[发明专利]反应控制相转移催化剂催化丙烯环氧化制备环氧丙烷方法

说明书

技术领域

本发明属于石油化工领域，具体涉及一种反应控制相转移催化剂催化丙烯环氧化制备环氧丙烷的工艺。

背景技术

环氧丙烷（PO）是重要的基础化工原料，是丙烯衍生物中产量仅次于聚丙烯、丙烯腈的第三大有机化工产品，主要用于生产聚氨酯、不饱和树脂和表面活性剂等。

工业上现有的生产方法有氯醇法和共氧化法。最大缺点是对设备有腐蚀，污染大，生产1吨环氧丙烷，就会产生50吨—80吨左右的含有氯化钙废水。目前国内各环氧丙烷生产企业大部分采用此法。以异丁烷或乙苯为原料的共氧化法自1969年实现工业化以来取得了迅速的发展，缺点是流程长、投资大、联产物量大，使环氧丙烷的生产受到联产品市场的限制。

随着目前市场需求不断增加，工业上传统的两种主要方法氯醇法和共氧化法难以满足当前的原子经济性和绿色化学要求。研究和开发出高效、经济、环保、环氧丙烷生产工艺路线具有重大的社会效益和应用背景，而以过氧化氢为氧源氧化丙烯制备环氧丙烷（HPPO）无疑是最具发展前景的方向。

CN 1355067A公开了用于氧化反应的反应控制相转移催化剂及其氧化反应过程，该催化剂的分离和多相催化剂相似，而在反应过程中则完全体现出均相催化剂的特点，是适合大规模工业应用的新型催化剂。

CN 101205219A公开了一种环氧丙烷的制备方法，通过不同的溶剂体系，加入不同的添加剂种类，在反应控制相转移催化剂的作用下，丙烯可以被双氧水高活性、高选择性地选择氧化生成环氧丙烷，并且由于催化剂的特点，催化剂可方便回收循环使用。

上述专利均对环氧化反应过程进行了阐述，未对整套工艺流程进行说明，为实现连续生产，需要对整套工艺进行设计。

发明内容

本发明提供的工艺实现了反应控制相转移催化剂催化丙烯环氧化制备环氧丙烷连续生产，系统地诠释了整套工艺的双氧水脱水部分、反应部分、分离部分及尾气处理部分。

本发明的技术方案是：

催化剂、双氧水及溶剂经过双氧水脱水塔生产出含催化剂、过氧化氢有机溶剂，该溶剂和丙烯进入反应器进行反应，反应器及冷凝过滤器顶端连接的加压冷凝塔得到的丙烯和丙烯塔分离出的丙烯返回初级反应器，通过过滤塔滤出的清液经过丙烯塔分离出丙烯，催化剂通过过滤塔的循环反应液回流至初级反应器中，丙烯塔塔釜液通过环氧丙烷精馏塔得到环氧丙烷，环氧丙烷塔塔釜液经过水塔洗水洗后，溶剂返回至双氧水脱水塔，水洗塔塔釜液经过丙二醇塔通过与甲苯共沸精馏得到丙二醇（PG）。

以磷钨杂多酸季铵盐为催化剂，以双氧水与有机溶剂共沸脱水后生产出无水H₂O₂有机溶剂为氧化剂，惰性气体存在下，在40~160℃和0.25~10.0Mpa条件下进行丙烯环氧化制备环氧丙烷。催化剂为具有反应控制相转移特点的磷钨杂多酸季铵盐，其组成为Q_mPW_pO_4+3p，式中Q是阳离子部分，用[R₁R₂R₃R₄N⁺]表示，其中R₁、R₂、R₃、R₄是C₅~C₂₀的直链或支链的烷基、环烷基、苄基，或R₁R₂R₃N是吡啶及其同系物；2≤m≤7,p=2、3、4。

双氧水脱水工艺条件为，塔底温度10~50℃，塔顶温度0~-15℃，压力100~2500Pa，双氧水与有溶剂的质量比例为1~100:1，双氧水与催化剂的摩尔比为500~1:1。双氧水脱水所使用的氧源是浓度在15~70%的过氧化氢水溶液。双氧水脱水所使用的溶剂选自正己烷、苯、甲苯、乙基苯、乙酸乙酯、磷酸三辛酯、磷酸三丁酯、乙腈、二氯乙烷、氯仿类溶剂中的一种或混合溶剂，塔顶溶剂和水共沸后经过油水分离器回收溶剂。

反应在连续釜式反应器、微通道列管式反应器、适用于反应控制相转移催化剂进行催化反应的生产设备上进行。反应设备部分为2~4级反应器，反应器及冷凝过滤器顶部设有回流冷凝装置，反应产物经过冷凝过滤塔，含有催化剂的循环反应液回流至初级反应器中，通过过滤器滤出清液。反应器温度在40~160℃，反应压力在0.25~10.0Mpa，反应空速为1~8h^-1，过滤塔温度在-10~15℃，压力在0.1~1.5MPa。