專利名稱:連續(xù)加氫裂解糖轉(zhuǎn)化生產(chǎn)乙二醇及1,2-丙二醇的方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及ー種糖溶液制こニ醇、1,2_丙ニ醇的エ藝過程,具體地說是ー種催化加氫裂解糖類轉(zhuǎn)化生產(chǎn)こニ醇及1,2丙ニ醇的連續(xù)式反應(yīng)エ藝過程。
背景技術(shù):
こニ醇(簡稱EG)又名甘醇、こ撐ニ醇,是ー種重要的石油化工基礎(chǔ)有機原料,主要用于生產(chǎn)聚酯纖維、防凍劑、不飽和聚酯樹脂、潤滑剤、增塑劑、非離子表面活性劑以及炸藥等,此外還可用于涂料、照相顯影液、剎車液以及油墨等行業(yè),用作過硼酸銨的溶劑和介質(zhì),用于生產(chǎn)特種溶劑こニ醇醚等,用途十分廣泛。目前國內(nèi)外大型こニ醇的エ業(yè)化生產(chǎn)都采用環(huán)氧こ烷直接水合即加壓水合法的エ藝路線,生產(chǎn)技術(shù)基本上由英荷Shell、美國Halcon-SD以及美國UCC三家公司所控制文獻I :崔小明,國內(nèi)外こニ醇生產(chǎn)發(fā)展概況,化學(xué)エ業(yè),2007,25,(4),15-21.文獻2 :Process for preparing etnanediol by catalyzing epoxyetnane nyaration, PatentNo. CN1463960-A ;CN1204103_C。近年來,隨著聚酯纖維、聚酯塑料和防凍液等對乙ニ醇的旺盛需求,人們開始致カ于こニ醇新合成技術(shù)的研究和開發(fā)工作。Shell公司、UCC公司、莫斯科門捷列夫化工學(xué)院等相繼開發(fā)了環(huán)氧こ烷催化水合法制こニ醇生產(chǎn)技術(shù);Halcon-SD、UCC、Dow化學(xué)、日本觸媒化學(xué)以及三菱化學(xué)等公司相繼開發(fā)了碳酸こ烯酯法制こニ醇生產(chǎn)技術(shù);另外,由于世界石油資源的短缺和天然氣資源相對豐富,美國UCC以及日本宇部興產(chǎn)等公司也開展了由煤基合成氣制こニ醇新エ藝的研究和開發(fā)工作。I,2_丙ニ醇是制造不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂的原料;也是生廣表面活性劑如乳化劑和破乳劑的中間體;由于其毒性小,因此還可用作食品色素、香料、化妝品的溶劑;亦可作煙草濕潤劑、防霉劑和水果催熟防腐劑;在醫(yī)藥エ業(yè)上,它主要用于注射劑的輔助劑及水溶性軟膏;在油漆、顔料、日用化學(xué)方面,丙ニ醇是生產(chǎn)增塑劑的原料、溶劑和增粘劑(如用于牙膏)等。1,2-丙ニ醇(PG)用于制不飽和聚酯樹脂(用于表面涂料和玻璃纖維增強樹脂)占27% ;制功能流體(防凍液、化冰劑、傳熱液)占2% ;制食品、藥品和化妝品占20% ;制液體洗滌劑占17% ;制油漆和涂料占5% ;制煙草保濕劑占2% ;其它用途,包括增塑劑,占9%。丙ニ醇在化妝品和液體洗滌劑方面的應(yīng)用增長仍很快,年增長率分別為3%和3. 5%?;瘖y品生產(chǎn)商將它用作個人保健品的潤膚成分,這些保健品有止汗劑、除臭劑、防曬油、剃須膏和美容膏。在液體洗滌劑中,丙ニ醇起到酶穩(wěn)定劑和溶劑的作用。目前1,2_丙ニ醇的エ業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)一部分以環(huán)氧丙烷為原料生產(chǎn)路線,主要為環(huán)氧丙烷直接水合法、環(huán)氧丙烷間接水合法;一部分以丙烯為原料生產(chǎn)路線,主要為丙烯直接催化氧化法;以生物質(zhì)原料生產(chǎn)路線,包括甘油加氫脫水法、山梨醇高溫加氫裂化法;其它為碳酸ニ甲酯/丙ニ醇聯(lián)產(chǎn)法。