專利名稱:一種高純乙酸的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種高純乙酸的制備方法,所得高純乙酸主要用于高純過氧乙酸的制備。
背景技術(shù):
過氧乙酸為無色刺激性氣味液體,屬于強(qiáng)氧化劑,易分解,在堿性、還原性物質(zhì)及金屬離子等條件下,劇烈反應(yīng)、分解甚至是爆炸。過氧乙酸又是優(yōu)良的有機(jī)過氧化物,在多 方面有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域,其具有高效快速殺菌作用,可以快速殺滅細(xì)菌、芽孢真菌、酵母菌等多種病菌,因而可以用作傳染病、飲用水、食品等的消毒劑。在非典期間,汶川地震防疫期間,過氧乙酸起了重大作用。過氧乙酸還具有優(yōu)良的氧化性能,可以用作有機(jī)合成氧化齊U,環(huán)氧化劑,聚合引發(fā)劑等。同時(shí),過氧乙酸在造紙、紡織行業(yè)的漂白、改性以及重油的脫硫等領(lǐng)域也有廣泛的用途。目前,工業(yè)品過氧乙酸要求過氧乙酸的質(zhì)量濃度>15%。但目前滿足該濃度要求的業(yè)品過氧乙酸在存儲和使用過程中,極易發(fā)生過氧乙酸分解甚至爆炸的情況。據(jù)陜西衛(wèi)生監(jiān)督所文東升等2004年的調(diào)查,46家過氧乙酸生產(chǎn)企業(yè)、60批次的產(chǎn)品,合格39批次,合格率僅為65%。不同存儲時(shí)間,三天內(nèi)合格率為90. 9%,11天合格率為27. 27%,超過20天,則全部不合格。另外據(jù)國家化學(xué)品登記注冊中心李運(yùn)才2003年7月調(diào)查,2003年5月I日至12日,發(fā)生過氧乙酸事故30多起,死亡5人,70多人中毒或灼傷。2003年11月,云南過氧乙酸儲罐爆炸,5人死亡,4棟建筑燒毀??梢姡^氧乙酸的不穩(wěn)定性給其使用過程中的經(jīng)濟(jì)性和安全性造成了非常不利的影響。因此,需要改進(jìn)其穩(wěn)定性來增強(qiáng)其存儲和使用過程中的經(jīng)濟(jì)性和安全性。國內(nèi)很多學(xué)者,如郝文輝、馬春玉、王麗華等也都注意到了此類問題,也進(jìn)行了相關(guān)方面的積極探索,取得了一定的進(jìn)展。但總體來說,效果不大,沒有形成大規(guī)模高穩(wěn)定批量性過氧乙酸工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)。當(dāng)前世界主流的生產(chǎn)是采用添加穩(wěn)定劑來改善過氧乙酸的穩(wěn)定性。然而,使用磷等添加劑不但增加過氧乙酸中的雜質(zhì)含量,使其不能在生物制劑、食品等行業(yè)應(yīng)用,而且磷等添加劑的添加,還會對設(shè)備造成腐蝕,降低設(shè)備壽命,引起其它副反應(yīng),副產(chǎn)物,同時(shí)也會使水體等富營養(yǎng)化,對環(huán)境造成污染。本申請人經(jīng)長期實(shí)踐和研究發(fā)現(xiàn),通過對過氧乙酸溶液中雜質(zhì)離子含量的控制(單項(xiàng)金屬離子雜質(zhì)含量< 5ppb,單項(xiàng)陰離子雜質(zhì)含量< Ippm,有機(jī)物雜質(zhì)含量< 5ppm)可望實(shí)現(xiàn)過氧乙酸溶液優(yōu)異的穩(wěn)定性,從而避免任何穩(wěn)定劑成分的添加,一是,過氧乙酸溶液產(chǎn)品純度更高,可以應(yīng)用于醫(yī)療、食品、生物制劑等高端領(lǐng)域,開拓了過氧乙酸的應(yīng)用領(lǐng)域;二是將其應(yīng)用在試劑合成領(lǐng)域,可降低副反應(yīng),減少副產(chǎn)物,提高反應(yīng)產(chǎn)率;三是,由于其完全不含磷及部分絡(luò)合物、螯合物添加劑,使產(chǎn)品更具環(huán)境友好性。