专利名称:一种用于制备醋酐的催化剂及制备方法和应用的制作方法
技术领域:
本发明属于制备醋酐的催化剂,具体的说涉及一种制备醋酐的 负载型非贵金属催化剂及制备方法和应用。
背景技术:
醋酐是一种重要的有机化工原料,具有非常广泛的用途。醋酐主 要用作乙酰化试剂、脱水剂、溶剂等。醋酐是生产醋酸纤维素的主要 原料,其中三醋酸纤维素是制造高级感光胶片的材料,而二醋酸纤维 素则用于制造香烟过滤嘴和塑料。此外醋酐还广泛应用于医药、染料、 农药、轻工、纺织等领域。
目前,醋酐的主要生产方法有乙醛氧化法、烯酮法、羰基合成法。 乙醛氧化法和烯酮法存在生产成本较高、效益差、环境污染严重、规
模小等诸多不利因素,而作为20世纪80年代兴起的羰基合成法克服 了前两种方法的部分缺点而受到越来越多研究者的重视。目前,羰基 化合成醋酐的研究主要集中在催化剂的研发方面,而用于羰基化合成 醋酐的催化剂主要包括贵金属催化剂和非贵金属催化剂两类。贵金属 催化剂方面,中科院化学所蒋大智等研制的新型的多齿季盐及杂键合 型铑配合物催化剂(CN 95104298. X和CN 95108227.2)与国际上现 有同类催化剂相比,具有更高的催化活性和稳定性。但是,由于贵金 属总体储量少,导致其价格昂贵,大大增加了催化剂的制备成本,限 制了其大规模应用。与贵金属催化剂相比,非贵金属催在制备成本方 面有着巨大的优势,但是就目前发展来看,非贵金属催化剂,尤其是 用于非均相反应的非贵金属催化剂,尚未取得较大进展,Tsutomii Shlkada等(In. Eng. Chem. Prod. Res. Dev. 1985, 24, 521-525)采用 Ni/AC用于气相羰基化合成醋酑,但乙酸甲酯的转化率和醋酐的收率 较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种转化率高,选择性好的用于制备醋酐的 非贵金属催化剂及制备方法和应用。 本发明的催化剂的组成为
载体:活性组分Ni :助剂lg: 1 3翻1:0. 5 1 5画1 。 如上所述的载体为活性炭、硅胶或氧化铝。如上所述的助剂为Li、 Na、 Sn或Ge。
本发明催化剂的制备方法将活性组分Ni和助剂的前驱体分别 配成1 3molA的溶液,将载体加入含活性组分和助剂的溶液浸渍, 静置4 24h,于80 120。C烘干,在!^气氛中450 800。C焙烧3 6h, 即可制得所需催化剂。
如上所述活性组分的前驱体是硝酸镍或醋酸镍。
如上所述助剂的前驱体是氯化物。
本发明用于乙酸甲酯羰基化制备醋酐催化剂的应用方法,其特征 在于包括如下步骤
(1) 催化剂的预处理
催化剂在反应气气氛下,气体空速为1000 2000h—',从室温升 至所需反应温度199 225°C。
(2) 羰基化反应
反应物乙酸甲酯和助剂碘甲垸的摩尔比为4" 8:1,反应原料 气一氧化碳与氢气的摩尔比为5:1 10:1,乙酸甲酯与一氧化碳的摩 尔比为1:1 1:3,反应在连续流动固定床反应器上进行,气体空速 为1000 2000h—\反应温度为199 225°C,反应压力4 7MPa,反应 时间5 16h。
本发明的优点如下
1. 本发明的催化剂具有较高的活性,乙酸甲酯的转化率可达25% 以上,醋酐的选择性可达72%以上。
2. 本发明的催化剂原料廉价易得,与贵金属催化剂相比大大降低 了催化剂的成本。
3. 本发明的催化剂制备简单,操作方便,催化剂体系易于与产品 分离。
具体实施例方式
实施例1:
