CN103041855B

CN103041855B - 一种二氯吡啶氮氧化物催化剂的制备方法

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Publication number: CN103041855B
Application number: CN201310005251.4A
Authority: CN
Inventors: 张庆怀; 邵军; 文怀有; 俞伟明; 谈赟
Original assignee: Shanghai Novel Chemical Technology Co Ltd
Current assignee: Shanghai Novel Chemical Technology Co Ltd
Priority date: 2013-01-07
Filing date: 2013-01-07
Publication date: 2014-09-10
Anticipated expiration: 2033-01-07
Also published as: CN103041855A

Abstract

一种二氯吡啶氮氧化物催化剂的制备方法。该法以硅溶胶为硅源、以烷基钛为钛源，在四丙基溴化铵模板剂和混合碱条件下合成钛硅分子筛原粉。以该原粉为原料，用田菁粉为粘结剂，以胺类及其盐为扩孔剂，室温下捏合成型为条状、球状、片状催化剂，经高温焙烧得到催化剂产品，可直接用于固定床反应器。该催化剂经小型固定床反应器评价，二氯吡啶转化率达90%以上，产品选择性达到88.3%。

Description

一种二氯吡啶氮氧化物催化剂的制备方法

技术领域

本发明涉及化学工业领域里的催化剂的制备方法，具体地说，涉及一种二氯吡啶氮氧化物催化剂的制备方法，这种催化剂适用于烃类化合物固定床反应器催化氧化反应工艺。

背景技术

钛硅（TS-1）分子筛是某些催化氧化反应的有效催化剂，尤其在芳香烃、醇和烯烃的氧化反应中有广泛的用途。一般来说，分子筛粒径越小催化剂的活性越高，选择性也越好。目前2-氯吡啶氮氧化物使用的催化剂是纳米TS-1催化剂，最大粒径均小于0.5μm。由于纳米的TS-1催化剂粒径小,在生产中存在产品与催化剂分离难的问题，例如过滤压力高，过滤时间长，催化剂损耗大等问题。为此，开发解决这些问题的新型催化剂已成为当前非常紧迫的课题。

目前虽然钛硅分子筛催化剂已由“纳米”发展成“微米”，过滤效果大大改善，催化剂流失率大大降低，但仍然存在过滤问题和产品的分离问题。为了解决这些问题，有人（中国专利CN102049305A）在烯烃催化环氧化工艺中采用苯乙烯，聚合单体多烯烃化合物之类的聚合方法，将钛硅分子筛成型，可用于固定床反应器，但催化剂活性需要在150℃条件下使用溶剂抽提来恢复，操作较麻烦。国内外研究人员采用原位成型技术，使钛硅分子筛的颗粒增大，借以避免过滤难以及催化剂流失等问题。中国专利（申请号02126775.8）提出，采用无机氧化物为载体，使钛硅分子筛在其原位生长，这时催化剂颗粒直径可达0.1-20mm。但是这时由于颗粒直径的大小差异太大，不能完全用于固定床反应器，因为颗粒直径不均匀，使固定床内压降增大，对设备产生不利影响，不能使生产正常进行。不仅如此，还有可能造成沟流现象，使有些物料不通过催化剂床层直接从沟流中出去，影响原料的转化率，降低设备处理能力。美国专利（USP5,756,778、USP5,736,479）介绍在原位生长技术的基础上生长的钛硅分子筛的颗粒为32μm，比一般的分子筛直径大，但仍然没有解决在固定床反应器使用上的问题，不能满足固定床使用要求。

2-氯吡啶-N-氧化物是吡啶系氮氧化物中的一种重要的化合物,是重要的农药、医药及日用化工产品的中间体，2-氯吡啶-N-氧化物的早期合成方法很多,如过氧化氢氧化法、过氧醋酸氧化法、高硼酸钠氧化法、硫酸氧化法等。这些工艺方法存在副反应多，产品选择性差，设备腐蚀等问题，其大规模工业化生产受到限制。

尽管国内外对钛硅分子筛催化剂在烯烃环氧化反应技术领域里开发了钛硅分子筛催化剂成型技术，且钛硅分子筛成型催化剂符合工业化固定床等工艺应用条件，然而仍存在这样那样的问题。对于2-氯吡啶氮氧化物的催化氧化催化剂，用钛硅作催化剂的，目前仅限于微米或纳米粉状催化剂，对于2-氯吡啶氮氧化物的成型催化剂，且用于固定床反应器的，则无任何报道。