隨著化石能源資源(包括石油、煤、天然氣等)越來越匱乏,采用可再生資源生產(chǎn)主要的化學(xué)品的地位越來越重要。糖類是ー種可再生能源,包括但不限定干,蔗糖、葡萄糖、果糖、木糖、可溶性低聚木糖、淀粉中的ー種或ニ種以上,它可以為ー些化學(xué)品(如こニ醇、1,2-丙ニ醇)提供原料。文獻 3:Process for the preparation of lower polyhydricalcohols, patent, No. US5107018.文獻 4 !Preparation of lower polyhydric alcohols,patent, No. US5210335 文獻 5 : —種生產(chǎn)こニ醇的新エ藝,CN200610068869. 5 文獻 6 :—種由山梨醇裂解生產(chǎn)ニ元醇和多元醇的方法,CN200510008652. O文獻7 :—種多羥基化合物制こニ醇的方法,CN200810229065. 8。目前,利用糖類的直接催化轉(zhuǎn)化制こニ醇、丙ニ醇的反應(yīng)是在間歇式的反應(yīng)釜中進行的文獻7 : —種多羥基化合物制こニ醇的方法,CN200810229065. 8。從大規(guī)模エ業(yè)應(yīng)用的角度來看,間歇式操作不僅耗時、操作不便,而且浪費能源和物料。因而,為便于大規(guī)模エ業(yè)化應(yīng)用,降低操作成本、提高反應(yīng)效率,發(fā)展高效的連續(xù)式反應(yīng)エ藝過程至關(guān)重要
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種催化加氫裂解糖類轉(zhuǎn)化生產(chǎn)こニ醇及1,2丙ニ醇的連續(xù)反應(yīng)エ藝過程。為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用的技術(shù)方案為反應(yīng)過程包括反應(yīng)物進料、催化反應(yīng)、反應(yīng)器流出氣體液體固體分離、氣體回收、可溶性催化劑回收、反應(yīng)液回流、產(chǎn)品精制幾個環(huán)節(jié)。為完成這些反應(yīng)環(huán)節(jié),采用了說明書附圖I所示的反應(yīng)流程。糖原料為蔗糖、葡萄糖、果糖、果聚糖、木糖、可溶性低聚木糖、淀粉中的一種或ニ種以上。反應(yīng)器中糖原料水溶液濃度為5-80wt%,糖原料以連續(xù)的反應(yīng)方式在氫氣氛下,水相中,催化劑作用下進行加氫裂解生產(chǎn)包括こニ醇、1,2丙ニ醇的多元醇產(chǎn)品;氫氣、水、糖反應(yīng)原料處于連續(xù)流動的狀態(tài);反應(yīng)器流出物為氣體、液體,或者為氣體、液體、固體的兩種或三種狀態(tài)物質(zhì)。當需要控制反應(yīng)器流出物只包括氣液二相時,可通過在反應(yīng)器出ロ處設(shè)置篩網(wǎng)實現(xiàn),采用篩網(wǎng)阻止固體物料的流出。若反應(yīng)器流出物中包含固體,其為固相催化齊U,反應(yīng)器流出物中存在的固相催化劑經(jīng)過分離、活化再生后返回到反應(yīng)器。反應(yīng)器為氣液固三相淤漿床、沸騰床或流化床反應(yīng)器。反應(yīng)過程中保持反應(yīng)器內(nèi)溶液體積占反應(yīng)器體積的1/5-2/3。反應(yīng)器流出物通過三相(氣體、液體、固體)分離器或氣液分離器進行分離;分離器流出氣體送入膜分離單元,膜分離單元分離出高濃度氫氣氣流股和馳放氣流股,氫氣氣流股從原料入口返回反應(yīng)器循環(huán)利用;若反應(yīng)器流出物中包含固體,其為固相催化劑,分離器流出固體在分離后重新返回反應(yīng)器中循環(huán)利用;分離器流出液體分成兩部分,一部分流出液體送入到精制分離系統(tǒng),得到高純度的包括こニ醇、1,2丙ニ醇的多元醇產(chǎn)品,所述精制分離系統(tǒng)為精餾塔;另一部分流出液體直接返回到反應(yīng)器。