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甘油法环氧氯丙烷生产技术进展

更新时间:2009-03-28

1 环氧氯丙烷的用途

环氧氯丙烷是一种重要的有机化工原料和精细化工产品,用途十分广泛。以它为原料制得的环氧树脂,具有黏结性强、耐腐蚀、收缩性低、化学稳定性好、抗冲击强度高以及介电性能优异等特点,在涂料、胶黏剂、增强材料、浇铸材料和电子层压制品行业具有广泛的应用。此外,环氧氯丙烷还可用于合成硝化甘油炸药、电绝缘品、表面活性剂、医药、农药、离子交换树脂、增塑剂、(缩)水甘油衍生物、氯醇橡胶等多种产品,用作纤维素酯、树脂、纤维素醚的溶剂,用于生产化学稳定剂,化工染料和水处理剂,等等[1]

2 环氧氯丙烷生产技术

2.1 丙烯高温氯化法

丙烯高温氯化法又称氯丙烯法,由美国Shell公司于1948年开发成功。主要原料是丙烯、氯气和石灰,该工艺包括3个反应单元:丙烯高温氯化制氯丙烯,氯丙烯与次氯酸合成二氯丙醇,二氯丙醇与石灰乳液进行环化反应制取环氧氯丙烷。该生产工艺具有生产大型化、连续化和自动化的特点,工艺成熟、操作稳定,中间产物氯丙烯可作为精细化工原料出售;但存在转化率低,副产物多,能耗高,“三废”多等缺点。

2.2 醋酸丙烯酯法

20世纪80年代,原苏联科学院和日本昭和电工各自成功开发了醋酸丙烯酯法(又称烯丙醇法)。该工艺主要有4个反应过程:原料丙烯、氧气和醋酸进行气相催化氧乙酰化反应合成醋酸烯丙酯,醋酸烯丙酯水解制烯丙醇,烯丙醇与氯加成合成高浓度的二氯丙醇,二氯丙醇在碱的作用下环化脱氯化氢得到环氧氯丙烷。该法工艺优势明显,采用乙酰氯化技术,收率高,产品质量好,具有反应条件温和、能耗低、副产物少、污水量少等特点。各项技术指标表明:该法明显优于丙烯高温氯化法。但该工艺流程长,步骤多,催化剂寿命短,须用耐乙酸腐蚀的不锈钢设备,投资费用相对较高。

此外,我国疆土东西跨度大,南北迥异,地质条件复杂多变,且不同的地质构造单元中地壳物质组成差异较大,导致不同的城市地下管线铺设方法差异较大,铺设深度和管线材质选用方面,都使得在探测过程中应该根据管线材质及用途来选择(表1)。因此,在不同的城市探测地下管线时,应结合当地地下管线的材质的探测技术,才能取得较好探测结果。

2.3 甘油法

2.3.1 氯化反应

在合适的反应温度及催化剂存在下,甘油和HCl反应,得到的产物主要有一氯丙二醇和最终产物二氯丙醇,副产物包括有机酸甘油脂、甘油的低聚物等。

氯化反应中可以用液体盐酸与甘油反应,但原料盐酸将大量的水带入了反应体系,降低了反应速率,延长了反应时间,促进了副反应的发生,最终使得二氯丙醇收率很低。因此,氯化反应过程中除水工序非常重要。氯化反应原料可以采用氯化氢气体,氯化氢气体可以用氯化钠和浓硫酸制得,也可以由三氯化磷和盐酸反应经干燥制得,其中反应的HCl可以重复利用,节约成本。此法优点是:反应速率提高,反应时间缩短,二氯丙醇收率较高。

2.3.2 环化反应

华东理工大学赵学娟等研究了冰醋酸、草酸、丁二酸、己二酸、辛酸对二氯丙醇收率以及反应速率的影响,结果发现己二酸的催化效果最好[4]

