本发明涉及一种环氧氯丙烷(epichlorohydrin)的制造装置及制造方法，尤其涉及一种使用分相器(decanter)的以氯丙烯与双氧水反应生产环氧氯丙烷的制造装置及制造方法。
背景技术
环氧氯丙烷是制造环氧树脂的一个重要原料，也可用于合成甘油、硝化甘油炸药、玻璃钢、电绝缘品、表面活性剂、医药、农药、涂料、胶料、离子交换树脂、增塑剂、甘油衍生物与氯醇橡胶等多种产品，是一种用途广泛的化工产品。
目前环氧氯丙烷的工业生产方法中，氯醇法是现今合成环氧氯丙烷的主要方法，但氯醇法存在许多严重的问题，如产生大量含氯化钙的废渣、废水与有机氯化物杂质。此外，甘油法是另一种环氧氯丙烷合成方法，但甘油法的缺点是转化率低，且也形成不少废渣及废水。
技术实现要素：
本发明提供一种环氧氯丙烷的制造装置与制造方法，其可具有较佳的反应转化率与较低的制造成本，且可有效地降低废弃物的量。
本发明提出一种环氧氯丙烷的制造装置，包括至少一个反应器、氯丙烯供应装置、双氧水水溶液供应装置、蒸馏塔与分相器。氯丙烯供应装置连接至反应器。双氧水水溶液供应装置连接至反应器。蒸馏塔连接至反应器的出料口。分相器连接至蒸馏塔的底部，而在分相器中形成水相产物与包括环氧氯丙烷的有机相产物。
依照本发明的一实施例所述，在上述环氧氯丙烷的制造装置中，在反应器中可具有催化剂。
依照本发明的一实施例所述，在上述环氧氯丙烷的制造装置中，催化剂例如是钛硅分子筛(titaniumsilicalite，ts-1)。
依照本发明的一实施例所述，在上述环氧氯丙烷的制造装置中，更可包括甲醇供应装置。甲醇供应装置连接至反应器。
依照本发明的一实施例所述，在上述环氧氯丙烷的制造装置中，更可包括氮气供应装置。氮气供应装置连接至蒸馏塔的塔顶。
依照本发明的一实施例所述，在上述环氧氯丙烷的制造装置中，更可包括回流槽。回流槽连接至蒸馏塔的塔顶。
依照本发明的一实施例所述，在上述环氧氯丙烷的制造装置中，回流槽的液相出料管路可连通至反应器。
依照本发明的一实施例所述，在上述环氧氯丙烷的制造装置中，更可包括氮气供应装置。氮气供应装置连接至回流槽的气相出料管路。
依照本发明的一实施例所述，在上述环氧氯丙烷的制造装置中，更可包括第一气提塔。第一气提塔连接至分相器，以接收分相器的水相产物。
依照本发明的一实施例所述，在上述环氧氯丙烷的制造装置中，更可包括第一气体回流管路。第一气体回流管路连接于第一气提塔与分相器之间。
依照本发明的一实施例所述，在上述环氧氯丙烷的制造装置中，更可包括第二气提塔。第二气提塔连接至分相器，以接收分相器的有机相产物。
依照本发明的一实施例所述，在上述环氧氯丙烷的制造装置中，更可包括第二气体回流管路。第二气体回流管路连接于第二气提塔与分相器之间。
依照本发明的一实施例所述，在上述环氧氯丙烷的制造装置中，更可包括冷凝器。冷凝器连接于蒸馏塔与分相器之间。
本发明提出一种环氧氯丙烷的制造方法，包括以下步骤。在至少一个反应器中，使氯丙烯与双氧水水溶液进行反应而产生初始产物。使初始产物进入蒸馏塔中，而产生第一塔顶产物与第一塔底产物。使蒸馏塔的第一塔底产物进入分相器中，而在分相器中形成水相产物与包括环氧氯丙烷的有机相产物。
依照本发明的一实施例所述，在上述环氧氯丙烷的制造方法中，蒸馏塔的第一塔底产物可经降温后再进入分相器中。
依照本发明的一实施例所述，在上述环氧氯丙烷的制造方法中，在氯丙烯与双氧水水溶液的反应中，可使用过量的氯丙烯作为反应物。
依照本发明的一实施例所述，在上述环氧氯丙烷的制造方法中，在氯丙烯与双氧水水溶液的反应中，氯丙烯与双氧水的进料摩尔比例如是1.2至3.0。
依照本发明的一实施例所述，在上述环氧氯丙烷的制造方法中，可在存在催化剂的环境下，进行氯丙烯与双氧水水溶液的反应。
依照本发明的一实施例所述，在上述环氧氯丙烷的制造方法中，催化剂例如是钛硅分子筛。
依照本发明的一实施例所述，在上述环氧氯丙烷的制造方法中，可在存在催化剂与甲醇的环境下，进行氯丙烯与双氧水水溶液的反应。
依照本发明的一实施例所述，在上述环氧氯丙烷的制造方法中，初始产物包括环氧氯丙烷与水。