发明内容

按本发明制备的TS-1原粉是微米级的，粒径在0.5-15μm范围内，再加上本发明提出的成型技术，制成的催化剂可以用于固定床反应器，彻底克服上述问题，为大规模工业化生产2-氯吡啶氮氧化物催化剂开辟了广阔前景。

本发明提出的技术方案是：以硅溶胶为硅源，以烷基钛为钛源，在四丙基溴化铵、纯水及有机脂肪胺和无机碱的存在下，以温度140-200℃、0.5-30天的条件合成钛硅分子筛原粉，以该原粉为原料，用田菁粉为粘结剂，以含苯基的胺类及其盐为扩孔剂，室温下捏合成型为条状、球状或片状催化剂，然后在400-1000℃温度下焙烧1-50小时得到催化剂产品，将该催化剂作为二氯吡啶氮氧化物催化剂用于固定床反应器，反应条件采用:在双氧水作用下，反应温度,30-150℃，压力0.10-3MPa，体积空速0.5-3h^-1，这时，二氯吡啶转化率可以达到90%以上，选择性达到88.3%。

作为硅源的硅溶胶的用量占合成总量的10-80质量%，作为摸板剂的四丙基溴化铵的用量占合成总量的0.1-10质量%，纯水的用量占合成总量的20-90质量%。

合成钛硅分子筛原粉所用的钛源选自异丙基三(十二烷基苯磺酰基)钛酸酯、钛酸四异丁酯、四异丙基钛酸酯、钛酸正丙酯；四叔丁基钛酸酯、钛酸四丁酯、聚钛酸丁酯、2，2′，2″-次氮基三乙基钛酸酯、二(乙酰丙酮基)钛酸二异丙酯、双(乙酰乙酸乙酯)钛酸二异丙酯、三乙醇胺二异丙基钛酸酯、异硬酯酸钛酸异丙酯、异丙基三(十二烷基苯磺酰基)钛酸酯、三异硬酯酸钛酸异丙酯异丙基三(十二烷基苯磺酰基)钛酸酯、异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯、四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯中的一种或几种。

合成钛硅分子筛原粉所用的碱为混合碱，该混合碱的组成包括有机脂肪胺和无机碱，有机脂肪胺选自乙二胺、二甲胺、异丙胺、异丁胺、三乙胺、环丙胺、丁二胺、正丁胺、叔丁胺、二异丁胺、仲丁胺、三丙胺、己二胺、十二胺、十六胺、十八胺、已胺、三辛胺中的一种或几种；无机碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化镁、氢氧化铝中的一种或几种。所述的钛源的用量占投料总量0.01-10质量%。所述的混合碱的用量占投料总量的1.0%-30质量%，其中有机脂肪胺占混合碱总量的10-90质量%，无机碱占90-10质量%。

成型所用扩孔机选自苯胺、苯二胺、对硝基苯胺、甲基苯胺、邻甲苯胺、4-溴-3-甲基苯胺、对氯苯胺、2,3-二甲基苯胺、4-溴-2-甲基苯胺、间甲基苯胺、3-氨基-5-溴甲苯、3-甲基-4-异丙基苯胺、3-甲基-4-异丙基苯胺、2,4-二甲基苯胺、3-氯-4-甲基苯胺、2,6-二甲基苯胺、N，N-二甲基苯胺、N，N-二甲基对苯二胺及其盐包括盐酸盐中的一种或几种。所述的扩孔剂的用量占钛硅分子筛原粉用量的0.1-30质量%。

本发明的催化剂具体制备方法如下：1）钛硅原粉的合成：在室温下先将纯水倒入反应釜，再倒入模板剂，搅拌均匀后倒入混合碱，由于碱进入反应釜后，温度上升，待温度降至室温时，最后在室温下缓慢滴加钛酸烷基酯。为防止反应釜内体系温度过高，形成凝胶，钛酸烷基酯必须缓慢滴加。钛酸烷基酯在体系内完全溶解，形成透明溶液后，开始加入硅溶胶，再搅拌30min。开始在140-200℃升温晶化0.5-30天，最后交换洗涤、烘干、焙烧，得到钛硅分子筛原粉。2）钛硅催化剂成型：用本发明合成的钛硅分子筛原粉为原料，在捏合机里加入占原粉用量0.1-10质量%的田菁粉和0.1-30质量%的扩孔剂，即苯基的胺类及其盐，然后加入纯水，在室温下捏合，捏合均匀后成型为所需的片状、条状或球状，在400-1000℃下焙烧1-20小时，得到所需催化剂产品。

