[发明专利]连续酯化反应制备丙二醇甲醚醋酸酯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种丙二醇甲醚醋酸酯的制备方法，尤其是特别涉及一种连续酯化反应制备丙二醇甲醚醋酸酯的方法。

背景技术

丙二醇甲醚醋酸酯(PMA)是一类重要的工业溶剂，该溶剂分子结构独特，同一分子中既有非极性的部分，又有极性基团，故它对极性和非极性物质均有较好的溶解能力，其溶解性能大大高于一般溶剂及丙二醇醚类和乙二醇醚类溶剂。由于丙二醇甲醚醋酸酯具有溶剂性能高、热稳定性好、粘度变化小、高发泡和腐蚀性小等特点，被广泛用于涂料、洗涤剂、印染、农药和高分子助剂等工业。

由丙二醇甲醚和醋酸经酯化反应制丙二醇甲醚醋酸酯，虽是通用的技术路线，但目前工业上普遍采用的方法是间歇式酯化脱水反应工艺，反应过程中使用的催化剂通常为无机酸或有机酸，无机酸主要为：磷酸、盐酸、浓硫酸和氯磺酸；有机酸主要为：草酸、柠檬酸、甲磺酸和对甲苯磺酸，采取均相反应(刘准等，中国专利CN1515537A，2004年7月28日)。上述方法存在的问题是，反应结束后需通过碱中和与水洗处理，以除去所使用的催化剂，且该方法副反应多、腐蚀性强、工艺过程复杂、生产效率低下、产生大量的固体废弃物和废水污染环境。也有采用杂多酸类固体酸催化剂(王晰，辽宁师专学报：自然科学版，2000年第2卷第1期)用于丙二醇醚醋酸酯合成的报道，但从杂多酸本身组成和结构上的复杂性以及使用寿命等诸多因素考虑，在工业上实际应用难度是比较大的。陈远东等采用改性分子筛类复合固体酸催化剂并加入金属锡化合物等助剂(中国专利CN1048990A，1991年2月6日)进行酯化反应，据说可降低酯化反应温度，反应2-3小时转化率接近100％。但此类固体酸催化剂所含的锡化合物助剂具有较大毒性且容易流失，显而易见，其实际应用推广价值无疑会受到较大的限制。

发明内容

本发明目的在于提供一种丙二醇甲醚醋酸酯的制备方法，该方法能克服现有间歇式生产工艺所存在的产物需经中和与水洗处理，以及工艺过程复杂、生产效率低下、产生大量的固体废弃物和废水等缺点，本发明能实现丙二醇甲醚醋酸酯的连续化生产，且在生产过程中减少废渣废水排放，提高丙二醇甲醚醋酸酯的生产效率，降低其生产成本。

本发明所采用的技术方案如下：

一种连续酯化反应制备丙二醇甲醚醋酸酯的方法，以丙二醇甲醚与醋酸为原料，其特征在于：采用固体酸催化剂进行两段式固定床连续酯化反应，酯化温度70-150℃，酯化反应中生成的水经共沸蒸馏脱除；将酯化反应产物精馏，脱除并回收未反应的丙二醇甲醚和醋酸，得到丙二醇甲醚醋酸酯。

所述的固体酸催化剂是一种具有网状结构的复合增强型聚苯乙烯磺酸类强酸性离子交换树脂。合成这种网状结构的聚合物，采用常用的聚苯乙烯磺酸类离子交换树脂的合成方法，在聚合单体的原料配比中，加入摩尔数占聚合单体20-35％的二乙烯基苯，并加入重量占单体总量1-3％(wt/wt)的微米级石墨晶须。经中试装置上的使用寿命考察及在工业装置上进行的实际试运行，所述的固体酸催化剂的使用寿命至少在一年以上。

所述的两段式固定床连续酯化反应，是指在两个均装填有固体酸催化剂的固定床反应器中连续进行的两段酯化反应。鉴于酯化反应为受热力学平衡限制的可逆反应，为有利于酯化反应向期望的方向进行，第一段酯化反应产物脱除反应生成的水后，再进行第二段酯化反应，以得到较高的转化率。具体做法是，先将原料丙二醇甲醚和醋酸按一定摩尔配比混合，经过预热后连续地进入装有固体酸催化剂的第一段固定床反应器进行酯化反应，反应产物进入蒸馏塔脱水；脱水后的物料在蒸馏塔提馏段下部被连续地抽出，并作为第二段酯化反应的进料送到第二段固定床反应器中继续进行酯化反应。进入第一段固定床反应器的原料丙二醇甲醚与醋酸的摩尔比为0.7-2∶1，优选范围为0.9-1.2∶1；在蒸馏塔提馏段抽出并输入到第二段固定床反应器的物料流量为第一段固定床反应器进料量的1-5倍，优选范围为2-3倍。同样，第二段酯化反应的产物在与第一段酯化反应的反应产物合并后，再进入蒸馏塔脱水。

所述的两个固定床反应器中，酯化反应温度为70-150℃，优选范围为90-120℃；两个固定床反应器的酯化反应空速均为1-10h^-1，优选范围为3-6h^-1。

酯化反应所生成的水在蒸馏塔中以共沸蒸馏方式脱除，所采用的带水剂为苯或环己烷。第一段与第二段酯化反应的反应产物从上部进入蒸馏塔进行共沸蒸馏，形成水与带水剂的共沸物自蒸馏塔塔顶蒸出，经冷凝器冷凝后，进入分层罐，且在分层罐中被分成有机相和水相，下层水相被引出，上层有机相为带水剂，回流到蒸馏塔再用。