[发明专利]一种连续催化精馏制备3-羟基丙醛的方法及装置

说明书

本发明提供一种连续催化精馏制备3‑羟基丙醛的方法及装置，所述方法包括如下步骤：(1)混合丙烯醛和水，得到的混合液在第一催化剂作用下进行水合反应，得到水合反应产物；(2)步骤(1)所述水合反应产物经连续催化精馏，丙烯醛向上输送，并在第二催化剂作用下继续进行水合反应，步骤(1)和步骤(2)中水合反应产生的3‑羟基丙醛向下输送，实现3‑羟基丙醛与丙烯醛的分离，得到3‑羟基丙醛产品。所述方法通过将反应和精馏偶联在一起，能够将丙烯醛转化率提高至≥96％，3‑羟基丙醛选择性提高至≥90％，同时该方法有效降低了水合过程中3,3’‑氧双‑1‑丙醛副产物的含量。

技术领域

本发明涉及石油化工技术领域，尤其涉及一种连续化催化精馏制备3-羟基丙醛的方法及装置。

背景技术

3-羟基丙醛(3-HPA)是丙烯醛水合法合成1,3-丙二醇的中间体，其合成的收率决定着1,3-丙二醇的收率。1,3-丙二醇(1,3-Propanediol，1,3-PDO)主要用于生产聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)纤维，PTT是一种性能卓越的聚酯产品，综合了尼龙的柔软性和更好的色牢度、腈纶的蓬松性、涤纶的抗污性，并具有高回弹性。

目前，1,3-丙二醇生产的工业化方法主要有环氧乙烷羰基化法，生物工程法，丙烯醛水合法。环氧乙烷羰基化法工艺过程条件苛刻，设备投资量大，安全系数低。生物工程法甘油发酵收率低，市场竞争力不足。而丙烯醛水合法克服环氧乙烷羰基化法对设备要求高、安全系数低的缺点，也不存在生物工程法收率低等不足，是一种在国内具有竞争力的生产方法。

丙烯醛水合制备3-羟基丙醛过程中，因为3-羟基丙醛不稳定，容易再转化为丙烯醛。同时，3-羟基丙醛和丙烯醛容易生成3,3’-氧双-1-丙醛。而3,3’-氧双-1-丙醛是降低丙烯醛水合选择性的主要原因，主要方程式如下：

现有技术多采用一步法合成3-羟基丙醛，再经过减压精馏分离丙烯醛和3-羟基丙醛。该过程丙烯醛转化率较低，选择性不高。同时，丙烯醛沸点低，易挥发，回收率不高。精馏分离丙烯醛耗能，在分离过程中，3-羟基丙醛受热也易再转化为丙烯醛。

CN1616389A公开了一种大孔苯乙烯-二乙烯基苯系表面含有氨基磷酸官能团的螯合型离子交换树脂催化剂，该催化剂催化丙烯醛和水反应生成3-羟基丙醛，丙烯醛转化率56.4～92.3％，3-羟基丙醛选择性为85.2～95.6％。

CN1830559A公开了一种采用大孔苯乙烯-二乙烯基苯-(甲基)丙烯酸酯或(甲基)丙烯腈的三元共聚体为催化剂，催化丙烯醛和水生成3-羟基丙醛，丙烯醛转化率为61.2～72.4％，3-羟基丙醛选择性为93.6～96.4％。

CN109134224A公开了一种丙烯醛水合制备3-羟基丙醛的方法，其中，丙烯醛和水在固定床内，在微波的作用下，反应生成3-羟基丙醛，丙烯醛转化率为80.4～85.9％，3-羟基丙醛选择性90.3～95.8％。

CN110386856A公开了一种丙烯醛水合加氢制备1,3-丙二醇的方法，其中，丙烯醛在N-烷基氨基酸作用下均相催化与水反应制备3-羟基丙醛，丙烯醛转化率61.7～80.6％，3-羟基丙醛选择性85.6～94.8％。

US5015789公开了一种螯合树脂，其表面含有-NH-CH₂-PO₃H₂官能团，丙烯醛转化率40.2～63.72％，3-羟基丙醛选择性71.0～82.0％。

US5171898公开了一种表面含有-CH₂-N-(CH2COOH)₂官能团的螯合树脂，丙烯醛转化率88.0～90.0％，3-羟基丙醛的选择性80～85％。

综上可以看出，现有丙烯醛水合制备3-羟基丙醛的工艺存在转化率较低，选择性不高等缺点。因此，需要开发一种提高丙烯醛转化率和选择性的制备方法。

发明内容