精餾與回流兩部分體積比例在10/1至1/2,優(yōu)選體積比例在6/1至1/1。返回反應(yīng)器的反應(yīng)液體用于對新鮮反應(yīng)糖原料的稀釋作用,從而避免高濃度糖原料在反應(yīng)中的燒結(jié)現(xiàn)象發(fā)生,而且,實現(xiàn)了反應(yīng)液的強制循環(huán),増加了物料的傳質(zhì)傳熱效果,并便于控制催化劑的帶出量;反應(yīng)器流出液體進入精餾系統(tǒng)分離出多元醇產(chǎn)品后,剰余重組分產(chǎn)物中至少有部分重組分多元醇及未反應(yīng)的糖類返回反應(yīng)器進行進一步加氫裂化反應(yīng),另一部份排放掉;返回反應(yīng)器的重組分多元醇及未反應(yīng)的糖類回流質(zhì)量比例的上下限為1/10至4/5 ;剩余重組分產(chǎn)物中重組分多元醇及未反應(yīng)的糖類返回到反應(yīng)器中循環(huán)利用的過程為通過剩余重組分產(chǎn)物的直接回流完成,和/或?qū)⒋嬖谟谑S嘀亟M分產(chǎn)物中的多元醇及未反應(yīng)的糖類經(jīng)過分離回收后,全部或部分地返回到反應(yīng)器中循環(huán)利用。催化劑活性組分B在反應(yīng)初始時存在可溶性和不可溶性兩種狀態(tài)。然而,隨著反應(yīng)時間的延長,不可溶性的活性組分B同樣會逐漸溶解流失到反應(yīng)液中。這種溶解態(tài)的活性組分B仍然具有催化活性。因而,反應(yīng)器流出液體進入精餾系統(tǒng)分離出多元醇產(chǎn)品后,存在于剩余重組分產(chǎn)物中的可溶性催化劑活性組分B至少部分地返回到反應(yīng)器中循環(huán)利用,可溶性催化劑活性組分B回流質(zhì)量比例的上下限為1/10至4/5 ;剩余重組分產(chǎn)物中可溶性催化劑活性組分B返回到反應(yīng)器中循環(huán)利用的過程為通過剩余重組分產(chǎn)物的直接回流完成,和/或?qū)⒋嬖谟谑S嘀亟M分產(chǎn)物中的可溶性催化劑活性組分B經(jīng)過分離回收后,全部或部分地返回到反應(yīng)器中循環(huán)利用;反應(yīng)系統(tǒng)新補入可溶性催化劑活性組分B,其量與隨精餾系統(tǒng)分離重組分產(chǎn)物排放掉的催化劑活性組分B的
量相當。所述采用雙活性組分催化劑,包括催化活性組分A和催化活性組分B,活性組分A和活性組分B既可以擔載在共同載體上,也可以于反應(yīng)過程中以機械混合的形式構(gòu)成混合型催化劑;催化活性組分A包括具有催化加氫性能的第8、9、10族的過渡金屬鐵、鈷、鎳、釕、銠、鈀、銥、鉬中的一種或二種以上,催化活性組分B包括鎢的無機化合物、有機化合物、絡(luò)合物或鎢單質(zhì)中的一種或兩種以上;反應(yīng)器中加入的催化劑包括催化活性組分A ;如果催化活性組分B為固體,其也與催化活性組分A同樣預(yù)先加入反應(yīng)器中;如果催化活性組分B為液體,可以在進料前預(yù)先全部或部份預(yù)先加入反應(yīng)器,也可以全部或部份隨反應(yīng)原料糖溶液由泵加入。反應(yīng)過程中,催化劑活性組分A在反應(yīng)器中的量與反應(yīng)器中糖原料的重量比范圍為1/1000-1/2 ;催化劑活性組分B在反應(yīng)器中的濃度以鎢計為10ppm-50000ppm ;催化劑活性組分A與B的量的比例關(guān)系(加氫金屬和金屬鎢的重量比)范圍為O. 01-100。