CN100430350C - 生产环己烯的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种生产环己烯的方法,主要解决以往技术中存在设备腐蚀严重、废酸污染环境、后处理工序长、反应收率低、产品质量差,或者催化剂用量多,反应温度高,反应时间较长,环己烯产率低,尤其是反应时间延长催化剂活性下降等问题。本发明通过采用以环己醇为原料,以选自ZSM型沸石、L沸石、β沸石、MCM型沸石、菱沸石、丝光沸石或八面沸石中至少一种的氢型沸石和粘结剂为催化剂,在反应温度为120~240℃,反应绝对压力为0.01~1.0MPa条件下反应生成环己烯的技术方案,较好地解决了该问题,可用于环己醇液相催化脱水生产环己烯的工业生产中。

Description

生产环己烯的方法
技术领域
本发明涉及一种生产环己烯的方法,特别是关于环己醇液相催化脱水生产环己烯的方法。
背景技术
环己烯,又名四氢化苯,可用于有机合成,也可用于溶剂和石油萃取剂、高辛烷值汽油的稳定剂,主要用于制造L-赖氨酸、环己基甲酸、环氧环己烷等,在医药中间体、农药中间体和微电子固封聚合物方面也有很好的应用前景。
传统的环己烯生产方法,采用无机酸主要是浓硫酸或者有机酸作催化剂,环己醇液相脱水制得。也有采用磷酸为催化剂,虽然减缓了腐蚀性、炭化物生成量,但是成本提高了。采用浓硫酸均相催化脱水工艺生产环己烯,收率仅81%。该工艺中粗产品含有酸、SO2、副产的炭化物,须经洗涤、中和、水洗、精馏等繁琐的后处理工序,才得到产品。存在着设备腐蚀严重、废酸环境污染、后处理工序长、反应收率低、产品质量差等问题。
近年来,人们探索环己醇气相脱水制备环己烯的方法,采用改性膨润土、固体超强酸SO4 2-/ZrO2-Ce2O3等制备催化剂。许利闽等《福建师范大学学报》1999,Vol.15,No.2,p48中研究了经酸活化处理、焙烧温度350℃的活性白土作催化剂,进料空速2.5小时-1,205℃环己醇气固催化脱水,环己烯产率为98%。催化剂初期(连续运转26小时)活性稳定在97.8%,而催化剂长期使用有待深入研究。李远志《精细化工》2000,Vol.17,No.2,p88中于550℃焙烧制备了含铈固体超强酸SO4 2-/ZrO2-Ce2O3(含质量分数1.5%Ce2O3)催化剂,在140℃时气固催化脱水反应,环己醇转化率95.3%,环己烯选择性100%。这仅是探针反应的结果。
环己醇沸点高,气相法脱水能耗大,反应设备效率不如液相法。这些年中,人们对环己醇液相脱水法,不断开发替代浓硫酸的新型催化剂,试图用NaHSO H2O、SnCl4、对甲苯磺酸、磷钨酸、固体超强酸SO4 2-/TiO2-SiO2、SO4 2-/ZrO2、SO4 2-/TiO2-SnO2、SO4 2-/ZrO2-粉煤灰、天然丝光沸石、脱铝超稳Y沸石研制催化剂。杨开莲等《浙江化工》2003,Vol.34,No.12,p1中以固体超强酸SO4 2-/TiO2-SnO2为催化剂环己醇脱水制备环己烯,催化剂用量为环己醇质量的8%,温度为160℃,反应3小时,产品收率78%以上,催化剂可重复使用,但是产品收率低。古绪鹏等《化工进展》2004,Vol.23,No.2,p195中制备了固体超强酸SO4 2-/ZrO2-粉煤灰催化剂,催化剂用量为环己醇质量的10%,反应温度为180℃,环己醇脱水反应1小时,收率达85%,产品纯度高,固体催化剂易与产品分离,可重复使用,但是催化剂用量太多,产品收率不高。陈海生等《化学试剂》1997,Vol.19,No.4,p242中使用经过处理的天然丝光沸石作催化剂,催化剂用量为环己醇质量的5~50%,205℃,环己醇液相脱水反应3小时,环己烯产率为93%。催化剂50克经28次反应,共用环己醇3000克,具有较长的使用寿命。但是存在催化剂用量多,催化剂使用周期长,反应温度高,反应时间较长等问题。张敏等《精细化工》2000,Vol.17,No.5,p287中采用硅铝比为10.99的脱铝超稳Y沸石作催化剂,催化剂用量为环己醇质量的7.5%,180~190℃,环己醇液相脱水反应1小时,环己烯产率为87.8%。催化剂经气相高温焙烧可重复使用。