生产2-氨基-2-甲基-1-丙醇的连续反应系统及连续化方法与流程

本发明涉及2-氨基-2-甲基-1-丙醇制备，具体而言，涉及一种生产2-氨基-2-甲基-1-丙醇的连续反应系统及连续化方法。

背景技术：

1、2-氨基-2-甲基-1-丙醇又名异丁醇胺，可用于合成许多重要的高附加值精细化学品，以及作为功能试剂改性聚合物材料，广泛应用于医药、涂料、粘合剂、橡胶、个人护理品和胺吸收法捕集二氧化碳等领域。同时，在这些领域的广泛应用促使着其合成工艺的开发。

2、从反应路线来说，目前工业生产中，异丁醇胺的生产主要有以下几种工艺：

3、（1）以丙酮为原料，h2o2为氧化剂，氨水为氨源合成2-硝基丙烷，硝基丙烷和甲醛反应首先制得2-硝基-2-甲基-1-丙醇（nmp），再经加氢反应得到异丁醇胺（amp）；该路线因其所使用的起始原料均为廉价易得的，且反应路线简单直接、中间体稳定易分离，而在异丁醇胺的工业生产中得到广泛应用；

4、（2）以α-氨基异丁酸烷基酯的醇溶液为原料，在贵金属、雷尼镍或铜基催化剂作用下一步氢解还原制备amp；

5、（3）以异丁烯为原料，将异丁烯、氯气通入乙腈中，在酸性条件下反应得到n-[1-(氯甲基)丙基]乙酰氯胺，然后加入水使n-[1-(氯甲基)丙基]乙酰氯胺进行第一次水解反应得到n-[1-(氯甲基)丙基]乙酰胺，n-[1-(氯甲基)丙基]乙酰胺进行第二次水解后得到目标产物amp。

6、然而，基于丙酮为主原料的合成路线，从各步反应分别分析，已报道的合成工艺及设备存在下列一种及以上的缺点：

7、专利申请公开号为cn106045859a的中国专利提供了一种制备2-硝基丙烷的方法，反应中使用丙酮、氨源和双氧水，水作为溶剂，在ts-1钛硅分子筛催化剂的作用下进行反应，但其反应时间为4~10小时，反应时间较长；且反应完毕后体系中生成丙酮肟的选择性为25~50%，可见其中双氧水利用率较低，该反应中有较大部分停留在丙酮肟中间体状态。

8、专利申请公开号为cn108178731a的中国专利提供了一种一锅法制备amp-95的绿色合成方法，该专利采用了在高温状态下直接向丙酮、氨水和催化剂的混合物中滴加双氧水的工艺流程，因为双氧水在高温下会加速其分解速率，加热状态下长时间滴加操作存在一定的操作风险；且反应完毕后经过过滤直接投入碱和原料甲醛，如果体系中的双氧水有剩余，会导致过滤过程中存在风险且甲醛也会被氧化而发生损失。

9、专利申请公开号为cn108976128a的中国专利采用酸性固体催化剂除去甲醛，其流程为：先用酸性净化树脂将体系中的碱脱除，随后采用酸性固体催化剂将甲醛转化为甲缩醛，通过蒸馏除去甲缩醛，再将浓缩液析晶干燥，得到产品固体；此方法虽在除去甲醛方面有效，但需要大量的酸性树脂来中和体系中的碱性，不仅增加了设备成本，而且流程繁琐，导致难以实现工业化生产。

10、因此，为了解决间歇工艺生产2-氨基-2-甲基-1-丙醇存在生产效率和收率较低、催化剂的选择性较差且用量需求大以及甲醛残留较高等问题，亟需开发一种生产2-氨基-2-甲基-1-丙醇的系统及方法。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种生产2-氨基-2-甲基-1-丙醇的连续反应系统及连续化方法，以解决现有技术中间歇工艺生产2-氨基-2-甲基-1-丙醇存在生产效率和收率较低、催化剂的选择性较差且用量需求大以及甲醛残留较高的问题。

