異丁醛縮合生產異丁酸異丁酯的方法
2023-04-24 11:20:16
專利名稱：異丁醛縮合生產異丁酸異丁酯的方法
技術領域：
本發明涉及一種生產異丁酸異丁酯的方法，特別是縮合法生產異丁酸異丁酯的方法。
背景技術：
傳統的酯類生產是用醇與酸在酸性催化劑存在下通過酯化反應合成。異丁酸異丁酯也不例外，通常是由異丁酸和異丁醇在硫酸、磷酸等催化劑作用下進行酯化，脫去一分子水製成異丁酸異丁酯，反應介質具有較強腐蝕性，生產設備均需採用不鏽鋼製造，設備造價和維修費用高。酯化法使用異丁酸和異丁醇為原料，其原料價格、原料單耗和原料成本都較高。
發明內容
為解決現有的生產異丁酸異丁酯的方法中反應介質對設備腐蝕較強、以及原料價格、原料單耗和原料成本均較高的問題，本發明提供一種異丁醛縮合生產異丁酸異丁酯的方法。本發明的方法是以異丁醛為原料在以醇鋁為主的催化劑體系作用下縮合成異丁酸異丁酯，反應方程式為。其反應條件是反應溫度在-30℃～20℃，反應時間是0.5～5小時，催化劑用量為0.05～1.00g鋁/100g異丁醛，助催化劑用量為0.01～10.00g/100ml催化劑。縮合工藝可採用間歇式、半連續式或多級連續式反應器。最佳反應溫度為-10℃～15℃，最佳反應時間為1～3小時，最佳催化劑用量為0.1～1.0g鋁/100g異丁醛。該縮合反應為放熱反應，縮合反應器設有冷劑取熱裝置，為保證低溫反應狀態，可使反應在反應器內部或外部取熱的2～3級連續式反應器中進行。無論何種方式均應使反應體系中各點溫度保持均一。縮合反應結束後的反應液中仍含有作為催化劑的醇鋁，應從反應體系中分離出去。本發明採用如下方法將反應液中的催化劑醇鋁分離出去加入一定量水，使醇鋁與水反應，以達到分解破壞催化劑的目的，反應方程式是，水加入量為0.08～8.0ml/100ml反應液，最佳加入量為0.2～5.0ml/100ml反應液。生成的固體Al(OH)3用蒸發方式實現固—液分離，生成的醇在產品精製工序回收。由於醇鋁與水反應時生成的Al(OH)3沉澱，其顆粒十分細小，且包容和吸附大量的反應液，本發明採用蒸發形式，將可揮發的液相組分加熱蒸出，使殘存於固相中的有效組分全部逸出，從而減少產品損失。蒸出的氣相組分以飽和蒸汽狀態直接進入下步精餾塔，也可節省熱能。本發明提出的主催化劑以醇鋁(三烷氧基鋁)為主，它是由醇與鋁直接反應製得，可用於製備催化劑的醇為乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇或異丁醇。通常單質鋁與醇並不發生反應，需加入I2、HgCl2、AlCl3、CuCl2或醇鋁引發劑，醇方可與鋁反應生成烷氧基鋁，同時釋放出氫氣。反應方程式為；為保證反應平緩進行，反應體系用異丁酸異丁酯做介質，醇採用滴加方式加入，待反應體系不再有氫氣排出時反應完成，這樣製備的醇鋁催化劑必須添加一定量助催化劑後，方具有良好活性。助催化劑可以在主催化劑合成時配入或主催化劑合成後配入。可選用做助催化劑的化合物有CaCl2、MgCl2、ZnCl2或FeCl3。其配入量為0.01～10.0g/100ml主催化劑，最佳配入量在0.1～2.0g/100ml主催化劑。本發明針對現有酯化工藝的缺點和不足，提供一種原料單耗低、工藝簡單、成本低、產品純度高、主要排放物無汙染的異丁醛一步縮合生產異丁酸異丁酯的生產方法。本發明提供的縮合法生產異丁酸異丁酯工藝比傳統的酯化工藝具有顯著優越性，具體體現在如下方面1、原料利用路線合理，縮合法使用異丁醛為原料，酯化法使用異丁酸和異丁醇為原料。異丁酸和異丁醇均是由異丁醛進一步加工製得，價格也高於異丁醛，所以縮合法原料價格遠低於酯化法。2、本發明採用的縮合反應無元素丟失，且使用的催化劑具有良好的活性和選擇性，其原料單耗遠低於酯化工藝。因此，就原料消耗而論，縮合工藝的原料成本也將遠低於酯化工藝，為異丁酸異丁酯生產帶來更大經濟效益。3、縮合工藝無腐蝕介質，生產設備可用普通碳鋼加工製造，不僅可以節省大量設備投資費用，也可大幅度降低裝置運轉時設備維修費用。4、由本發明工藝的特殊性，在產品質量和三廢排放、環保方面也有較大改善。