要制備出雜質(zhì)含量嚴(yán)格控制的過氧乙酸產(chǎn)品,則必須使用高純度的過氧乙酸作為原料。已知,目前國內(nèi)工業(yè)級乙酸多采用甲醇羰基化法制備。制備中使用了銠、碘等作為催化劑。制成品中碘含量高達(dá)l(T40ppb,碘等鹵素離子的存在,極大的加速了過氧乙酸的分解。此外,在甲醇羰基化過程中,存在副反應(yīng),生成甲酸、乙醛等副產(chǎn)物。乙酸工業(yè)品中甲酸的含量在0. 02、. 05%之間,乙醛含量在0. 05、. 1%。這些還原性物質(zhì)的存在對過氧乙酸有兩方面的不良影響一、甲酸類還原物質(zhì)可以與雙氧水反應(yīng),生成二氧化碳?xì)怏w溢出,使過氧乙酸在穩(wěn)定性測試中不合格;二、甲酸類還原物質(zhì)與過氧化物反應(yīng),使過氧乙酸制成品含量測試不合格。中國發(fā)明專利ZL200810196670.X公開了一種超凈高純醋酸的制備方法及其裝置。該方法先將工業(yè)級的醋酸(99. 0%)原料與占工業(yè)級的醋酸原料重量的0. 19T5%的高錳酸鉀在氧化處理器中混合,常溫常壓30飛0分鐘后過濾,濾液與雙丙烯基18-冠-6-醚的有機(jī)硅高分子絡(luò)合劑在絡(luò)合處理器中混合3(T120分鐘,再在0. ro. 2MPa的運(yùn)行壓力下經(jīng)過微濾器的微濾膜進(jìn)行過濾,濾液以0. 05、. 20mm/s的速度通過2000mm脫水柱進(jìn)入多級精懼塔,出塔的半成品在0. 5^0. SMPa的運(yùn)行壓力下經(jīng)納濾器的鈉濾膜過濾后進(jìn)入成品接受器。采取該方法所得醋酸產(chǎn)品中,醋酸主體含量大于99. 9%,單個(gè)陽離子含量低于0 . lppb,單個(gè)陰離子含量低于30ppb, ^ 0. 2 u 0. 5 u m的塵埃顆粒低于10個(gè)/ml,符合國際半導(dǎo)體設(shè)備與材料組織SEMI-C12標(biāo)準(zhǔn)。該方法所制備的高純醋酸用于大規(guī)模集成電路半導(dǎo)體器件行業(yè)中作為清洗和腐蝕用已經(jīng)完全能夠滿足要求。但是,該方法的工藝路線較長,設(shè)備要求高,生產(chǎn)成本高,用于不含添加劑的過氧乙酸溶液的制備將導(dǎo)致過氧乙酸溶液高的原料成本,并且,該方法所制備的乙酸產(chǎn)品中,陰離子雜質(zhì)特別是鹵素離子含量較高,用于制備不含添加劑的過氧乙酸溶液時(shí),會導(dǎo)致過氧乙酸溶液穩(wěn)定性變差。綜上,提供一種成本較低且特別適用于制備不含添加劑的高純過氧乙酸溶液的高純乙酸及其制備方法將具有重要意義。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種高純乙酸的制備方法,該方法工藝路線簡單、成本較低且所制備的高純乙酸可直接用于不含添加劑且存儲穩(wěn)定性好的高純過氧乙酸溶液的制備。為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明采取如下技術(shù)方案一種高純乙酸的制備方法,以工業(yè)級的乙酸為原料,其按分子篩吸附一陽離子交換一化學(xué)氧化處理一精餾一循環(huán)過濾的流程對所述工業(yè)級的乙酸進(jìn)行連續(xù)處理得到所述高純乙酸,其中所述分子篩吸附步驟中所采用的分子篩為預(yù)先用2 4g/L硝酸銀無水乙醇溶液浸潰處理過的分子篩,分子篩的孔徑為3飛A,進(jìn)行分子篩吸附時(shí),乙酸通過分子篩的流速為100 300L/H ;所述陽離子交換步驟是將經(jīng)過分子篩吸附處理后的乙酸以10(T300L/H的流速通過苯乙烯系陽離子交換樹脂柱,通過離子交換將所述乙酸中的單項(xiàng)金屬離子含量降低到IOppb以下;所述化學(xué)氧化處理步驟是向經(jīng)過陽離子交換步驟處理的乙酸中加入重量為乙酸重量的0. 