本發(fā)明涉及一種以高產(chǎn)率和高純度制備異丙醇的方法。

背景技術(shù)：

1、異丙醇(通常稱為異丙基醇(ipa))廣泛用于許多領(lǐng)域，例如在實(shí)驗(yàn)室反應(yīng)和工業(yè)規(guī)模中作為溶劑和試劑，在衛(wèi)生產(chǎn)品中作為消毒劑，在化妝品中作為防腐劑，在油漆、染料和墨水中作為添加劑，在燃料中作為防凍劑。

2、在以上列出的大多數(shù)用途中，所述醇以高純度(通常高于99.0％)使用。

3、工業(yè)上用于生產(chǎn)異丙醇的方法之一包括在氫氣和金屬催化劑的存在下丙酮的還原反應(yīng)。

4、在這種類型的反應(yīng)中使用的一種工業(yè)解決方案是使用固定床反應(yīng)器(其在非均相中運(yùn)行)，其中試劑、丙酮和氫氣進(jìn)入反應(yīng)器，催化劑固定在反應(yīng)器內(nèi)。所述催化劑通常由金屬顆粒組成，所述催化劑被分散在惰性或反應(yīng)性載體上，使得通過擴(kuò)大催化表面的面積，可以提高其活性和其選擇性，從而使成本最小化。事實(shí)上，通過實(shí)施所述操作解決方案，通常昂貴的金屬活性成分以少量使用。

5、由于丙酮還原成異丙醇是放熱反應(yīng)，其特征在于平衡焓等于-13.4kcal/摩爾，如果不加以控制，會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)器達(dá)到高溫，這會(huì)產(chǎn)生試劑和產(chǎn)物的副反應(yīng)，導(dǎo)致形成不需要的產(chǎn)物。由于丙酮沸點(diǎn)低，其容易蒸發(fā)，并且存在過量的氣態(tài)丙酮會(huì)導(dǎo)致形成較溫暖的反應(yīng)區(qū)(甚至在催化床附近)，其中副產(chǎn)物的形成過程因催化劑的存在而加速。此外，所述副產(chǎn)物還通過與氫氣和催化劑接觸，導(dǎo)致進(jìn)一步獲得不需要的產(chǎn)物，從而導(dǎo)致反應(yīng)選擇性的進(jìn)一步降低。丙酮?dú)浠磻?yīng)的主要副產(chǎn)物是甲基異丁基酮(mibk)、甲基異丁基甲醇(mibc)和2-甲基-2,4-戊二醇(heg)。從兩個(gè)丙酮分子之間的羥醛縮合反應(yīng)中，獲得作為第一副產(chǎn)物的二丙酮醇(daa)，其在催化床附近可以與氫氣反應(yīng)生成2-甲基-2,4-戊二醇(heg)，或者由于反應(yīng)溫度通常高于60℃，二丙酮醇(daa)可以脫水生成異亞丙基丙酮(mox)。該氧化物具有反應(yīng)性，與氫氣非常快速地反應(yīng)生成甲基異丁基酮(mibk)，隨后甲基異丁基酮進(jìn)而被還原成甲基異丁基甲醇(mibc)。另一方面，在高溫區(qū)存在的情況下，所形成的異丙醇會(huì)與自身反應(yīng)并導(dǎo)致二異丙醚(dipe)的形成。在以下報(bào)道的示意圖(i)中，說明了主要的副產(chǎn)物和導(dǎo)致其形成的上述次級(jí)反應(yīng)。

6、

7、示意圖(i)

8、為了減少不需要的產(chǎn)物的形成，催化氫化反應(yīng)可以在60-90℃的溫度值下進(jìn)行，其中60℃是最低引發(fā)溫度。

9、通過在這些溫度下運(yùn)行，丙酮的催化氫化需要非常長的時(shí)間并使用大量的催化劑來完成，從而損害了該方法的經(jīng)濟(jì)性。因此，在低溫下運(yùn)行，為了獲得多種工業(yè)應(yīng)用所需的高純度異丙醇，并具有少量未反應(yīng)的丙酮且采用經(jīng)濟(jì)上方便的工藝，需要實(shí)施昂貴的純化方法(該方法導(dǎo)致過程產(chǎn)率降低和總生產(chǎn)成本增加)或者不同的反應(yīng)器解決方案，有時(shí)由于其復(fù)雜性而不適用于工業(yè)水平。

