CN101289365A - 低温催化苯加氢的方法及其专用催化剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低温催化苯加氢的方法及其专用催化剂。本发明提供的低温催化苯加氢的方法,是用钴基催化剂催化苯加氢反应,钴基催化剂为钴单金属催化剂和/或贵金属-钴双金属催化剂。本发明将钴基催化剂应用于催化苯加氢反应,与目前用Ni系或者Pt系催化剂催化苯加氢反应相比,可以实现较低温度甚至室温条件苯加氢反应,并且具有高的加氢活性。本发明提供了一种新的可用于苯加氢反应的钴基催化剂,即贵金属-钴双金属催化剂,该贵金属-钴双金属催化剂具有比钴单金属催化剂更高的加氢活性。除了制备环己烷,本发明的钴基催化剂可以应用于燃料油中芳烃特别是苯的深度脱除以及环境中微量苯的消除。
Description
技术领域
本发明涉及低温催化苯加氢的方法及其专用催化剂。
背景技术
环己烷是重要的有机化工中间体,广泛应用于尼龙-6和尼龙-66的生产。生产环己烷的主要途径是苯加氢反应,所以苯加氢反应的催化剂需求很大。另外,环境中微量苯的消除,燃料油中芳烃尤其是苯的深度脱除也需要更高活性的芳烃加氢催化剂。苯加氢反应的催化剂已有众多文献和专利报道,目前工业化生产中采用的是非贵金属的Ni系催化剂和贵金属Pt系催化剂。Ni系催化剂的苯加氢反应温度在130-200℃,Pt系催化剂的苯加氢反应温度在180-220℃。
钴基金属催化剂目前主要应用于Fischer-Torpsch合成反应。关于钴基F-T合成催化剂,萨索尔技术(控股)有限公司发明专利已有详细描述(专利公开号CN1436097,CN1433455,CN1433456),但是主要集中于研究其F-T合成反应催化性能。帝国化学工业公司专利CN1089632公开了一种过渡氧化铝负载钴催化剂的制备方法,强调其具有高的钴金属表面积。约翰森·马瑟有限公司专利CN1684765公开了一种二氧化钛负载的含钴催化剂制备方法,将固体二氧化钛载体颗粒与钴氨络合物碳酸盐的水溶液混合在一起,加热至足以分解钴氨合物碳酸盐的高温并在所述载体上沉淀钴物质,该催化剂可用于氢化和费-托反应,该发明强调其独特的制备方法。埃克森研究工程公司专利CN85107148公开了一种铼助催化的钴催化剂,用于甲醇或者合成气转化为烃类。以上专利均涉及到钴催化剂,但都没有涉及钴催化剂应用于苯加氢反应。
发明内容
本发明的目的是提供一种低温催化苯加氢的方法及其专用催化剂。
本发明提供了一种催化苯加氢的方法,是用钴基催化剂催化苯加氢反应;所述钴基催化剂为钴单金属催化剂和/或贵金属-钴双金属催化剂。
所述催化反应的温度具体可为室温-150℃。
所述钴单金属催化剂中钴金属的含量为1-50%;所述贵金属-钴双金属催化剂可由下述方法制备得到。
本发明还提供了一种制备贵金属-钴双金属催化剂的方法,是将钴单金属催化剂还原活化后,加入到贵金属盐水溶液中,静置,得到贵金属-钴双金属催化剂;所述钴单金属催化剂中钴金属的含量为1-50%。
所述贵金属盐具体可为H2PtCl6、Pt(NH3)4(NO3)2、Pd(NO3)2、PdCl2和RuCl3中的至少一种;所述贵金属盐水溶液的浓度可为1-20mmol/L;所述静置的时间可为1-24小时。
所述钴单金属催化剂可以从商业途径得到,也可以按照下述方法制备:
在含有钴盐的水溶液中加入载体,搅拌,水浴蒸干,烘干,焙烧得到钴单金属催化剂;所述钴盐为Co(NO3)2、CoSO4、CoCl2和Co(CH3COO)2中的至少一种;所述钴盐水溶液的浓度为10-100mmol/L;所述载体为Al2O3、SiO2、TiO2、ZrO2、分子筛和活性炭中中的至少一种;所述搅拌的时间为2小时,所述水浴的温度为95℃,所述烘干的温度为110℃,所述焙烧的温度为300-700℃。
所述还原活化可为将得到的钴单金属催化剂在氢氮混合气中,300-600℃还原1-12小时。
所述制备方法中还可包括将所述贵金属-钴双金属催化剂用氢氮混合气在20-200℃吹扫1-5小时的步骤。
本发明还提供了另一种制备贵金属-钴双金属催化剂的方法,是在含有钴盐和贵金属盐的水溶液中加入载体,搅拌,水浴蒸干,烘干,焙烧得到贵金属-钴双金属催化剂;
所述贵金属盐为H2PtCl6、Pt(NH3)4(NO3)2、Pd(NO3)2、PdCl2和RuCl3中的至少一种;所述贵金属盐水溶液的浓度为1-20mmol/L;
所述钴盐为Co(NO3)2、CoSO4、CoCl2和Co(CH3COO)2中的至少一种;所述钴盐水溶液的浓度为10-100mmol/L;
所述载体为Al2O3、SiO2、TiO2、ZrO2、分子筛和活性炭中的至少一种;
所述搅拌的时间可为2小时,所述水浴的温度为可95℃,所述烘干的温度可为110℃,所述焙烧的温度可为300-700℃。
所述制备方法中还包括将得到的贵金属-钴双金属催化剂按照如下方法进行还原反应的步骤:将得到的贵金属-钴双金属催化剂在氢氮混合气中,300-600℃还原1-12小时。
用上述方法制备得到的贵金属-钴双金属催化剂也属于本发明的保护范围。
所述贵金属-钴双金属催化剂可包括多种贵金属和钴组成的催化剂,如钌钴双金属催化剂、钯钴双金属催化剂、铂钴双金属催化剂,其中铂钴双金属催化剂中铂钴的质量比为0.01-1。
实验发现,钴基催化剂可以在低温甚至室温条件下催化苯加氢反应,同时具有高的加氢活性。本发明将钴基催化剂应用于催化苯加氢反应,与目前用Ni系或者Pt系催化剂催化苯加氢反应相比,可以实现较低温度甚至室温条件加氢制备环己烷,并且具有高的转化率。本发明还提供了一种新的可用于苯加氢反应的钴基催化剂,即贵金属-钴双金属催化剂,该贵金属-钴双金属催化剂具有比钴单金属催化剂更高的加氢活性。除了制备环己烷,本发明的钴基催化剂可以应用于燃料油中芳烃特别是苯的深度脱除以及环境中微量苯的消除。
以下的实施例便于更好地理解本发明,但并不限定本发明。
具体实施方式
下述实施例中的实验方法,如无特殊说明,均为常规方法。
实施例1、氧化铝负载铂钴双金属催化剂的制备及其苯加氢催化性能
一、氧化铝负载铂钴双金属催化剂的制备
将0.12g Pt(NH3)4(NO3)2和7.4g Co(NO3)2·6H2O溶于200mL去离子水中,加入3.5g Al2O3载体,磁搅拌2h后,于95℃水浴中蒸干,然后置于110℃烘箱中烘12h,研磨后于马弗炉中500℃焙烧4h,得到氧化铝负载铂钴双金属催化剂。
二、苯加氢活性测试及结果
1、催化剂的活化
将100mg氧化铝负载铂钴双金属催化剂装入U形石英管中,450℃下用氢氮混合气还原反应1h,氢气和氮气流量均为20mL/min。
2、苯加氢反应