依照本发明的一实施例所述，在上述环氧氯丙烷的制造方法中，更可包括使蒸馏塔的第一塔顶产物经冷凝后进入回流槽中。
依照本发明的一实施例所述，在上述环氧氯丙烷的制造方法中，更可包括提供氮气至蒸馏塔的塔顶与回流槽的气相出料管路中。
依照本发明的一实施例所述，在上述环氧氯丙烷的制造方法中，在蒸馏塔的塔顶中，氯丙烯-氧气-氮气系统中的氧气浓度例如是小于11.2vol％(体积百分比)，且在回流槽的气相出料管路中，氯丙烯-氧气-氮气系统中的氮气浓度例如是大于95vol％。
依照本发明的一实施例所述，在上述环氧氯丙烷的制造方法中，当在存在催化剂与甲醇的环境下，进行氯丙烯与双氧水水溶液的反应时，在蒸馏塔的塔顶中，甲醇-氧气-氮气系统中的氧气浓度例如是小于10.5vol％，且在回流槽的气相出料管路中，甲醇-氧气-氮气系统中的氮气浓度例如是大于88vol％。
依照本发明的一实施例所述，在上述环氧氯丙烷的制造方法中，更可包括使分相器的水相产物进入第一气提塔中，而产生第二塔顶产物与第二塔底产物。
依照本发明的一实施例所述，在上述环氧氯丙烷的制造方法中，第二塔底产物包括水。
依照本发明的一实施例所述，在上述环氧氯丙烷的制造方法中，更可包括使分相器的有机相产物进入第二气提塔中，而产生第三塔顶产物与第三塔底产物。
依照本发明的一实施例所述，在上述环氧氯丙烷的制造方法中，第三塔底产物包括环氧氯丙烷。
基于上述，在本发明所提出的环氧氯丙烷的制造装置与制造方法中，由于是通过氯丙烯与双氧水水溶液进行反应来制造环氧氯丙烷，因此可具有较佳的反应转化率，且可有效地降低废弃物的量。此外，在本发明所提出的环氧氯丙烷的制造装置与制造方法中，由于是通过分相器从蒸馏塔的塔底产物中分离出包括环氧氯丙烷的有机相产物，而非使用其他较为耗能的分离方式，因此可有效地降低制造成本。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明一实施例的环氧氯丙烷的制造装置的示意图；
图2为本发明一实施例的环氧氯丙烷的制造流程图。
附图标号说明：
100：环氧氯丙烷的制造装置
102：反应器
102a：出料口
104：氯丙烯供应装置
106：双氧水水溶液供应装置
108：蒸馏塔
108a、118a、122a：再沸器
108b、130：冷凝器
108c：塔底出料口
110：分相器
112：甲醇供应装置
114：回流槽
116：氮气供应装置
118、122：气提塔
120、124：气体回流管路
126：液相出料管路
128：气相出料管路
s100、s102、s104、s106、s108：步骤
具体实施方式
图1为本发明一实施例的环氧氯丙烷的制造装置的示意图。图2为本发明一实施例的环氧氯丙烷的制造流程图。
请参照图1，环氧氯丙烷的制造装置100包括至少一个反应器102、氯丙烯供应装置104、双氧水水溶液供应装置106、蒸馏塔108与分相器110。环氧氯丙烷的制造装置100适用于使氯丙烯与双氧水水溶液进行反应而制造环氧氯丙烷。通过氯丙烯与双氧水水溶液进行反应来制造环氧氯丙烷可具有较佳的反应转化率，且可有效地降低废弃物的量。
反应器102包括连续式反应器或批次反应器。在以下实施例中，是以一个反应器102为例来进行说明，但本发明并不以此为限，于此技术领域具有通常知识者可依照制程设计来调整反应器102的数量。举例来说，在其他实施例中的反应器102的数量也可为两个。此外，在反应器102中可具有催化剂。催化剂可提高反应物的反应转化率且可加速反应。催化剂例如是钛硅分子筛。
氯丙烯供应装置104连接至反应器102，可用以提供氯丙烯至反应器102中。双氧水水溶液供应装置106连接至反应器102可用以提供双氧水水溶液至反应器102中。此外，环氧氯丙烷的制造装置100还可包括甲醇供应装置112。甲醇供应装置112连接至反应器102，可用以提供甲醇至反应器102中。通过催化剂(如，钛硅分子筛)与甲醇的搭配可进一步地提高反应物的反应转化率。
基于上述可知，在反应器110中，可发生的反应如下。
主反应：ac+hp→ech+w
副反应1：ech+w→cpd
副反应2：ech+m→cmp
副反应3：2hp→2w+o2
