一种用于正丁醇脱水制备丁烯的固体酸催化剂及其制备方法_2

文档序号:9655164阅读:来源:国知局
032]下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
[0033]在本发明的一个方面,本发明提出了一种负载型催化剂。根据本发明的实施例,该负载型催化剂包括:γ -Α1203载体以及活性成分,活性成分负载在γ -Α12θ3载体上。其中,活性成分含有氧化锌、氧化锰以及氧化钴。由此,可以通过含有三种金属氧化物的活性成分提高该负载型催化剂的催化活性。
[0034]发明人经过深入研究以及大量实验发现,尽管γ-Α1203作为固体酸催化剂,有着较好的稳定性以及催化寿命较长等优点,并且在一定条件下,例如,在320?350摄氏度范围内,具有一定的催化活性,可以催化正丁醇脱水生成丁烯,但单独使用γ_Α1203作为催化剂的催化反应往往存在反应的转化率偏低、反应选择性不高等问题。因此,需要对γ-Α1203进行改性处理,以提高γ -Α12θ3做为催化剂的催化效率以及效果。发明人发现,将γ -Α1203作为载体,并向其中添加含有金属氧化物的活性成分时,可以提高催化剂催化化学反应的反应转化率。并且,当活性成分中含有氧化锌、氧化锰以及氧化钴时,该负载型催化剂的催化效果显著提高。由此,可以将γ-Α?203作为载体,通过将氧化锌、氧化锰以及氧化钴做为活性成分,负载到载体上,实现上述三种金属氧化物在催化化学反应时的协同作用,进而实现提高该负载型催化剂的催化效率以及效果。
[0035]根据本发明的实施例,在该负载型催化剂中,基于该负载型催化剂的总质量,γ-Α1203载体的含量为60?99.7质量%,氧化锌的含量为0.1?5质量%,氧化锰的含量为0.1?20质量%,氧化钴的含量为0.1?15质量%。由此,可以调节活性成分中金属氧化物的含量,使氧化锌、氧化锰以及氧化钴的负载量在上述范围之内,进而可以进一步提高该负载型催化剂的催化效率以及效果。
[0036]根据本发明的实施例,该负载型催化剂可以用于催化正丁醇脱水制备丁烯。由此,可以提高制备正丁醇的转化率以及脱水反应生成丁烯的选择性。发明人经过大量实验发现,采用该负载型催化剂催化的正丁醇脱水反应中,正丁醇的转化率可以高达100%,生成丁稀的选择性最尚可达99.33% ο由此,可以大幅提尚原料的利用率以及丁稀的广量。
[0037]在本发明的另一方面,本发明提出了一种制备前面描述的负载型催化剂的方法。根据本发明的实施例,该方法包括使活性成分负载于γ -Α1203载体上,以便获得负载型催化剂。其中,活性成分含有氧化锌、氧化锰以及氧化钴。由此,可以简便地获得本发明前面描述的负载型催化剂,进而可以提高利用该方法制备上述负载型催化剂的效率以及效果。
[0038]具体地,根据本发明的实施例,参考图1,该方法可以通过下列步骤实现:
[0039]S100:混合
[0040]根据本发明的实施例,在该步骤中,将γ-Α1203载体与含有Ζη2+,Μη2+以及Co2+的溶液混合。由此,可以简便地将构成活性成分中金属氧化物的金属离子,即Zn2+,Mn2+以及Co2+添加到γ -ΑΙ2Ο3载体中形成混合溶液,以便在后续步骤中完成活性成分在γ -ΑΙ2Ο3载体上的负载,进而可以简便地利用该方法制备上述负载型催化剂。
[0041]具体地,γ-Α1203载体是通过对拟薄水铝石进行焙烧处理获得的。本领域技术人员可以根据实际情况选择焙烧处理的具体条件,只要能够将拟薄水铝石转化为γ-Α?2ο3即可。例如,根据本发明的一个实施例,可以在600摄氏度下对拟薄水铝石进行焙烧,以便获得γ-ΑΙ2Ο3载体。
[0042]在该步骤中,根据本发明的实施例,含有Ζη2+,Μη2+以及Co2+的溶液为含有下列的水溶液:基于所述水溶液的总质量,1质量%的211(勵3)2,4质量%的胞(動)2以及3质量%的0)(N03)2。换句话说,含有Zn2+,Mn2+以及Co2+的溶液可以为211(勵3)2、111(勵3)2以及(:0(勵3)2的混合溶液,并且,基于混合溶液的总质量,Ζη(Ν03)2的含量为1质量%,Μη(Ν03)2的含量为4质量%,Co(N03)2的含量为3质量%。由此,可以简便地配制含有Ζη2+,Μη2+以及Co2+的溶液。本领域技术人员可以将硝酸锌、硝酸锰以及硝酸钴的盐溶于具有一定质量的水溶液中,并调节加入的硝酸锌、硝酸锰以及硝酸钴的质量,使配制的溶液中Zn (N03) 2、Mn (N03) 2以及Co (N03) 2的含量为上述含量,即可简便地获得含有Zn2+,Mn2+以及Co2+的溶液,并与γ-Α1203载体进行混合。
