发明内容
本发明旨在提出一种选择性高、稳定性好的催化剂,用于脂肪醇与氨合成脂肪腈,克服脂肪醇氨化法的不足之处,达到降低反应温度,提高反应转化率,延长反应周期,适应工业化应用的目的。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现:
提出一种用于脂肪醇与氨合成脂肪腈的催化剂,由30-70%的脱氢催化剂和余量的脱水催化剂组成,具有脱氢和脱水双重功能;其中,所述的脱氢催化剂由铜、锌、铝、铬、镍、铂、钯、钛、铅、铈或铼等金属或氧化物中的一种或几种组成;所述的脱水催化剂由ZSM-5、SAPO-11、SAPO-34、β-分子筛、Y型分子筛、活性氧化铝、氧化铌、氧化铬、氧化锆或氧化钽等脱水催化剂中的一种或几种组成。
本发明还提供所述的催化剂的制备方法,包括如下步骤:
1)将所述脱水催化剂组分中的一种或几种的混合物与粘结剂和水一起混捏并挤条,其中三者重量比为脱水催化剂∶粘结剂∶水=1∶0.01-0.04∶0.5-1.1;然后在80-150℃下烘干8-14小时;然后再在450-600℃下焙烧3-12小时,制得脱水催化剂;所述的粘结剂为田菁粉或纤维素;
2)取金属铜、锌、铝、铬、镍、铂、钛、铅、铈或铼的可溶性的硝酸盐或氯化物,然后加去离子水溶解;
3)把按照步骤2)方法配置的溶液加到步骤1)制得的脱水催化剂上进行浸滞,然后烘干并焙烧;焙烧后用XRF测定其中的所述脱氢催化剂组分含量;所述的浸滞、烘干和焙烧的过程至少进行1次,直至XRF测定结果显示所述脱氢催化剂组分含量达到要求的30-70%,得到最终的催化剂;所述浸滞是常温浸滞4-24小时,所述烘干是80-150℃烘干6-18小时;所述焙烧是400-580℃焙烧6-12小时。
本发明的催化剂可以适用于伯醇脱氢制备腈,特别适用于脂肪族伯醇脱氢制备脂肪腈,最优是碳链小于20的脂肪醇,碳链太大,原料不易气化,影响催化剂的稳定性和活性。
本发明的催化剂可以应用于固定床连续化反应,也可以粉碎成平均粒径50-80微米的颗粒在流化床中进行操作。
本发明催化剂用于脂肪醇脱氢氨化制备脂肪腈的温度在220-350℃,最优在240-290℃。
本发明催化剂用于脂肪醇脱氢氨化制备脂肪腈的重量空速0.05-1.0h-1,最优的重量空速在0.2-0.6h-1。
本发明催化剂用于脂肪醇脱氢氨化制备脂肪腈的工艺在有氢气或无氢气时都可进行,最优是在临氢条件下进行。
具体实施方式
实施例1:
1)将100克SAPO-11分子筛和20克氧化铝以及3克田菁粉加105克水混捏,捏合好后去挤条。挤完条后的催化剂120℃,10小时烘干。然后550℃在马弗炉焙烧8小时制备得到脱水催化剂。
2)将硝酸铜、硝酸铬和硝酸铈用去离子水溶解,制备成混合溶液备用。
3)把步骤2)的方法制备的溶液加到步骤1)制得的脱水催化剂上,真空抽1小时,浸滞10小时,然后80℃烘干6h后再500℃焙烧6h;焙烧后用XRF测定其中的硝酸铜、硝酸铬和硝酸铈含量;所述的浸滞、烘干和焙烧的过程至少进行1次,直至XRF测定结果显示硝酸铜、硝酸铬和硝酸铈含量达到要求的30-70%,得到本发明的一种的催化剂。
制成的催化剂置于内径为25毫米的固定床反应器中,在反应温度为260℃、反应压力为常压,乙醇∶氨∶氢气=1∶1.5∶5(摩尔)、WHSV=0.40小时-1的条件下进行活性评价,结果如下:
乙醇转化率 100%
乙腈收率 97.0%
实施例2:
1)将100克SAPO-11分子筛和20克氧化铝以及3克田菁粉加105克水混捏,捏合好后去挤条。挤完条后的催化剂120℃,10小时烘干。然后550℃在马弗炉焙烧8小时制备得到脱水催化剂。
2)将硝酸铜、硝酸铬和硝酸铼用去离子水溶解,制备成混合溶液备用。
3)把步骤2)的方法制备的溶液加到步骤1)制得的脱水催化剂上,真空抽1小时,浸滞15小时,然后120℃烘干10h后再400℃焙烧10h;焙烧后用XRF测定其中的硝酸铜、硝酸铬和硝酸铼含量;所述的浸滞、烘干和焙烧的过程至少进行1次,直至XRF测定结果显示硝酸铜、硝酸铬和硝酸铼含量达到要求的30-70%,得到本发明的一种的催化剂。
制成的催化剂置于内径为25毫米的固定床反应器中,在反应温度为220℃、反应压力为常压,异丁醇∶氨∶氢气=1∶1.5∶5(摩尔)、WHSV=0.40小时-1的条件下进行活性评价,结果如下:
异丁醇转化率 100%
异丁腈收率 95.0%
实施例3:
1)将100克SAPO-11分子筛和20克氧化铝以及3克田菁粉加105克水混捏,捏合好后去挤条。挤完条后的催化剂120℃,10小时烘干。然后550℃在马弗炉焙烧8小时制备得到脱水催化剂。
2)将硝酸铜、硝酸铅和硝酸铈用去离子水溶解,制备成混合溶液备用。
