反应,且热效应较大,两个反应釜可以分别设置冷却盘管和夹套,通过冷却水的循环将热量移出。优选所述第一羰基合成反应釜R-101内设置冷却盘管,第二羰基合成反应釜R-102为夹套式反应釜。
根据本发明的丙烯羰基的合成方法,所述第一分离器S-101和第二分离器S-102 可以为本领域所公知的各种分离器,只要能够有效地将所述第一氢甲酰化催化剂组分和第一气相组分分离开,以及所述第二氢甲酰化催化剂组分和第二气相组分分离开即可。
根据本发明的丙烯羰基的合成方法,所述气提塔T-101可以为本领域所公知的各种气提塔,该气提塔的结构为本领域所公知。
根据本发明的丙烯羰基的合成方法,所述分离塔T-102可以为本领域所公知的各种分离塔,只要能够将所述丁醛粗产品和催化剂溶液分离即可。例如可以为精馏塔。
根据本发明的丙烯羰基的合成方法,将气提塔T-101塔底得到的液相组分送入分离塔T-102中进行气液分离的条件可以为本领域所公知的各种条件。一般情况下,该条件包括分离塔T-102的塔顶温度为45-100°C,塔底温度为90-120°C,压力为O. 03-0. 09MPa, 塔板数为5-40。
根据本发明的丙烯羰基的合成方法,所述丁醛粗产品包括正丁醛和异丁醛。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述,但本发明并不仅限于下述实施例。
以下实施例中第一羰基合成反应爸R-101、第二羰基合成反应爸R-102和羰基合成反应釜R-103为搅拌釜式反应釜,且反应釜可以设置冷却盘管和夹套,通过冷却水的循环将热量移出;气提塔T-101和气提塔T-103为填料式气提塔;分离塔T-102和分离塔 T-104为精馏塔。
以下实施例中粗丁醛的纯度为粗丁醛中正丁醛和异丁醛的重量与粗丁醛重量的百分比。
实施例1
本发明提供的丙烯羰基的合成方法按照图1所示工艺流程进行。
I)将丙烯、气提合成气和三(三苯基膦)羰基氢铑溶液(溶剂为无水乙醇,溶液中含铑化合物的量以金属铑计为300ppm)送入第一羰基合成反应釜R-101中,其中,丙烯的通入速度为1300kg/h、三(三苯基膦)羰基氢化铑溶液的通入速度为7600kg/h,保持反应釜的合成气与丙烯的进料摩尔比为2 1,并将第一羰基合成反应釜R-101中的含有三(三苯基膦)羰基氢铑的泡沫组分送入第一分离器S-101进行气液分离,得到第一氢甲酰化催化剂组分和第一气相组分,将得到的第一氢甲酰化催化剂组分返回到第一羰基合成反应釜R-101中,将第一气相组分以体积比1: O. 56返回第一羰基合成反应爸R-101和送入第二羰基合成反应釜R-102中;
2)将一股合成气(合成气中氢气与一氧化碳的物质的量之比为1:1)的一部分和三(三苯基膦)羰基氢铑溶液送入第二羰基合成反应釜R-102中,其中,三(三苯基膦) 羰基氢铑溶液的通入速度为1710kg/h,一股合成气的总通入速度为930kg/h (包括步骤3) 中一股合成气的另一部分),保持反应釜的合成气与丙烯的进料摩尔比为2 1,第二羰基合成反应釜R-102中的釜底液相一部分冷却至45°C后返回第二羰基合成反应釜R-102,另一部分排出第二羰基合成反应釜R-102外,返回第二羰基合成反应釜R-102中的塔底液相与排出的塔底液相的重量比为1: O. 6,并将第二羰基合成反应釜R-102中的含有三(三苯基膦)羰基氢铑的泡沫组分送入第二分离器S-102进行气液分离,得到第二氢甲酰化催化剂组分和第二气相组分,将得到的第二氢甲酰化催化剂组分返回到第二羰基合成反应釜R-102中,第二气相组分外排,其中,第二气相组分中丙烯的含量为9重量%,氢气12重量%,一氧化碳15重%,其他64重量% ;
3)将第二羰基合成反应釜R-102排出的塔底液相、第一羰基合成反应釜R-101塔底的液相从气提塔T-101的上部送入气提塔T-101,一股合成气的另一部分从气提塔T-101 的下部送入气提塔T-101中进行气提,塔底得到液相组分,塔顶得到气提合成气,气提合成气送入第一羰基合成反应爸R-101中;