环化反应是将氯化反应生成的二氯丙醇和碱液反应,脱去一分子氯化氢,环化生成环氧氯丙烷。碱液一般用氢氧化钙或氢氧化钠配制成一定浓度的碱液。通常保持碱适当过量,以保证环化完全。但若碱过量太多,将促进环氧氯丙烷水解而生成甘油,降低产率。环化时间过短,二氯丙醇转化率较低;若环化时间过长,会导致环氧氯丙烷水解成甘油。因此,环化时应尽量使生成的环氧氯丙烷及时分离出来,以免发生过多的副反应,影响环氧氯丙烷的收率。此外,二氯丙醇和碱液的摩尔比,反应温度、反应时间、原料配比、无机盐的存在都是影响二氯丙醇环化反应及收率的重要因素。在生产过程中,要根据实际要求控制这些影响因素,必要时由正交试验和单因素试验确定主要因素对环化收率的影响。

2.3.3 优势

甘油法借助专有的催化剂,通过甘油与氯化氢反应,用一步法制取中间体二氯丙醇,无需氯气。具有原料资源丰富、工艺流程短、投资少、无需昂贵的催化剂、生产成本较低、反应条件温和、操作安全可靠等特点,并且,由该工艺产生的氯化副产物量极少,减少了能源消耗量和废水量。

随着能源供需形势越来越紧张,目前作为新型可替代能源的生物柴油的应用在世界各地逐渐升温。随着生物柴油产业的快速发展,在世界范围内甘油供应严重过剩,因此,寻求甘油利用的新途径已受到全球的普遍关注。环氧氯丙烷市场需求量的增加,促使甘油法生产环氧氯丙烷的工艺迅速发展。

3 甘油法环氧氯丙烷工艺研究进展

目前,甘油法制备环氧氯丙烷的技术已经比较成熟,其生产工艺分为连续法和间歇法两种。国内以甘油制备环氧氯丙烷的技术集中在催化剂的研究、清洁生产、反应器的改进、反应过程除水技术等方面。下面主要对生产用催化剂及其除水技术进行介绍。

3.1 催化剂

江西省化工研究所辜高龙采用自制的催化剂和添加剂在连续滴加甘油与盐酸混合料的同时蒸出二氯丙醇和水,使反应向产物方向进行。考察了不同条件对环氧氯丙烷产品收率的影响,当甘油氯化反应温度为115 ℃,回流比为1∶3,环氧化反应温度为90 ℃,反应时间为15 min时,环氧氯丙烷总收率为84.6%,产品质量分数≥99.5%[3]

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在甘油法生产环氧氯丙烷过程中,催化剂的种类对环氧氯丙烷的收率具有直接的影响。

我在文身店游逛,看墙上挂着的艺术品,欣赏这些画面。我突然意识到,唯一有艺术家的是友好派,无私派则把艺术视作不着边际的东西,因为欣赏艺术的时间可以用来帮助他人。也正是这个原因,我只能在教科书中看到这些艺术品,在现实中却从未踏人艺术展厅。空气中飘散着温馨亲切的气息,我沉浸于其中不能自拔。我用手指轻轻滑过墙壁,一面墙上一幅有鹰的画作闯人我的眼帘,这鹰似曾相识,好像在托莉脖子后面也文着相同的一只。在鹰的下方挂着一幅展翅飞翔的飞鸟素描。

可再生、可循环使用的新型催化剂已成为研究的热点,同时,温度、搅拌方式及反应时间等影响环氧氯丙烷收率的因素也在研究之列。

战风涛用自制的新型催化剂以甘油为原料催化合成环氧氯丙烷,氯化反应的催化活性及选择性高,在反应介质中稳定,回收再生方便,可重复使用。在反应温度110 ℃、催化剂用量为甘油质量5%时,二氯丙醇的收率可达98%。

常州大学单玉华教授开发了甘油法环氧氯丙烷技术,其生产工艺采用了管道氯化法专利技术及特制催化剂,反应时间短,产品收率高,操作方便,能耗低,工艺稳定。该工艺实现了副产物资源化利用,达到了节能减排、清洁生产的目的,用该技术取代传统的高污染的丙烯法极具经济效益和社会效益。

