新戊二醇的生產(chǎn)工藝

1、新戊二醇的生產(chǎn)工藝 摘要：新戊二醇（NPG）是典型的新戊基結(jié)構(gòu)二元醇，具有良好的化學反應性能，可快速參與酯化、縮合和氧化等多種化學反應。新戊二醇主要用于生產(chǎn)不飽和樹脂、聚酯粉末涂料增塑劑表面活性劑及合成航空潤滑油等，同時，新戊二醇又是優(yōu)良的溶劑，可用于芳烴和環(huán)烷烴的選擇分離，高級潤滑油的添加劑及其他精細化學品。關(guān)鍵詞:新戊二醇歧化反應工藝優(yōu)化New production process of ethylene glycol Abstract: Neopentylglycol (NPG) is typical of Neopentyl structure diol and has good ch

2、emical performance, quick in esterification, condensation and oxidation, a variety of chemical reactions. Neopentyl glycol is mainly used for the production of unsaturated resin, polyester powder coating, plastic agent, surface active agent and synthetic aviation lubricating oil etc. At the same tim

3、e, neopentyl glycol is an excellent solvent for aromatic and naphthenic hydrocarbon separation, high grade lubricating oil additives and other fine chemicals.Key words: new e - glycol, reaction process optimization引言：新戊二醇(Neopentyl glyco,l簡稱NPG),化學名: 2, 2-二甲基-1, 3-丙二醇,分子式: C5H12O2,相對分子量104. 2。在室溫下是無

4、臭的白色晶狀薄片固體，低毒，密度 1.06(21 ，g/cm3)，熔點 124130 ，沸點 211，閃點 129 ，自燃點 399 ，升華溫度 210 。當相對濕度大于50%時,有吸濕性。溫度接近熔點時能很快升華。易溶于水、醇、醚、酮和甲苯,較不易溶于脂肪烴和脂環(huán)族。1.1 新戊二醇生產(chǎn)工藝路線選擇目前國內(nèi)外工業(yè)生產(chǎn)新戊二醇均采用異丁醛路線，即以異丁醛、甲醛為起始原料，經(jīng)堿性催化劑催化縮合生成中間體2,2-二甲基-3-羥基丙醛(俗稱羥基新戊醛，簡稱HPA)，再還原為新戊二醇。新戊二醇工業(yè)化生產(chǎn)路線有2條，即鹵代丙醇路線和異丁醛路線。鹵代丙醇路線以2,2-二甲基-3-氯代丙醇為起始原料，先環(huán)醚

5、化，再堿解生成新戊二醇，因原料緊缺，產(chǎn)量極微。1.1.1 歧化法歧化法又稱一鍋法、甲酸鈉法，以異丁醛、甲醛為原料，在液堿(30%-40%NaOH溶液)催化作用下，先縮合生成羥基新戊醛；此后再在堿作用下羥基新戊醛與甲醛按坎氏反應（歧化反應），羥基新戊醛被甲醛還原生成新戊二醇，甲醛則被氧化成甲酸，經(jīng)液堿中和成甲酸鈉。反應方程式如下：該工藝的具體操作為：將異丁醛、甲醛按1:2(摩爾比，下同)的配比備料并投入反應釜，攪拌下升溫至30-35。滴加液堿，保持pH=9-11,縮合反應2.0-2.5h；再加液堿至pH13，即發(fā)生歧化反應，通過不斷滴加液堿保持該pH值； 1由異丁醛與甲醛在堿性條件下反應而得 :