4)将气提塔T-101塔底得到的液相组分送入分离塔T-102中进行气液分离(其中,分离塔T-102的塔顶温度为60°C,塔底温度为110°C,压力为O. 06MPa,塔板数为25),并在塔顶将部分丁醛粗产品进行回流,回流比为2,在塔底将塔底液相进行回流,回流比为3, 使得丁醛粗产品主要从塔顶气相采出,粗丁醛的采出率为2150kg/h(粗丁醛的纯度为99. 6 重量% ),三(三苯基膦)羰基氢铑溶液从塔底采出,将采出的三(三苯基膦)羰基氢铑溶液根据需要部分或全部作为第一羰基合成反应釜R-101和第二羰基合成反应釜R-102的三 (三苯基膦)羰基氢铑溶液送入第一羰基合成反应釜R-101和第二羰基合成反应釜R-102, 剩余部分外排回收。
其中,第一羰基合成反应爸R-101和第二羰基合成反应爸R-102内反应温度为 100°C,压力为1.62MPa。在反应的起始阶段将第一羰基合成反应釜R-101釜底的液相的部分送入第二羰基合成反应釜(R-102)中,使得第二羰基合成反应釜R-102中的温度为80°C。
根据下述公式丙烯的利用率=(步骤I)进料的丙烯的量-第二气相组分中丙烯的量)/步骤I)进料的丙烯的量X100%,计算确定丙烯的利用率为97%。
对比例I
按照图2所示工艺流 程进行。
I)将丙烯、气提合成气和三(三苯基膦)羰基氢铑溶液(溶剂为无水乙醇,溶液中含铑化合物的量以金属铑计为300ppm)送入羰基合成反应釜R-103中,其中,丙烯的通入速度为1300kg/h、三(三苯基膦)羰基氢化铑溶液的通入速度为7600kg/h,保持反应釜的合成气与丙烯的进料摩尔比为2 I,并将羰基合成反应釜R-103中的含有三(三苯基膦) 羰基氢铑的泡沫组分送入第一分离器S-103进行气液分离,得到氢甲酰化催化剂组分和气相组分,将得到的氢甲酰化催化剂组分返回到第一羰基合成反应釜R-103中,将气相组分以体积比1: O. 08返回第一羰基合成反应釜R-103和外排,其中,外排的气相组分中丙烯的含量为38重量%,氢气10重量%,一氧化碳12重量%,其他40重量% ;
2)将羰基合成反应釜R-103排出的塔底液相从气提塔T-103的上部送入气提塔 T-103,合成气(以930kg/h的速度)从气提塔T-103的下部送入气提塔T-103中进行气提, 塔底得到液相组分,塔顶得到气提合成气,气提合成气送入第一羰基合成反应釜R-103中;
3)将气提塔T-103塔底得到的液相组分送入分离塔T-104中进行气液分离(其中,分离塔T-104的塔顶温度为60°C,塔底温度为110°C,压力为O. 06MPa,塔板数为25),并在塔顶将部分丁醛粗产品进行回流,回流比为2,在塔底将塔底液相进行回流,回流比为3, 使得丁醛粗产品主要从塔顶气相采出,粗丁醛的采出率为1830kg/h(粗丁醛的纯度为99. 6 重量% ),三(三苯基膦)羰基氢铑溶液从塔底采出,将采出的三(三苯基膦)羰基氢铑溶液根据需要部分或全部作为羰基合成反应釜R-103的三(三苯基膦)羰基氢铑溶液送入羰基合成反应釜R-103,剩余部分外排回收。
根据下述公式丙烯的利用率=(步骤I)进料的丙烯的量-第二气相组分中丙烯的量)/步骤I)进料的丙烯 的量X 100%,计算确定丙烯的利用率为82%。
通过实施例1和对比例I可以看出,采用本发明的丙烯羰基的合成方法能够有效地提高丙烯的利用率,减少尾气中丙烯的含量,还可以提高丙烯的利用率,降低生产成本。
权利要求
1.一种丙烯羰基合成的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤 1)在氢甲酰化反应条件下,将丙烯和气提合成气以及氢甲酰化催化剂溶液送入第一羰基合成反应釜(R-1Ol)中进行接触反应,并将第一羰基合成反应釜(R-101)中的含有氢甲酰化催化剂的泡沫组分送入第一分离器(S-101)进行气液分离,得到第一氢甲酰化催化剂组分和第一气相组分; 2)使第一气相组分中的一部分返回到第一羰基合成反应釜(R-101)中,使另一部分第一气相组分与合成气和氢甲酰化催化剂溶液送入第二羰基合成反应釜(R-102)中,在氢甲酰化反应条件下进行接触反应,并将第二羰基合成反应釜(R-102)中的含有氢甲酰化催化剂的泡沫组分送入第二分离器(S-102)进行气液分离,得到第二氢甲酰化催化剂组分和第二气相组分,第二气相组分外排; 3)将至少部分的第二羰基合成反应釜(R-102)釜底的液相、至少部分的第一羰基合成反应釜(R-101)釜底的液相以及合成气一起送入气提塔(T-101)中进行气提接触,塔底得到液相组分,塔顶得到步骤I)所述气提合成气; 4)将气提塔(T-101)塔底得到的液相组分送入分离塔(T-102)中进行气液分离,使得丁醛粗产品主要从塔顶气相采出,催化剂溶液从塔底采出。