059^1%的氧化劑,混合30mirT60min后,過濾;所述精餾采用一級或多級精餾塔,進(jìn)料流量為10(T200L/H,收集塔頂餾分;所述循環(huán)過濾是將從精餾塔收集的餾分通過0. I y m的濾芯循環(huán)過濾,循環(huán)時(shí)間0. 5^2小時(shí),即得所述高純乙酸。根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施方案所述的浸潰處理的時(shí)間為12 36小時(shí),分子篩浸潰處理后于7(T85°C下烘干。所述的氧化劑可以為重鉻酸鉀、高錳酸鉀或過硫酸鉀等。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面,所述精餾采用一級精餾塔。精餾的蒸汽壓力為0. 25 0. 75MPa,塔頂溫度為116. 9 117. 3°C。冷卻水溫度為20 25°C,冷卻水流量為5 IOL/H0根據(jù)本發(fā)明,苯乙烯系陽離子交換樹脂可商購獲得,例如可選牌號中國732 ;強(qiáng)酸
I號、2 號、3 號、4 號;010 ;美國=Amberlite IR-120 ;Dowex_50,德國Lewatit-100,日本Diaion SK-1,法國AllassionC S ;Duolite C-20,俄羅斯ky_3 ;SDB_3 等。本發(fā)明還提供一種上述方法制備得到的高純乙酸,其由還原性物質(zhì)總量(以乙醛計(jì))(5ppm,單項(xiàng)鹵素陰離子(以氯計(jì))(lppb,單項(xiàng)金屬離子< IOppb,水分< 0. 05%以及余量為乙酸構(gòu)成,其中> 0. 2 y m顆粒濃度小于等于100個(gè)/ml?!け景l(fā)明還特別涉及該高純乙酸用于制備不含添加劑的高純過氧乙酸溶液的用途。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中,使30Wt9T70wt%的高純雙氧水與本發(fā)明的高純乙酸在反應(yīng)釜中、溫度40°C 50°C下保溫?cái)嚢?0 40小時(shí),然后過濾,灌裝即得到過氧乙酸溶液。由于以上技術(shù)方案的實(shí)施,本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明提供的高純乙酸的制備方法,工藝路線簡單、成本較低,特別是其可有效去除工業(yè)級乙酸中的鹵素陰離子以及還原物質(zhì)含量,從而所得高純乙酸可直接用于生產(chǎn)不含添加劑且存儲穩(wěn)定性好的高純過氧乙酸溶液。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體的實(shí)施例,對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明,但本發(fā)明不限于以下實(shí)施例。實(shí)施例I本實(shí)施例提供一種高純乙酸的制備方法,包括依次進(jìn)行的下列步驟(I)、分子篩浸潰處理用處理濃度為2. 3g/L的硝酸銀無水乙醇溶液浸潰分子篩(3A-EPG,孔徑3 5A),浸潰時(shí)間24H,浸潰后于80°C烘干備用;(2)、將乙酸通過步驟(I)浸潰處理后的分子篩,控制乙酸流速250L/H,分子篩處理壽命(<20m3乙酸),乙酸中以鹵素為主的陰離子含量可降低到Ippb以下,乙酸中水含量可降低到0. 05%以下;(3)、將乙酸通過陽離子交換柱(苯乙烯系陽離子交換樹脂,中國強(qiáng)酸I號)控制流速200L/H,樹脂處理壽命(<10m3乙酸),冰醋酸中鈣、鋅、鎂、鋁等金屬離子含量可降低到IOppb以下;(4)、在步驟(3)處理后的乙酸中按0. 06wt%比例添加高錳酸鉀,混合30min,過濾;(5)、采用一級精餾塔對乙酸進(jìn)行精餾,蒸汽壓力0.25 0.75Mpa,冷卻水流量5 10L/H,冷卻水溫度20 25°C,塔頂溫度116. 9 117. 3°C,進(jìn)料流量100L/H。(6)、將精餾后的乙酸用0. I m的濾芯循環(huán)過濾,循環(huán)時(shí)間0. 5H,得高純乙酸。高純乙酸的成分測試結(jié)果參見表I :