3)把步骤2)的方法制备的溶液加到步骤1)制得的脱水催化剂上,真空抽1小时,浸滞20小时,然后150℃烘干15h后再550℃焙烧12h;焙烧后用XRF测定其中的硝酸铜、硝酸铅和硝酸铈含量;所述的浸滞、烘干和焙烧的过程至少进行1次,直至XRF测定结果显示硝酸铜、硝酸铅和硝酸铈含量达到要求的30-70%,得到本发明的一种的催化剂。
制成的催化剂置于内径为25毫米的固定床反应器中,在反应温度为300℃、反应压力为常压,十二烷基醇∶氨∶氢气=1∶1.5∶5(摩尔)、WHSV=0.40小时-1的条件下进行活性评价,结果如下:
十二烷基醇转化率 98.0%
十二烷基腈收率 94.0%
实施例4:
1)将100克SAPO-11分子筛和20克氧化铝以及3克田菁粉加105克水混捏,捏合好后去挤条。挤完条后的催化剂120℃,10小时烘干。然后550℃在马弗炉焙烧8小时制备得到脱水催化剂。
2)将硝酸铜、硝酸铬和硝酸铈用去离子水溶解,制备成混合溶液备用。
3)把步骤2)的方法制备的溶液加到步骤1)制得的脱水催化剂上,真空抽1小时,浸滞4小时,然后80℃烘干18h后再580℃焙烧6h;焙烧后用XRF测定其中的硝酸铜、硝酸铬和硝酸铈含量;所述的浸滞、烘干和焙烧的过程至少进行1次,直至XRF测定结果显示硝酸铜、硝酸铬和硝酸铈含量达到要求的30-70%,得到本发明的一种的催化剂。
制成的催化剂置于内径为25毫米的固定床反应器中,在反应温度为350℃、反应压力为常压,乙醇∶氨∶氢气=1∶1.5∶5(摩尔)、WHSV=0.40小时-1的条件下进行活性评价,结果如下:
第100小时结果:
乙醇转化率 100%
乙腈收率 97.0%
第1000小时结果:
乙醇转化率 99.0%
乙腈收率 94.0%
再生后第100小时结果:
乙醇转化率 100%
乙腈收率 97.0%
实施例5:
1)将100克ZSM-5分子筛和20克氧化铝以及3克田菁粉加105克水混捏,捏合好后去挤条。挤完条后的催化剂120℃,10小时烘干。然后550℃在马弗炉焙烧8小时制备得到脱水催化剂。
2)将硝酸铜、硝酸铬和硝酸铈用去离子水溶解,制备成混合溶液备用。
3)把步骤2)的方法制备的溶液加到步骤1)制得的脱水催化剂上,真空抽1小时,浸滞20小时,然后80℃烘干18h后再580℃焙烧6h;焙烧后用XRF测定其中的硝酸铜、硝酸铬和硝酸铈含量;所述的浸滞、烘干和焙烧的过程至少进行1次,直至XRF测定结果显示硝酸铜、硝酸铬和硝酸铈含量达到要求的30-70%,得到本发明的一种的催化剂。
制成的催化剂置于内径为25毫米的固定床反应器中,在反应温度为220℃、反应压力为常压,乙醇∶氨∶氢气=1∶1.5∶5(摩尔)、WHSV=0.6小时-1的条件下进行活性评价,结果如下:
乙醇转化率 100%
乙腈收率 97.5%
实施例6:
1)将100克氧化铌和20克氧化铝以及3克田菁粉加105克水混捏,捏合好后去挤条。挤完条后的催化剂120℃,10小时烘干。然后550℃在马弗炉焙烧8小时制备得到脱水催化剂。
2)将硝酸铜、硝酸铬和硝酸铈用去离子水溶解,制备成混合溶液备用。
3)把步骤2)的方法制备的溶液加到步骤1)制得的脱水催化剂上,真空抽1小时,浸滞15小时,然后120℃烘干10h后再500℃焙烧10h;焙烧后用XRF测定其中的硝酸铜、硝酸铬和硝酸铈含量;所述的浸滞、烘干和焙烧的过程至少进行1次,直至XRF测定结果显示硝酸铜、硝酸铬和硝酸铈含量达到要求的30-70%,得到本发明的一种的催化剂。
制成的催化剂置于内径为25毫米的固定床反应器中,在反应温度为260℃、反应压力为常压,乙醇∶氨∶氢气=1∶1.5∶5(摩尔)、WHSV=0.40小时-1的条件下进行活性评价,结果如下:
乙醇转化率 100%
乙腈收率 96.5%
实施例7:
1)将100克SAPO-11分子筛和20克氧化铝以及3克田菁粉加105克水混捏,捏合好后去挤条。挤完条后的催化剂120℃,10小时烘干。然后550℃在马弗炉焙烧8小时制备得到脱水催化剂。
2)将硝酸铜、硝酸铬和硝酸镧用去离子水溶解,制备成混合溶液备用。
3)把步骤2)的方法制备的溶液加到步骤1)制得的脱水催化剂上,真空抽1小时,浸滞8小时,然后120℃烘干10h后再500℃焙烧10h;焙烧后用XRF测定其中的硝酸铜、硝酸铬和硝酸镧含量;所述的浸滞、烘干和焙烧的过程至少进行1次,直至XRF测定结果显示硝酸铜、硝酸铬和硝酸镧含量达到要求的30-70%,得到本发明的一种的催化剂。
制成的催化剂置于内径为25毫米的固定床反应器中,在反应温度为260℃、反应压力为常压,乙醇∶氨∶氢气=1∶1.5∶5(摩尔)、WHSV=0.40小时-1的条件下进行活性评价,结果如下:
乙醇转化率 100%
乙腈收率 96.0%