10、文獻(xiàn)中有專利描述了從丙酮的催化氫化反應(yīng)開始優(yōu)化異丙醇合成方法的多種方法。

11、在ep1070698和ep2207762中，為了減少丙酮還原反應(yīng)的副產(chǎn)物，ineos描述了使用兩個(gè)階段的技術(shù)方案。所述技術(shù)方案由兩個(gè)在不同溫度和壓力下運(yùn)行的串聯(lián)反應(yīng)器組成：在第一個(gè)反應(yīng)器中，存在于反應(yīng)混合物中的大部分丙酮被還原，而在第二個(gè)反應(yīng)器(該反應(yīng)器可以被視為最終反應(yīng)器(finisher))中，該反應(yīng)通常在比第一個(gè)反應(yīng)器的運(yùn)行溫度低的溫度下進(jìn)行，以提高其產(chǎn)率并減少副產(chǎn)物的形成。特別地，在ep2207762中，在第一反應(yīng)器和最終反應(yīng)器之間提供了冷卻系統(tǒng)，能夠使最終反應(yīng)器初始部分的溫度達(dá)到60-90℃、優(yōu)選60-80℃的值。

12、在ep1444184中，shell描述了一種優(yōu)化丙酮轉(zhuǎn)化率和氫化反應(yīng)產(chǎn)率的多管式反應(yīng)器。多管系統(tǒng)允許更好地控制反應(yīng)熱。所用的催化劑基于鎳氧化物或雷尼鎳。

13、mitsui在ep0379323中描述了在滴流反應(yīng)器中進(jìn)行的丙酮?dú)浠僧惐?，其中主要使用基于鎳的催化劑，如在?shí)驗(yàn)部分中所詳細(xì)描述的。滴流反應(yīng)器是由固定床催化劑組成的多相系統(tǒng)，該多相系統(tǒng)被同時(shí)以液態(tài)和氣態(tài)存在的反應(yīng)物料流穿過。根據(jù)應(yīng)用類型，氣相可以向上或向下流動(dòng)。然而，液相主要以向下、自上而下的方向流到或“滴”到固體催化劑上。同一個(gè)詞“滴流”描述了液體在固體催化劑上以膜、滴流或液滴形式間歇流動(dòng)的運(yùn)行特征。

14、在ep0361755中，mitsui在說明書中一般涉及在沒有副產(chǎn)物的情況下苯酚生產(chǎn)過程中丙酮的氫化反應(yīng)。如在ep0379323的實(shí)驗(yàn)部分中所報(bào)道的，描述了在作為催化劑的雷尼鎳的存在下在固定床反應(yīng)器中進(jìn)行的氫化反應(yīng)。

15、最后，在ep2202214中，mitsui宣稱，在雷尼鎳催化劑上進(jìn)行的酸化處理(在進(jìn)行丙酮的氫化反應(yīng)之前用酸性水溶液沖洗它)可以提高酮的轉(zhuǎn)化率和所得醇的選擇性，因?yàn)樗鼫p少了與催化劑體系相關(guān)的微量雜質(zhì)。

16、在所引用的專利的實(shí)施例中，用于進(jìn)行這類反應(yīng)的催化劑基于鎳或者是雷尼鎳型催化劑。雷尼鎳型催化劑通常從基于鎳的催化劑開始，通過添加蘇打而原位活化。所述活化過程需要在催化床中使用洗滌水以使反應(yīng)環(huán)境呈中性并消除其堿性。在這種類型的轉(zhuǎn)化中，堿性環(huán)境的存在是有害的，因?yàn)樗鼤?huì)增加副產(chǎn)物的形成，例如由于丙酮本身的自縮合(例如二丙酮醇(daa))。呈現(xiàn)不飽和的副產(chǎn)物進(jìn)而會(huì)被存在的過量氫氣還原，如示意圖i所示。這一點(diǎn)的證實(shí)恰恰來自mitsui提供的解決方案，為了提高產(chǎn)率和反應(yīng)選擇性，該解決方案(在ep2202214中)提供了在進(jìn)行還原之前對(duì)基于雷尼鎳的催化劑進(jìn)行的酸化處理。