表I
檢驗(yàn)項(xiàng)H 單位檢J結(jié)檢驗(yàn)項(xiàng)目單位檢鍪結(jié)
乙酸含量 —% 99.95 色度黑曾 —<10
還原重格酸鐘(以O(shè)計(jì)) % 0.004 顆粒(>0.5nm)pcs/ml 3
顆粒(>0.3nm) pcs/ml 12 顆粒(>0,2f*m)pcs/ml 69
TOC ppm 10 鐵(Fe)ppb 0.1
CL ppb 0.8 鉛(pb>PPh 0.1
NO3 ppb 50 鋰(Li)PPb 0.1
PO4 ppb 50 鎂(Mg)ppb 0.1
SO4 ppb 100 錳(Mn)ppb 0.1
銘(Al) ppb 0.1 鉬(Mo)PPb 0.1
鎮(zhèn)(Sb) ppb o_i 鎳(Ni)ppb o.l
坤(As) ppb 0,1 鉀 POPPb 0.1
硼(B> PPb 0,1 銀(Ag)ppb 0,1
鎘(Cd) PPb 0,1 鈉 _ )PPb 0.1
鈣(Ca) ppb 0.1 鍶 <Sr)PPb 0.1
鉻(Cr) ppb 0.1 錫(Sn)ppb 0.1
铦(Co) ppb Q i 鈥(Ti)ppb 0 J
銅(Cu) ppb Qi I 機(jī)(V)ppb Q j
金(Au) ppb o.l 鋅(Zn)ppb 0.1實(shí)施例2本實(shí)施例提供一種高純乙酸的制備方法,其基本步驟與實(shí)施例I相同,處理?xiàng)l件如下處理?xiàng)l件分子篩浸潰時(shí)間36H ;硝酸銀無水乙醇溶液濃度2. lg/L ;乙酸(分子篩)流速200L/H ;乙酸(交換樹脂)流速200L/H ;氧化劑添加比例0. 12% ;精餾進(jìn)料速度200L/H ;過濾時(shí)間2H。測試結(jié)果鹵素含量0. 5ppb (以氯計(jì)算);還原性物質(zhì)含量4ppm ;含水量0. 03% ;陽離子7ppb (最高含量計(jì));>0. 2微米顆粒濃度18個(gè)/ml。實(shí)施例3本實(shí)施例提供一種高純乙酸的制備方法,其基本步驟與實(shí)施例I相同,處理?xiàng)l件如下處理?xiàng)l件分子篩浸潰時(shí)間12H ;硝酸銀無水乙醇溶液濃度2. 5g/L ;乙酸(分子篩)流速300L/H ;乙酸(交換樹脂)流速300L/H ;
氧化劑添加比例0. 24% ;精餾進(jìn)料速度100L/H ;過濾時(shí)間2H。測試結(jié)果鹵素含量0. 9ppb (以氯計(jì)算);還原性物質(zhì)含量3ppm含水量0. 05% ;陽離子8ppb (最高含量計(jì));>0. 2微米顆粒濃度20個(gè)/ml。實(shí)施例4
本實(shí)施例提供一種高純乙酸的制備方法,其基本步驟與實(shí)施例I相同,處理?xiàng)l件如下處理?xiàng)l件分子篩浸潰時(shí)間12H ;硝酸銀無水乙醇溶液濃度2. Og/L ;乙酸(分子篩)流速300L/H ;乙酸(交換樹脂)流速300L/H ;氧化劑添加比例0. 48% ;精餾進(jìn)料速度150L/H ;過濾時(shí)間2H。測試結(jié)果鹵素含量0. 6ppb (以氯計(jì)算);還原性物質(zhì)含量4ppm ;含水量0. 05% ;陽離子6ppb (最高含量計(jì));>0. 2微米顆粒濃度18個(gè)/ml。實(shí)施例5本實(shí)施例提供一種高純乙酸的制備方法,其基本步驟與實(shí)施例I相同,處理?xiàng)l件如下處理?xiàng)l件分子篩浸潰時(shí)間24H ;硝酸銀濃度2. 