本发明制备的催化剂可以直接用于生产二氯吡啶氮氧化物的固定床反应器。固定床反应器工艺条件为，将二氯吡啶与双氧水混合（质量比=1:1）进入固定床器，反应温度,30-150℃，压力0.10-3MPa，体积空速0.5-3h^-1，二氯吡啶转化率可以达到90%以上，选择性达到88.3%。

按本发明制备二氯吡啶氮氧化物催化剂，具备如下优点：

1）本发明合成的钛硅原粉催化活性高，可使二氯吡啶转化率达到95%以上，选择性达到99%。

2）用本发明的钛硅原粉为原料，经过成型的催化剂，不仅可使二氯吡啶转化率达到90%，选择性达到88.3%，而且可以直接用于固定床反应器，为大规模工业化生产创造良好前景。

3）催化剂成型中使用的扩孔剂可使成型催化剂比表面积与分子筛粉剂保持相等水平，从而确保成型后的催化剂催化活性高，选择性好的状态。

具体实施方式

下面列举一些实施例对本发明作进一步具体说明，但本发明决不局限于这些实施例。

实施例1

称取纯水80kg倒入200L高压反应釜中，在搅拌下加入四丙基溴化铵25.3kg，混合10min后，加入正丁胺40.8kg，氢氧化钠1.2kg，搅拌混合，同时降温，待温度为40℃以下时，加入钛酸四丁酯3.1kg，搅拌溶解均匀后加入硅溶胶73.5kg，再搅拌30min，升温至140-200℃下晶化3-50h。将合成的钛硅分子筛进行交换、洗涤、烘干，最后在400-1000℃下焙烧3-20h。得到钛硅分子筛原粉约20kg，相对结晶度96%，硅铝比36，残钠0.05%。

称取钛硅分子筛原粉10kg，田菁粉0.3kg，加邻甲苯胺0.5kg，加纯水2.3kg，在小型捏合机中室温下捏合，捏合均匀后在挤条机挤出直径2mm，长度1cm的条状催化剂，然后送入隧道窑中焙烧，温度600℃，时间8h。得二氯吡啶氮氧化物催化剂9.8kg。

实施例2

称取纯水80kg倒入200L高压反应釜，在搅拌下加入四丙基溴化铵25.3kg，混合10min后，加入正丁胺40.8kg，氢氧化钠1.2kg，搅拌混合，同时降温，待温度为35℃以下时，加入四异丙基钛酸酯3.1kg，搅拌溶解均匀后加入硅溶胶73.5kg，再搅拌30min，升温至140-200℃下晶化3-50h。将合成的钛硅分子筛进行交换、洗涤、烘干，最后在400-1000℃下焙烧3-20h。得到钛硅分子筛原粉约20kg，相对结晶度97%，硅铝比32，残钠0.03%。

称取钛硅分子筛原粉10kg，田菁粉0.3kg，加邻甲苯胺0.5kg，加纯水2.3kg，在小型捏合机中室温下捏合，捏合均匀后在挤条机挤出直径2mm，长度1cm的条状催化剂，然后送入隧道窑中焙烧，温度600℃，时间8h。得二氯吡啶氮氧化物催化剂9.5kg。

实施例3

称取纯水80kg倒入200L高压反应釜，在搅拌下加入四丙基溴化铵25.3kg，混合10min后，加入正丁胺40.8kg，氢氧化钠1.2kg，搅拌混合，同时降温，待温度为35℃以下时，加入钛酸四异丁酯3.1kg，搅拌溶解均匀后加入硅溶胶73.5kg，再搅拌30min，升温至140-200℃下晶化3-50h。将合成的钛硅分子筛进行交换、洗涤、烘干，最后在400-1000℃下焙烧3-20h。得到钛硅分子筛原粉约20.5kg，相对结晶度94%，硅铝比35，残钠0.06%。

称取钛硅分子筛原粉10kg，田菁粉0.3kg，加邻甲苯胺0.5kg，加纯水2.3kg，在小型捏合机中室温下捏合，捏合均匀后在挤条机挤出直径2mm，长度1cm的条状催化剂，然后送入隧道窑中焙烧，温度600℃，时间8h。得二氯吡啶氮氧化物催化剂9.7kg。

