一种用于以间苯二酚与碳酸二甲酯为原料合成间苯二甲醚的催化剂的制备方法及应用与流程

1.本发明属于化工催化剂技术领域，具体涉及一种用于甲基化反应的催化剂，更具体地涉及一种用于以间苯二酚与碳酸二甲酯为原料合成间苯二甲醚的催化剂的制备方法及应用。


背景技术：

2.间苯二甲醚用作萘类染料及涂料和塑料的中间体，也用作肥皂、洗涤剂和油膏的香料；也可用作医药中间体；1,3-二甲氧基苯也是合成杀螨剂苯螨特的中间体，还可用于制备紫外吸收剂uv-9。该品是我国gb2760-86规定允许使用的食用香料。
3.目前，工业上主要生产方法是间苯二酚与碱反应得到酚钠，其后再与硫酸二甲酯发生取代反应得到产品间苯二甲醚。该路线的反应条件较为温和，不需要催化剂；但是原料硫酸二甲酯为高毒物，安全隐患大，严重腐蚀反应设备，生产过程中产生大量的含酚、含盐废水和废固，污染比较严重，处理成本较高。随着国家对生态环境的重视，环保要求不断升级，企业面临关停风险，严重影响下游相关产业的健康发展。
4.传统的间苯二甲醚生产工艺是硫酸二甲酯工艺和甲醇硫酸工艺，硫酸二甲酯工艺如图1所示，甲醇硫酸工艺如图2所示，硫酸二甲酯的生产过程不使用催化剂，技术含量较低；生产步骤较多，中间有分液过程，生产效率低；过程会产生大量废水和无机固废，受环保政策限制较大。甲醇硫酸工艺也同样存在相应的问题，除此之外硫酸属于强酸，易腐蚀设备，造成安全隐患，加大设备投资成本。


技术实现要素：

5.为克服现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种用于以间苯二酚与碳酸二甲酯为原料合成间苯二甲醚的催化剂的制备方法及应用，该催化剂活性高，可以催化间苯二酚和碳酸二甲酯反应合成间苯二甲醚，转化率高，纯度高，收率高，反应时间快，无污染，已成功实现了工业化应用。
6.为实现上述目的，本发明通过下述技术方案来实现：
7.一种以间苯二酚与碳酸二甲酯为原料合成间苯二甲醚的催化剂，包括主成分和抗氧化剂；其中，抗氧化剂为主成分的质量的5-15％；主成分按质量百分比计包括：活性组分50-85％与助剂15-50％。
8.所述活性组分为金属卤化物和金属硝酸盐。
9.金属卤化物为licl、baf2、agcl与kf中的一种或几种。
10.金属硝酸盐pt(no3)2、pd(no3)2、fe(no3)3与al(no3)3的一种或几种。
11.所述助剂为rb2co3、baco3、cs2co3与k2co3中的一种或几种。
12.所述的抗氧化剂为抗氧化剂264、抗氧化剂330、抗氧化剂1010与抗氧化剂1076中的一种或几种。
13.一种以间苯二酚与碳酸二甲酯为原料合成间苯二甲醚的催化剂的制备方法，包括以下步骤：
14.称取主成分和抗氧化剂；其中，抗氧化剂为主成分的质量的5-15％；主成分按质量百分比计包括：活性组分50-85％与助剂15-50％；
15.将活性组分、助剂和抗氧化剂混合均匀，得到以间苯二酚与碳酸二甲酯为原料合成间苯二甲醚的催化剂。
16.一种如上所述的催化剂在以间苯二酚与碳酸二甲酯为原料合成间苯二甲醚中的应用，将间苯二酚和碳酸二甲酯按照摩尔比为1：(2.0-3.0)混合，然后加入催化剂，在2-7mpa下，于150-350℃进行反应2-8h，得到间苯二甲醚。
17.进一步的，催化剂的用量为间苯二酚的质量的0.1-5.0％。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
19.本发明以活性组分、助剂和抗氧化剂为原料，复合催化剂制备过程简单，催化剂成本较低，固体催化剂易与产品分离，催化活性高，产品收率高，能用于催化间苯二酚和碳酸二甲酯反应生成间苯二甲醚，工艺绿色高效，无污染，已成功实现了工业化应用。
20.本发明中的间苯二酚和碳酸二甲酯在催化剂作用下反应生成反应液，经过滤后，进入精馏塔进行精馏，最终得到高纯度的间苯二甲醚产品。工艺简单，适合连续化生产，有利于自动化操作，同时工艺过程不产生废水和无机废固，适合绿色化工发展方向。催化剂的作用机理为：间苯二酚在催化剂作用下离去h原子，生成间苯二酚负离子；然后氧负离子进攻碳酸二甲酯的o—ch3键，继而该键断裂，最终生成间甲氧基苯酚负离子，同时ch3cooo-会分解成二氧化碳和甲醇负离子，甲醇负离子最后再通过催化剂得到氢原子，生成甲醇。间甲氧基苯酚负离子也是同样步骤和碳酸二甲酯反应，最终生成间苯二甲醚，副产二氧化碳和甲醇。本发明的催化剂作用方式新颖，相对于硫酸二甲酯工艺体现出明显的技术进步。此催化剂的应用将革命传统的间苯二甲醚生产方式，明显提升效率。
