生产新戊二醇精馏工艺的优化改进

摘要：本文主要介绍歧化甲酸钠法生产新戊二醇的工艺原理和通过实际生产优化工艺条件，改进后处理精馏方案，经过实际检验，新戊二醇实际收率由92%提高到94.5%，纯度由96%提高到98%，生产出的副产物甲酸钠纯度较高，也可作为化工原料来出售，提高了企业经济效益。

关键词：新戊二醇；异丁醛；坎尼扎罗反应；精馏

[Abstract]： This paper mainly introduces the process principle of dismutation of sodium formate method production of neopentyl glycol and optimum process conditions through the actual production，Improved treatment rectification scheme， after the actual test， neopentyl glycol and actual yield increased from 92% to 94.5%， the purity is increased from 96% to 98%， Production of by-product sodium purity is high， can also be sold as a chemical raw materials， improving the economic benefit of the enterprise.

[keyword]： neopentyl glycol； isobutyraldehyde； Cannizzaro reaction distillation；

一、引言

新戊二醇，（Neopentyl glycol 简称 NPG化学名： 2 2-二甲基-1 3-丙二醇分子式： C5H12O2）相对分子量 104. 2。在室温下是无臭的白色晶状薄片固体，低毒，具有吸湿性。新戊二醇（NPG）是重要的有机中间体，其分子结构中存在以中心C原子对称的两个羟基伯醇的特性，使该分子良好的化学反应性能，与分子量较低的二元醇等相比，这两个羟基反应活性更强一些。同时由于结构中存在对―二甲基，在β位置上没有氢原子，使这种醇的衍生物具有良好的耐水性、耐热性和耐光性。这些优良的特质，使新戊二醇广泛应用在饱和聚酯树脂、聚氨类树脂、粉末涂料、合成油和增塑剂的制造中，并且具有具有优异的流动性、柔韧性、化学稳定性、耐候性、抗氯性、热稳定性和耐紫外线照射等性能。

目前国际生产新戊二醇的方法主要有两种，一种是催化加氢法，一种是歧化甲酸钠法。催化加氢法是异丁醛与甲醛催化缩合反应后，主要反应物再经催化加氢还原、减压蒸水、再经真空精馏，获得新戊二醇。加氢工艺虽然有流程短，收率高的优点，但加氢工艺属于危险工艺，也存在着投资大，对外部环境要求高。歧化甲酸钠法此工艺条件要求温和，成本低的优势，所以国内多采用歧化甲酸钠法。此工艺产品中夹带较多副产甲酸钠，对新戊二醇的精制有较高要求，怎样进一步提高精馏能力，增加新戊二醇的收率， 在生产中改进精馏工艺有着很重要的意义。

二、歧化甲酸钠法生产新戊二醇工艺原理

1、在弱碱催化剂作用下，甲醛与异丁醛首先发生羟醛缩合反应，生成2，2-二甲基-2-羟甲基丙醛（HPA）。2、在缩合液中加入滴加碱液，使反应物料处于强碱环境下，与过量甲醛发生坎尼扎罗反应，HPA被还原成新戊二醇。甲醛则被氧化成甲酸。甲酸与过量的碱反应生成甲酸钠。再通过加入甲酸中和过量的碱。3、经过减压蒸发，脱除盐分，主要成品再经过浓缩、精馏、一次脱轻、二次捕集，冷却得成品。4、脱除的甲酸钠通过去离子水清洗，得到较高纯度较高成品，再经过离心的成品，离心出的液体打入母液罐循环利用。

三、歧化甲酸钠法生产新戊二醇工艺流程

（一）缩合、歧化反应

先将3000kg水加入缩合釜中，再将异丁醛、甲醛按照1：2（摩尔比）的配比投入到缩合釜，升温至15～40℃。然后滴加30%的液碱，缩合反应2.0～2.5h后，加入液碱调至pH≥12.0，即发生歧化反应，通过不断滴加碱液保持pH≥12.0的环境，反应2h后，停止加液碱。然后升温至75℃，保持1小时，完成歧化反应；再往反应缩合釜中加甲酸，中和物料中碱至中性（控制Ph=7～8），得到中和缩合液。

