[发明专利]一种同时制备丙二醇和碳酸丙烯酯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种同时制备丙二醇和碳酸丙烯酯的方法。

背景技术

丙二醇(PG)，别名丙烯甘醇，常见的是1,2-丙二醇，是制备不饱和聚酯、环氧树脂和聚氨酯树脂的重要原料，其中，不饱和聚酯大量用于表面涂料和增强塑料。丙二醇的粘性和吸湿性好，并且无毒，因而在食品、医药和化妆品工业中广泛用作吸湿剂、抗冻剂、润滑剂和溶剂。在食品工业中，丙二醇和脂肪酸反应生成丙二醇脂肪酸酯，主要用作食品乳化剂；同时，丙二醇也是调味品和色素的优良溶剂。丙二醇在医药工业中常用作各类软膏、油膏的溶剂、软化剂和赋形剂等，由于其与各类香料具有较好互溶性，因而也用作化妆品的溶剂和软化剂等。丙二醇还用作烟草增湿剂、防霉剂，食品加工设备润滑油和食品标记油墨的溶剂。

现有技术中，丙二醇主要是通过丙烯氧化物的再转化来生产，通常是在180-220℃和15-25巴下进行，同时必须采用大量的水以抑制聚乙二醇的产生。例如，CN1768027A公开了一种由丙烯氧化物制备丙二醇的方法，该方法首先使丙烯氧化物与二氧化碳在基本不含水的条件下接触反应，生成碳酸亚丙酯中间产物；然后，在使碳酸亚丙酯与水接触反应，得到丙二醇。

碳酸丙烯酯不仅是性能优良的高沸点、高极性的非质子有机溶剂，还是重要的有机合成中间体。碳酸丙烯酯已广泛用作电容器和高能电池的电解液、脱硫脱碳溶剂、金属萃取剂、黏合剂和聚合物的增塑剂等；此外，碳酸丙烯酯还可用于合成碳酸二甲酯等重要的精细化工产品。

目前，碳酸丙烯酯的工业生产方法包括：光气法、酯交换法、氯丙醇法以及环氧丙烷与二氧化碳环加成法。其中，环氧丙烷与二氧化碳环加成法由于具有原子利用率高(100％)、过程简单和绿色环保等优点而逐渐成为主要的碳酸丙烯酯生产方法。

在环氧丙烷与二氧化碳环加成法合成碳酸丙烯酯工艺中，常用的催化剂有：(1)均相催化剂：季铵盐、季铵碱、有机膦化合物、有机金属化合物、碱金属或碱土金属卤化物等；(2)多相催化剂：金属氧化物或其混合物、分子筛、负载型催化剂等。其中，因 具有孔道规则而有序、比表面积大、结构稳定等优点，分子筛被广泛应用于炼油工艺和化工产品生产中。但在环加成法合成碳酸丙烯酯工艺中，分子筛的活性很差。因此，文献报道一般使用季铵盐、季铵碱或离子液体等对分子筛进行改性以提高其活性。虽然使用季铵盐、季铵碱或离子液体等对分子筛进行改性可有效提高其在环加成法中的活性，但此法需经焙烧、改性、二次改性等步骤，所以将活性组分固载于分子筛外表面的方法存在能耗高、工艺复杂、环境不友好(改性中使用苯、甲苯等为溶剂)等缺点。因此有必要探索更加绿色环保、高效的分子筛催化剂，以开拓分子筛在环加成法制备碳酸丙烯酯中的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够同时制备丙二醇和碳酸丙烯酯的方法，该方法即使在相对温和的反应条件(如不高于160℃的温度)下，也能够获得较高的环氧丙烷转化率和丙二醇和碳酸丙烯酯选择性。

本发明的发明人在研究过程中发现，在环氧丙烷水解制备丙二醇的过程中，使用包括含有模板剂的钛硅分子筛作为催化剂，能够有效地提高环氧丙烷的转化率和目标产物的选择性。更意外地发现，在制备丙二醇的过程中，如果将环氧丙烷和水与CO₂通入反应器与含有模板剂的钛硅分子筛接触反应，能够有效地降低反应温度，同时还能够明显提高环氧丙烷的转化率，特别是可以联产碳酸丙烯酯。在此基础上完成了本发明。

为实现前述目的，本发明提供了一种同时制备丙二醇和碳酸丙烯酯的方法，该方法包括：(1)在环氧化条件下，将丙烯氧化制备得到环氧丙烷；

(2)将步骤(1)所得环氧丙烷、水、CO₂与催化剂A接触，其中，所述催化剂A包括含有模板剂的钛硅分子筛。

在钛硅分子筛的合成过程中，有机模板剂起到非常重要的作用，但是通常情况下，使用前需要将模板剂从分子筛的主体孔道中除去(例如将合成得到的钛硅分子筛进行焙烧)，才能实现分子筛的催化或吸附性能。本发明的方法将含有模板剂的钛硅分子筛用作由环氧丙烷制备丙二醇和碳酸丙烯酯的催化剂，即使在较低的反应温度(如不高于160℃，甚至不高于120℃)下进行反应，也能获得高的环氧丙烷转化率和丙二醇和碳酸丙烯酯选择性。

本发明的方法开拓了钛硅分子筛特别是孔道内含有结构导向剂的分子筛的新用途。 另外，本发明的方法简便易行，如在高压釜式反应器进行，只需通过如过滤的固液分离方法即可将分子筛与含有丙二醇和碳酸丙烯酯的液相混合物分离。