实施例4

称取纯水80kg倒入200L高压反应釜，在搅拌下加入四丙基溴化铵25.3kg，混合10min后，加入正丁胺40.8kg，氢氧化钠1.2kg，搅拌混合，同时降温，待温度为35℃以下时，加入钛酸正丙酯3.1kg，搅拌溶解均匀后加入硅溶胶73.5kg，再搅拌30min，升温至140-200℃下晶化3-50h。将合成的钛硅分子筛进行交换、洗涤、烘干，最后在400-1000℃下焙烧3-20h。得到钛硅分子筛原粉约20.5kg，相对结晶度95%，硅铝比37，残钠0.08%。

称取钛硅分子筛原粉10kg，田菁粉0.3kg，加邻甲苯胺0.5kg，加纯水2.3kg，在小型捏合机中室温下捏合，捏合均匀后在挤条机挤出直径2mm，长度1cm的条状催化剂，然后送入隧道窑中焙烧，温度600℃，时间8h。得二氯吡啶氮氧化物催化剂9.3kg。

实施例5

称取纯水80kg倒入200L高压反应釜中，在搅拌下加入四丙基溴化铵25.3kg，混合10min后，加入正丁胺40.8kg，氢氧化钾1.2kg，搅拌混合，同时降温，待温度为40℃以下时，加入钛酸四丁酯3.1kg，搅拌溶解均匀后加入硅溶胶73.5kg，再搅拌30min，升温至140-200℃下晶化3-50h。将合成的钛硅分子筛进行交换、洗涤、烘干，最后在400-1000℃下焙烧3-20h。得到钛硅分子筛原粉约19.6kg，相对结晶度92%，硅铝比30，残钠0.04%。

称取钛硅分子筛原粉10kg，田菁粉0.3kg，加邻甲苯胺0.5kg，加纯水2.3kg，在小型捏合机中室温下捏合，捏合均匀后在挤条机挤出直径2mm，长度1cm的条状催化剂，然后送入隧道窑中焙烧，温度600℃，时间8h。得二氯吡啶氮氧化物催化剂9.1kg。

实施例6

称取纯水80kg倒入200L高压反应釜中，在搅拌下加入四丙基溴化铵25.3kg，混合10min后，加入正丁胺40.8kg，氢氧化钙1.2kg，搅拌混合，同时降温，待温度为40℃以下时，加入钛酸四丁酯3.1kg，搅拌溶解均匀后加入硅溶胶73.5kg，再搅拌30min，升温至140-200℃下晶化3-50h。将合成的钛硅分子筛进行交换、洗涤、烘干，最后在400-1000℃下焙烧3-20h。得到钛硅分子筛原粉约19.7kg，相对结晶度92%，硅铝比33，残钠0.04%。

称取钛硅分子筛原粉10kg，田菁粉0.3kg，加邻甲苯胺0.5kg，加纯水2.3kg，在小型捏合机中室温下捏合，捏合均匀后在挤条机挤出直径2mm，长度1cm的条状催化剂，然后送入隧道窑中焙烧，温度600℃，时间8h。得二氯吡啶氮氧化物催化剂9.6kg。

实施例7

称取纯水80kg倒入200L高压反应釜中，在搅拌下加入四丙基溴化铵25.3kg，混合10min后，加入环丙胺40.8kg，氢氧化钠1.2kg，搅拌混合，同时降温，待温度为40℃以下时，加入钛酸四丁酯3.1kg，搅拌溶解均匀后加入硅溶胶73.5kg，再搅拌30min，升温至140-200℃下晶化3-50h。将合成的钛硅分子筛进行交换、洗涤、烘干，最后在400-1000℃下焙烧3-20h。得到钛硅分子筛原粉约20.4kg，相对结晶度90%，硅铝比34，残钠0.09%。

实施例8

称取纯水80kg倒入200L高压反应釜中，在搅拌下加入四丙基溴化铵25.3kg，混合10min后，加入三乙胺40.8kg，氢氧化钠1.2kg，搅拌混合，同时降温，待温度为40℃以下时，加入钛酸四丁酯3.1kg，搅拌溶解均匀后加入硅溶胶73.5kg，再搅拌30min，升温至140-200℃下晶化3-50h。将合成的钛硅分子筛进行交换、洗涤、烘干，最后在400-1000℃下焙烧3-20h。得到钛硅分子筛原粉约20.1kg，相对结晶度95%，硅铝比37，残钠0.06%。