[0043]根据本发明的实施例,在将γ-Α1203载体与含有Ζη2+,Μη2+以及Co2+的溶液进行混合时,可以按照γ -ΑΙ2Ο3以及上述溶液的质量比为(1?5):(5?20)进行混合。由此,可以简便地将构成活性成分中金属氧化物的金属离子,即Ζη2+,Μη2+以及Co2+添加到γ-Α1203载体中形成混合溶液。
[0044]S200:水热
[0045]根据本发明的实施例,在该步骤中,将含有γ-Α1203载体以及含有Ζη2+,Μη2+以及Co2+的混合溶液在130?180摄氏度的温度下进行水热反应,反应时间为2?6小时。由此,可以简便地将Zn2+,Mn2+以及Co2+转化为对应的金属氧化物,即氧化锌、氧化锰以及氧化钴,并负载在γ-Α?2θ3载体上。
[0046]需要说明的是,本领域技术人员可以根据混合溶液中Ζη2+,Μη2+以及Co2+的实际含量,调节水热反应的具体温度以及时间,只要能够将上述金属离子转化为金属氧化物并负载在γ -ΑΙ2Ο3载体上即可。例如,根据本发明的一个实施例,可以在密闭的水热反应釜中,将含有γ-Α1203载体以及含有Ζη2+,Μη2+以及Co2+的混合溶液加热至150摄氏度,并保持4小时来完成水热反应。
[0047]S300:焙烧
[0048]根据本发明的实施例,在该步骤中,对水热反应获得的固体产物进行焙烧处理,以便获得根据本发明实施例的负载型催化剂。由此,可以简便地获得根据本发明实施例的负载型催化剂。
[0049]具体地,根据本发明的实施例,在该步骤中,可以通过对水热反应获得的固体产物在600摄氏度下焙烧5小时来获得上述负载型催化剂。由此,可以提高利用该方法制备的负载型催化剂的效果。
[0050]此外,在对水热反应获得的固体产物进行上述焙烧处理之前,可以先对固体产物进行洗涤和干燥处理。具体地,可以通过对水热反应的反应产物进行抽滤处理,以便使反应产物固液分离,获得固体产物。随后对抽滤获得的固体产物进行洗涤,并将洗涤过的固体产物在120摄氏度下进行干燥。由此,可以进一步提高利用该方法制备的负载型催化剂的效果Ο
[0051]在本发明的又一方面,本发明提出了前面描述的负载型催化剂在制备丁烯中的用途。其中,制备丁烯包括使正丁醇脱水。该负载型催化剂的特征以及优点已经在前面进行了详尽的描述,在此不再赘述。由此,可以将上述负载型催化剂应用到采用正丁醇制备丁烯的反应中,以便提高制备丁烯的效率以及效果。
[0052]在本发明的又一方面,本发明提出了一种制备丁烯的方法。根据本发明的实施例,该方法包括:采用前面描述的负载型催化剂,使正丁醇发生脱水反应,以便获得丁烯。由于该方法采用了前面描述的负载型催化剂,因此该制备丁烯的方法具有较高的正丁醇转化率,并且具有较高的生成丁烯的选择性,关于采用前面描述的负载型催化剂制备丁烯时正丁醇的转化率以及丁烯的选择性,前面已经进行了详尽的描述,在此不再赘述。具体地,根据本发明的实施例,参考图2,该方法可以通过下列步骤实现:
[0053]S100:气化正丁醇
[0054]根据本发明的实施例,在该步骤中,将正丁醇溶液加热气化,以便获得气化正丁醇。由此,可以增强正丁醇与催化剂的接触面积以及接触范围,进而提高后续步骤的催化反应效率以及效果。
[0055]具体地,根据本发明的实施例,在该步骤中,正丁醇溶液可以选用含有5?7.7质量%的正丁醇和余量的水,或者80?100质量%的正丁醇和余量的水的正丁醇溶液。换句话说,在上述正丁醇溶液中,基于正丁醇溶液的总质量,正丁醇的含量为5?7.7质量卩,可以通过将适量正丁醇加入到水中配置正丁醇溶液,并调节加入的正丁醇的量,使正丁醇溶液中正丁醇的含量为5?7.7质量%。或者,选用基于正丁醇溶液的总质量,含有80?100质量%的正丁醇和余量的水的溶液作为正丁醇溶液,即,通过将适量水加入到正丁醇中,调节所加入的水的量,使配置的正丁醇溶液中含有80?100质量%的正丁醇和余量的水。由此,可以根据实际情况选择适当的溶液作为正丁醇溶液,进而可以提高利用该方法制备丁烯的效果。
[0056]需要说明的是,在该步骤中,使正丁醇气化的方法不受特别限制,本领域技术人员可以根据实际生产中的装置等具体情况,选择适当的方法对正丁醇进行加热,以便使正丁醇气化产生气化正丁醇。例如,根据本发明的实施例,可以采用蠕动栗将上述正丁醇水溶液注入到固定床反应器中,其中,固定床反应器包括加热段以及催化脱水段。可以采用蠕动栗将正丁醇水溶液注入到该固定床反应器的加热段,对正丁醇
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