2、为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种连续生产2-氨基-2-甲基-1-丙醇的连续反应系统，该连续反应系统包括：第一连续模块、第二连续模块和第三连续模块，第一连续模块包括第一连续反应模块，第一连续反应模块包括第一进口与第一出口，第一进口分别与包括溶液a源、溶液b源的第一原料源相连，第一连续反应模块用于将第一原料依次进行连续肟化反应和连续氧化反应，得到含2-硝基丙烷的第一产物体系，其中，溶液a包括丙酮、氨源和第一溶剂，溶液b包括双氧水和第二溶剂；第二连续模块，包括第二连续反应模块，第二连续反应模块包括第二进口与第二出口，第二进口分别与包括溶液c源、溶液d源、第一出口相连，第二连续反应模块用于将包括溶液c、溶液d和第一产物体系的原料进行连续缩合反应，得到含2-硝基-2-甲基-1-丙醇的第二产物体系，其中，溶液c包括甲醛与第三溶剂，溶液d包括碱性物质与第四溶剂；第三连续模块，包括第三连续反应模块，第三连续反应模块包括第三进口和第三出口，第三进口分别与包括溶液e源和氢气源的原料源相连，溶液e源从第二出口出来后通过第三进口进入第三连续反应模块，第三连续反应模块用于将包括溶液e和氢气的原料进行连续加氢反应，得到含2-氨基-2-甲基-1-丙醇的第三产物体系，其中，溶液e包括第二产物体系与第五溶剂；其中，第一连续反应模块包括：固定床反应装置，其包括m个固定床反应器，每个固定床反应器中设置有n个相互连通的催化单元，1≤m，1≤n，m和n不同时为1，各固定床反应器设置进料口和出料口；各催化单元各自独立地包括相互连通的催化剂床层和物料床层，物料床层介于相邻的两个催化剂床层之间，且各物料床层具有溶液b进口；将溶液b分别从各溶液b进口、固定床反应器的进料口通入至催化单元中，同时向固定床反应器的进料口通入溶液a。

3、进一步地，m个固定床反应器为串联设置，1≤m≤10；和/或，各催化单元中的催化剂床层为串联设置，催化剂床层为分级设置，催化剂床层为1~10级；和/或，各催化单元中的溶液b进口的个数为1~9个。

4、进一步地，3≤m≤6；和/或，催化剂床层为3~6级，各催化单元中的溶液b进口的个数为2~5个。

5、进一步地，第一连续模块还包括第一气液分离模块和第一精馏处理模块，第一气液分离模块和第一精馏处理模块依次设置在第一连续模块与第二连续模块的连接管路上；第一气液分离模块用于对第一产物体系进行第一连续气液分离处理，得到除气后产物体系和气体杂质；第一精馏处理模块用于对除气后产物体系进行第一精馏处理，得到2-硝基丙烷和丙酮肟；和/或，采用夹套控温的方式控制第一连续反应模块的温度，第一连续反应模块的预热温度为30~60℃，第一连续反应模块的保温温度为50~80℃；和/或，第一连续反应模块的压力为0.5~10mpa。

6、进一步地，第二连续模块还包括连续除醛模块和第二精馏处理模块，连续除醛模块和第二精馏处理模块依次设置在第二连续模块与第三连续模块的连接管路上；连续除醛模块用于对第二产物体系进行连续除醛处理，得到除醛后产物体系和气体杂质；第二精馏处理模块用于对除醛后产物体系进行第二精馏处理，得到2-硝基-2-甲基-1-丙醇；和/或，第二连续反应模块为平推流反应器；采用夹套控温的方式控制第二连续反应模块的温度，第二连续反应模块的预热温度为20~50℃，第二连续反应模块的保温温度为20~60℃；和/或，连续除醛模块为固定床除醛塔，固定床除醛塔的塔身、顶端和底顶端依次设置有进料口、顶端出料口和置底端出料口，进料口的个数为1~5个；固定床除醛塔具有相对的第一内塔壁和第二内塔壁，沿固定床除醛塔内物料流通的方向上依次设置有多个间隔设置且相互连通的除醛催化剂床层，任意相邻的两个除醛催化剂床层分别与第一内塔壁和第二内塔壁之间具有空隙，空隙用于第二产物体系的流通；和/或除醛催化剂床层为10~50级；和/或各除醛催化剂床层中填充有催化剂b，催化剂b为甲缩醛树脂和/或磺酸型树脂；和/或，固定床除醛塔的径向截面的面积为s1，各除醛催化剂床层投影在固定床除醛塔的径向截面上的投影面积为s2，s1/s2＞50%；和/或，采用夹套控温的方式控制连续除醛模块的温度，连续除醛模块的保温温度为20~60℃。