其中，ac为氯丙烯；hp为双氧水；ech为环氧氯丙烷；w为水；cpd为3-氯-1,2-丙二醇；cmp为1-氯-3-甲氧基-2-丙醇；m为甲醇。
蒸馏塔108连接至反应器102的出料口102a，可用以接收来自于反应器102的初始产物，以对初始产物进行蒸馏。另外，蒸馏塔108可具有再沸器(reboiler)108a与冷凝器108b。再沸器108a可用以加热蒸馏塔108。冷凝器108b可用以冷凝蒸馏塔108的塔顶产物。
分相器110连接至蒸馏塔108的底部，而在分相器110中形成水相产物与包括环氧氯丙烷的有机相产物。举例来说，分相器110连接至蒸馏塔108的底部出料口108c。相较于其他分离方式，通过分相器110从蒸馏塔108的塔底产物中分离出包括环氧氯丙烷的有机相产物的分离方式较为节能，因此可有效地降低制造成本。
环氧氯丙烷的制造装置100还可包括冷凝器130，连接于蒸馏塔108与分相器110之间。如此一来，可使得蒸馏塔108的塔底产物经冷凝器130降温至约25℃～45℃后再进入分相器110中。
此外，环氧氯丙烷的制造装置100还可包括回流槽114、氮气供应装置116、气提塔118、气体回流管路120、气提塔122与气体回流管路124中的至少一者。
回流槽114连接至蒸馏塔108的塔顶，可存储来自于蒸馏塔108且经冷凝后的塔顶产物。回流槽114的液相出料管路126可连通至反应器102，可使回流槽114中的部分液体回流至反应器102中。此外，回流槽114中的部分液体回流至蒸馏塔108中。
氮气供应装置116可连接至蒸馏塔108的塔顶，以降低蒸馏塔108的塔顶中的氧气与氯丙烯的混合气体浓度以及氧气与甲醇的混合气体浓度，进而可防止因氧气与氯丙烯的混合气体浓度以及氧气与甲醇的混合气体浓度过高所产生的爆炸。此外，氮气供应装置116可连接至回流槽114的气相出料管路128，以降低回流槽114的气相出料管路128中的氧气与氯丙烯的混合气体浓度以及氧气与甲醇的混合气体浓度，进而可防止因氧气与氯丙烯的混合气体浓度以及氧气与甲醇的混合气体浓度过高所产生的爆炸。在此实施例中，是以同一个氮气供应装置116提供氮气至蒸馏塔108的塔顶与回流槽114的气相出料管路128中为例来进行说明，但本发明并不以此为限。在其他实施例中，也可通过不同的氮气供应装置116分别提供氮气至蒸馏塔108的塔顶与回流槽114的气相出料管路128中。
气提塔118连接至分相器110，以接收分相器110的水相产物。气提塔118可用以提高分相器110的水相产物中的主成分(水)的浓度，而在气提塔118的塔底产物中获得高纯度的水。此外，气提塔118可具有再沸器118a，用以加热气提塔118。
气体回流管路120连接于气提塔118与分相器110之间，可使气提塔118的塔顶产物经冷凝器130冷凝后回流至分相器110中。
气提塔122连接至分相器110，以接收分相器110的有机相产物。气提塔122可用以提高分相器110的有机相产物中的主成分(环氧氯丙烷)的浓度，而在气提塔122的塔底产物中获得高浓度的环氧氯丙烷。此外，气提塔122可具有再沸器122a，用以加热气提塔122。
气体回流管路124连接于气提塔122与分相器110之间，可使气提塔122的塔顶产物经冷凝器130冷凝后回流至分相器110中。
以下，通过图1与图2来说明环氧氯丙烷的制造方法。
请同时参照图1与图2，进行步骤s100，在至少一个反应器102中，使氯丙烯与双氧水水溶液进行反应而产生初始产物。举例来说，可通过氯丙烯供应装置104与双氧水水溶液供应装置106分别提供氯丙烯与双氧水水溶液至反应器102中，以进行反应。双氧水水溶液的浓度例如是30wt％至40wt％。
在氯丙烯与双氧水水溶液的反应中，可使用过量的氯丙烯作为反应物，藉此可增加双氧水的反应转化率和降低双氧水自解产生氧气的程度。举例来说，氯丙烯与双氧水的进料摩尔比例如是1.2至3.0。
此外，可在存在催化剂的环境下，进行氯丙烯与双氧水水溶液的反应，以提高反应物的反应转化率且可加速反应。催化剂例如是钛硅分子筛。另外，也可在存在催化剂与甲醇的环境下，进行氯丙烯与双氧水水溶液的反应。通过催化剂(如，钛硅分子筛)与甲醇的搭配可进一步地提高反应物的反应转化率。甲醇可通过甲醇供应装置112提供至反应器102中。