附图说明
21.图1为间苯二甲醚的硫酸二甲酯生产工艺流程图；
22.图2为间苯二甲醚的硫酸甲醇生产工艺流程图；
23.图3为本发明的间苯二甲醚的碳酸二甲酯生产工艺流程图；
24.图4为本发明的间苯二酚与碳酸二甲酯在催化剂作用下的反应机理。
具体实施方式
25.下面给出具体实施例来进一步说明本发明。
26.由于碳酸二甲酯是一种低污染、环境友好的新兴绿色化工原料，其作为甲基化试剂与间苯二酚反应合成间苯二甲醚的过程，生产过程中不产生废水；避免了氢氧化钠的使用；避免了设备腐蚀，节约了生产成本，属于环保低碳生产工艺，符合原子经济性，对环境无害、无毒、无污染，所以本发明以碳酸二甲酯为原料。
27.本发明提供一种以间苯二酚与碳酸二甲酯为原料合成间苯二甲醚的催化剂，该催化剂含有下述质量百分比的组分：活性组分50-85％；助剂15-50％；另外再加入活性组分与助剂的总的质量的5-15％的抗氧化剂，助剂的种类和用量会影响活性组分的催化效能的挥
发；抗氧化剂没有催化功效，主要是避免催化剂长时间暴露在空气里导致助剂和活性组分被氧化而影响催化效能。
28.所述活性组分包括金属卤化物和金属硝酸盐；金属卤化物为licl、baf2、agcl与kf中的一种或几种；金属硝酸盐为pt(no3)2、pd(no3)2、fe(no3)3与al(no3)3的一种或几种；
29.所述助剂为金属碳酸盐rb2co3、baco3、cs2co3与k2co3中的一种或几种。
30.所述的抗氧化剂为抗氧化剂264、抗氧化剂330、抗氧化剂1010与抗氧化剂1076中的一种或几种。
31.相应地，本发明进而给出了以间苯二酚与碳酸二甲酯为原料合成间苯二甲醚的催化剂的制备方法，包括以下步骤：
32.1)根据催化剂组成比例，称取一定量活性组分(金属卤化物和金属硝酸盐)，与助剂(金属碳酸盐)，各组分的用量使最终的活性组分质量百分比占催化剂的质量为50-85％，助剂质量百分比占催化剂的质量为15-50％，再称取活性组分与助剂的总质量的百分比为5％-15％的抗氧化剂。
33.2)在室温条件下，将四种组分(活性组分、助剂、抗氧化剂)机械混合，搅拌速度为40-80r/min，搅拌时间为1.0～3.0h。
34.3)将混合均匀的催化剂装桶，备用。
35.本发明中，金属硝酸盐的金属阳离子可以在高温条件下与间甲氧基苯酚负离子和间苯二酚负离子形成配体，然后整体与碳酸二甲酯分子碰撞接触，最终形成中间产物和最终产物。如此循环直到原料反应结束。
36.本发明还给出了一种上述催化剂在以间苯二酚与碳酸二甲酯为原料合成间苯二甲醚中的工业化应用，间苯二甲醚生产线规模为800吨/年，单个反应釜体积为2.5m3。将间苯二酚和碳酸二甲酯按照摩尔比为1：(2.0-3.0)比例混合，将催化剂在进行甲基化反应时投加摩尔百分比为间苯二酚量的0.1-5.0wt％，搅拌速率为50-200r/min，反应温度为150-350℃，反应压力为2-7mpa，反应时间为2-8h。反应混合液经精馏提纯，得到所需间苯二甲醚。
37.经使用本发明复合催化剂后，使得以间苯二酚与碳酸二甲酯为原料合成间苯二甲醚工业化应用中，间苯二甲醚收率大于80％，纯度大于98.0％。在实施例6的最佳合成条件下，间苯二甲醚收率大于90％，纯度大于99.9％。
38.下面为具体实施例。
39.实施例1
40.按照质量百分比计，将14％baf2、20％kf、33％pt(no3)2与33％rb2co3用于制备主催化剂，称取主催化剂质量8％的抗氧化剂264，将相应的五种组分加入到固体混合装置中，在室温条件下，搅拌速度为60r/min，搅拌时间为0.75h，得到催化剂，将混合好的催化剂装桶，备用。