实施例1~8所述二氯吡啶氮氧化物催化剂的评价结果

二氯吡啶氧化反应在等温固定床反应器中进行，反应器容量为316L，由不锈钢管制成，催化剂填装量50ml，原料经计量后用柱塞泵送入反应器。将二氯吡啶与双氧水混合（质量比=1:1）送入装有催化剂的固定床反应器，反应温度,30-150℃，反应压力0.10-3MPa，二氯吡啶转化率，选择性测定结果见下表。

实施例催化剂	体积空速，-1h	选择性，%	转化率%
				实施例1催化剂	1.25	87.3	90.1
实施例2催化剂	1.25	86.6	89.3
				实施例3催化剂	1.25	88.3	91.0
实施例4催化剂	1.25	88.0	90.2
				实施例5催化剂	1.25	87.9	92.1

实施例6催化剂	1.25	87.5	90.6
				实施例7催化剂	1.25	88.1	91.4
实施例8催化剂	1.25	87.8	90.5

Claims

1.一种二氯吡啶氮氧化物催化剂的制备方法，其特征在于：以硅溶胶为硅源，以烷基钛为钛源，在四丙基溴化铵、纯水及有机脂肪胺和无机碱的存在下，以温度140-200℃、0.5-30天的条件合成钛硅分子筛原粉，以该原粉为原料，用田菁粉为粘结剂，以含苯基的胺类及其盐为扩孔剂，室温下捏合成型为条状、球状或片状催化剂，然后在400-1000℃温度下焙烧1-50小时得到催化剂产品，将该催化剂作为二氯吡啶氮氧化物催化剂用于固定床反应器，反应条件采用：在双氧水作用下，反应温度30-150℃，压力0.10-3MPa，体积空速0.5-3h-1；

合成钛硅分子筛原粉所用的碱为混合碱，该混合碱的组成包括有机脂肪胺和无机碱；所述的硅溶胶的用量占合成总量的10-80质量％，四丙基溴化铵的用量占合成总量的0.1-10质量％，纯水的用量占合成总量的20-90质量％；所述的钛源的用量占投料总量的0.01-10质量％；所述的混合碱的用量占投料总量的1.0％-30质量％，其中有机脂肪胺占混合碱总量的10-90质量％，无机碱占90-10质量％；所述的扩孔剂的用量占钛硅分子筛原粉用量的0.1-30质量％。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的合成钛硅分子筛原粉所用的钛源选自异丙基三(十二烷基苯磺酰基)钛酸酯、钛酸四异丁酯、四异丙基钛酸酯、钛酸正丙酯、四叔丁基钛酸酯、钛酸四丁酯、聚钛酸丁酯、2,2',2''-次氮基三乙基钛酸酯、二(乙酰丙酮基)钛酸二异丙酯、双(乙酰乙酸乙酯)钛酸二异丙酯、三乙醇胺二异丙基钛酸酯、异硬酯酸钛酸异丙酯、异丙基三(十二烷基苯磺酰基)钛酸酯、三异硬酯酸钛酸异丙酯异丙基三(十二烷基苯磺酰基)钛酸酯、异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯、四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：合成钛硅分子筛原粉所用的碱为混合碱，该混合碱的组成包括有机脂肪胺和无机碱，有机脂肪胺选自乙二胺、二甲胺、异丙胺、异丁胺、三乙胺、环丙胺、丁二胺、正丁胺、叔丁胺、二异丁胺、仲丁胺、三丙胺、己二胺、十二胺、十六胺、十八胺、已胺、三辛胺中的一种或几种；无机碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化镁、氢氧化铝中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的扩孔剂选自苯胺、苯二胺、对硝基苯胺、甲基苯胺、邻甲苯胺、4-溴-3-甲基苯胺、对氯苯胺、2,3-二甲基苯胺、4-溴-2-甲基苯胺、间甲基苯胺、3-氨基-5-溴甲苯、3-甲基-4-异丙基苯胺、3-甲基-4-异丙基苯胺、2,4-二甲基苯胺、3-氯-4-甲基苯胺、2,6-二甲基苯胺、N,N-二甲基苯胺、N,N-二甲基对苯二胺及其盐中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的二氯吡啶氮氧化物催化剂的制备方法，其特征在于：以所述的钛硅分子筛原粉为原料，在捏合机里加入占原粉用量0.1-10质量％的田菁粉和0.1-30质量％的扩孔剂，然后加入纯水，在室温下捏合，捏合均匀后成型为所需的片状、条状或球状，在400-1000℃下焙烧1-20小时，得到催化剂产品。