在此实施例中，是以进行上述主反应、副反应1、副反应2与副反应3为例来进行说明。在此情况下，初始产物包括作为主产物的大量环氧氯丙烷与大量的水。此外，初始产物更可包括作为副产物的3-氯-1,2-丙二醇、1-氯-3-甲氧基-2-丙醇与氧气以及未反应的大量氯丙烯、少量双氧水与大量甲醇。
进行步骤s102，使初始产物进入蒸馏塔108中，而产生塔顶产物与塔底产物。塔顶产物的主成分包括氯丙烯与甲醇。塔底产物的主成分包括氧氯丙烷与水。
此外，可使蒸馏塔108的塔顶产物经冷凝器108b冷凝后进入回流槽114中，以进行存储。回流槽114中的液体的主成分包括氯丙烯与甲醇。回流槽114中的部分液体可通过液相出料管路126而回流至反应器102中，且回流槽114中的部分液体可回流至蒸馏塔108中。
另外，由于塔顶产物更包括氧气，因此可提供氮气至蒸馏塔108的塔顶与回流槽114的气相出料管路128中，以降低蒸馏塔108的塔顶及回流槽114的气相出料管路128中的氧气与氯丙烯的混合气体浓度以及氧气与甲醇的混合气体浓度，进而可防止因氧气与氯丙烯的混合气体浓度以及氧气与甲醇的混合气体浓度过高所产生的爆炸。在蒸馏塔108的塔顶中，氯丙烯-氧气-氮气系统中的氧气浓度例如是小于11.2vol％，且在回流槽114的气相出料管路128中，氯丙烯-氧气-氮气系统中的氮气浓度例如是大于95vol％。当在存在催化剂与甲醇的环境下，进行氯丙烯与双氧水水溶液的反应时，在蒸馏塔108的塔顶中，甲醇-氧气-氮气系统中的氧气浓度例如是小于10.5vol％，且在回流槽114的气相出料管路128中，甲醇-氧气-氮气系统中的氮气浓度例如是大于88vol％。氮气可通过氮气供应装置116提供至蒸馏塔108的塔顶与回流槽114的气相出料管路128中。
进行步骤s104，使蒸馏塔108的塔底产物进入分相器110中，而在分相器110中形成水相产物与包括环氧氯丙烷的有机相产物。此外，蒸馏塔108的塔底产物可经冷凝器130降温至约25℃～45℃后再进入分相器110中。水相产物的主成分包括大量的水。有机相产物的主成分为大量的环氧氯丙烷。相较于其他分离方式，通过分相器从蒸馏塔的塔底产物中分离出包括环氧氯丙烷的有机相产物的分离方式较为节能，因此可有效地降低制造成本。
可选择性地进行步骤s106，使分相器110的水相产物进入气提塔118中，而产生塔顶产物与塔底产物。气提塔118的塔顶产物主要包括环氧氯丙烷与水。气提塔118的塔顶产物可通过气体回流管路120经冷凝器130冷凝后回流至分相器110中。气提塔118的塔底产物包括大量高纯度的水。
可选择性地进行步骤s108，使分相器110的有机相产物进入气提塔122中，而产生塔顶产物与塔底产物。气提塔122的塔顶产物主要包括环氧氯丙烷与水。气提塔122的塔顶产物可通过气体回流管路124经冷凝器130冷凝后回流至分相器110中。气提塔120的塔底产物包括大量高浓度的环氧氯丙烷。
在此实施例中，蒸馏塔108的塔底产物、气提塔118的塔顶产物与气提塔122的塔顶产物是以通过同一个冷凝器130进行降温为例来进行说明，但本发明并不以此为限。在其他实施例中，蒸馏塔108的塔底产物、气提塔118的塔顶产物与气提塔122的塔顶产物也可通过不同的冷凝器进行降温。
基于上述可知，在上述实施例的环氧氯丙烷的制造装置100与制造方法中，由于是通过氯丙烯与双氧水水溶液进行反应来制造环氧氯丙烷，因此可具有较佳的反应转化率，且可有效地降低废弃物的量。此外，在上述实施例所提出的环氧氯丙烷的制造装置100与制造方法中，由于是通过使用分相器110从蒸馏塔108的塔底产物中分离出包括环氧氯丙烷的有机相产物，而非使用其他较为耗能的分离方式，因此可有效地降低制造成本。
综上所述，通过上述实施例的环氧氯丙烷的制造装置与制造方法，可具有较佳的反应转化率与较低的制造成本，且可有效地降低废弃物的量。
虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定的为准。