烷基酚製造方法與流程
2023-06-03 02:57:36
本發明關於烷基酚製造方法，特別是以反應蒸餾法製造烷基酚的方法。
背景技術：
烷基化芳族化合物具有許多重要的商業價值。例如，壬基酚主要用來生產非離子型表面活性劑-壬基酚聚乙氧基醇(nonylphenol polyethoxylates)，可作為清潔劑及乳化劑，亦可用於紙漿、塗料、粘著劑、皮革製品、橡膠與塑膠的生產。
以烯烴化合物烷基化芳族化合物的化學反應已經研究了很長時間。傳統上，將酚與烯烴化合物饋入固定床反應器或是攪拌釜反應器進行反應。但是，因反應放熱溫度高，反應器或反應物出口需移除熱量，且副產物生成易堵塞觸媒孔隙，使觸媒活性降低，一般需使用過量的酚饋入反應器以減少副產物的生成，但也增加後續回收酚的能耗。
近期，亦採用反應蒸餾法來製造烷基化芳族化合物。例如，CN 100337998 C公開了採用連續加壓反應蒸餾法製造烷基化芳烴。然該方法仍須通過高摩爾比的芳烴與烯烴進行反應。
因此，對於烷基酚的工藝，仍有簡化工藝和節省工藝能耗的需求。
技術實現要素：
本發明提供一種烷基酚製造方法，包括利用反應蒸餾塔進行反應，該反應蒸餾塔具有反應區，以令饋入該反應蒸餾塔中的苯酚與烯烴化合物進行反應，並自該反應蒸餾塔分離出含有烷基酚的產物流。此外，該烯烴化合物的沸點低於苯酚的沸點，且在饋入該反應蒸餾塔時，該苯酚饋入該反應蒸餾塔的饋入位置位於該烯烴化合物饋入該反應蒸餾塔的位置上方。
在本發明的方法中，饋入反應蒸餾塔中的物流，例如苯酚與烯烴化合物都未經預反應。由於饋入該反應蒸餾塔中的烯烴化合物的沸點低於該苯酚的 沸點，是以，本發明主要令該苯酚饋入該反應蒸餾塔的饋入位置位於該烯烴化合物饋入該反應蒸餾塔的位置上方，使該苯酚與烯烴化合物於以異相流動的方式接觸進行反應，以提升轉化率。
於該烷基酚製造方法的一具體實施例中，該沸點低於苯酚的烯烴化合物的實例為C2-C10鏈烯烴或C3-C6環烯烴。
於一具體實施例中，該烯烴化合物的實例為壬烯。
此外，根據本發明烷基酚的製造方法，反應蒸餾塔中苯酚與烯烴化合物的進料摩爾比(苯酚/烯烴化合物)為1至1.5。
本發明發現反應蒸餾塔中苯酚與烯烴化合物的進料摩爾比在1.1時，就可得到相當高的反應轉化率，若進料中的苯酚於反應區就消耗完，可省去後續回收和處理的程序。
於該烷基酚製造方法的具體實施例中，該反應區裝填有固體觸媒，通常可使用的固體觸媒是酸性固體觸媒，較佳的固體觸媒是高溫型離子交換樹脂。
於該烷基酚製造方法的具體實施例中，該產物流分離自該反應蒸餾塔塔底。
於該烷基酚製造方法的另一具體實施例中，還可增設一分離塔以將汽提區移至該分離塔，包括將該產物流送入分離塔，亦可自分離塔塔底取得烷基酚產物。
於本發明的烷基酚製造方法中，反應蒸餾塔1的反應區溫度為80℃至150℃。
於本發明的烷基酚製造方法是在減壓環境進行該反應，例如，該反應蒸餾塔內的壓力為5託(torr)至150託(torr)。
於本發明的烷基酚製造方法中，反應蒸餾塔塔頂操作回流比為2至全回流操作。
根據本發明的製造方法，可大幅降低苯酚/壬烯的進料摩爾比，並使烯烴化合物的轉化達99.9％以上，可省去後續回收和處理苯酚的程序，以大幅降低能耗。
附圖說明
圖1顯示本發明製造烷基酚的系統；以及
圖2顯示本發明另一具體實施例的製造烷基酚的系統。
其中，附圖標記說明如下：
1 反應蒸餾塔 1a 精餾區
1b 反應區 1c 汽提區
2 分離塔 3,4 回流槽
5,6 冷凝器 7,8 再沸器
9 塔底泵浦 I1 第一進料口
I2 第二進料口 I3 回流槽進料口
I4 進料口 O2,O4,O5 出料口
O1 塔頂出口 O3 底部出料口
R1 回流進料口。
具體實施方式
以下通過特定的具體實施例說明本發明的實施方式，該領域技術人員可由本說明書所揭示的內容輕易地了解本發明的優點及功效。本發明亦可通過其它不同的實施方式加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明所揭示的精神下賦予不同的修飾與變更。