41.在2.5m3的反应釜中，将间苯二酚和碳酸二甲酯按照摩尔比为1：3，在催化剂上进行甲基化反应，催化剂用量为间苯二酚的1.1wt.％，搅拌速率为80r/min，反应温度为170℃，反应压力为3.5mpa，反应时间为5h。反应结束后，将混合液精馏提纯，间苯二甲醚收率为81.0％，纯度大于98.0％。
42.实施例2
43.按照质量百分比计，将30％kf、20％pt(no3)2、10％pd(no3)2、30％cs2co3、10％baco3用于制备主催化剂，称取主催化剂质量分数为10％抗氧化剂330，，将相应的六种组分加入到固体混合装置中，在室温条件下，搅拌速度为60r/min，搅拌时间为0.75h。将混合好的复合催化剂装桶，备用。
44.在2.5m3的反应釜中，将间苯二酚和碳酸二甲酯按照摩尔比为1：3，在复合催化剂上进行甲基化反应，催化剂用量为间苯二酚的2.0wt.％，搅拌速率为100r/min，反应温度为200℃，反应压力为4mpa，反应时间为5h。反应结束后，将混合液精馏提纯，间苯二甲醚收率为93.9％，纯度大于98.3％。
45.实施例3
46.按照质量百分比计，将20％licl、10％pd(no3)2、50％pt(no3)2、10％rb2co3、10％cs2co3用于制备主催化剂，称取主催化剂质量分数为8％抗氧化剂1010，将相应的六种组分加入到固体混合装置中，在室温条件下，搅拌速度为60r/min，搅拌时间为0.75h。将混合好的复合催化剂装桶，备用。
47.在2.5m3的反应釜中，将间苯二酚和碳酸二甲酯按照摩尔比为1：2.8，在复合催化剂上进行甲基化反应，催化剂用量为间苯二酚的2wt.％，搅拌速率为100r/min，反应温度为250℃，反应压力为5mpa，反应时间为2h。反应结束后，将混合液精馏提纯，间苯二甲醚收率为91.5％，纯度大于98.6％。
48.实施例4
49.按照质量百分比计，将25％baf2、25％al(no3)3、50％k2co3用于制备主催化剂，称取主催化剂质量分数为15％抗氧化剂1010，将相应的四种组分加入到固体混合装置中，在室温条件下，搅拌速度为60r/min，搅拌时间为0.75h。将混合好的复合催化剂装桶，备用。
50.在2.5m3的反应釜中，将间苯二酚和碳酸二甲酯按照摩尔比为1：2.6，在复合催化剂上进行甲基化反应，催化剂用量为间苯二酚的1.0wt.％，搅拌速率为90r/min，反应温度为280℃，反应压力为6mpa，反应时间为3h。反应结束后，将混合液精馏提纯，间苯二甲醚收率为90.0％，纯度大于98.8％。
51.实施例5
52.按照质量百分比计，将35％agcl、50％fe(no3)3、15％rb2co3用于制备主催化剂，称取主催化剂质量分数为5％抗氧化剂264，将相应的四种组分加入到固体混合装置中，在室温条件下，搅拌速度为60r/min，搅拌时间为0.75h。将混合好的复合催化剂装桶，备用。
53.在2.5m3的反应釜中，将间苯二酚和碳酸二甲酯按照摩尔比为1：2.8，在复合催化剂上进行甲基化反应，催化剂用量为间苯二酚的1.5wt.％，搅拌速率为160r/min，反应温度为230℃，反应压力为5mpa，反应时间为5h。反应结束后，将混合液精馏提纯，间苯二甲醚收率为85.7％，纯度大于98.4％。
54.实施例6
55.按照质量百分比计，将60％kf、15％pd(no3)2、25％cs2co3用于制备主催化剂，称取主催化剂质量分数为15％抗氧化剂1010，将相应的四种组分加入到固体混合装置中，在室温条件下，搅拌速度为60r/min，搅拌时间为0.75h。将混合好的复合催化剂装桶，备用。
56.在2.5m3的反应釜中，将间苯二酚和碳酸二甲酯按照摩尔比为1：2.5，在复合催化剂上进行甲基化反应，催化剂用量为间苯二酚的1.1wt.％，搅拌速率为160r/min，反应温度
为300℃，反应压力为7mpa，反应时间为4h。反应结束后，将混合液精馏提纯，间苯二甲醚收率为94.8％，纯度大于99.9％。
57.实施例7
58.按照质量百分比计，将55％kf、30％fe(no3)3、15％cs2co3用于制备主催化剂，称取主催化剂质量分数为8％抗氧化剂330，将相应的四种组分加入到固体混合装置中，在室温条件下，搅拌速度为60r/min，搅拌时间为0.75h。将混合好的复合催化剂装桶，备用。