6、異丁醛與甲醛在 3040、pH值 911、堿催化劑作用下縮合反應 3h, n (異丁醛 ) n (甲醛 ) = 2132121?？s合生成的 2, 22二甲基 232羥基丙醛再與過量甲醛在強堿條件下還原成新戊二醇。反應液用甲酸中和 ,減壓蒸餾脫水 ,濃縮液經(jīng)分層萃取 ,除去甲酸鈉后 ,冷卻、分離得成品。31.1.2 縮合加氫法反應方程式如下：間歇式液相縮合加氫法工藝的具體操作是：將，然后去脫溶釜減壓脫除水(或有機溶劑)，分餾低沸物，最后冷卻結(jié)晶得產(chǎn)品。其工藝流程見圖2.2。圖2.2 加氫法工藝流程圖縮合加氫法是在中、高壓下的氣-液-固三相反應，又要求較高的攪拌速度，因此對設備(如加氫釜)要求較高

7、，但后期精制簡單，設備總投資并不比歧化法的高。它不僅工藝總收率達到95%以上，而且產(chǎn)品質(zhì)量也好，適用于下游各種產(chǎn)品。目前國外大型裝置都采用加氫法，并根據(jù)原料來源和企業(yè)技術(shù)特點進行工藝改進，采用不同的加氫催化劑，已有多種工藝形式。1.21甲酸鈉法(歧化法)工藝的優(yōu)點工藝條件溫和操作簡單。工藝反應相對簡單投資少穩(wěn)定性好。在生產(chǎn)工藝不斷完善的今天，甲酸鈉法工藝產(chǎn)品質(zhì)量可與縮合加氫法產(chǎn)品相媲美。1.22甲酸鈉法(歧化法)工藝的缺點：原料異丁醛易被空氣氧化生成異丁酸，再與產(chǎn)品NPG縮合成酯，形成異丁酸新戊二醇單酯影響產(chǎn)品收率和產(chǎn)品質(zhì)量。國產(chǎn)工業(yè)異丁醛中含有少量正丁醛其性質(zhì)和異丁醛基本相同堿性條件下也能與

8、甲醛縮合再歧化生成224一三羥甲基丙烷(TMP)導致甲醛消耗量的增加。21.3新戊二醇生產(chǎn)過程中所用到的設備反應釜、機泵、貯罐、縮合液儲槽、縮合液泵、蒸發(fā)器、離心機、蒸發(fā)釜等。1.4 國內(nèi)生產(chǎn)現(xiàn)狀截至2006年底,我國有11家NPG生產(chǎn)企業(yè),總產(chǎn)能達8.3萬ta-12。0.3萬ta-1裝置,2004年底擴能至0.7萬ta-1。表2列出20022007年我國新戊二醇供需統(tǒng)計數(shù)據(jù)。表2說明我國NPG產(chǎn)不足需,供求矛盾仍然突出,不足部分靠進11.5 新戊二醇生產(chǎn)工藝比較5目前，國內(nèi)外幾種新戊二醇生產(chǎn)工藝原材料及公用工程消耗比較見下表：就投資而言，歧化法為一步法，投資小，工藝條件溫和，但副產(chǎn)物甲酸鈉大

9、量存在于反應產(chǎn)物中，給新戊二醇精制帶來困難?？s合加氫法是兩步法，產(chǎn)品收率較高且無副產(chǎn)物甲酸鈉產(chǎn)生，但缺點是加氫反應需壓力設備，投資大，技術(shù)難度高，需要氫源和催化劑。就技術(shù)而言，歧化法工藝相對落后，從產(chǎn)品質(zhì)量、經(jīng)濟指標到環(huán)保要求都無法與縮合加氫法工藝相比，缺乏競爭力?？s合加氫法工藝，具有物耗、能耗低，催化劑壽命長，加氫反應轉(zhuǎn)化率高等特點。目前國內(nèi)基本上采用歧化法生產(chǎn)新戊二醇，因此，通過工藝條件考察，提高原料轉(zhuǎn)化率和新戊二醇收率，使副產(chǎn)物甲酸鈉也成為合格產(chǎn)品是很有經(jīng)濟價值的研究工作。53國外新戊二醇的生產(chǎn)及需求8目前,全球新戊二醇的總產(chǎn)能超過40萬t/a,主要生產(chǎn)廠商有4家:巴斯產(chǎn)能為1315萬t