17、所有這些處理除了經(jīng)濟(jì)上昂貴之外，還將一定量的水引入到反應(yīng)環(huán)境中，然后必須從最終混合物中去除這些水。已知去除異丙醇和可能未反應(yīng)的丙酮的混合物中的水不是一個(gè)簡單且標(biāo)準(zhǔn)化的過程，因?yàn)樗龌旌衔锂a(chǎn)生不同的共沸物，這些共沸物隨著組分濃度的變化而變化。

18、此外，基于鎳的催化劑需要特殊的處理過程，因?yàn)樗鼈儗?duì)環(huán)境高度污染，對(duì)人類有毒。

19、ineos在ep1070698和ep2207762中引用的解決方案額外提供了復(fù)雜且經(jīng)濟(jì)上不利的反應(yīng)器系統(tǒng)的使用，該反應(yīng)器系統(tǒng)由進(jìn)行相同反應(yīng)的多個(gè)串聯(lián)反應(yīng)器組成。

20、因此，確定一種經(jīng)濟(jì)上有利的方法是重要的，該方法允許通過使用簡化的反應(yīng)器和催化體系來最大化丙酮還原反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率、選擇性和產(chǎn)率，以得到高純度的異丙醇。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、因此，本發(fā)明的主要目的是提供一種由丙酮的催化氫化反應(yīng)生產(chǎn)異丙醇的經(jīng)濟(jì)上有利的方法，該方法允許以高產(chǎn)率和高純度獲得所述醇，有助于直接應(yīng)用于不同的工業(yè)領(lǐng)域，而無需采取不經(jīng)濟(jì)且不適用于工業(yè)水平的昂貴的純化方法或復(fù)雜的反應(yīng)器解決方案。

2、如mitsui在ep0379323中所報(bào)道的，已知在從丙酮開始生產(chǎn)異丙醇的反應(yīng)中使用的一種簡單而經(jīng)濟(jì)的反應(yīng)器系統(tǒng)的特征在于具有固定催化床的反應(yīng)器，該反應(yīng)器在優(yōu)選基于鎳的金屬催化劑的存在下，從頂部到底部以等流進(jìn)料的滴流方式運(yùn)行，該進(jìn)料由含有氫氣的氣流和由丙酮組成的液流組成，如在實(shí)驗(yàn)部分中所述。

3、然而，mitsui專門定義了允許以滴流方式運(yùn)行的運(yùn)行條件，該條件未描述所獲得的異丙醇的質(zhì)量、其中存在的副產(chǎn)物的量，并且沒有詳述通過以受控方式再循環(huán)離開反應(yīng)器的流出物從而嘗試最大化其生產(chǎn)率來優(yōu)化該過程的可能性。

4、通過在滴流反應(yīng)器中進(jìn)行多個(gè)實(shí)驗(yàn)測試，主要使用經(jīng)濟(jì)的基于銅的催化劑(其不需要困難的處理過程)，再循環(huán)離開氫化反應(yīng)器的流出物的一部分，可以令人驚訝地看出，通過以特定方式再循環(huán)所述流出物，存在一個(gè)運(yùn)行區(qū)，在其中運(yùn)行允許同時(shí)最大化轉(zhuǎn)化率、選擇性和由此得到的反應(yīng)產(chǎn)率。以這種方式，通過經(jīng)濟(jì)上有利的和工業(yè)上可應(yīng)用的方法，可以獲得高產(chǎn)率和高純度的異丙醇的合成方法。