【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及环氧化合物羰化，尤其是涉及一种由环氧乙烷羰化制备丁二酸酐的催化剂、系统和方法。
技术介绍
1、丁二酸酐(succinic anhydride，sa)是一种重要的化学品，常用于有机合成的中间体和精细化工原料，在医药、农药、食品、石化、建筑材料、合成树脂和染料等领域应用广泛。在石油化工行业，丁二酸酐可用于生产众多下游产品，如γ-丁内酯、四氢呋喃，以及1,4-丁二醇。其中，1,4-丁二醇作为有机原料可用于合成新型绿色可降解塑料聚丁二酸丁二醇酯(pbs)，pbs由于其结构中含有易水解的酯基，在自然界中很容易被微生物分解，因此迅速成为通用型生物降解塑料研究热点材料之一，有广阔的市场前景。随着各国“禁塑令”的颁布和实施，可降解塑料的市场需求逐年增长，随之带来上游原料需求激增。另外，丁二酸酐具有十分广泛的用途，导致丁二酸酐在世界范围内都处于供不应求的局面。我国丁二酸酐主要依赖于国外进口，国内企业在工业上尚未有成熟的丁二酸酐的生产工艺，因此，亟需开发具有工业应用前景的丁二酸酐合成方法。
2、目前常见的丁二酸酐合成法有顺酐法、丁二酸脱水法以及羰化法。顺酐法分别为电解还原法和催化加氢法，电解还原法能耗高、成本高，因此应用前景较差，气相催化加氢法难以控制加氢的程度，副产物很多，很难大规模工业化生产，而液相催化加氢法优势在于转化率高、产率高且无明显副反应，但缺点在于工艺流程多为间歇生产，连续化生产技术尚不成熟。丁二酸脱水法则受制于原料丁二酸来源少，主要来源于顺酐催化加氢，成本高，且生成的丁二酸酐很容易水解变回丁二酸，因此该工艺
3、环氧乙烷羰化法采用环氧乙烷和一氧化碳为原料，经过两次羰化生成丁二酸酐，是具有原子经济性的绿色合成路线。最早在1963年heck等人(j.am.chem.soc.,1963,85(10):1460-1463)提出了环氧乙烷羰化反应，催化剂为hco(co)4/co(co)4-。后续陆续有研究者报道了多种环氧化合物羰化的催化剂，不过大多数催化剂主要用于环氧乙烷羰化选择性合成β-内酯，对于丁二酸酐的研究较少。其中，最具代表的是美国cornell大学coates等人的研究(angew.chem.int.ed.engl.,2002,41(15):2781-2784；j.am.chem.soc.,2002,124(7):1174-1175；wo3050154,2003)，他们首次系统性的提出了路易斯酸与羰基钴的复合催化剂，并证明了羰基钴是催化体系中的核心组分，而路易斯酸是提高环氧化合物羰化活性的关键。同时，coates等人采用四氯苯基卟啉氯化铝，在90℃时催化环氧化合物羰化生成丁二酸酐，获得丁二酸酐收率为98％(j.am.chem.soc.,2007,129(7):4948-4960)，然而报道的卟啉配体催化剂制备复杂，成本高，操作条件严苛，不适合丁二酸酐的工业化生产。此外，国内外已有多个专利对环氧化合物羰基化催化剂进行报道。
4、cn201180047249.2公开了一种合成丁二酸酐的方法，所用催化剂为间-四(4-氯苯基)卟啉/羰基钴和某金属羰基化合物；cn202211600026.0公开了一种金属氮翻转卟啉-羰基钴多功能催化剂，加快了环氧乙烷的开环过程；cn201580020704.8公开了系栓金属配位集团的路易斯酸性金属化合物与金属羰基组合的催化剂，其中路易斯酸主要以卟啉配位体和沙仑配位体。由此可见，卟啉类金属化合物是环氧乙烷羰化制备丁二酸酐报道最多的路易斯酸配体，但是其原料制备复杂，成本高，且不稳定，而且与羰基钴反应合成络合物催化剂时，制备方法也相对复杂。为实现环氧乙烷羰化制备丁二酸酐的规模化生产，不但需要进一步的设计和优化催化剂，更重要的是建立完整的羰化反应分离工艺，对于环氧乙烷羰化工艺，us9156803b2公开了环氧乙烷制备丁二酸酐的方法，使用第一催化剂促进第一羰基化作用，并且使用与所述第一催化剂不同的第二催化剂促进第二羰基化作用，催化剂体系复杂，反应后进行结晶分离，将产生的酸酐与催化剂和溶剂分开，然而工业上，结晶工艺复杂，催化剂容易包裹在丁二酸酐晶体中，影响酸酐的纯度，难以规模化生产。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种由环氧乙烷羰化制备丁二酸酐的催化剂、系统和方法，本专利技术采用环氧乙烷和一氧化碳为原料，原子经济性好，原料成本低，催化剂活性高、稳定性好，工艺简单高效，生产连续化程度高，后续分离提纯简单，产物纯度高，适合大规模生产。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、本专利技术的第一个目的是提供一种由环氧乙烷羰化制备丁二酸酐的方法，所述方法包括如下步骤：环氧乙烷、一氧化碳、溶剂和羰化催化剂进入羰化反应器，环氧乙烷在羰化反应器中完全转化，生成丁二酸酐，得到反应后的物料，所述催化剂为酞菁氯化铝和羰基钴的复合物；反应后的物料进入高压气液分离器，高压气液分离器顶部采出一氧化碳循环返回反应器，高压气液分离器底部分离出带有催化剂的液相产物，进入蒸发器，蒸发器顶部采出的溶剂和丁二酸酐进入溶剂回收塔，蒸发器底部获得固体催化剂，固体催化剂进入催化剂配置槽，重新配置催化剂溶液，配置后的催化剂溶液经催化剂泵进入反应器；溶剂回收塔塔顶采出溶剂进入催化剂配置槽，重新配置催化剂溶液，溶剂回收塔塔底采出丁二酸酐产品。