步骤1结束后,在U形石英管中通入反应气体,反应气体为氢氮混合气,流量分别为10mL/min和40mL/min。苯采取微量泵进样,流速0.5mL/h,由氢氮混合气将其带入催化剂反应床层。反应温度70℃。反应产物采用在线气相色谱检测,每隔一定时间取样分析。
苯加氢反应结果见表1。
实施例2、二氧化硅负载铂钴双金属催化剂制备及其苯加氢催化性能
一、二氧化硅负载铂钴双金属催化剂的制备
将0.12g Pt(NH3)4(NO3)2和7.4gCo(NO3)2·6H2O溶于200mL去离子水中,加入3.5g SiO2载体,磁搅拌2h后,于95℃水浴中蒸干,然后置于110℃烘箱中烘12h,研磨后于马弗炉中500℃焙烧4h,得到二氧化硅负载铂钴双金属催化剂。
二、苯加氢活性测试及结果
1、催化剂的活化
将100mg二氧化硅负载铂钴双金属催化剂装入U形石英管中,450℃下用氢氮混合气还原反应1h,氢气和氮气流量均为20mL/min。
2、苯加氢反应
步骤1结束后,在U形石英管中通入反应气体,反应气体为氢氮混合气,流量分别为10mL/min和40mL/min.苯采取微量泵进样,流速0.5mL/h,由氢氮混合气将其带入催化剂反应床层。反应产物采用在线气相色谱检测,每隔一定时间取样分析。同时,考察催化剂在29℃、45℃、59℃、72℃、84℃催化反应活性。
反应温度为70℃时苯加氢反应的结果见表1。不同反应温度条件下,在反应开始60min测定的苯加氢反应的转化率见表2。该催化剂甚至在室温(30℃)还具有一定的苯加氢活性。
表2实施例2制得催化剂不同反应温度苯加氢测试结果
实施例3、氧化铝负载钴金属催化剂制备及其苯加氢催化性能
一、氧化铝负载钴金属催化剂的制备
将7.4g Co(NO3)2·6H2O溶于200mL去离子水中,加入3.5g Al2O3载体,磁搅拌2h后,于95℃水浴中蒸干,然后置于110℃烘箱中烘12h,研磨后于马弗炉中500℃焙烧4h,得到氧化铝负载钴金属催化剂。
二、苯加氢活性测试及结果
同实施例1的步骤二。
苯加氢反应结果见表1。
实施例4、二氧化硅负载钴金属催化剂制备及其苯加氢催化性能
一、二氧化硅负载钴金属催化剂的制备
将7.4g Co(NO3)2·6H2O溶于200mL去离子水中,加入3.5g SiO2载体,磁搅拌2h后,于95℃水浴中蒸干,然后置于110℃烘箱中烘12h,研磨后于马弗炉中500℃焙烧4h,得到二氧化硅负载钴金属催化剂。
二、苯加氢活性测试及结果
同实施例1的步骤二。
苯加氢反应结果见表1。
实施例5、表面分散型氧化铝负载铂钴双金属催化剂制备及其苯加氢催化性能
一、表面分散型氧化铝负载铂钴双金属催化剂制备
取由实施例3制得的氧化铝负载钴金属催化剂100mg,进行还原活化(同实施例1的步骤二的1),加入到1mL Pt(NH3)4(NO3)2溶液(含Pt 1.2mg)中,静置10h后用氢氮混合气吹干,得到表面分散型氧化铝负载铂钴双金属催化剂。
二、苯加氢活性测试及结果
1、催化剂的活化
将100mg表面分散型氧化铝负载铂钴双金属催化剂装入U形石英管中,用氢氮混合气在50℃吹扫1-5小时,氢气和氮气流量均为20mL/min。
2、苯加氢反应
同实施例1的步骤二的2。
苯加氢反应结果见表1。
实施例6、活性炭负载钴金属催化剂制备及其苯加氢催化性能
一、活性炭负载钴金属催化剂的制备