本說明書所附圖式所繪示的結構、比例、大小等，均僅用於配合說明書所揭示的內容，以供該領域技術人員了解與閱讀，並非用以限定本發明可實施的限定條件，故不具技術上的實質意義，任何結構的修飾、比例關係的改變或大小的調整，在不影響本發明所能產生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本發明所揭示的技術內容得能涵蓋的範圍內。同時，本說明書中所引用的如「上」、「下」、「頂」、「第一」、「第二」及「一」等用語，亦僅為便於敘述明了，而非用以限定本發明可實施的範圍，其相對關係的改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發明可實施的範疇。
參閱圖1及圖2，顯示本發明製造烷基酚的系統，其中，所例示的系統中，反應蒸餾塔具有二個進料口。
如圖1所示，該系統包括下述系統單元：反應蒸餾塔1、回流槽3、冷凝器5、再沸器7及塔底泵浦9，此外，該系統包括如圖實線所示連接各系統單元的管路，以流體連通各系統單元。
該反應蒸餾塔1具有精餾區1a、位於該精餾區1a下方且裝填有固體觸媒的反應區1b、反應區1b下端的汽提區1c、第一進料口I1、第二進料口I2、回流進料口R1、塔頂出口O1、出料口O2及底部出料口O3。
本發明的烷基酚製造方法中，該苯酚自反應蒸餾塔1的第二進料口I2饋入，第二進料口I2可位於反應區1b內或反應區1b上方；該烯烴化合物自反應蒸餾塔1的第一進料口I1饋入，第一進料口I1可位於反應區1b內或反應區1b下方。反應蒸餾塔1底部有再沸器7，可將塔底混合物加熱並汽化，反應蒸餾塔1的塔頂出口O1連接有冷凝器5，可將大部分氣相混合物冷凝後，經由回流槽進料口I3進入回流槽3，並令大部分的苯酚液體經由回流進料口R1回流至反應蒸餾塔1，少量苯酚液體由出料口O2排出或者採全回流操作不排出，反應後產生的產物由底部出料口O3取出。
本發明的烷基酚製造方法是在單一反應蒸餾塔1中同時進行反應及蒸餾，反應發生於塔中裝填有固體樹脂觸媒的反應區1b，其中，該反應區1b的上下空間內具有多個塔板(圖略)，各塔板間設有多個如觸媒盒的容器，且該容器中裝填該固體觸媒，其中，該固體觸媒為離子交換樹脂，如Purolite系列(Purolite)、DIAION SK系列(Mitsubishi Chemical)或Amberlyst系列(Dow Chemical)產品。該觸媒盒包括一密閉的空間及連通該空間的入口和出口，以供反應的液體流入和流出，以提供反應物更長的滯留時間。
如圖2所示，該系統與圖1所示的系統的差異在於將汽提區1c移至分離塔2，使汽提區理論板數增加，其分離塔2具有再沸器8，一位於汽提區1c上方的進料口I4，出料口O4與另一出料口O5。
實施例1
首先，壬烯由第一進料口I1入料，苯酚由第二進料口I2入料至反應蒸餾塔1，該苯酚與壬烯的進料摩爾比為1.5，反應蒸餾塔1底部有再沸器7，可將塔底混合物加熱並汽化，該苯酚與壬烯於反應區1b進行烷基化反應，該反應區1b中觸媒盒裝填離子交換樹脂(Amberlyst 36)，塔頂出口O1連接有冷凝器5，可將大部分氣相混合物冷凝後，經由回流槽進料口I3進入回流槽3，並令大部分的苯酚液體經由回流進料口R1回流至反應蒸餾塔1，少量苯酚液體由O2出料口排出或者採全回流操作不排出，反應後產生的產物由底部出 料口O3取出。該產物組成列於下表1。
實施例2
以實施例1相同方式進行苯酚與壬烯的烷基化反應，其中，該苯酚與壬烯的進料摩爾比改為1.1。該產物組成列於下表1。
比較例1
將苯酚與壬烯以進料摩爾比1.8混合後進入固定床反應槽，此比較例共有五個反應槽，反應槽為串連方式。由第一個反應槽操作溫度120℃至第五個反應槽操作溫度50℃，最終反應槽出口組成列於下表1。
實施例的結果記錄於下表1。
表1
根據本發明的製造方法，進料的壬烯幾乎全部轉化，回流的僅有少量的苯酚。本發明的製造方法可大幅降低苯酚/壬烯的進料摩爾比，可省去後續回收和處理苯酚的程序可大幅降低能耗，且仍有相當高的壬烯轉化率。
上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何該領域技術人員均可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有此項專業知識者，在未脫離本發明所揭示的精神與技術原理下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由權利要求書所涵蓋。