59.在2.5m3的反应釜中，将间苯二酚和碳酸二甲酯按照摩尔比为1：2.4，在复合催化剂上进行甲基化反应，催化剂用量为间苯二酚的0.7wt.％，搅拌速率为120r/min，反应温度为230℃，反应压力为5mpa，反应时间为6h。反应结束后，将混合液精馏提纯，间苯二甲醚收率为95.9％，纯度大于99.5％。
60.实施例8
61.按照催化剂摩尔组成，将60％kf、10％licl、15％pd(no3)2、15％k2co3用于制备主催化剂，称取主催化剂质量分数为10％抗氧化剂330，将相应的五种组分加入到固体混合装置中，在室温条件下，搅拌速度为60r/min，搅拌时间为0.75h。将混合好的复合催化剂装桶，备用。
62.在2.5m3的反应釜中，将间苯二酚和碳酸二甲酯按照摩尔比为1：2.2，在复合催化剂上进行甲基化反应，催化剂用量为间苯二酚的2wt.％，搅拌速率为200r/min，反应温度为280℃，反应压力为6mpa，反应时间为4h。反应结束后，将混合液精馏提纯，间苯二甲醚收率为92.8％，纯度大于98.0％。
63.实施例9
64.按照质量百分比计，称取25％kf、25％agcl、10％pt(no3)2、40％k2co3用于制备主催化剂，称取主催化剂质量分数为15％抗氧化剂1010，将相应的五种组分加入到固体混合装置中，在室温条件下，搅拌速度为60r/min，搅拌时间为1.5h。将混合好的复合催化剂装桶，备用。
65.在2.5m3的反应釜中，将对甲酚和碳酸二甲酯按照摩尔比为1：2.4，在复合催化剂上进行甲基化反应，催化剂用量为间苯二酚的1wt.％，搅拌速率为180r/min，反应温度为180℃，反应压力为3mpa，反应时间为6h。反应结束后，将混合液精馏提纯，间苯二甲醚收率为82.3％，纯度大于98.2％。
66.实施例10
67.按照质量百分比计，称取35％licl、5％kf、15％pd(no3)2、15％pt(no3)2、30％rb2co3用于制备主催化剂，称取主催化剂质量分数为13％抗氧化剂1010，将相应的六种组分加入到固体混合装置中，在室温条件下，搅拌速度为60r/min，搅拌时间为2.0h。将混合好的复合催化剂装桶，备用。
68.在2.5m3的反应釜中，将间苯二酚和碳酸二甲酯按照摩尔比为1：2.5，在复合催化剂上进行甲基化反应，催化剂用量为间苯二酚的3wt.％，搅拌速率为60r/min，反应温度为320℃，反应压力为6mpa，反应时间为7h。反应结束后，将混合液精馏提纯，间苯二甲醚收率为96.3％，纯度大于99.8％。
69.本发明相比工业化的硫酸二甲酯工艺，原料成本低、生产效率高，工艺过程不产生废水，废固排放量极低，能迅速取代现有高污染工艺。800吨/年间苯二甲醚生产线已投入生
产，产品收率大于90％，产品纯度大于99.5％，原料间苯二酚转化率大于99.8％，目前已经稳定连续生产间苯二甲醚100多吨。
70.如图3所示，本发明的碳酸二甲酯工艺简单，间苯二酚和碳酸二甲酯在催化剂作用下反应生成反应液，经过滤后，进入精馏塔进行精馏，最终得到高纯度的间苯二甲醚产品。工艺简单，适合连续化生产，有利于自动化操作，同时工艺过程不产生废水和无机废固，适合绿色化工发展方向。本发明的核心在于催化剂高效，参见图4，催化剂的机理为：间苯二酚在催化剂作用下离去h原子，生成间苯二酚负离子；然后氧负离子进攻碳酸二甲酯的o—ch3键，继而该键断裂，最终生成间甲氧基苯酚负离子，同时ch3cooo-会分解成二氧化碳和甲醇负离子，甲醇负离子最后再通过催化剂得到氢原子，生成甲醇。间甲氧基苯酚负离子也是同样步骤和碳酸二甲酯反应，最终生成间苯二甲醚，副产二氧化碳和甲醇。
71.整体来看，催化剂作用方式新颖，相对于硫酸二甲酯工艺体现出明显的技术进步。此催化剂已经在此催化剂的应用将革命传统的间苯二甲醚生产方式，明显提升效率。
72.本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征做出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。