基本信息
- 項目名稱：
- 三羥甲基丙烷油酸酯的可持續(xù)生產(chǎn)工藝
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 用硫酸作催化劑合成三羥甲基丙烷油酸酯（TMPTO），有諸多缺點，不能滿足可持續(xù)發(fā)展的要求。本項目通過對多種固體催化劑的篩選、優(yōu)化反應條件，開發(fā)一種用新型固體催化劑取代硫酸進行酯化的工藝，并進行了中試試驗。該工藝具有不腐蝕設(shè)備、后處理簡單、不產(chǎn)生環(huán)境污染、產(chǎn)品質(zhì)量高、催化劑可重復使用等優(yōu)點。與濃硫酸工藝相比，新工藝每噸產(chǎn)品的成本將降低208元以上，單位時間的產(chǎn)量將增大36% 。
- 詳細介紹：
- 三羥甲基丙烷油酸酯（TMPTO）具有良好的熱穩(wěn)定性，生物降解率高，是一種綠色潤滑劑，可以用作化纖油劑的潤滑劑和潤滑油的基礎(chǔ)油。目前TMPTO的生產(chǎn)一般采用硫酸作催化劑，該工藝副反應多，容易造成設(shè)備腐蝕，后處理繁瑣、污染環(huán)境。因此，尋找替代催化劑，改進工藝，是各生產(chǎn)廠家的目標。 本項目通過對多種固體催化劑的篩選、優(yōu)化反應條件，開發(fā)一種用新型固體催化劑取代硫酸進行酯化的工藝，并進行了中試試驗。該催化劑和其它催化劑相比具有以下優(yōu)勢：催化選擇性高；不腐蝕設(shè)備；具有極強的耐水和耐堿性，在高溫、堿性水蒸氣條件下長時間催化應用對催化劑活性影響不明顯；易與反應體系分離，催化過程中節(jié)約水資源，不產(chǎn)生環(huán)境污染，催化劑可重復使用。從而大大縮短了生產(chǎn)周期，降低了成本。 優(yōu)化條件下新工藝的酯化率達到95%以上，產(chǎn)品酸值在0.5mgKOH/g以下，并通過紅外分析證實所得到的產(chǎn)品不含羥基峰。與濃硫酸工藝相比，新工藝每噸產(chǎn)品的成本將降低至少208元，單位時間的產(chǎn)量將增大36% 。 本項目工藝簡單，操作簡便，各大、中、小型企業(yè)均可投資生產(chǎn)，也適用于對廠家現(xiàn)有硫酸工藝進行改進。如果能大規(guī)模推廣將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 隨著工業(yè)的發(fā)展，很多機械對潤滑油的要求越來越苛刻，在一些持續(xù)高溫、低溫條件下，以礦物油為基礎(chǔ)油的潤滑劑已不能滿足要求，再加上生物降解、可再生資源等社會發(fā)展的必然要求，以化學原料合成的產(chǎn)物作為潤滑油的應用已逐漸增加。 TMPTO雖然在使用中是一種綠色潤滑油，但目前它的生產(chǎn)并不滿足可持續(xù)發(fā)展的要求。固體催化劑催化反應具有后處理簡單、不污染環(huán)境的特點，本作品的目的就是尋找一種固體催化劑，進而開發(fā)一種新工藝，使TMPTO成為一種從生產(chǎn)到使用都“綠色”的產(chǎn)品。 基本思路：篩選催化劑→確定最佳反應條件→實驗室放大→工廠中試→試生產(chǎn)→正式生產(chǎn)。 本作品的創(chuàng)新點在于率先實現(xiàn)了固體催化劑在合成酯上的工業(yè)應用，開發(fā)出一種低成本、低能耗的合成酯生產(chǎn)方法。 技術(shù)關(guān)鍵： 1.固體催化劑的篩選；2.原料配比的確定；3.催化劑用量的確定；4.反應溫度和反應時間的確定；5.催化劑重復使用次數(shù)；6.產(chǎn)品后處理方法確定。 主要技術(shù)指標為： 1.酯化率達到95%以上；2.產(chǎn)物酸值降到2mgKOH/g以下；3.收率達到90%以上；4.用紅外光譜分析羥基的含量。
科學性、先進性
- 合成TMPTO的主要方法有酯交換法和直接酯化法。 酯交換法主要包括酸催化法、堿催化法、生物酶催化法、超臨界法。在這些方法中，前兩種使用強酸和強堿作催化劑，對設(shè)備腐蝕嚴重，污染環(huán)境；后兩種方法成本高，不宜于工業(yè)生產(chǎn)。 目前采用固體催化劑代替硫酸進行直接酯化是研究的熱點，劉范嘉等采用ZnO作催化劑，王偉松在專利《三羥甲基丙烷油酸酯的合成方法》中用金屬氧化物和二元酸添加劑為催化劑，王素琴等用SnCl2?2H2O 作催化劑，但ZnO、SnCl2?2H2O和金屬氧化物可以與油酸反應生成油酸皂，在反應器中產(chǎn)生一定量泡沫，給產(chǎn)品的分離純化帶來困難。同時，由于皂的引入產(chǎn)品的破乳性很難達到要求。 目前還未見強酸性陽離子交換樹脂、固體超強酸、雜多酸等在TMPTO合成中應用的報道，這三者表面為惰性，不與油酸反應，催化活性適中，克服了前述幾種固體催化劑的缺點，是合成TMPTO理想的催化劑。其中固體超強酸具有價格適中、不含氧化性、溫度使用范圍廣等優(yōu)點，最為適合做合成TMPTO的催化劑。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利轉(zhuǎn)讓，合作生產(chǎn)，技術(shù)服務