加氫裂化反應(yīng)在l_15MPa下操作;反應(yīng)溫度彡120°C,溫度上限以產(chǎn)物不發(fā)生熱分解為準。加氫裂化優(yōu)選反應(yīng)溫度為180-260°C ;優(yōu)選氫氣壓力5-12MPa。本發(fā)明的有益效果是I)實現(xiàn)了反應(yīng)物原料的連續(xù)輸入,乙二醇、丙二醇產(chǎn)物的連續(xù)產(chǎn)出,與間歇式反應(yīng)過程相比較,避免了間歇操作引起的反應(yīng)過程停止,一方面顯著提高了生產(chǎn)效率,另一方面節(jié)約了氫氣消耗和能量消耗,從而整體上降低了生產(chǎn)成本。2)通過采用部分反應(yīng)液回流的辦法,利用回流反應(yīng)液對新鮮反應(yīng)原料的稀釋作用,避免了高濃度糖原料在反應(yīng)中的燒結(jié)現(xiàn)象發(fā)生。同時,實現(xiàn)了反應(yīng)液的強制循環(huán),增加了物料的傳質(zhì)傳熱效果,減少反應(yīng)死角存在,并便于控制催化劑的帶出量。 3)通過回收和部分回流可溶性催化劑活性組分B,減少了催化劑的消耗,節(jié)約了催化劑使用成本,同時也解決了催化劑活性組分流失問題。4)對部分反應(yīng)液及多元醇及糖組分的回流和再次反應(yīng),增加了反應(yīng)的進行程度、提聞了廣品的總收率。
5)固相催化劑采用了外循環(huán)的方式,便于在生產(chǎn)過程中不停止反應(yīng)即可實現(xiàn)催化劑的活化再生和定期更換。
圖I為本發(fā)明工藝流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明進一步說明實施例I將50wt %的葡萄糖以及溶解態(tài)的偏鎢酸銨O. Iwt % (以金屬鎢重量計)水溶液由高壓泵進入加氫反應(yīng)器,反應(yīng)器中裝填有漿態(tài)的Ru/AC和鎢酸催化劑(釕與鎢的重量比為I 10,反應(yīng)初始時以水為溶劑浸沒催化劑),糖原料與催化劑(釕與鎢元素重量之和)的重量比值在450 I到460 I之間,體積空速為2到3。反應(yīng)器的溫度為220_230°C,氫氣壓力為5MPa。氫氣由反應(yīng)器底部進入,并攪拌催化劑漿液。反應(yīng)液進入反應(yīng)器經(jīng)過反應(yīng)后由反應(yīng)器中上部出口排放,同時伴有l(wèi)wt%固體催化劑(Ru/AC)、部分氫氣和氣體產(chǎn)物一同排出。隨后反應(yīng)器流出物進入分離器分離出氣體、液體、和固體三部分。分離器分離出的氣體部分進一步由膜分離系統(tǒng)分離出純氫氣,與補充的新鮮氫氣混合后經(jīng)循環(huán)氣壓縮機壓縮后返回加氫裂化反應(yīng)器。膜分離剩余氣體中的剩余氫氣及包含的少量一氧化碳、甲烷、乙烷、丙烷等烴類排放燃燒或用于供熱。分離器分離出的固體催化劑經(jīng)過洗滌再生活化后,返回反應(yīng)器中。分離器分離出的液體9/10進入精餾分離系統(tǒng),分離出乙二醇、1,2-丙二醇、其他多元醇包括I-丙醇,1,2- 丁二醇、1,3- 丁二醇、甘油等。精餾分離系統(tǒng)剩余的重組分包含山梨醇、甘露醇、未完全轉(zhuǎn)化的糖,以及溶解的催化劑活性組分B的鎢酸根離子,其中4/5返回反應(yīng)器中,進行進一步的催化轉(zhuǎn)化。剩余的1/5精餾重組分中的鎢酸根離子通過沉淀和離子交換的方法回收。分離器分離出的液體的另外1/10液體直接回流至反應(yīng)器,以降低糖原料在進料入口處的濃度,從而避免糖反應(yīng)原料的結(jié)焦聚合現(xiàn)象。表I中列出了反應(yīng)的結(jié)果數(shù)據(jù)。該結(jié)果體現(xiàn)了連續(xù)式糖催化轉(zhuǎn)化過程中,反應(yīng)具有高的糖轉(zhuǎn)化率和高的乙二醇及I,2-丙二醇收率。表I連續(xù)反應(yīng)過程糖催化轉(zhuǎn)化制乙二醇丙二醇反應(yīng)結(jié)果權(quán)利要求