2.根据权利要求1所述的合成方法,其中,该方法还包括将所述第一氢甲酰化催化剂组分返回第一羰基合成反应釜(R-101)中。
3.根据权利要求1所述的合成方法,其中,该方法还包括将所述第二氢甲酰化催化剂组分返回第二羰基合成反应釜(R-102)中。
4.根据权利要求1所述的合成方法,其中,在第二羰基合成反应釜(R-102)的反应起始阶段,将第一羰基合成反应釜(R-101)釜底液相的另一部分送入第二羰基合成反应釜(R-102)中,使得第二羰基合成反应釜(R-102)中的温度为60-150°C。
5.根据权利要求1所述的合成方法,其中,将第二羰基合成反应釜(R-102)釜底液相的另一部分冷却后返回第二羰基合成反应釜(R-102)中,所述釜底液相的回流比为O. 3-10。
6.根据权利要求1所述的合成方法,其中,步骤I)中送入第一羰基合成反应釜(R-101)的丙烯与导入第二羰基合成反应釜(R-102)和气提塔(T-101)中的合成气的摩尔比为 I O. 8-10。
7.根据权利要求1所述的合成方法,其中,步骤2)中第一气相组分中的一部分与另一部分的比例为1: 0.1-10。
8.根据权利要求1或4所述的合成方法,其中,在第一羰基合成反应釜(R-101)中,丙烯与合成气的进料摩尔比为1:1. 8-20,丙烯的进料量与催化剂溶液的摩尔比为1: 1-10;优选在第一羰基合成反应釜(R-101)中,丙烯与合成气的进料摩尔比为I 2-10,丙烯的进料量与催化剂溶液的摩尔比为1: 1.2-5。
9.根据权利要求1或5所述的合成方法,其中,在第二羰基合成反应釜(R-102)中,丙烯与合成气的进料摩尔比为1:1. 8-20,丙烯的进料量与催化剂溶液的摩尔比为1: 1-10;优选在第二羰基合成反应釜(R-102)中,丙烯与合成气的进料摩尔比为I 2-10,丙烯的进料量与催化剂溶液的摩尔比为1: 1.2-5。
10.根据权利要求1所述的合成方法,其中,第一羰基合成反应釜(R-101)和第二羰基合成反应釜(R-102)的催化剂溶液为步骤4)中从塔底采出的催化剂溶液。
11.根据权利要求1所述的合成方法,其中,步骤I)中的氢甲酰化反应的条件包括反应温度为50-150°C,反应压力为O. 5-6. OMPa0
12.根据权利要求1所述的合成方法,其中,步骤2)中的氢甲酰化反应的条件包括反应温度为60-150°C,反应压力为O. 5-6. OMPa0
13.根据权利要求1所述的合成方法,其中,所述合成气含有氢气和一氧化碳,且氢气和一氧化碳的摩尔比为1: 0.5-10。
14.根据权利要求1所述的合成方法,其中,所述催化剂溶液中的催化剂为铑的化合物和/或配合物,优选为三(三苯基膦)羰基氢铑。
15.根据权利要求14所述的合成方法,其中,所述催化剂溶液中催化剂以金属铑计,催化剂的含量为50-800ppm。
全文摘要
一种丙烯羰基合成的方法,该方法包括将丙烯和气提合成气以及氢甲酰化催化剂溶液送入第一羰基合成反应釜中接触反应,将该反应釜中的含有氢甲酰化催化剂的泡沫组分送入第一分离器分离,得到的气相组分的一部分返回,另一部分与合成气和氢甲酰化催化剂溶液送入第二羰基合成反应釜中接触反应,并将该反应釜中的含有氢甲酰化催化剂的泡沫组分送入第二分离器分离;将至少部分的第一、第二羰基合成反应釜釜底的液相和合成气一起送入气提塔中气提,塔底得到液相组分,塔顶得到所述气提合成气;将气提塔塔底液相组分送入分离塔中分离,塔顶采出丁醛粗产品,塔底采出催化剂溶液。该方法能够有效地提高丙烯的利用率,减少尾气中丙烯的含量。
文档编号C07C45/50GK103012089SQ20111030120
公开日2013年4月3日 申请日期2011年9月28日 优先权日2011年9月28日
发明者罗继红, 王立成, 包天舒, 郭浩然, 周继东, 何平 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司北京化工研究院