7、进一步地，第三连续模块还包括第二气液分离模块、第三精馏处理模块和产物连续接收模块，第二气液分离模块和第三精馏处理模块依次设置在第三连续模块与产物连续接收模块的连接管路上；第二气液分离模块用于对第三产物体系进行连续气液分离处理，得到第三除气后产物体系和气体杂质；第三精馏处理模块用于对第三除气后产物体系进行第三精馏处理，得到2-氨基-2-甲基-1-丙醇；和/或，采用夹套控温的方式控制第三连续反应模块的温度，第三连续反应模块的预热温度为20~50℃，第三连续反应模块的保温温度为30~100℃，和/或，第三连续反应模块中氢气的压力为0.5~4.0mpa。

8、根据本发明的另一个方面，提供了一种采用上述连续反应系统制备2-硝基-2-甲基-1-丙醇的连续化方法，该连续化方法包括：步骤s1，将包括丙酮、氨源、双氧水、第一溶剂与第二溶剂的第一原料与催化剂a依次进行肟化反应和氧化反应，得到含2-硝基丙烷的第一产物体系；步骤s2，将包括2-硝基丙烷、甲醛、碱性物质、第三溶剂与第四溶剂的第二原料进行缩合反应，得到含2-硝基-2-甲基-1-丙醇的第二产物体系；步骤s3，将包括2-硝基-2-甲基-1-丙醇、氢气与第五溶剂的第三原料与催化剂c进行加氢反应，得到含2-氨基-2-甲基-1-丙醇的第三产物体系。

9、进一步地，上述步骤s1还包括：步骤s11，将包括丙酮、氨源与第一溶剂的原料进行混合，得到溶液a；步骤s12，将包括双氧水和第二溶剂的原料进行混合，得到溶液b；步骤s13，将包括溶液a、溶液b的第一原料与催化剂a依次进行肟化反应和氧化反应，得到第一产物体系；步骤s14，将第一产物体系依次进行第一连续气液分离处理和第一精馏处理，得到2-硝基丙烷和丙酮肟；其中，丙酮与氨源的摩尔比为1:1~1:10，丙酮的质量与第一溶剂的体积之比为1:1~1:20g/ml；和/或，丙酮与双氧水的摩尔比为1:1~1:10；和/或，催化剂a为粒径为3~5mm的球型氧化钛硅分子筛，和/或，催化剂a的装填量为固定床反应装置体积的10~80%；和/或，第一溶剂和第二溶剂各自独立地选自甲醇、乙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇、异丙醇、乙二醇、水、n,n-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、乙酸乙酯和乙酸异丙酯中的任意一种或多种；和/或，氨源选自氨气、液氨、氨水和有机氨溶液中的任意一种或多种；其中，氨水的质量含量为5~40%；有机氨溶液中氨气的质量含量为2~50%，和/或，有机氨溶液中的有机溶剂选自甲醇、乙醇和乙酸乙酯中的任意一种或多种；和/或，肟化反应和氧化反应的总反应时间为5~100min；肟化反应和氧化反应的反应温度各自独立地为30~100℃；肟化反应和氧化反应的反应压力各自独立地为0.5~6.0mpa；第一连续气液分离处理的温度为15~25℃，第一精馏处理的温度为25~80℃。