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河北联合大学对甘油法环氧氯丙烷催化体系进行了研究和筛选,研究发现己二酸和乙腈的复配催化体系比己二酸的催化体系收率提高了5.47%,己二酸和乙酸酐的复配催化体系比己二酸的催化体系收率提高了2.8%。考虑到乙腈自身的危害,最终确定己二酸和乙酸酐的复配酸作为反应的催化剂,并通过单因素试验确定了氯化阶段的最优工艺条件,使二氯丙醇的收率达到69.5%,甘油的转化率达到99.77%[6]

(3)中小学建立完善的监督管理机制对加强学校财务的内部控制至关重要。完善的财务监督管理机制应包括人员的监督和部门的监督两个方面。人员的监督要求学校财务岗位均配备合适的工作人员,岗位责任明确,保证不相容的岗位分离,并且各个岗位之间形成监督与被监督的关系,使中小学的财务状况透明,以降低学校财务管理的风险。而部门监督方面,不仅仅局限于财务相关部门之间的监督,更应加强非财务部门与财务部门之间的监督,非财务部门要对财务部门有关费用的审批、报销等程序的严密性及合理性进行监督。另外,财务管理部门也应对其他各个非财务部门的各项费用及项目支出是否合理进行分析,以保证学校内控制度的合理有效运行。

广西田东锦盛化工有限公司张新合等通过改变催化剂为二元羧酸,解决了醋酸带来的转化率低、 沸点低、 会同二氯丙醇一同蒸出、 进入皂化废水、 重组分回收难等一系列问题[7]

江苏工业学院张跃研究了在鼓泡式反应柱中催化剂对生物甘油催化氯化制备二氯丙醇的影响[2]。考察了乙酸、丙酸、丙二酸、己二酸、γ-丁内酯为催化剂以及分别与氯乙酸组成复合催化剂时,反应温度、催化剂量、原料浓度对二氯丙醇收率的影响。研究结果表明: 以丙酸和氯乙酸组成的复合催化剂总量为甘油的3%,反应温度110 ℃,原料甘油纯度40%以上,氯化反应15 h后,二氯丙醇收率达92.2%。

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欧阳华勇以甘油和氯化氢为原料制备环氧氯丙烷。以己二酸为催化剂,生成的二氯丙醇和NaOH反应。氯化温度为120 ℃,氯化氢通气量为326.4 mL/min,反应时间20 h,催化剂与甘油的摩尔比为16∶100;环化反应采用1.9 mol/L NaOH,反应温度30 ℃,环氧氯丙烷收率达到91.79%[5]

3.2 除水技术

在氯化反应除水研究方面,早在20世纪三四十年代,美国Dow 公司申请了两种专利。US 2144612 通过加入一些惰性溶剂在合适的反应温度下运用蒸馏除去反应产生的水,最终得到不含水的二氯丙醇。US 2198600选取一种有机溶剂,将反应生成的二氯丙醇从反应体系中不断提取出来。但这两种方法在工业上都不能实现连续的操作生产,并且残留的溶剂还增加了产品纯化精制的难度,使反应成本增大。

在2005年,比利时Solvay公司用液体盐酸作为氯化剂,并通过精馏塔在反应的同时将生成的二氯丙醇从塔顶蒸出,得到产品。但该方案引入了盐酸中的水,从而使得反应速率大为减慢。

意大利E.Santacesaria等人申请了专利并强调了甘油氯化反应除水的必要性,该专利将氯化氢气体通入反应体系中,将反应产生的水和二氯丙醇用水蒸气汽提的方法从反应体系中分离出来,但这种方法仍消耗大量热能,增加成本。