3g/L ;乙酸(分子篩)流速200L/H ;乙酸(交換樹脂)流速200L/H ;氧化劑添加比例0. 96% ;精餾進(jìn)料速度100L/H ;過濾時(shí)間2H。測試結(jié)果鹵素含量0. 7ppb (以氯計(jì)算);還原性物質(zhì)含量3ppm ;含水量0. 04% ;陽尚子8ppb (最聞含量計(jì)); >0. 2微米顆粒濃度16個(gè)/ml。實(shí)施例6 10本實(shí)施例提供一種利用實(shí)施例I所得高純乙酸制備不含添加劑的高純過氧乙酸溶液的制備方法,具體如下(I)、對生產(chǎn)要用的反應(yīng)釜、包裝桶以及精餾塔以及管道等實(shí)施清洗,以包裝桶為例,清洗過程如下凈化房中,用電導(dǎo)率大于18. 2M的蒸餾水浸泡包裝桶12h、然后用0. 4Mpa壓力蒸餾水沖洗,并浙干;然后將包裝桶灌裝35%高純過氧乙酸溶液,并25°C存儲24小時(shí)后,將過氧乙酸排干,并用電導(dǎo)率大于18. 2M蒸餾水清洗,凈化壓縮空氣吹干備用,對清洗蒸餾水進(jìn)行檢測,其中各種污染物含量低于5ppb。用35%過氧乙酸溶液存儲在清洗后的包裝桶中,25 °C存儲30天,各種污染物溶出量低于5ppb。(2)、依次將70%濃度的高純雙氧水(單項(xiàng)金屬離子雜質(zhì)含量彡lppb,單向陰離子雜質(zhì)含量< Ippm,有機(jī)物雜質(zhì)含量< 5ppm,粒徑> 0. 2 u m的顆粒的濃度小于等于100個(gè)/ml)和實(shí)施例I制備的高純乙酸按照表2的比例打入反應(yīng)釜中,將混合液在45°C下循環(huán)反應(yīng)36h,通過常規(guī)的0. I微米過濾器濾芯循環(huán)過濾,用包裝桶灌裝,即得不含添加劑的過氧乙酸溶液產(chǎn)品。該產(chǎn)品經(jīng)檢測,其中的單項(xiàng)金屬離子雜質(zhì)含量<5ppb,單項(xiàng)陰離子雜質(zhì)含量(lppm,有機(jī)物雜質(zhì)含量< 5ppm。對產(chǎn)品的穩(wěn)定性進(jìn)行了測試,過氧乙酸和過氧化氫的含量隨時(shí)間的變化列于表2中。表2
絲例I產(chǎn)品組f含量(講%)一
70%雙 、初始6個(gè)月12個(gè)月18個(gè)月
實(shí)施例氣水制備的高純水過 過—一過I過—一過過F純乙酸量(g) 氧氧氧氧氧氧過氧過氧(g) 化乙化乙化乙化氫乙酸___(g)___氫酸氫酸氫酸___
實(shí)施例 651.234042.01520.0030.322.6 27.322.025.122.221.6 19.5
實(shí)施例 750.586442.463033.2122.316.121.217.220.616.519.1 15.8
實(shí)施例 B50.886441.6710 103.2114.510.7 13.6li.O13.310.212.0 10.2
實(shí)族例 951.326442.0524 348.756,54.26.24.56.04.65.5__4.4
實(shí)施例 1050-776442.3530 790.523,22.83.12.83, 2,82,92,8以上對本發(fā)明做了詳盡的描述,其目的在于讓熟悉此領(lǐng)域技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并加以實(shí)施,并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍,凡根據(jù)本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾,都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高純乙酸的制備方法,以工業(yè)級的乙酸為原料,其特征在于所述方法按分子篩吸附一陽離子交換一化學(xué)氧化處理一精餾一循環(huán)過濾的流程對所述工業(yè)級的乙酸進(jìn)行連續(xù)處理得到所述高純乙酸,其中 