但是存在反应时间延长催化剂活性下降,环己烯产率低等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中存在设备腐蚀严重、废酸污染环境、后处理工序长、反应收率低、产品质量差等问题,或者催化剂用量多,反应温度高,反应时间较长,环己烯产率低,尤其是反应时间延长催化剂活性下降等问题,提供一种新的环己醇液相催化脱水生产环己烯的方法。该方法不仅具有对设备无腐蚀作用、产物后处理容易、无环境污染等优点,而且具有流程简单,产物收率高、质量好,催化剂使用周期长并且可以再生使用的特点。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案如下:一种生产环己烯的方法,以环己醇为原料,在反应温度为120~240℃,反应绝对压力为0.01~1.0MPa条件下,反应原料与催化剂接触生成环己烯,其中所用的催化剂以重量百分比计包括以下组份:
a)30~90%选自ZSM型沸石、L沸石、β沸石、MCM型沸石、菱沸石、丝光沸石或八面沸石中至少一种的氢型沸石;
b)10~70%选自氧化硅、氧化铝或其混和物的粘结剂。
上述技术方案中,反应温度优选范围为170~190℃,反应绝对压力优选范围为常压~0.5MPa。以重量百分比计选自ZSM型沸石、L沸石、β沸石、MCM型沸石、菱沸石、丝光沸石或八面沸石中至少一种的氢型沸石的用量优选范围为60~80%;氢型沸石优选方案为选自ZSM-5沸石、丝光沸石或八面沸石中至少一种;ZSM-5沸石优选方案为选自硅铝摩尔比为10~1500的ZSM-5沸石,丝光沸石优选方案为选自硅铝摩尔比为8~150的丝光沸石,八面沸石优选方案为选自硅铝摩尔比为0.8~30的八面沸石。以重量百分比计催化剂中优选方案为还含有选自Ni、Zn、Cu、Pd或Pt元素或其氧化物中的至少一种,其用量为>0~5%,优选范围为0.01~3%。
本发明中使用的催化剂的制备方法是一般的沸石催化剂的制备方法。使用硅源、铝源和助剂(例如氨、有机胺类模板剂)合成沸石原粉,再经焙烧脱模,酸交换,洗涤,得氢型沸石。将氢型沸石浸渍在需要量的至少一种选自Ni、Zn、Cu、Pd或Pt元素的盐溶液中,烘干、焙烧。然后将经上述处理的沸石与粘结剂充分捏合,成型后,经过干燥、焙烧而得催化剂。
本发明中反应原料为环己醇,可以是各种工艺路线合成的环己醇,最好是低沸点、杂质少、环己酮含量低的环己醇。原料环己醇和催化剂可以直接加入反应釜中,然后升温至预定温度进行液相催化脱水反应;也可以先加入原料环己醇,升温至预定温度,再加入催化剂进行液相催化脱水反应,催化剂在反应结束后过滤回收,加入到反应釜中重复使用。反应时间为0.15~10小时,优选范围为0.5~2小时。还可以催化剂催化环己醇脱水反应到一定程度后,环己醇直接液相冷态或者预热后连续不断补加进料到反应釜中,继续液相催化脱水反应,直至催化剂性能下降,达到催化剂长周期使用的效果。
在一般操作条件下,催化剂可以重复使用40~60次,不必再生。在优选的反应条件下,催化剂可以重复使用35~50次,不必再生。当催化剂性能下降时,催化剂的再生方法有气相再生法和液相再生法。最常见的再生方法是气相高温焙烧法。在500℃以上用空气高温焙烧,可有效地再生催化剂,催化剂可以重复使用。
本发明在反应温度120~240℃,反应压力0.01~1.0MPa(绝对压力)的条件下,反应0.15~10小时,环己醇转化率96%以上,环己烯收率在95%以上。在优选的反应条件下:反应温度170~190℃,反应压力常压~0.5MPa(绝对压力),反应0.5~2小时,环己醇转化率98%以上,环己烯收率在97%以上,产品纯度高、质量好,不含有酸、SO2、副产的炭化物等,取得了较好的技术效果。
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述。
具体实施方式
【实施例1~12】
将氢型沸石浸渍在需要量的至少一种选自Ni、Zn、Cu、Pd或Pt元素的盐溶液中5~8小时,过滤后120℃烘干10小时,550℃焙烧2小时,并粉碎。然后将经上述处理的沸石与粘结剂氧化铝充分捏合,挤条成型后,120℃烘10小时,550℃焙烧5小时,得到催化剂A~L。催化剂组成见表1。
表1
Figure C20051011027800061
在500毫升反应釜中加入催化剂2.5克,环己醇200克,然后升温至反应温度,催化脱水生成环己烯,反应条件及反应结果见表2。
表2
  实施例   催化剂   反应温度℃   反应压力(绝压)MPa   反应时间分钟   环己醇转化率%   环己烯收率%
