[发明专利]流化床反应器催化乳酸脱水制备丙烯酸的方法及乳酸脱水流化床反应器

说明书

技术领域

本发明属于化工技术领域，具体涉及一种采用流化床反应器催化乳酸脱水制备丙烯酸的方法以及以Y沸石分子筛催化剂进行乳酸脱水生成丙烯酸的流化床催化反应器。

背景技术

丙烯酸是一种重要的化工生产原料，丙烯酸及其通过丙烯酸酯化生成的丙烯酸酯是合成聚合物的重要单体。在涂料、粘合剂、化学纤维、纺织化学品、皮革助剂、橡胶、造纸和卫生用品等领域有着广泛的应用。随着世界经济的复苏，以及人们生活的需要，世界丙烯酸及其酯的需求量不断在扩大。我国是丙烯酸需求增长最快的国家。目前国内外的丙烯酸的生产工艺主要主要是以石油产品为原料。然而随着世界石油资源短缺，人们逐渐在寻找一条可持续发展的丙烯酸生产路线，以解决由于石油资源减少所带来的负面影响，因此生物路线生产丙烯酸应运而生。生物基丙烯酸是以生物质发酵得到乳酸，再经乳酸催化脱水生成丙烯酸。

乳酸及其酯催化脱水生成丙烯酸及酯的研究自成1958年Holmen以CaSO₄/Na₂SO₄为催化剂开始，人们研究了以负载型的磷酸盐、硝酸盐及碱土、稀土金属改性的Y分子筛为其催化剂的反应。其中以改性Y沸石分子筛为催化剂，丙烯酸的产率可达到60％，具有良好的应用前景。然而，这种催化剂使用寿命很短，成为这一技术工业化的瓶颈。目前以Y分子筛为催化剂的乳酸脱水生成丙烯酸的反应没有流化床反应器的报道。

发明内容

本发明的目的是克服采用固定床反应器进行乳酸催化脱水生成丙烯酸的反应因催化剂寿命短、活性降低快而造成催化剂用量大、无法进行连续性生产的缺点，提供一种采用流化床反应器催化乳酸脱水制备丙烯酸的方法。

本发明的另一目的是针对于乳酸催化脱水的Y沸石分子筛催化寿命短的缺点，提供一种以Y沸石分子筛为催化剂，能够收集失活催化剂从而将其再生并继续应用于催化反应，从而实现乳酸连续催化脱水生成丙烯酸的流化床反应器。

本发明的目的可以通过以下措施达到：

一种流化床反应器催化乳酸脱水制备丙烯酸的方法，以乳酸为原料，改性Y沸石分子筛为催化剂，通过流化床反应器催化乳酸脱水制取丙烯酸，具体步聚为：将催化剂Y沸石分子筛或金属改性Y沸石分子筛加入到流化床反应器中，质量浓度为20％～70％的乳酸水溶液汽化后与载气混合，以20～80cm/s的气流速度通入流化床反应器中，催化剂在流化状态和250～400℃下进行催化反应将乳酸脱水制备丙烯酸。

其中，反应物为乳酸水溶液，其质量浓度范围为20％～70％，优先选择30％～60％。原料气乳酸水溶液在换热器作用下加热汽化温度达到160-200℃，与经换热后温度达到160-200℃的载气混合，混合气经加热至温度达到250～400℃通入流化床反应器。载气可以采用氮气、二氧化碳。进料气流速度为20～80cm/s，催化剂颗粒大小为100～600μm，催化反应温度为250～400℃。催化剂在气流作用下流动，并催化乳酸发生脱水反应生成丙烯酸。大颗粒随气体流动上升到扩大段后速度下降，重新回到反应器底部。剩下的催化剂颗粒随着气体流动到扩大段后继续上升进入旋风分离器，经旋风分离器分离后较大颗粒沉降到外壳底部通过催化剂出口进入催化剂再生阶段，细微粉尘经反应后气体夹带从旋风分离器顶部进入外壳体和反应后气体一起从反应后气体出口排出，经除尘装置除去催化剂粉尘，再经冷却后，通过汽液分离、气提、共沸蒸馏、精馏等工艺即可得到丙烯酸粗产品。

上述过程中所用到的催化剂为Y沸石分子筛或其金属改性的Y分子筛。改性金属包括碱性金属(钾或钠等)、碱土金属(钙、锶或钡等)或稀土金属(镧、铈或铷等)，其负载量为1～10％(wt)，优选为2～5％。其改性的常用方法有沉淀法、浸渍法、混合法、离子交换法。本发明优选采用浸渍法，其流程为将Y分子筛加入到金属盐(如碳酸盐等)溶液中搅拌混匀，浸泡2～3h，浸泡过程中保持温度在70～90℃并且不断搅拌以便负载均匀。将混合液蒸干后压片成形再放入马弗炉中在500～600℃下煅烧4～8h。

一种乳酸脱水流化床反应器，包括由下锥体10、与下锥体10密封连接的提升段11和与提升段11密封连接的扩大段12组成的内壳体8，还包括包围扩大段12及提升段11上部分的外壳9，外壳9与内壳8通过设在扩大段12外壁上的旋风分离器6相通，外壳9的上部外壁上设有反应后气体出口7，外壳9的底部外壁上设有失活催化剂出口5。

旋风分离器6的底部设有与外壳9相通的催化剂沉降口14，旋风分离器6的顶部设有与外壳9相通的气体和粉尘出口15。