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二丙二醇是什么,如何制备

发布日期:2018/10/19 10:13:09

【背景及概述】[1] [2]

二丙二醇是一种新型的延伸产品,主要用作乙酸纤维素、硝酸纤维素、虫胶清漆、蓖麻油的溶剂,同时还可用作硝酸纤维溶剂及有机合成中间体,是一种非常重要的化工原料。但从过去的生产工艺看,先由丙二醇与环氧丙烷反应制得二丙二醇粗品,再通过减压精馏得到高品质的二丙二醇。

图为 某公司二丙二醇产品

【合成路线】 [2]

二丙二醇的合成反应原理以丙二醇和环氧丙烷为原料,乙醇钠为催化剂,在一定温度和压力下催化反应制得二丙二醇,其化学反应方程式如下:

该反应的主反应是二级动力学反应。反应的速率主要取决于所使用的催化剂的种类特性,同时影响反应速率的还有反应时的温度和压力。目前工业化生产二丙二醇多采用乙醇钠为催化剂。反应后二丙二醇的得率主要取决于反应物丙二醇和环氧丙烷的配比。在用乙醇钠做催化剂的条件下,影响二丙二醇收率因素的显著性顺序为:反应温度>反应压力>原料配比>催化剂用量。

某专利的[实施例1]在高压釜中导入丙二醇79g、环氧丙烷61g(相对于丙二醇1摩尔为1.0摩尔),得到混合液,利用氮气充分置换高压釜内的气氛。以使液温达到220℃的方式加热上述混合液,然后用氮气将高压釜内加压到5MPa-G,边搅拌边使其反应60分钟,得到环氧丙烷转化率为52%、丙二醇转化率为34%(环氧丙烷转化率/丙二醇转化率=1.5)的反应液。利用气相色谱分析了上述反应液,结果二丙二醇选择率〔I〕+三丙二醇选择率〔II〕为92%。主要副产物为四丙二醇,副产物相对于二丙二醇的比例〔III〕为0.12,副产物相对于三丙二醇的比例〔IV〕为0.31,副产物相对于二丙二醇和三丙二醇的比例〔V〕为0.09。

二丙二醇的减压精馏工艺流程

图为二丙二醇制备专利

过去,国内二丙二醇的减压精馏均采用多塔间歇式生产,一般为三塔精馏,最后得到二丙二醇成品,同时副产少量的三丙二醇[4]。经过工艺改进后的三塔连续式减压精馏操作,不仅可以得到品质更优的二丙二醇和三丙二醇,而且还能提高产量,降低能耗。具体工艺流程如下:合成反应制得的二丙二醇粗品由物料泵输送至丙二醇精馏塔(卧式釜和立式釜组成)卧式釜中,混合物经加热,气相进入立式塔,塔顶精馏产物丙二醇回合成系统。催化剂富集在卧式釜中,定期返回催化剂储罐循环使用。立式釜内重组分由泵输出,进入二丙二醇精馏塔,塔顶全回流或间歇式脱轻,塔中出二丙二醇成品。塔釜重组分由泵输出,进入三丙二醇精馏塔中,塔顶脱轻物料返回二丙二醇精馏塔,塔中出三丙二醇成品,塔釜重组分富集后定期输出至中间罐。

工艺过程控制

原料的控制原料  品质的优劣直接影响二丙二醇合成反应及成品的品质,因此必须严格控制各种原料的技术指标。具体要求如下:丙二醇选择优级品,主含量≥99.5%,水分≤0.1%;环氧丙烷选择优级品,主含量≥99.9%,水分≤0.1%;催化剂选择乙醇钠≥35%的乙醇钠—乙醇溶液,水分≤0.2%,游离碱≤0.7%。二丙二醇的合成反应控制  在二丙二醇的合成反应控制中,为了提高二丙二醇的转化率,一定要加入过量的丙二醇,在进料、升温过程抢时间,控制好塔内温度及压力,保证反应速率,每一个环节都很重要。该反应的控制重点是:(1)原料的配比,若环氧丙烷过少,二丙二醇的收率太低;若环氧丙烷过多,反应不彻底,增加环氧丙烷的消耗。因此丙二醇和环氧丙烷进料体积比一般控制在2~2.5∶1为佳。(2)反应的温度,温度过低,影响到反应速率,温度过高,反应太快,不易控制,同时会造成安全隐患。通常反应温度控制在150~190℃较为合适。(3)反应的压力,该反应的压力最好控制在0.5MPa之内。

【二丙二醇连续式减压精馏】[2] [3] [4]

二丙二醇的连续式减压精馏采用三塔连动操作,效率高、能耗低,成品的品质稳定,具体操作参数如下。

1.丙二醇精馏塔的操作参数  合成的二丙二醇粗品(DPG和TPG含量约为50%和10%)由泵输送至丙二醇精馏塔的卧式釜内,气相经加热蒸发后进入丙二醇精馏塔立式釜,催化剂在卧式釜内富集,定期返回催化剂储罐循环使用,塔顶丙二醇返回至合成系统。控制卧式釜蒸汽压力在0.6~0.7MPa,控制立式釜蒸汽压力在0.6~0.7MPa,塔内真空度为-98kPa,回流比为3~4,塔顶温度控制在110℃左右,此时得到的丙二醇含量达到99%。立式釜温度控制在135℃左右,丙二醇的含量<0.2%,二丙二醇和三丙二醇的含量分别约为86%和13%,此混合物料由泵输送至釜中间罐。

2.二丙二醇精馏塔的操作参数  混合物料由泵输送至二丙二醇精馏塔(进料位置是从塔中部进料),塔釜加热方式采用降膜再沸器进行循环加热,降膜再沸器蒸汽压力控制在0.7MPa左右,塔内真空度为-99kPa,塔顶采用全回流或间歇式脱轻(混合物料中丙二醇含量>0.5时),塔中温度达135℃左右出二丙二醇成品,含量可达99.5%以上,成品综合样可保证在99.7%左右。塔釜温度控制在170℃左右,二丙二醇含量<5%,此混合物料由泵输送至釜中间罐。

3.三丙二醇精馏塔操作参数混合物料  由泵输送至三丙二醇精馏塔(进料位置是从塔中部进料),塔釜加热方式采用降膜再沸器进行循环加热,降膜再沸器蒸汽压力控制在0.8MPa左右,塔内真空度为-99kPa,控制塔顶回流比4~5,中温度达160℃左右出三丙二醇成品,含量可达99%以上。塔釜重组分富集后定期输出至中间罐。

采用三塔连续式进行二丙二醇的工业化减压精馏生产,操作方便,避免了进料、升温、脱轻等环节,节省了大量时间;操作过程中各点的含量均有保证,物料综合分离效果好,成品品质得到提高;产量提升,能耗降低。由此可见,相比三塔间歇式减压精馏而言,三塔连续式减压精馏有着绝对优势,必将成为二丙二醇工业化减压精馏生产的首选。

【参考资料】

[1]胡剑飞,马怀详,傅鹏志. 高纯二缩三丙二醇联产二丙二醇新工艺[J]. 精细与专用化学品,2012,20(06):28-30.

[2]章山成. 一缩二丙二醇连续式生产工艺研究[J]. 广州化工,2012,40(15):218-219.

[3]方诒胜. 醇钠法合成一缩二丙二醇的工艺过程控制[J]. 安徽化工,2010,36(05):31-32.

[4]梁荣宁. 相转移催化法合成一缩二丙二醇的工艺研究[D].青岛科技大学,2008.