10、/a,占全元)從而躍升為新戊二醇產(chǎn)能亞洲第一和全球第三,占全球總產(chǎn)能的1215%。國外新戊二醇的主要消費領域是涂料樹脂,美國涂料樹脂消費量占總消費量的64%,年均增長率417%;西歐占76%,年均增長率516%;其次是不飽和聚酯樹脂,美國占20%,年均增長率219%;西歐占18%,年均增長率417%;占第三位的是潤滑劑用酯類,美國占6%,年均增長率217%;西歐占218%,年均增長率為211%。4 81.6 甲酸鈉的精制在國內(nèi)，甲酸鈉主要用來生產(chǎn)保險粉、甲酸和草酸。由于副產(chǎn)的甲酸鈉含有5%-6%的新戊二醇，必須精制后才能使用，通常采用常壓加熱到140，使新戊二醇升華蒸出分離。1.3.4廢水的處

11、理國產(chǎn)甲醛通常為37%的水溶液，因而甲醛中的水可以作為溶劑。對于歧化法，為除去產(chǎn)品中的甲酸鈉，需要反復萃取、洗滌，因此每噸產(chǎn)品將產(chǎn)生3噸廢水。對含新戊二醇的生產(chǎn)廢水，目前國內(nèi)尚無經(jīng)濟有效的處理方法。1.7工藝技術(shù)選擇7本項目采用先進的有機康尼扎羅法進行醛縮合加氫工藝合成新戊二醇。該工藝特點如下：高。b.異丁醛、甲醛等全程綜合收率高，產(chǎn)品單位生產(chǎn)成本低。c.生產(chǎn)過程連續(xù)，易于操作控制，自動化水平高。d.整個系統(tǒng)具有較高的安全性能。e.生產(chǎn)過程中不產(chǎn)生甲酸鈉等低價值副產(chǎn)物。綜上所述，該技術(shù)成熟可靠、質(zhì)量穩(wěn)定、反應條件平和，該工藝技術(shù)在同行業(yè)中處于領先地位，達到國外同類裝置技術(shù)水平。71.8 新戊二

12、醇生產(chǎn)技術(shù)研究與進展在國外，歧化法已逐漸被縮合加氫法取代，目前唯一采用歧化法的日本三菱瓦斯化學株式會社(Mitsubishi Gas Chemical Company，Inc.)仍采用單釜，將異丁醛、甲醛和液堿按1:2:1.05的摩爾比配比備料并投入反應釜，在63下加壓反應，一步收率可達98%。結(jié)論各因素對歧化反應的影響順序是:溫度n（異丁醛）:n(甲醛)n（異丁醛）:n(液堿)，即反應溫度對實驗結(jié)果影響最大。因為高溫時易引發(fā)諸如羥戊醛自身歧化、異丁醛自身歧化等副反應,因此在操作時必須嚴格控制反應溫度。9得出了新戊二醇生產(chǎn)過程中的主要風險因素有:調(diào)溫系統(tǒng)存在問題,出現(xiàn)雷擊,空氣溫度太高,工人存

13、在僥幸心理,未對工人進行教育和培訓,工人操作失誤,有毒有害物料泄漏擴散引起中毒窒息,高溫蒸汽物料引起的灼燙,氣體壓力過大引起容器爆炸。最后，根據(jù)對此過程危險源和評價的結(jié)果，從人、機、環(huán)和物料四個方面對該生產(chǎn)過程提出了風險控制措施。10參考文獻1Lei Jinhai Review on the production process of new E in China, Twenty-fifth volume third, March 20052/view/79b53eed80eb6294dd886ce0.html3 孫宗連 國內(nèi)外新戊二醇生產(chǎn)現(xiàn)狀及市場分析 第 13卷第 23期 2005年 12月 6日4 符蘭 新戊二醇的生產(chǎn)原理與工藝5