所述分子篩吸附步驟中所采用的分子篩為預(yù)先用2 4g/L硝酸銀無水乙醇溶液浸潰處理過的分子篩,分子篩的孔徑為3飛A,進(jìn)行分子篩吸附時(shí),乙酸通過分子篩的流速為100 300L/H ; 所述陽離子交換步驟是將經(jīng)過分子篩吸附處理后的乙酸以10(T300L/H的流速通過苯乙烯系陽離子交換樹脂柱,通過離子交換將所述乙酸中的單項(xiàng)金屬離子含量降低到IOppb以下; 所述化學(xué)氧化處理步驟是向經(jīng)過陽離子交換步驟處理的乙酸中加入重量為乙酸重量的0. 05% 1%的氧化劑,混合30min 60min后,過濾; 所述精餾采用一級或多級精餾塔,進(jìn)料流量為10(T200L/H,收集塔頂餾分; 所述循環(huán)過濾是將從精餾塔收集的餾分通過0. I y m的濾芯循環(huán)過濾,循環(huán)時(shí)間0. 5^2小時(shí),即得所述高純乙酸。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高純乙酸的制備方法,其特征在于所述的浸潰處理的時(shí)間為12 36小時(shí),分子篩浸潰處理后于7(T85°C下烘干。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高純乙酸的制備方法,其特征在于所述的氧化劑為重鉻酸鉀、高錳酸鉀或過硫酸鉀。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高純乙酸的制備方法,其特征在于所述精餾采用一級精餾+ o
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高純乙酸的制備方法,其特征在于精餾的蒸汽壓力為0.25 0. 75MPa,塔頂溫度為 116. 9 117. 3°C。
6.一種高純乙酸,其特征在于其由權(quán)利要求I至5中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的高純乙酸的制備方法制備得到,所述高純乙酸由還原性物質(zhì)總量(以乙醛計(jì))(5ppm,單項(xiàng)鹵素陰離子(以氯計(jì))< Ippb,單項(xiàng)金屬離子< IOppb,水分<0. 05%以及余量為乙酸構(gòu)成,其中>0.2 u m顆粒濃度小于等于100個(gè)/ml。
7.權(quán)利要求6所述的高純乙酸用于制備不含添加劑的高純過氧乙酸溶液的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高純乙酸的制備方法,以工業(yè)級的乙酸為原料,其按分子篩吸附→陽離子交換→化學(xué)氧化處理→精餾→循環(huán)過濾的流程對工業(yè)級的乙酸進(jìn)行連續(xù)處理得到高純乙酸,分子篩為預(yù)先用2~4g/L硝酸銀無水乙醇溶液浸漬處理過的分子篩,孔徑為3~5A,進(jìn)行分子篩吸附時(shí),乙酸通過分子篩的流速為100~300L/H;陽離子交換步驟是將乙酸以100~300L/H的流速通過苯乙烯系陽離子交換樹脂柱;化學(xué)氧化處理步驟是向乙酸中加入重量為乙酸重量的0.05%~1%的氧化劑,混合30min~60min后,過濾。本發(fā)明工藝路線簡單、成本較低,所得高純乙酸可直接用于生產(chǎn)不含添加劑且存儲穩(wěn)定性好的高純過氧乙酸溶液。
文檔編號C07C51/44GK102675081SQ201210160890
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月23日
發(fā)明者劉兵, 王濤 申請人:蘇州晶瑞化學(xué)有限公司