1.連續(xù)加氫裂解糖轉(zhuǎn)化生產(chǎn)こニ醇及1,2-丙ニ醇的方法,其特征在于 1)于反應(yīng)器中,在氫氣氛下,濃度5-80wt%糖原料水溶液中,在催化劑作用下進行加氫裂解生產(chǎn)包括こニ醇、1,2丙ニ醇的多元醇產(chǎn)品;氫氣、水、糖原料處于連續(xù)流動的狀態(tài),氫氣、糖原料水溶液從原料入口流入反應(yīng)器;反應(yīng)過程的混合物料從反應(yīng)器出ロ流出反應(yīng)器,其為反應(yīng)器流出物;反應(yīng)器流出物為氣體、液體,或者為氣體、液體、固體的兩種或三種狀態(tài)物質(zhì); 反應(yīng)過程中保持反應(yīng)器內(nèi)溶液體積占反應(yīng)器體積的1/5-2/3 ; 2)反應(yīng)器流出物通過三相(氣體、液體、固體)分離器或氣液分離器進行分離; 分離器流出氣體送入膜分離單元,膜分離單元分離出高濃度氫氣氣流股和馳放氣流股,氫氣氣流股從原料入口返回反應(yīng)器循環(huán)利用; 若反應(yīng)器流出物中包含固體,其為固相催化劑,分離器流出固體在分離后重新返回反 應(yīng)器中循環(huán)利用; 分離器流出液體分成兩部分,一部分流出液體送入到精制分離系統(tǒng),得到高純度的包括こニ醇、1,2丙ニ醇的多元醇產(chǎn)品產(chǎn)品;另一部分流出液體直接返回到反應(yīng)器; 3)反應(yīng)器流出液體進入精餾系統(tǒng)分離出多元醇產(chǎn)品后,剰余重組分產(chǎn)物中至少有部分重組分多元醇及未反應(yīng)的糖類返回反應(yīng)器進行進ー步加氫裂化反應(yīng),另一部份排放掉;返回反應(yīng)器的重組分多元醇及未反應(yīng)的糖類回流質(zhì)量比例的上下限為1/10至4/5 ; 剰余重組分產(chǎn)物中重組分多元醇及未反應(yīng)的糖類返回到反應(yīng)器中循環(huán)利用的過程為通過剩余重組分產(chǎn)物的直接回流完成,和/或?qū)⒋嬖谟谑S嘀亟M分產(chǎn)物中的多元醇及未反應(yīng)的糖類經(jīng)過分離回收后,全部或部分地返回到反應(yīng)器中循環(huán)利用; 4)反應(yīng)器流出液體進入精餾系統(tǒng)分離出多元醇產(chǎn)品后,存在于剩余重組分產(chǎn)物中的可溶性催化劑活性組分B至少部分地返回到反應(yīng)器中循環(huán)利用,可溶性催化劑活性組分B回流質(zhì)量比例的上下限為1/10至4/5 ; 剰余重組分產(chǎn)物中可溶性催化劑活性組分B返回到反應(yīng)器中循環(huán)利用的過程為通過剰余重組分產(chǎn)物的直接回流完成,和/或?qū)⒋嬖谟谑S嘀亟M分產(chǎn)物中的可溶性催化劑活性組分B經(jīng)過分離回收后,全部或部分地返回到反應(yīng)器中循環(huán)利用; 5)反應(yīng)系統(tǒng)新補入可溶性催化劑活性組分B,其量與隨精餾系統(tǒng)分離重組分產(chǎn)物排放掉的催化劑活性組分B的量相當; 6)所述采用雙活性組分催化劑,包括催化活性組分A和催化活性組分B,活性組分A和活性組分B既可以擔載在共同載體上,也可以于反應(yīng)過程中以機械混合的形式構(gòu)成混合型催化劑;催化活性組分A包括具有催化加氫性能的第8、9、10族的過渡金屬鐵、鈷、鎳、釕、銠、鈀、銥、鉬中的ー種或ニ種以上,催化活性組分B包括鎢的無機化合物、有機化合物、絡(luò)合物或鎢單質(zhì)中的ー種或兩種以上;反應(yīng)器中加入的催化劑包括催化活性組分A ;如果催化活性組分B為固體,其也與催化活性組分A同樣預(yù)先加入反應(yīng)器中;如果催化活性組分B為液體,可以在進料前預(yù)先全部或部份預(yù)先加入反應(yīng)器,也可以全部或部份隨反應(yīng)原料糖溶液由泵加入。