财务公司在产业链金融监督管理中的工作量与工作难度都相对较大,财务公司需要完善现有的监管方法来提高监督力度。财务公司的监督管理工作需要贯穿与企业集团相关的整条产业链中,同时确定监督管理的重点,财务公司需要合理使用内部控制来及时检查各企业的运营情况以及金融服务的开展情况,有助于及时发现各个环节潜在的问题并进行及时处理。财务公司自身的监督管理能力有限,企业集团和产业链上下游企业需要共同参与到监管工作当中,明确各企业在监管工作中的责任和监督任务,同时各企业能够相互制约而保证监管工作的有效性,确保整条产业链都处理良好的运行状态的同时能够控制产业链金融服务的整体质量。

广西田东锦盛化工有限公司张新合等通过提高反应釜的压力,大大加快反应速度,缩短反应时间,使反应过程中不断靠反应热蒸出反应生成的水,促进甘油转化生成丙二醇[7]。该法仍消耗大量热能,增加成本。

新型除水剂、除水装置以及同步除水技术也在研究之中,此举的目的是尽可能减少副反应的发生,以求获得最大的经济效益。目前人们较常使用的是连续除水装置,但选用合适的除水剂才是提高反应产物收率的关键,其中,分子筛、无水氯化钙、无水硫酸镁、无水硫酸钠等是较常用的除水剂。但除水剂在除水的同时会产生吸附作用,造成产物后续提纯困难。探寻新型除水剂将成为研究的热点。

该院深入研究理论内涵,全面梳理关键环节,结合医院实际和住培工作特点进行本地化创新:对顶层设计(Top-Down Design)、系统论、全面质量管理的相关理论及方法进行系统研究和文献复习,在深入调研的基础上,结合住培工作特点与实际,应用系统分析法和鱼骨图对住培关键要素、节点及可能存在的薄弱环节进行全面梳理,通过管理创新和Delphi专家咨询法,制定出住培顶层设计模型框架及具体实施方案,并与既往工作基础进行对接,确保前后衔接理顺、无断点和扭结点。

4 结语

目前,中国约占世界环氧氯丙烷市场份额的29%。利用生物柴油副产物甘油为原料生产环氧氯丙烷,既能减少对石油的依赖,又能促进生物质能源产业的顺利发展,具有重大的经济和社会价值。随着世界经济发展步伐趋缓,世界环氧氯丙烷需求将告别迅猛增长的势头,短期内将保持低速缓慢增长甚至存在轻量萎缩的可能,但长期来看仍将存在较高的增长速度,预计到2020年,世界环氧氯丙烷的年需求量将突破200万t[8]

参考文献

[1] 高军,李坤坤,张君涛,等. 甘油法合成环氧氯丙烷的研究进展[J].化学与生物工程,2008(11):1-3.

[2] 张跃,毛斌,刘建武,等.生物甘油法制备二氯丙醇催化剂的研究[J].化工新型材料,2009,37(4):89-91.

[3] 辜高龙.以甘油和工业盐酸为原料合成环氧氯丙烷新工艺[J].精细化工中间体,2008(4):49-52.

[4] 赵学娟,柏子龙.甘油法制备环氧氯丙烷中间体二氯丙醇催化剂的研究[J]. 精细化工中间体,2008(1):34-36.

[5] 欧阳华勇,凌岫泉.以丙三醇和氯化氢为原料制备环氧氯丙烷的工艺研究[J].化学工业与工程技术,2009,30(6):4-7.

[6] 张杰.甘油合成环氧氯丙烷催化剂筛选与工艺条件的确定[D].河北联合大学,2014.

[7] 张新合,卢兴玉,谭化平,等.甘油法环氧氯丙烷生产技术进步,山东化工[J].2015,44(15):125-128.

[8] 屈叶青.环氧氯丙烷的生产技术及国内外市场分析[J].石油化工技术与经济,2015(4):26-30.

 
魏晓芸,冯海潇,周先锋,赵娟,刘文强
《氯碱工业》 2018年第02期
《氯碱工业》2018年第02期文献

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