丙烯酸的生产方法
2.氰乙醇法:该法以氯乙醇和氰化钠为原料反应生成氰乙醇,在硫酸存在下于175℃水解生成丙烯酸:如果在甲醇中进行水解反应,生成丙烯酸甲酯;
3.β-丙内酯法:这种方法的原料是乙烯酮,所以也叫乙烯酮法。其反应如下:先将乙酸裂解成烯酮,再与无水甲醛反应生成β-丙内酯;作为催化剂时,丙内酯与热的100%磷酸在140 ~ 180℃、2.5 ~ 25 MPa下接触,异构化成丙烯酸。用β-丙内酯生产丙烯酸,纯度高,收率高,副产物和未反应物料可回收利用,适合连续生产,但需要醋酸作原料,特别是由于丙内酯被认为是致癌物,所以工业上不采用该方法。
4.高压拉斐尔法:溶解在四氢呋喃中的乙炔在由溴化镍和溴化铜组成的催化剂存在下与一氧化碳和水反应制备丙烯酸。这种方法的特点是:用四氢呋喃作溶剂可以减少乙炔高压处理的危险性;同时,该催化剂不使用原Rapey法中使用的羰基镍,而仅使用镍盐。丙烯与空气和水蒸气按一定摩尔比混合,在钼、铋等复合催化剂存在下,反应温度为310-470℃,常压下制得丙烯醛,收率90%。然后丙烯醛与空气和水蒸汽按一定的摩尔比混合,在钼、钒等复合催化剂存在下,反应温度为300-470℃,常压氧化制得丙烯酸,收率可达98%。这个方法分一步和两步。一步法是丙烯在反应器中氧化生产丙烯酸;两步法是丙烯在第一反应器中氧化生成丙烯醛,丙烯醛在第二反应器中氧化生成丙烯酸。根据反应器结构,两步法可分为固定床法和流化床法两种。在丙烯酸的工业生产方法中,氰乙醇法和高压拉斐尔法已基本被淘汰。此前,醋酸裂解成烯酮,再与无水甲醛反应生成丙内酯,再与热磷酸接触异构成丙烯酸。乙烯酮法或β-丙内酯法基本淘汰,丙烯腈法仅少数老装置采用。工业上主要采用改进的Raphael工艺和丙烯氧化工艺,后者更为普遍,最有发展前景。在专利报告中,还有一种以丙酸为原料的生产方法;
5.丙烯氧化法:丙烯与空气和水蒸气按一定摩尔比混合,在Mo-Bi复合催化剂存在下氧化制得丙烯醛,然后丙烯醛与空气和水蒸气按一定摩尔比混合,在Mo-V-W复合催化剂存在下氧化制得丙烯酸。根据反应器结构,该方法可分为固定床法和流化床法。除了美国Soho工艺中使用的流化床外,所有其它工艺都使用管式固定床。
①固定床法。制备方法如下:第一反应器丙烯含量4% ~ 7%,蒸汽20% ~ 50%,其余为空气,空速1300 ~ 2600h-1,反应温度320 ~ 340℃,压力0.1 ~ 0.3 MPa;第二反应器的空速为1800 ~ 3600h-1,反应温度为280 ~ 300℃,压力为0.1 ~ 0.2 MPa。丙烯和丙烯醛的转化率在95%以上,丙烯酸的选择性以丙烯计为85% ~ 90%。流程如下:丙烯和蒸汽与预热空气混合后进入第一反应器。丙烯被氧化成丙烯醛。然后进入第二反应器进行反应,得到丙烯酸。第一和第二反应器是管式反应器,熔盐用作热载体。来自第二反应器的反应气与原料空气换热后进入急冷塔,与塔顶加入的水逆向接触,得到含量为20% ~ 30%的丙烯酸水溶液。水溶液进入萃取塔,用醋酸丁酯或二甲苯作为萃取剂将水和丙烯酸分离。富含水的萃取液从萃取塔顶出来,进入溶剂回收塔,从塔顶蒸发萃取剂,送回萃取塔循环使用。废水从塔底排出。萃取塔中的萃余液进入溶剂蒸馏塔。溶剂(萃取剂)从塔顶蒸馏出来,送回萃取塔循环使用;塔底得到粗丙烯酸,脱除轻组分和重组分后得到丙烯酸产品。在通过气相接触氧化由丙烯生产丙烯酸的过程中,除了丙烯酸之外,还存在痕量的丙烯醛、乙酸、戊酸、甲酸和其它醛类杂质。醛是丙烯氧化的副产物或丙烯原料中所含杂质氧化生成的,如乙醛、甲醛、苯甲醛、糠醛、丙烯醛等。包含这些副产物的反应气体在冷却和萃取蒸馏后保留在丙烯酸产品中。用常规方法精制的丙烯酸产品仍含有约(50 ~ 500) × 10-6醛。为了满足高纯度丙烯酸的需求,北京东方化工厂开发了以聚合物级丙烯酸为原料制备高纯度丙烯酸的方法,使其总醛含量小于5× 10-6,达到或超过了国外文献报道的数据要求(国外小于10× 10-6)。实验方法如下:在烧瓶中加入一定量的聚合级丙烯酸,加入试剂DL。常压10 ~ 80℃范围内处理后,在填料塔中处理蒸馏,塔釜温度60 ~ 80℃,塔顶温度50 ~ 70℃,真空度93.33~99.99KPa,补加阻聚剂和气相阻聚剂。通过这种方法收集的馏出物是高纯度丙烯酸;
②流化床法。该制备方法包括如下步骤:丙烯、空气和水通过第一流化床反应器生成丙烯醛,然后进入第二流化床反应器生成丙烯酸,再经过喷雾、冷却、萃取和蒸馏,然后在减压塔中脱除乙酸,得到丙烯酸。氧化混合物的比例为丙烯:空气:水= 1: 12: 8(摩尔比)。第一流化床反应器的温度为370℃,接触时间为2s;第二流化床反应器的温度为260℃,接触时间为2.25秒。丙烯转化率为75% ~ 80%,总收率为40%,丙烯酸含量为97%,平均含量为93%。在中国,在第一个反应器中使用七组分催化剂(Mo-V-P-Fe-Co-Ni-K)将丙烯氧化成丙烯醛。在第二反应器中,使用三元催化剂(钼-钒-钨)将丙烯醛氧化成丙烯酸,当丙烯:空气:水的比例为1: 10: 6,接触时间为5.5s,线速度为0.6m /s,第一段反应温度为370-390℃,第二段反应温度为270-3000℃。丙烯醛收率51.9% ~ 57.2%,仲丙烯转化率79.3% ~ 89.4%,丙烯酸收率48.3% ~ 49.8%,丙烯酸时空产率55 ~ 60 kg/(m3催化剂h)。