2.按照權(quán)利要求I所述的的方法,其特征在于所述催化劑活性組分A在反應(yīng)器中的量與反應(yīng)器中糖原料的重量比范圍為1/1000-1/2 ;催化劑活性組分B在反應(yīng)器中的濃度以鎢計為10ppm-50000 ppm ;催化劑活性組分A與B的量的比例關(guān)系(加氫金屬和金屬鎢的重量比)范圍為O. 01-100。
3.按照權(quán)利要求I所述的的方法,其特征在于所述反應(yīng)器為氣液固三相淤漿床、沸騰床或流化床反應(yīng)器;所述精制分離系統(tǒng)為精餾塔。
4.按照權(quán)利要求I或2所述的的方法,其特征在于當需要控制反應(yīng)器流出物只包括氣液二相時,可通過在反應(yīng)器出口處設(shè)置篩網(wǎng)實現(xiàn),采用篩網(wǎng)阻止固體物料的流出。
5.按照權(quán)利要求I所述的的方法,其特征在于若反應(yīng)器流出物中包含固體,其為固相催化劑,反應(yīng)器流出物中存在的固相催化劑經(jīng)過分離、活化再生后返回到反應(yīng)器。
6.按照權(quán)利要求I所述的的方法,其特征在于所述分離器流出液體分成兩部分,一部分送入到精制分離系統(tǒng)、另一部分直接返回到反應(yīng)器中,精餾與回流兩部分體積比例在10/1 至 1/2。
7.按照權(quán)利要求I所述的的方法,其特征在于所述分離器流出液體分成兩部分,一部分送入到精制分離系統(tǒng)、一部分直接返回到反應(yīng)器中,精餾與回流兩部分優(yōu)選體積比例在6/1 至 1/1。
8.按照權(quán)利要求I所述的的方法,其特征在于所述加氫裂化反應(yīng)在l_15MPa下操作;反應(yīng)溫度≥120 °C,溫度上限以產(chǎn)物不發(fā)生熱分解為準。
9.按照權(quán)利要求I所述的的方法,其特征在于所述加氫裂化優(yōu)選反應(yīng)溫度為180-2600C ;優(yōu)選氫氣壓カ5-12 MPa。
10.按照權(quán)利要求I所述的的方法,其特征在于所述糖原料為蔗糖、葡萄糖、果糖、果聚糖、木糖、可溶性低聚木糖、淀粉中的ー種或ニ種以上。
全文摘要
本發(fā)明涉及催化加氫裂解糖類轉(zhuǎn)化生產(chǎn)乙二醇及1,2丙二醇的連續(xù)反應(yīng)工藝過程,提供了一種連續(xù)加氫裂解糖轉(zhuǎn)化生產(chǎn)乙二醇及1,2-丙二醇的方法。在該工藝過程中,糖類(包括蔗糖、葡萄糖、果糖、木糖、可溶性低聚木糖、淀粉中的一種或二種以上)在反應(yīng)器中經(jīng)催化劑加氫裂解后,進入分離系統(tǒng)。氣相中的氫氣經(jīng)分離回收循環(huán)使用;液相產(chǎn)物部分回流到反應(yīng)器,其余液相產(chǎn)物經(jīng)過精制分離出乙二醇、丙二醇,以及其他多元醇;存在于精制分離后剩余重組分液相中濃縮的可溶性催化劑組分被部分循環(huán)回到反應(yīng)器。
文檔編號C07C29/00GK102643165SQ20111017678
公開日2012年8月22日 申請日期2011年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月28日
發(fā)明者丁玉龍, 于婷婷, 張濤, 王愛琴, 鄭明遠, 陳曙光 申請人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所