4、环氧乙烷羰化反应中，环氧乙烷和一氧化碳(co)反应，首先发生一次羰化生成β-丙内酯中间体，然后β-丙内酯再继续羰化生成丁二酸酐，二者是串联反应。因此，在环氧乙烷羰化过程中，反应温度、时间和原料中环氧乙烷和一氧化碳的摩尔比对eo的转化率和丁二酸酐的选择性起到重要作用。在所述催化剂以及反应条件下，当co和eo的摩尔比不小于2:1，同时通过反应温度和时间的调控，可达到eo的完全转化和丁二酸酐的高选择性。
5、进一步地，所述羰化催化剂(催化复合物)中，酞菁氯化铝和co2(co)8的摩尔比为10:1-1:10，酞菁氯化铝和羰基钴(co2(co)8)合适的比例能够协同催化eo的二次羰化反应，对环氧乙烷(eo)羰化制备丁二酸酐具有较高的活性和选择性。
6、进一步地，所述溶剂为四氢呋喃(thf)、二乙二醇二甲醚、β-丙内酯、1,4-二氧六环、1,3-二氧戊环和甲苯中的一种或几种的混合物。
7、进一步地，所述羰化催化剂中的羰基钴与所述环氧乙烷的摩尔比为1:50～1:500，环氧乙烷在溶剂中的浓度为1.0-5.0m。
8、进一步地，所述一氧化碳和环氧乙烷的摩尔比为2:1-5:1。
9、进一步地，环氧乙烷在羰化反应器中完全转化过程中的反应压力为3.0-6.0mpa，反应温度为60℃-100℃。
10、进一步地，所述高压气液分离器的操作压力为3.0-6.0mpa，所述高压气液分离器的操作温度为-30-30℃；所述蒸发器的操作压力为2-15kpa，所述蒸发器的操作温度为150-200℃；溶剂回收塔的操作压力为减压或常压，操作温度本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种由环氧乙烷羰化制备丁二酸酐的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种由环氧乙烷羰化制备丁二酸酐的方法，其特征在于，所述重新配置催化剂溶液指的是：蒸发器(V102)底部获得固体催化剂和溶剂回收塔(T101)塔顶采出溶剂，以及额外添加溶剂和羰化催化剂以调节比例，重新配置为催化剂溶液。
3.根据权利要求1所述的一种由环氧乙烷羰化制备丁二酸酐的方法，其特征在于，所述羰化催化剂中酞菁氯化铝和羰基钴的摩尔比为10:1-1:10。
4.根据权利要求1所述的一种由环氧乙烷羰化制备丁二酸酐的方法，其特征在于，所述溶剂为四氢呋喃、二乙二醇二甲醚、β-丙内酯、1,4-二氧六环、1,3-二氧戊环和甲苯中的一种或几种的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种由环氧乙烷羰化制备丁二酸酐的方法，其特征在于，所述羰化催化剂中的羰基钴与环氧乙烷的摩尔比为1:50～1:500，环氧乙烷在溶剂中的浓度为1.0-5.0M。
6.根据权利要求1所述的一种由环氧乙烷羰化制备丁二酸酐的方法，其特征在于，环氧乙烷在羰化反应器中完全转
7.根据权利要求1所述的一种由环氧乙烷羰化制备丁二酸酐的方法，其特征在于，所述高压气液分离器(V101)的操作压力为3.0-6.0MPa，所述高压气液分离器(V101)的操作温度为-30-30℃；
8.根据权利要求1所述的一种由环氧乙烷羰化制备丁二酸酐的方法，其特征在于，所述一氧化碳和环氧乙烷的摩尔比为2:1-5:1。
9.一种用于实现如权利要求1-8中任一项所述的由环氧乙烷羰化制备丁二酸酐的方法的催化剂，其特征在于，所述催化剂为羰化催化剂；
10.一种用于实现如权利要求1-8中任一项所述的由环氧乙烷羰化制备丁二酸酐的方法的系统，其特征在于，所述系统包括催化剂泵(P101)、羰化反应器(R101)、高压气液分离器(V101)、蒸发器(V102)、催化剂配置槽(V103)、溶剂回收塔(T101)；
...【技术特征摘要】
1.一种由环氧乙烷羰化制备丁二酸酐的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种由环氧乙烷羰化制备丁二酸酐的方法，其特征在于，所述重新配置催化剂溶液指的是：蒸发器(v102)底部获得固体催化剂和溶剂回收塔(t101)塔顶采出溶剂，以及额外添加溶剂和羰化催化剂以调节比例，重新配置为催化剂溶液。
3.根据权利要求1所述的一种由环氧乙烷羰化制备丁二酸酐的方法，其特征在于，所述羰化催化剂中酞菁氯化铝和羰基钴的摩尔比为10:1-1:10。
4.根据权利要求1所述的一种由环氧乙烷羰化制备丁二酸酐的方法，其特征在于，所述溶剂为四氢呋喃、二乙二醇二甲醚、β-丙内酯、1,4-二氧六环、1,3-二氧戊环和甲苯中的一种或几种的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种由环氧乙烷羰化制备丁二酸酐的方法，其特征在于，所述羰化催化剂中的羰基钴与环氧乙烷的摩尔比为1:50～1:500，环氧乙烷在溶剂中的浓度为1.0-5.0m。
6.根据权利要求1...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。