[发明专利]正戊醛制备方法及专用文丘里喷射器

说明书

本发明公开了一种正戊醛制备方法及专用文丘里喷射器，本发明制备方法采用回路反应器，通过丁烯氢甲酰化反应制备正戊醛；其中，回路反应器中文丘里喷射器进口段开口内径：喷嘴内径：气室收口内径：混合段长度：扩散段长度的比例为38：(1.5～5)：(2～8)：(10～50)：(600～1700)，扩散段的开口角度为12°～38°；本发明正戊醛制备方法以丁烯、氢气、一氧化碳为原料，以甲苯为溶剂，以三苯基膦(TPP)与二羰基乙酰丙酮铑为催化剂，并在反应过程中控制文丘里喷射器喷嘴处的液体线速度为50m/s～110m/s。本发明通过对回路反应器的设计，能有效提高产物戊醛的正异比。

技术领域

本发明属于化学品生产技术领域，具体涉及一种采用新型反应器设备——回路反应器进行氢甲酰化反应制备戊醛的方法。

背景技术

戊醛是重要的有机合成中间体，可用于制备正戊醛、正戊醇，正戊酸，正戊胺等产品，其中正戊醛是国内外需求旺盛的合成2-丙基-1-庚醇(2-PH)的原料，2-PH可进一步合成环境友好的新型增塑剂邻苯二甲酸二(2-丙基庚)酯(DPHP)。

戊醛主要生产方法有重铬酸盐氧化法、生物酶催化法和氢甲酰化反应法。其中，重铬酸盐氧化法存在原料戊醇价格较贵，且重铬酸盐有毒、有害的缺点。生物酶催化法，目前处于探索阶段。这两种工艺都没有实现规模化生产。以丁烯和合成气为原料，进行氢甲酰化反应是目前合成戊醛的主要方法，也是国内常用的生产戊醛方法。

氢甲酰化法制取戊醛的工艺报道中，依然存在产物中正异比低(即主产物正戊醛与副产物异戊醛摩尔比，约(9～15)：1),催化剂用量高(即反应体系中铑元素浓度，一般150～250μg/g)等问题(北京化工大学学报2014，41(6)：35-41；化学工程2014，42(3)：49－53)。

在丁烯氢甲酰化反应制备戊醛反应中，反应历程如上所示。适量膦配体的存在促进催化剂活性物种的产生，即促进丁烯转化。膦配体含量较低时，HRh(CO)₃(PPh₃)中间体相对含量较高，促进了产物中异戊醛的生成。随着膦铑比的增加，三苯基膦(TPP)浓度相对较高，导致HRh(CO)₃(PPh₃)₂中间体含量升高，并促进反应向正戊醛发生，即反应产物正异比增高。但当膦铑比超过一定值，催化体系中配位饱和无催化活性的配合物HRh(CO)(PPh₃)₃起主导作用，导致反应转化率和催化剂转化频率下降。

在反应体系中，催化剂铑用量也至关重要。戊醛产物正异比随催化剂用量增加呈现出先增加后减小的趋势，存在着最优的铑用量区间。在丁烯氢甲酰化具体反应过程中，反应温度、压力、催化剂用量、膦铑比等相关工艺参数对最终反应转化率和正异比共同作用，并相互影响制约。

回路反应器是近些年迅速发展起来的适用于多种类型反应的多相反应器，由反应釜、循环泵、热交换器和文丘里喷射器(混合器)组成。在多相的混合与传质过程中，回路反应器相比传统的多相反应器能够提供更好的混合效果和更高的传质系数，从而在提高原料利用率和产品收率等方面有明显的优势。并且可以明显减少催化剂用量。其中，文丘里喷射器是回路反应器的关键部件，它的工作效率和工作稳定性直接影响回路反应器的工作效率。在丁烯氢甲酰化反应法制备戊醛的过程中，涉及气液两相混合，而回路反应器正是最好的选择，能够加快传质的速度，缩短反应的时间。

在回路反应器工艺中，文丘里喷射器属于核心关键部件。它的设计尺寸会影响具体化学反应物质间的传质效果，进一步影响化学反应器速率、反应转化率及产物选择性。在专利101679173A中，虽然对循环泵的转速进行了调节，文丘里管喷嘴直径进行了优化，单纯的对反应设备进行了一定范围的改进优化，虽然加快了反应速率，降低了能耗，但是对于最终产物戊醛的正异比与转化率的控制尚未涉及，而作为回路反应器的核心部件文丘里喷射器也并未进行优化，因此先前所提产物的正异比与转化率低并未得到改善。同时随着反应器尺寸的改变，催化剂的用量及相关反应工艺参数也会最终影响反应转化效果。