将5.0g Co(NO3)2·6H2O溶于200mL去离子水中,加入3.5g活性炭载体,磁搅拌2h后,于95℃水浴中蒸干,然后置于110℃烘箱中烘12h,研磨后氮气保护下于电炉中500℃焙烧4h,得到活性炭负载钴金属催化剂。
二、苯加氢活性测试及结果
同实施例1的步骤二。
苯加氢反应结果见表1。
实施例7、活性炭负载铂钴双金属催化剂制备及其苯加氢催化性能
一、活性炭负载铂钴双金属催化剂的制备
将0.12g Pt(NH3)4(NO3)2和2.4g Co(NO3)2·6H2O溶于200mL去离子水中,加入3.5g活性炭载体,磁搅拌2h后,于95℃水浴中蒸干,然后置于110℃烘箱中烘12h,研磨后氮气保护下于电炉中500℃焙烧4h,得到活性炭负载铂钴双金属催化剂。
二、苯加氢活性测试及结果
同实施例1的步骤二。
苯加氢反应结果见表1。
实施例8、二氧化钛负载铂钴双金属催化剂制备及其苯加氢催化性能
一、二氧化钛负载铂钴双金属催化剂的制备
将0.12g Pt(NH3)4(NO3)2和7.4g Co(NO3)2·6H2O溶于200mL去离子水中,加入3.5g TiO2载体,磁搅拌2h后,于95℃水浴中蒸干,然后置于110℃烘箱中烘12h,研磨后于马弗炉中500℃焙烧4h,得到二氧化钛负载铂钴双金属催化剂。
二、苯加氢活性测试及结果
同实施例1的步骤二。
苯加氢反应结果见表1。
实施例9、氧化铝负载钯钴双金属催化剂制备及其苯加氢催化性能
一、氧化铝负载钯钴双金属催化剂的制备
将0.10g Pd(NO3)2和5.9g Co(NO3)2·6H2O溶于200mL去离子水中,加入3.5g Al2O3载体,磁搅拌2h后,于95℃水浴中蒸干,然后置于110℃烘箱中烘12h,研磨后于马弗炉中500℃焙烧4h,得到氧化铝负载钯钴双金属催化剂。
二、苯加氢活性测试及结果
同实施例1的步骤二。
苯加氢反应结果见表1。
实施例10、氧化铝负载钌钴双金属催化剂制备及其苯加氢催化性能
一、氧化铝负载钌钴双金属催化剂的制备
将0.05g RuCl3和5.9g Co(NO3)2·6H2O溶于200mL去离子水中,加入3.5g Al2O3载体,磁搅拌2h后,于95℃水浴中蒸干,然后置于110℃烘箱中烘12h,研磨后于马弗炉中500℃焙烧4h,得到氧化铝负载钌钴双金属催化剂。
二、苯加氢活性测试及结果
同实施例1的步骤二。
苯加氢反应结果见表1。
比较例1、氧化铝负载铂镍双金属催化剂制备及其苯加氢催化性能
本实施例用常规的苯加氢反应催化剂-氧化铝负载铂镍双金属催化剂进行苯加氢反应测试,作为实施例1-10中双金属催化剂的对照。
一、氧化铝负载铂镍双金属催化剂的制备
将0.12g Pt(NH3)4(NO3)2和7.4g Ni(NO3)2·6H2O溶于200mL去离子水中,加入3.5g Al2O3载体,磁搅拌2h后,于95℃水浴中蒸干,然后置于110℃烘箱中烘12h,研磨后于马弗炉中500℃焙烧4h,得到氧化铝负载铂镍双金属催化剂。
二、苯加氢活性测试及结果
同实施例1的步骤二。
苯加氢反应结果见表1。
比较例2、氧化铝负载镍金属催化剂制备及其苯加氢催化性能
本实施例用常规的苯加氢反应催化剂-氧化铝负载镍金属催化剂进行苯加氢反应测试,作为实施例1-10中单金属催化剂的对照。
一、氧化铝负载镍金属催化剂的制备
