炔醛法1,4-丁二醇生产工艺条件对正丁醇含量的影响

2020-01-15赵亚利陕西陕化煤化工集团有限公司陕西渭南714100

化工管理 2020年6期

赵亚利（陕西陕化煤化工集团有限公司，陕西渭南714100）

有机化学对于现代生活生产有着极为重大的影响，1，4-丁二醇在纺织及医疗中的作用明显[1]。在使用炔醛法生产1，4-丁二醇的过程中，还会有正丁醇的出现，这主要是因为在进行高压加氢的过程中产生的，对于炔醛法后续的生产有着较为负面影响[2]。基于此，本文对1，4-丁二醇炔醛法生产工艺条件造成的正丁醇含量影响展开探讨。

1 炔醛法1，4-丁二醇

1，4-丁二醇的质量主要受到原料及技术影响，不过距今为止炔醛法生产模式在产量及效率上都较为可观。在使用炔醛法进行1，4-丁二醇生产的过程中，有较多的操作方法，甚至原料也具有六种以上的选择，不同原材要求的合成方法也相对不同。现阶段来说1，4-丁二醇生产方法较为全面，在原料及制作流程上都具有良好的梯度性，同时生产也具有多样性，统一平台使用同样原料也能够有多样化的合成工艺。炔醛法是1，4-丁二醇生产最为广泛也最为经典的一类方式，将乙炔及甲醛作为原材，先使用铜催化剂将甲醛与乙炔合成，以此制成1，4-丁炔二醇，之后加氢得到1，4-丁二醇以及正丁醇。从生产过程来看，丁炔二醇加氢操作是影响正丁醇含量关键环节，该过程中，反应压力、反应温度、pH值及反应物料浓度、搅拌速度等都会对正丁醇含量造成影响。

2 试验方法

对生产工艺条件造成的正丁醇含量影响探究需要从具体的试验展开，而通过上述分析，集中在加氢这一操作过程中，因此试验也主要从这一流程进行探究。实验中采用加氢反应装置，于0.25L 的高压釜中间歇进行加氢反应，装置的前部具有YT-2 压力调节装置，后部也具有减压放空装置。试验方法是在反应釜中添加定量丁炔二醇及催化剂，并将釜装好，接通电源进行温度设定。具体而言，打开釜，投入丁炔二醇溶液；将釜关闭，雷尼镍催化剂在溶剂中溶解后，可以使用漏斗将其加入至釜中，并将进料装置取下，并接上氢气通管，对进气口与出气口进行关闭；将减压阀关闭，并打开全部的氢气瓶总阀；调节减压阀是18个大气压，在氮气清除完成以及加料完成后将反应釜封闭，之后再使用氢气进行氮气置换。在试验所需氢气得到补充之后进行搅拌，并打开冷凝水装置，反应逐渐升温；之后进行反应温度的设置，并计时，随时进行试验消耗氢气的补充。在反应达到时间后，停止搅拌及加热，并将冷凝水关闭；在完成冷却之后进行取样，并做色谱分析。

3 炔醛法1，4-丁二醇生产工艺条件对正丁醇含量的影响

3.1 原料质量影响

在反应压力达到29.5MPa，pH 值为9 到11 的情况下，反应温度为70℃，恒温反应两个小时，加料数量为30ml，100ml 反应釜，催化剂数量为0.3g。原料液原料质量分数大约在23.2%到47.8%的情况下，对于丁二醇选择性及正丁醇产出影响进行分析。实验中发现，正丁醇水平被保持在较低的范围，但丁二醇选择性于原料质量分数超过35%的情况下发生极为显著的改变。在原料质量分超过35%之后，丁二醇选择性会降低很多。另一方面，为了保证产品成本，因此在反应液的质量分数选择为35%；原料分数区间过大的情况下，正丁醇发生了含量变化并不显著，这也说明在进行生产工艺中，原料质量分数对于正丁醇转化影响较小。

3.2 拌匀速度造成的影响

物理作用对于化学反应不可避免的造成一定影响，因此对于拌匀速度进行考察也是较为关键的，因此在试验中对于拌匀速度不同的情况下导致的丁炔二醇转化影响，并对各种副产物含量变化进行探查。在这一试验中，不变条件为丁炔二醇质量分数达到35.6%，反应的压力设置为30.5MPa，加入NaOH 进行控制，pH 值为9，其他条件与上一试验相同。根据研究结果分析，发现拌匀速度从150r/min递增到300r/min时，丁二醇在选择性上得到提升，正丁醇及丁烯二醇在选择性上得到降低。转速在不断提升的过程中，因为丁烯二醇的产出降低，羰基值也会降低。但拌匀速度对于丁二醇只是造成了选择性的影响，对于丁炔二醇转化造成影响，对于正丁醇产出条件并没有明显影响。

3.3 反应液pH值造成的影响

加氢反应在通常条件下，都是于弱碱情况下进行的，为了使催化剂pH值合理取值，还需要在不同pH值溶液情况下展开加氢试验。结果表明，酸性情况下展开反应，丁二醇会在选择性上发展改变，逐步下降，但在正丁醇质量分数上会发生剧烈的变化，急剧提升，羰基值也会随之增加；pH 值不断提升的情况下，正丁醇在质量分数上也会有所降低。这也说明碱性条件对于丁二醇生成存在有利帮助，同时对于正丁醇此类副产物也会有减少作用。pH值在取值为9到11时，最利于丁二醇生产，同时也最大化减少正丁醇出现。

3.4 反应温度造成的影响

丁炔二醇在制成丁二醇的这一生产反应中，实际是C≡C加氢反应的过程，这一反应也被称之为放热反应。在催化剂类型相对不同的情况下，进行生产的过程中，反应速率会根据温度发生变化，这一规律是相同的。催化剂在室温下能够发生丁炔二醇加氢反应，同时在温度上升的过程中，丁炔二醇会在选择性上受到影响，羟基丁醛以及正丁醇质量分数也会随之受到影响。具体位置：在反应的温度从50上升至120℃过程，正丁醇在质量分数上会逐渐得到提升，这一现象发生的主要原因还在于温度上升导致含有氧原子的物质在氢解的反应速度提升，进而导致正丁醇在含量上攀升，羰基值发生变化也能对这一结果提供证明；其次羰基值在这一温度上升的过程中，会先发生值的升高，之后则会呈现下降趋势。主要因素在于温度到达100℃以上的情况下，和羰基值关系密切的羟基丁醛以及这一物质与醇发生的加氢的情况，进而还会生成对应的烃和醇，最终会使得正丁醇在质量分数上提升。这研究结果和这一结论完全契合，温度会造成反应副产物正丁醇含量影响，并且这一影响直接且剧烈。所以，为了羰基化合物及正丁醇产生得到有效减少、保障丁炔二醇完全得到转化的基础上，要尽量使反应温度控制于75℃～50℃。温度达到120～140℃的情况下，正丁醇含量会上升。