  1   A   200   0.5   30   100   97.5
  2   B   240   1.0   10   100   95.2
  3   C   170   0.2   120   97.5   96.1
  4   D   180   0.3   90   99.1   98.3
  5   E   230   0.8   15   100   95.8
  6   F   190   0.4   60   99.5   99.1
  7   G   130   0.05   480   96.5   96.2
  8   H   210   0.6   20   100   99.5
  9   I   160   0.1   180   98.7   95.6
  10   J   120   0.03   600   96.1   96.0
  11   K   230   0.8   15   100   97.7
  12   L   170   0.2   120   99.3   96.9
【实施例13】
在500毫升反应釜中加入催化剂E 2.5克,环己醇200克,然后升温至反应温度230℃,反应压力0.8MPa(绝对压力)的条件下,催化脱水生成环己烯。在反应过程中,为了控制反应压力,需要连续排放一些含有低沸点的尾气。催化剂在每次反应15分钟后降温过滤回收,加入到反应釜中重复使用。在相同的条件下催化剂重复使用60次。在第60次时,环己醇转化率为100%,环己烯收率下降至95.0%,产品环己烯除溶解的微量水分外,气相色谱分析检测到烯烃杂质峰合计为800ppm。
【实施例14】
在500毫升反应釜中加入催化剂H 2.5克,环己醇200克,然后升温至反应温度190℃,反应压力0.4MPa(绝对压力)的条件下,催化脱水生成环己烯。在催化反应过程中,为了控制反应压力,需要间歇排放含有低沸点的尾气。催化剂在每次反应60分钟后降温过滤回收,加入到反应釜中重复使用。在相同的条件下催化剂重复使用45次。在第45次时,环己醇转化率为100%,环己烯收率下降至97.1%,产品环己烯除溶解的微量水分外,气相色谱分析检测到烯烃杂质峰合计为200ppm。催化性能下降的催化剂,在650℃空气中焙烧再生。在500毫升反应釜中加入再生后的催化剂2.5克,环己醇200克,然后升温至反应温度190℃,反应压力0.4MPa(绝对压力)的条件下,催化脱水生成环己烯,环己醇转化率为100%,环己烯收率为99.1%,产品环己烯除溶解的微量水分外,气相色谱分析检测到烯烃杂质峰合计为120ppm。

Claims (8)

1、一种生产环己烯的方法,以环己醇为原料,在反应温度为120~240℃,反应绝对压力为0.01~1.0MPa条件下,反应原料与催化剂接触生成环己烯,其中所用的催化剂以重量百分比计包括以下组份:
a)30~90%选自ZSM型沸石、L沸石、β沸石、MCM型沸石、菱沸石、丝光沸石或八面沸石中至少一种的氢型沸石;
b)10~70%选自氧化硅、氧化铝或其混和物的粘结剂。
2、根据权利要求1所述生产环己烯的方法,其特征在于反应温度为170~190℃。
3、根据权利要求1所述生产环己烯的方法,其特征在于反应绝对压力为常压~0.5MPa。
4、根据权利要求1所述生产环己烯的方法,其特征在于以重量百分比计选自ZSM型沸石、L沸石、β沸石、MCM型沸石、菱沸石、丝光沸石或八面沸石中至少一种的氢型沸石的用量为60~80%。
5、根据权利要求1所述生产环己烯的方法,其特征在于氢型沸石选自ZSM-5沸石、丝光沸石或八面沸石中至少一种。
6、根据权利要求5所述生产环己烯的方法,其特征在于ZSM-5沸石的硅铝摩尔比为10~1500,丝光沸石的硅铝摩尔比为8~150,八面沸石的硅铝摩尔比为0.8~30。
7、根据权利要求1所述生产环己烯的方法,其特征在于以重量百分比计,催化剂中还含有选自Ni、Zn、Cu、Pd或Pt元素或其氧化物中的至少一种,其用量为>0~5%。
8、权利要求7所述生产环己烯的方法,其特征在于以重量百分比计,选自Ni、Zn、Cu、Pd或Pt元素或其氧化物中的至少一种的用量为0.01~3%。
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