7.4g Ni(NO3)2·6H2O溶于200mL去离子水中,加入3.5g Al2O3载体,磁搅拌2h后,于95℃水浴中蒸干,然后置于110℃烘箱中烘12h,研磨后于马弗炉中500℃焙烧4h,得到氧化铝负载镍金属催化剂。
二、苯加氢活性测试及结果
同实施例1的步骤二。
苯加氢反应结果见表1。
表1实施例和比较例中苯加氢反应测试结果
Claims (10)
1、一种催化苯加氢的方法,是用钴基催化剂催化苯加氢反应;所述钴基催化剂为钴单金属催化剂和/或贵金属-钴双金属催化剂。
2、如权利要求1所述的方法,其特征在于:所述催化反应的温度为室温-150℃。
3、如权利要求1或2所述的方法,其特征在于:所述贵金属-钴双金属催化剂由下述权利要求4-9中任一方法制备得到;所述钴单金属催化剂中钴金属的含量为1-50%。
4、一种贵金属-钴双金属催化剂的制备方法,是将钴单金属催化剂还原活化后,加入到贵金属盐水溶液中,静置,得到贵金属-钴双金属催化剂;所述钴单金属催化剂中钴金属的含量为1-50%。
5、如权利要求4所述的方法,其特征在于:所述贵金属盐为H2PtCl6、Pt(NH3)4(NO3)2、Pd(NO3)2、PdCl2和RuCl3中的至少一种;所述贵金属盐水溶液的浓度为1-20mmol/L;所述静置的时间为1-24小时。
6、如权利要求4或5所述的方法,其特征在于:
所述钴单金属催化剂的制备方法如下:
在含有钴盐的水溶液中加入载体,搅拌,水浴蒸干,烘干,焙烧得到钴单金属催化剂;所述钴盐为Co(NO3)2、CoSO4、CoCl2和Co(CH3COO)2中的至少一种;所述钴盐水溶液的浓度为10-100mmol/L;所述载体为Al2O3、SiO2、TiO2、ZrO2、分子筛和活性炭中的至少一种;所述搅拌的时间为2小时,所述水浴的温度为95℃,所述烘干的温度为110℃,所述焙烧的温度为300-700℃;
所述还原活化是将得到的钴单金属催化剂在氢氮混合气中,300-600℃还原1-12小时。
7、如权利要求4至6中任一所述的方法,其特征在于:所述制备方法中还包括将得到的贵金属-钴双金属催化剂用氢氮混合气在20-200℃吹扫1-5小时的步骤。
8、一种贵金属-钴双金属催化剂的制备方法,是在含有钴盐和贵金属盐的水溶液中加入载体,搅拌,水浴蒸干,烘干,焙烧得到贵金属-钴双金属催化剂;
所述贵金属盐为H2PtCl6、Pt(NH3)4(NO3)2、Pd(NO3)2、PdCl2和RuCl3中的至少一种;所述贵金属盐水溶液的浓度为1-20mmol/L;
所述钴盐为Co(NO3)2、CoSO4、CoCl2、Co(CH3COO)2中的至少一种;所述钴盐水溶液的浓度为10-100mmol/L;
所述载体为Al2O3、SiO2、TiO2、ZrO2、分子筛和活性炭中的至少一种;
所述搅拌的时间为2小时,所述水浴的温度为95℃,所述烘干的温度为110℃,所述焙烧的温度为300-700℃。
9、如权利要求8所述的方法,其特征在于:所述制备方法中还包括将得到的贵金属-钴双金属催化剂按照如下方法进行还原反应的步骤:将得到的贵金属-钴双金属催化剂在氢氮混合气中,300-600℃还原1-12小时。
10、权利要求4至9中任一方法制备得到的贵金属-钴双金属催化剂。
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