具體實施例方式
一用帶攪拌和回流冷凝器的500ml三口燒瓶，稱取5.0g鋁，2.7gAlCl3和0.63gFeCl3，並量取220ml異丁酸異丁酯加入燒瓶。攪拌下加熱至沸騰，回流30-60分鐘。然後慢慢滴加35ml無水異丁醇，使反應穩定進行。待無氫氣由反應體系中排出時反應結束。將反應液冷卻，用氮氣封存，作為縮合催化劑備用。縮合反應器為200ml帶冷劑夾套的玻璃反應器，設攪拌測溫和回流冷凝裝置。採用兩釜串聯方式，原料異丁醛和催化劑按體積比8∶1連續注入反應器，保持反應溫度在0-10℃，總停留時間約100分鐘。待反應平衡後，取反應液通過氣相色譜分析測定反應液中剩餘異丁醛、產品及付產品含量，計算異丁醛轉化率為98.2％，反應選擇性為95.3％。稱取縮合反應液200g，放入帶攪拌和冷凝器的圓底燒瓶中，加水2ml，加熱沸騰，經冷凝器收集餾出物，待燒瓶中的固體物已乾燥後冷卻，稱量餾出物及固體殘渣重量，計算出蒸發操作收率為97.2％。
具體實施例方式
二在催化劑製備時除加入相同量的鋁、AlCl3、FeCl3，另加入ZnCl20.5g，其他均按實例一同樣操作，得到異丁醛轉化率為98.5％，反應選擇性為95.1％，蒸發操作收率為97.0％。
權利要求
1.異丁醛縮合生產異丁酸異丁酯的方法，其特徵在於以異丁醛為原料在以醇鋁為主催化劑體系作用下縮合成異丁酸異丁酯，反應方程式為，縮合工藝採用間歇式、半連續式或多級連續式反應器，其反應條件是反應溫度在-30℃～20℃，反應時間是0.5～5小時，催化劑用量為0.05～1.00g鋁/100g異丁醛，助催化劑用量為0.01～10.00g/100ml催化劑。
2.根據權利要求1所述的異丁醛縮合生產異丁酸異丁酯的方法，其特徵在於使反應在反應器內部或外部取熱的2～3級連續式反應器中進行。
3.根據權利要求1所述的異丁醛縮合生產異丁酸異丁酯的方法，其特徵在於採用如下方法將反應液中的催化劑醇鋁分離出去加入一定量水，使醇鋁與水反應，水加入量為0.08～8.0ml/100ml反應液，生成的固體Al(OH)3用蒸發方式實現固—液分離。
4.根據權利要求1所述的異丁醛縮合生產異丁酸異丁酯的方法，其特徵在於所用的主催化劑是由醇與鋁直接反應製得，可用於製備主催化劑的醇為乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇或異丁醇，反應時加入I2、HgCl2、AlCl3、CuCl2或醇鋁引發劑。
5.根據權利要求1或4所述的異丁醛縮合生產異丁酸異丁酯的方法，其特徵在於選用做助催化劑的化合物有CaCl2、MgCl2、ZnCl2或FeCl3。
全文摘要
異丁醛縮合生產異丁酸異丁酯的方法，它涉及一種生產異丁酸異丁酯的方法，特別是縮合法生產異丁酸異丁酯的方法。它是以異丁醛為原料在以醇鋁為主的催化劑體系作用下縮合成異丁酸異丁酯，反應方程式為2C
文檔編號C07C69/22GK1439627SQ0311125
公開日2003年9月3日 申請日期2003年3月21日 優先權日2003年3月21日
發明者王晶, 於偉民 申請人:黑龍江省石油化學研究院