（二）蒸发

将中和缩合液排至缩合液储槽，确认列管蒸发器真空度达到0.09MPa以上，缩合液PH值7～8，启动缩合液供料泵，打开转子流量计往列管蒸发器内。开始缓慢向列管蒸发器内通蒸汽，在0.32MPa蒸汽压力条件下使列管蒸发器温度升至80～120℃，高沸点物质甲酸钠从蒸发器底部排出，新戊二醇、水及低沸点物质等，进入一级吸收塔吸收后，新戊二醇（沸点高）及部分水和高沸点物质落入浓缩釜中，大部分水及低沸点物质从塔顶蒸出。

蒸发器底部的饱和甲酸钠溶液经离心去除盐后的母液因含醇量35～50%要循环使用。离心机的物料离干后用去离子水水洗两次，降低含醇≤3%，得到合格副产甲酸钠，包装入库。

（三）精馏

打开浓缩釜放料阀，将釜中的新戊二醇、水及高沸点物质混合液进入到预热釜进行减压蒸发预热，待蒸馏釜真空达到0.09MPa以上时，将预热液抽到精馏釜中，精馏釜的物料进行减压蒸馏。釜温大于160℃时，物料被简单蒸馏后，低沸点物质通过塔顶冷凝器变成液体转化为成品，进入成品预热釜，成品釜温度应控制在130～150℃，温度过高会使新戊二醇顺真空管线跑到捕集器中。打开成品釜放料阀进行刮片，刮下的片状新戊二醇进入包装袋入库。

四、精馏过程的工艺优化

初制 NPG 含有各种杂质，杂质主要是 NPG―异丁酸酯和经基特戊醛的自缩合产物。经基特戊醛的自缩合产物虽然可以通过普通的蒸馏法能与 NPG 分开，NPG-异丁酸酯的沸腾温度与 NPG 的沸点非常接近，后处理阶段就比较困难，经查找有关资料，对和产品的后处理和精馏有多种方法。主要是一、是通过蒸汽汽提法。二是使用溶剂法。在后处理中，目前资料介绍wright 和 Hgaemyeer 在美国专利 USP2895996 中提出，可使经过皂化的初制 NPG 进行一次蒸汽汽提，在此过程中把水流中的 NPG 回收。为了避免 NPG 受碱催化而分解，蒸汽汽提要在减压2～500mmHg和最低温度60～150℃条件下进行。水流包括了汽提器内 60%～93%的含 NPG 蒸气流，它必须通过蒸馏将 NPG 分出，所以这是一种很耗能的方法。有相当数量的 NPG 仍留在蒸汽汽提的余料内，由此使收率也受到损害。

同时也有资料报道后处理改进方法，在缩合液中加入苯与水共沸，蒸出水以后，余下的是新戊二醇和甲酸钠，甲酸钠可以过滤出来，剩下的釜液可以通过加入二甘醇二丁酯的高沸点物质蒸出新戊二醇。

上述两种方案的报道只是经过试验，并未应用到生产中。上述两种论述增加了工艺流程环节，且增多了其他物质的加入，对主要产品物料的分离、提纯都有许多不利的影响。所以它的实用性还有待求证。

本文只介绍实际生产中的应用，就对上述一般工艺改进后实际产品收率和纯度提高做出论述。工艺改进方案如下：

在发生歧化反应时、蒸发过程工艺状况相近，在第三步精馏过程与前面有所改动，介绍如下：

经吸收塔吸收后新戊二醇、少量水及部分高沸点物质先进入蒸发釜，等浓缩釜和蒸发釜中真空度相等时，将釜中的新戊二醇、水及高沸点物质混合液放入浓缩釜，经浓缩的物料先经脱轻釜、脱轻塔脱除一部分低沸点物质（甲醛和少量异丁醛等），釜内真空度应控制在0.07MPa，温度110～120℃。待精馏釜真空达到0.08MPa以上时，将液相物料抽到精馏釜中，而气相部分经过冷凝器冷凝后，再流入浓缩釜。物料进入精馏釜，对物料进行减压蒸馏。当精馏釜的真空度≥0.07MPa，釜温大于160℃时，低沸点物质通过塔顶冷凝器冷凝变成液体转化为成品，进入成品预热釜，打开成品釜放料阀进行刮片，刮下的片状新戊二醇进入包装袋入库。

