[发明专利]一种高转化率制备硼酸三甲酯的方法

说明书

技术领域

本发明属于化工技术领域，涉及到一种高转化率合成硼酸三甲酯的方法。

技术背景

硼酸三甲酯是一种重要的含硼有机物，主要用作有机溶剂、脱水剂、增塑剂、催化剂和阻燃剂，也用于其它含硼有机物(高级硼酸酯和硼氢化钠等)、光电用高纯硼和核电用高纯硼酸的制备。

硼酸三甲酯制备方法：主要以含硼的无机物(三氯化硼、三氟化硼、硼酐、偏硼酸、焦硼酸、硼酸和硼砂中任意一种)与甲醇反应获得硼酸三甲酯-甲醇共沸物，再向共沸物中加入萃取剂进行萃取精馏得到硼酸三甲酯。在上述这些原料中，由于硼酸价格便宜，且硼酸与甲醇酯化反应产物易于分离。因此，工业生产上广泛采用硼酸与甲醇反应制备硼酸三甲酯。

甲醇与硼酸反应生成硼酸三甲酯和水是可逆过程，当反应进行到一定程度时由于体系中副产物水含量增高，反应不再向生成硼酸三甲酯方向进行(硼酸与甲醇的物质的量之比为1:3时，硼酸转化率不到20％)。反应中先将硼酸三甲酯与甲醇以共沸物的形式蒸出，反应接近平衡后处理剩余的水、硼酸和甲醇。为了提高硼酸转化率，传统的方法是增加甲醇的用量以降低水的影响，要实现硼酸转化率大于60％，甲醇与硼酸的物质的量之比需要大于15。这种方法存在甲醇转化率低(10％左右)、能耗高等问题。

发明内容

本发明针对现有硼酸三甲酯工业生产技术存在的转化率低，能耗高等问题，提供了一种经济环保、操作简单、高转化率制备硼酸三甲酯的方法。

本发明的技术方案是以硼酸和甲醇为原料，加入转化剂反应一定时间后，进行蒸馏得到硼酸三甲酯-甲醇共沸物，再将硼酸三甲酯-甲醇共沸物进行萃取精馏获得硼酸三甲酯。原料用量配比、转化剂组成及用量配比、反应温度与时间如下：

一种高转化率制备硼酸三甲酯的方法，具体步骤如下：

步骤1，将硼酸、甲醇、转化剂置于反应器中，搅拌加热至60～120℃，保温继续搅拌0.5～2h；硼酸与甲醇的物质的量之比为1:4.5～6；

步骤2，将步骤1所获产物进行蒸馏，收集50～60℃的馏分和60～100℃的馏分，反应器中剩余的转化剂循环使用；

步骤3，对步骤2所得50～60℃的馏分进行萃取精馏，获得硼酸三甲酯。

步骤1中所述的转化剂是分子式为C_xH_2x+2O_yN_zB_w的酯类化合物中的一种或两种以上混合，其中x为不大于30并能够被3整除的自然数，y为不大于x并能够被3整除的自然数，z为不大于3的自然数，w为不大于3的自然数；

转化剂的用量为转化剂中所含硼原子物质的量与硼酸中所含硼原子物质的量之比不大于1。

本发明在硼酸与甲醇反应生成硼酸三甲酯的过程中加入转化剂，抑制副产物水的影响，促进反应向生成硼酸三甲酯的方向进行，在使用较少量甲醇情况下，实现硼酸和甲醇的高效转化，其中硼酸一次转化率80％以上，甲醇一次转化率40％以上。本发明具有工艺简单，综合效益好，易于工业化生产的特点，在制造成本、产品性能等方面都展现出显著的竞争优势和利润空间。

具体实施方式

以下结合技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

实施例1

取100g硼酸、240g甲醇和含1.5mol硼原子的转化剂，放入到1L的反应器中。加热反应器，同时开启搅拌，反应体系温度达到80℃后维持温度恒定，反应2h后进行蒸馏，收集50～60℃和60～100℃的馏分；蒸馏完毕后，将50～60℃的馏分进行萃取精馏获得硼酸三甲酯。硼酸与甲醇反应过程中硼酸转化率为80％，甲醇转化率为51％。

实施例2

取100g硼酸、300g甲醇和含1.6mol硼原子的转化剂，放入1L的反应器中。加热反应器，同时开启搅拌，使反应体系温度达到75℃后维持温度恒定，反应0.5h后将产物进行蒸馏，收集50～60℃和60～100℃的馏分；蒸馏完毕后，将50～60℃的馏分进行萃取精馏获得硼酸三甲酯。硼酸与甲醇反应过程中硼酸转化率为85％，甲醇转化率为42％。