1. 催化剂的制备:称取3g活性炭,分别量取2mo1/1的硝酸镍溶液 3ml和1. 5mo1/1四氯化锡溶液2ml混合均匀,共浸渍载体,静置14h, 于12(TC烘干,N2气氛下于60(TC焙烧4h,即可得到组成为活性炭Ni,' Sn =lg: 2ramol: lmmol的催化剂。
2. 羰基化反应:反应在连续流动固定床反应器中进行,乙酸甲酯与 碘甲烷的摩尔比为7.5:1,反应空速1000h—',反应温度205'C,反应压力5.3MPa, 一氧化碳和氢气的摩尔比为7:1,乙酸甲酯和一氧化碳 的摩尔比为1:2.5,反应时间7h,即可得选择性为73.6%的醋酐,乙 酸甲酯的转化率为26.7%。 实施例2:
1. 催化剂的制备:称取3g硅胶,分别量取3mo1/1的硝酸镍溶液 2ml和lmol/1四氯化锡溶液3ml混合均匀,共浸渍载体,静置4h, 于8(TC烘干,N2气氛下于45(TC焙烧3h,即可得到组成为活性炭Ni: Sn二lg: 2画1: lmmol的催化剂。
2. 羰基化反应反应在连续流动固定床反应器中进行,乙酸甲酯 与碘甲烷的摩尔比为4:1,反应空速2000h—、反应温度20(TC,反应 压力4. lMPa, 一氧化碳和氢气的摩尔比为5.2:1,乙酸甲酯和一氧化 碳的摩尔比为l:l,反应时间5h,即可得选择性为52. 1%的醋酐,乙 酸甲酯的转化率为20. 2%。
实施例3:
1. 催化剂的制备:称取3g活性炭,分别量取lmol/1的硝酸镍溶 液7. 5ml和3mo1/1的氯化锂溶液1. 5ml混合均匀,共浸渍载体,静 置24h,于12(TC烘干,&气氛下于80(TC焙烧4. 5h,即可得到组成 为活性炭Ni: Li =lg: 2.5mmol: 1.5mmol的催化剂。
2. 羰基化反应反应在连续流动固定床反应器中进行,乙酸甲酯 与碘甲垸的摩尔比为8:1,反应空速1500h—',反应温度205'C,反应 压力7MPa, 一氧化碳和氢气的摩尔比为l(hl,乙酸甲酯和一氧化碳 的摩尔比为1:3,反应时间16h,即可得选择性为62. 1%的醋酐,乙 酸甲酯的转化率为26.3%。
实施例4:
1. 催化剂的制备:称取3g氧化铝,分别量取1. 5mo1/1的醋酸镍 溶液4ml和lmol/1四氯化锗溶液1. 8ml混合均匀,共浸渍载体,静 置20h,于9(TC烘干,N2气氛下于50(TC焙烧5.5h,即可得到组成为 氧化铝Ni: Ge =lg: 2腿ol: 0.6mmol的催化剂。
2. 羰基化反应反应在连续流动固定床反应器中进行,乙酸甲酯 与碘甲烷的摩尔比为6:1,反应空速1700h—',反应温度225t:,反应 压力4.8MPa, 一氧化碳和氢气的摩尔比为8:1,乙酸甲酯和一氧化碳 的摩尔比为1:2,反应时间13h,即可得选择性为70.5%的醋酐,乙 酸甲酯的转化率为25.5%。
5实施例5:
l.催化剂的制备称取3g活性炭,分别量取2ni01/1的硝酸镍溶 液1.5ml和lmol/l氯化亚锡溶液3ml混合均匀,共浸渍载体,静置 6h,于IOO'C烘干,N2气氛下于65(TC焙烧4h,即可得到组成为活性 炭Ni: Sn 二lg: lramol: lmmol的催化剂。
2.羰基化反应反应在连续流动固定床反应器中进行,乙酸甲酯 与碘甲烷的摩尔比为5.5:1,反应空速1400h—、反应温度210。C,反 应压力4.9MPa, 一氧化碳和氢气的摩尔比为7.5:1,乙酸甲酯和一氧 化碳的摩尔比为1:1.8,反应时间10h,即可得选择性为68.9%的醋 酐,乙酸甲酯的转化率为24. 1%。
实施例6:
1. 催化剂的制备:称取3g活性炭,分别量取3mo1/1的硝酸镍溶液 3ml和lmo1/1四氯化锡溶液3ml混合均匀,共浸渍载体,静置8h, 于105'C烘干,Nz气氛下于75(TC焙烧4h,即可得到组成为活性炭Ni : Sn =lg: 3mmol: lmmol的催化剂。