作品可展示的形式
- 產(chǎn)品實物展示、工藝展板展示
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 技術(shù)特點和優(yōu)勢： 1.后處理簡單，催化劑用過濾的方法除去，可減少汽提除殘酸的時間，減少能耗，降低生產(chǎn)成本和生產(chǎn)周期。 2.固體催化劑不腐蝕設(shè)備，可減少投資及維護費用，催化劑可以重復利用。 3.生產(chǎn)工藝簡單，對操作要求低，產(chǎn)品穩(wěn)定。 根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，我國2010年度潤滑油消耗為820萬噸，與2009年同比增長12%，但是經(jīng)過調(diào)查目前綠色潤滑油僅占市場份額的3%，絕大多數(shù)采用濃硫酸和強堿等做催化劑將石油裂解生產(chǎn)加工潤滑油，生產(chǎn)的同時帶來了大量的有害物質(zhì)。傳統(tǒng)的潤滑油沒有考慮到環(huán)保健康因素，并且在潤滑油生產(chǎn)過程中消耗過多的電能、人力，花費較長的時間。 本工藝充分考慮到以上因素，做到低毒性、低污染，并且節(jié)省大量能源和人力，體現(xiàn)了低碳環(huán)保的意識，必將在國內(nèi)同行業(yè)中處于領(lǐng)先地位。 由于國內(nèi)綠色潤滑油的生產(chǎn)起步晚，市場發(fā)展空間巨大，隨著汽車，航天等制造業(yè)的迅速發(fā)展，我國將逐步增大對既環(huán)保又高效的潤滑油生產(chǎn)的投入，該項目面臨的市場空間巨大。
同類課題研究水平概述
- Gryglewicz S [1]等研究了酯交換法合成TMPTO工藝，采用油酸甲酯在堿(如CH3ONa等)的作用下與三羥甲基丙烷反應，未反應的油酸甲酯采用減壓蒸餾的方式除去。此工藝雖然酯化比較完全，產(chǎn)品后處理比較簡單，但反應時間過長，同時由于加入堿性物質(zhì)不可避免地有油酸皂生成，影響產(chǎn)品的破乳性。 劉范嘉等[2]采用ZnO作催化劑，但ZnO可以與油酸反應生成油酸鋅，在反應瓶中產(chǎn)生一定量的泡沫，給產(chǎn)品的分離純化帶來困難。 王偉松[3]在專利《三羥甲基丙烷油酸酯的合成方法》中用固體氧化物和二元酸添加劑為催化劑。 王素琴等[4]用惰性的SnCl2?2H2O 作催化劑，但我們實驗后發(fā)現(xiàn)這種方法也能生成皂。 由于催化劑問題沒有解決，以上工藝都沒有實現(xiàn)工業(yè)化。 分子篩具有疏水性，使得酯化反應的平衡常數(shù)增大，從而提高酯化反應轉(zhuǎn)化率。但存在容易積碳失活，需要活化再生等問題。分子篩要實現(xiàn)工業(yè)應用，還需根據(jù)不同的反應體系對分子篩的酸量和酸強度進行調(diào)節(jié)。 雜多酸催化劑具有強Br?nsted酸性、來源豐富、后處理方便等優(yōu)點，但其在酸度均勻化，負載牢固化(不易溶脫)方面的研究有待深入。 固體超強酸因其具有強酸性和固體催化劑的特點，倍受研究者重視。目前固體超強酸在國內(nèi)已實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。 陽離子交換樹脂類催化劑反應條件溫和，副產(chǎn)物少，可循環(huán)使用，便于連續(xù)化生產(chǎn)，對設(shè)備無腐蝕。但由于使用溫度較低其應用受到局限。 參考文獻 [1]Gryglewicz S, PiechockiW, Gryglewicz G. Preparation of polyol esters based on vegetable and animal fats[J].Bioresource Technolo2gy,2003,87:35～39 [2] 劉范嘉,徐群,馬文輝.三羥甲基丙烷油酸酯的合成研究[J].齊齊哈爾大學學報.2003,19(4):20-23. [3] 王偉松.三羥甲基丙烷油酸酯的合成方法[P].CN: 1379014.2002 [4] 王素琴,張?zhí)┿?廖德仲.制備綠色潤滑油三羥甲基丙烷酯的催化酯化新工藝[J].精細化工中間體.2006,12(3):41-43