精馏冷凝器气相组分再经捕集釜再次捕集，捕集到的物料大部分流入浓缩釜，成品罐气相组分流入捕集釜再次捕集冷凝。

五、工艺优化的比较

此两种工艺的主要区别在于：第一种从一次吸收塔出来的主物料经浓缩、预热、精馏、冷凝最后生成产品，冷凝后的气相部分依次经前馏釜、捕集釜冷凝回收到与预热釜后，重新精馏。第二种是经浓缩的主物料先经脱氢釜，脱除轻组分，再将主物料进行精馏，而后得到成品，精馏后的气相部分经捕集釜回收回到浓缩，循环蒸馏。这样的改造，可以有针对的脱除轻、重组分，使成品收率由92%提高到94.5%。

六、新戊二醇的发展前景

新戊二醇（NPG）是重要的有机中间体，是一种带有新戊基结构的二醇，它主要用在饱和聚酯树脂、聚氨类树脂、粉末涂料、合成油和增塑剂的制造中，NPG结合到聚酯类树脂分子链中提供盾形保护，使树脂具有优良的化学稳定性、抗水解性、耐腐蚀性、耐老化性和热稳定性，新戊二醇具有以上的许多特点，因此被广泛应用于汽车、家电、装饰材料等行业，尤其是在粉末涂料领域的应用和发展更为突出。其衍生物广泛用于涂料、汽车、纺织、农药、塑料和石油等领域。

七、结语

新戊二醇首先由上海涂料研究所与上海南大化工厂进行了开发研制，经过几年的技术改进，现在已建成了年产千吨的生产装置。近几年我国涂料工业发展迅速，用于涂料生产的新戊二醇远远不能满足需求。 我国几套大型丁辛醇装置满负荷运行副产异丁醛达15万t/a，而且开发尚在初期阶段。随着新戊二醇应用领域逐渐拓宽和涂料产量的增加国内 NPG 市场消费量还要增大。提高国内 NPG 的产量和质量是必要的。

通过实际生产验证，此工艺改造是确实可行的，达到国内先进水平，具有工艺简化、效率高、成本低等特点，符合国家环境保护的要求。环保、节能等措施落实到位，真正做到清洁生产。有较好的市场需求，发展前景广阔。本项目符合国家产业政策。项目投资构成合理，投资回收期较短，经济效益和社会效益显著，在技术和经济两方面均是可行的。

参考文献

[1]徐寿昌.有机化学，高等教育出版社1993.4（2010重印）ISBN 978-7-04-004138-5

[2]王志魁 刘丽英 刘伟编 化工原理，化学工业出版社（2010.5）ISBN 978-7-122-08095-0

[3]荣惠临.丁辛醇装置副产异丁醛的开发与市场.北京化工，1994，24 （2）： 13～18（2）

[4]吕志果、郭振美等.由异丁醛和甲醛缩合加氢合成新戊二醇的过程研究[J].山东化工，2003（32）：6～8.

[5]王玉.新戊二醇的合成及市场现状[J].医药化工，2006（7）：25～28.

[6]章意坚 陈延蕾 陈新志 吕秀阳.新戊二醇合成与精制工艺的改进化学反应工程与工艺：1001-7631（2006） O2-Ol85-O4

作者简介

作者冯翠红，山东理工大学化工学院本科毕业所学专业化工工程与工艺，现就职于山东省淄博市张店区洪沟路25号山东大成农化有限公司，职称工程师，有着丰富的化工现场生产和管理经验，一直对化工工艺的实践和发展有深入的探索和研究。