10、进一步地，上述步骤s2还包括：步骤s21，将包括甲醛与第三溶剂的原料进行混合，得到溶液c；步骤s22，将包括碱性物质与第四溶剂的原料进行混合，得到溶液d；步骤s23，将包括2-硝基丙烷、溶液c、溶液d的第二原料进行缩合反应，得到第二产物体系；步骤s24，将第二产物体系依次进行连续除醛处理和第二精馏处理，得到2-硝基-2-甲基-1-丙醇；其中，碱性物质为有机碱性物质和/或无机碱性物质，和/或有机碱性物质选自三甲胺、三乙胺、n,n-二异丙基乙胺、n,n,n’,n’-四甲基乙二胺、1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯、吡啶、n-甲基四氢吡咯和三乙烯二胺中的任意一种或多种；和/或无机碱性物质选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸钾、磷酸钾、醋酸钾和叔丁醇钾中的任意一种或多种；和/或，甲醛的来源物料为多聚甲醛和/或甲醛水溶液；其中，甲醛水溶液的质量含量为5~40%；和/或，2-硝基丙烷与碱性物质的摩尔比为1:0.001~1:0.5，2-硝基丙烷与甲醛的摩尔比为1:1~1:5；和/或，第三溶剂和第四溶剂各自独立地选自甲醇、乙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇、异丙醇、乙二醇、水、n,n-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃、二氧六环、n-甲基吡咯、乙酸乙酯、乙酸异丙酯和乙酸丁酯中的任意一种或多种；和/或，缩合反应的反应温度为20~80℃，缩合反应的反应时间为10~30min；和/或，第二精馏处理的温度为40~80℃；连续除醛处理的温度为20~60℃，连续除醛处理的时间为10~60min。

11、进一步地，上述步骤s3还包括：步骤s31，将包括2-硝基-2-甲基-1-丙醇和第五溶剂的原料进行混合，得到溶液e；步骤s32，将包括溶液e和氢气的第三原料与催化剂c进行加氢反应，得到第三产物体系；步骤s33，将第三产物体系依次进行第二连续气液分离处理和第三精馏处理，得到2-氨基-2-甲基-1-丙醇；其中，2-硝基-2-甲基-1-丙醇和第五溶剂的质量比为1:0.5~1:20，第五溶剂选自苯、甲苯、甲醇、乙醇、二氯甲烷、四氢呋喃和n,n-二甲基甲酰胺中的任意一种或多种；和/或，氢气的摩尔量与溶液e的摩尔量之比为3:1~10:1；和/或，加氢反应的反应时间为10~60min，加氢反应的反应压力为0.5~3.0mpa；和/或，第二连续气液分离处理的温度为15~40℃，第三精馏处理的温度为40~130℃。

12、应用本发明的技术方案，本发明提供了一种高效、低投入的连续生产2-氨基-2-甲基-1-丙醇的连续反应系统，其中的固定床反应装置包括的各固定床反应器具有较大的换热面积，可快速移出反应热，实现精准控温且反应选择性高，同时固定床反应器内液固两相的接触界面大，反应速率快，从而容易进行工艺放大。本技术中双氧水存储量小，同时通过固定床反应器的进料口以及物料床层的溶液b进口同时通入双氧水，能够实现多点进料输入固定床反应装置内，从而使双氧水不易分解、提高双氧水利用率的同时还能实现更好的传热效率，进而避免间歇反应中使用双氧水进行氧化反应不仅危险性高放热剧烈，且双氧水在高温下易分解导致利用率较低的问题；从而能够有效降低运输危险性和降低成本。通过第二连续模块能够使包括溶液c、溶液d和第一产物体系的原料充分混合，从而避免中间体变质，进而提高反应收率，同时避免当反应体系中存在局部物料分步不均或温度控制不平稳时导致反应产物2-硝基-2-甲基-1-丙醇在强碱作用下分解回到2-硝基丙烷和甲醛。通过第三连续模块将包括溶液e、氢气和第二产物体系的原料进行连续加氢反应，相较于批次工艺能够进一步提高2-硝基-2-甲基-1-丙醇的选择性，从而降低了反应压力。本发明的上述溶剂便于回收，具有较高的利用率，从而能够有效地降低成本。本发明采用了连续工艺，以上反应单元实现了自动化，从而能实现上述反应条件稳定，进而使得到的2-硝基-2-甲基-1-丙醇产品质量稳定均一、纯度较高。