2.羰基化反应反应在连续流动固定床反应器中进行,乙酸甲酯 与碘甲垸的摩尔比为4.5: 1,反应空速1800h—\反应温度205。C, 反应压力6.5MPa, 一氧化碳和氢气的摩尔比为7:1,乙酸甲酯和一氧 化碳的摩尔比为1:1.6,反应时间12h,即可得选择性为66.5%的醋 酐,乙酸甲酯的转化率为22. 1%。
实施例7:
1.催化剂的制备:称取3g硅胶,分别量取lmo1/1的硝酸镍溶液 3ml和lmol/l氯化钠溶液3ml混合均匀,共浸渍载体,静置22h,于 12(TC烘干,N2气氛下于60(TC焙烧6h,即可得到组成为活性炭Ni: Na =lg: lmmol: lmmol的催化剂。
2. 羰基化反应:反应在连续流动固定床反应器中进行,乙酸甲酯与 碘甲垸的摩尔比为8: 1,反应空速1000h、反应温度22CTC,反应 压力5. 8MPa, 一氧化碳和氢气的摩尔比为9:1,乙酸甲酯和一氧化碳 的摩尔比为1:2,反应时间14h,即可得选择性为54. 1%的醋酐,乙 酸甲酯的转化率为22.3%。
权利要求
1、一种用于制备醋酐的催化剂,其特征在于催化剂的组成为载体活性组分Ni∶助剂=1g∶1~3mmol∶0.5~1.5mmol。
2、 如权利要求1所述的一种用于制备醋酐的催化剂,其特征在于所 述的载体为活性炭、硅胶或氧化铝。
3、 如权利要求1所述的一种用于制备醋酐的催化剂,其特征在于所 述的助剂为Li、 Na、 Sn或Ge。
4、 如权利要求1、 2或3所述的一种用于制备醋酐的催化剂的制备方 法,其特征在于将活性组分Ni和助剂的前驱体分别配成1 3rao1/1 的溶液,将载体加入含活性组分和助剂的溶液浸渍,静置4 24h, 于80 120。C烘干,在&气氛中450 80(TC焙烧3 6h,即可制得所需催化剂。
5、 如权利要求4所述的一种用于制备醋酐的催化剂的制备方法,其 特征在于上所述活性组分的前驱体是硝酸镍或醋酸镍。
6、 如权利要求4所述的一种用于制备醋酐的催化剂的制备方法,其 特征在于上所述助剂的前驱体是氯化物。
7、 如权利要求1、 2或3所述的一种用于制备醋酐的催化剂的应用方 法,其特征在于包括如下步骤(1) 催化剂的预处理催化剂在反应气气氛下,气体空速为1000 2000h",从室温升 至所需反应温度199 225°C。(2) 羰基化反应反应物乙酸甲酯和助剂碘甲烷的摩尔比为4'.1 8:1,反应原料 气一氧化碳与氢气的摩尔比为5:1 10:1,乙酸甲酯与一氧化碳的摩 尔比为1:1 1:3,反应在连续流动固定床反应器上进行,气体空速 为1000 2000h—',反应温度为199 225°C,反应压力4 7MPa,反应 时间5 16h。
全文摘要
一种用于制备醋酐的催化剂的组成为载体∶活性组分Ni∶助剂=1g∶1~3mmol∶0.5~1.5mmol。将活性组分Ni和助剂的前驱体分别配成1~3mol/l的溶液,将载体加入含活性组分和助剂的溶液浸渍,静置4~24h,于80~120℃烘干,在N<sub>2</sub>气氛中450~800℃焙烧3~6h,即可制得所需催化剂。本发明具有较高的活性,乙酸甲酯的转化率可达25%以上,醋酐的选择性可达72%以上,操作方便,成本低的优点。
文档编号B01J37/00GK101502805SQ20091007395
公开日2009年8月12日 申请日期2009年3月16日 优先权日2009年3月16日
发明者谭猗生, 贾庆龙, 韩怡卓 申请人:中国科学院山西煤炭化学研究所