优化反应控制提高环氧氯丙烷收率

2015-03-23林秀岩天津渤化石化有限公司天津300452

化工管理 2015年3期

关键词：丙醇环氧氯丙烷二氯

林秀岩（天津渤化石化有限公司，天津300452）

优化反应控制提高环氧氯丙烷收率

林秀岩（天津渤化石化有限公司，天津300452）

通过研究生产环氧氯丙烷的化学反应机理，找出了影响环氧氯丙烷产率的因素，本文主要介绍了通过控制和优化反应工艺，最大程度地减少不良因素对反应收率的影响，以达到提高环氧氯丙烷收率的目的。

环氧丙烷；控制；优化；收率

环氧氯丙烷（ECH）是一种无色的、不稳定的、易挥发的油状液体，气味类似于氯仿和醚类。当前，如何改进生产工艺增加环氧氯丙烷的产率以减少对进口的依赖是一个亟待解决的大问题。

一、反应原理

氯丙烯和水、氯气在低温下经催化作用发生加成反应，生成两种同分异构体主产物，分别为1，3-二氯丙醇和2，3-二氯丙醇，在加成反应中也伴随着副反应的发生，生成了两种副产物，为三氯丙烷和四氯丙醚。两种二氯丙醇统称为DCH，DCH在碱性物质做催化剂时发生皂化反应，也叫环化反应，生成目标产物环氧氯丙烷，即ECH。主反应方程式为：

CH2ClCHClCH2OH（或CH2ClCHOHCH2Cl）+1/2Ca（OH）2—CH2Cl2CHCH2（ECH）+1/2CaCl2+H2O---（1）

＼／

伴随着的三步副反应方程式分别是：

CH2ClCHOHCH2Cl+1/2Ca（OH）2—CH2ClCH2CHO（α-氯丙醛）+1/2CaCl2+H2O---（2）

CH2ClCHOHCH2Cl+1/2Ca（OH）2—CH3CHClCHO（β-氯丙醛）+1/2CaCl2+H2O---（3）

CH2ClCHCH2+1/2Ca（OH）2+H2O—CH20HCHOHCH2OH（丙三醇）+1/2CaCl2-----（4）

＼／

从以上方程式可以看出，反应物不仅参与主反应生成了目标产物环氧氯丙烷，还参与了副反应，生成了三种非目标产物，这就降低了环氧氯丙烷的产率。所以在实际的工业生产过程中，应该合理地控制和改进生产工艺，设计有利于主反应进行的反应器，让更多的反应物参与主反应的发生，减少或者抑制副反应的进行，以此提高环氧氯丙烷的产率。

二、影响环氧氯丙烷产率的因素

1.二氯丙醇合成反应的温度

合成二氯丙醇的反应需要在液相条件中进行，但是伴随该反应的副反应不仅在液相中可以发生，也可以在气相中进行反应，所以必须抑制反应环境中的出现气体。因为生成二氯丙醇的反应为放热反应，所以首先要严格控制反应温度在50℃以下，另外要及时排出反应放出的热量，以避免环境温度升高。

2.合成ECH反应中二氯丙醇的浓度

经实验证明，如果增加二氯丙醇的浓度，则会促进气相反应，目标物产率降低，但是浓度太低，在后续反应中，需要消耗更多的蒸汽，为了增加产率同时降低能耗，在生产中一般控制二氯丙醇的浓度在4.5%以下。

3.碱倍率

在环化反应中，如果想要将二氯丙醇完全转化为环氧氯丙烷，就需要保证Ca（OH）2过量，原因是首先要中和掉体系中由上一步反应生成的HCI，然后保证反应环境呈碱性，反应才会顺利进行。但是如果碱性物质太多，再加上环氧氯丙烷在水中会发生水解反应，这样不仅会降低环氧氯丙烷的产率，还会造成碱的浪费。碱倍率是使用碱的当量数与HCI的当量数加DCH当量数之比值，生产上碱倍率一般控制在1.0到1.3之间。

4.环化反应的温度

实验证明，当环化反应的温度较低的时候，主反应被抑制，此时主要以以副反应（2）、（3）为主。随着温度的不断升高，副反应减少，而生成环氧氯丙烷的主反应占据了反应的主导地位，而且温度越高，反应速度越快。如果此时可以及时地将生成的环氧氯丙烷快速引出反应体系，那么根据化学平衡的原理，平衡会继续向生成主产物的方向移动，此时也有效地抑制了副反应。但是不能一味地升高温度，温度过高，环氧氯丙烷在水中的溶解度增大，那么就会使副反应（4）进行。1，3-二氯丙醇和2，3-二氯丙醇的转化速度在反应刚发生的时候并不同步，前者要快于后者，温度升高后两者的转化率才会变得接近。如果反应温度达不到一定程度，那么就会使未转化的2，3-二氯丙醇随着生成的环氧氯丙烷被带离体系，从而降低了环氧氯丙烷的纯度。一般控制反应塔塔顶的温度为（100±2）℃，塔底温度为（110±2）℃。

5.反应预热

为了使1，3-二氯丙醇和2，3-二氯丙醇能够完全转化，需要在反应发生前对二氯丙醇的混合液进行预热，转化速度快的1，3-二氯丙醇会首先发生反应，蒸出生成的环氧氯丙烷，抑制副反应（4）的发生。

6.二氯丙醇合成反应起始物质比例

在二氯丙醇合成的反应中，起始物质的比例会影响产率，所以需要在反应中不断地去监测氯丙烯是否过量，并随时调整氯丙烯和氯气的比例，来达到反应配比控制稳定的目的。

7.优化反应塔的操作条件

经过工厂多年生产经验证明，在皂化塔中使用负压操作，可以减少了副反应发生的几率，且减少了蒸汽的用量，降低了排放废水中的COD，符合国家节能减排的政策。