CN103980089A - 一种制备乙醇和异丙醇的方法 - Google Patents

一种制备乙醇和异丙醇的方法 Download PDF

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孟庆伟
李亚楠
都健
刘德治
周庆伟
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Abstract

本发明涉及一种制备乙醇和异丙醇的方法，属于催化技术领域。将氧化铜基催化剂置于反应器中，以H2/N2混合气体为还原气体，其中氢气的体积占混合气体的20～35％，还原温度为150～500℃，还原压力不大于1.0MPa，气体空速300～2000h-1，还原时间2～10小时；还原结束后，将氢气充满反应器，调整反应温度至150～300℃，压力4.0～10.0MPa；向反应器中通入乙酸异丙酯，液体空速0.1～1.0h-1，乙酸异丙酯与氢气发生氢解反应生成乙醇和异丙醇。本发明所述催化剂活性很高，转化率能达到较高水平，同时具有制备方法简单，成本低廉，催化剂性能稳定等优点。

Description

一种制备乙醇和异丙醇的方法
技术领域
本发明涉及一种制备乙醇和异丙醇的方法，属于催化技术领域。
背景技术
异丙醇是一种重要的有机化工原料，在农药、医药、电子、日用化学、汽油添加剂等领域具有广泛的用途。尽管我国异丙醇的产量连年增加，但仍然不能满足国内的需求，因此每年都要进口大量的异丙醇。
目前,国内外工业上生产异丙醇的方法主要是丙烯水合法，其工艺路线又可分为丙烯间接水合法和丙烯直接水合法。美国专利US3352930采用丙烯间接水合法制备异丙醇，把硫酸用水稀释至70％～80％，在反应温度70～80℃，反应压力1.5～6.0MPa的条件下，丙烯转化率可达90％以上，然而该工艺流程复杂，而且硫酸对装置腐蚀严重。直接水合法是在催化剂作用下使用丙烯直接和水反应生成异丙醇，欧洲专利EP0323268和美国专利US5012014使用β沸石催化剂，在200℃，7.0MPa的反应条件下丙烯直接水合制备异丙醇，异丙醇的收率可以达到8.0％以上,但是该方法中产品分离较为困难。
乙醇的生产方法有化学法和发酵法。化学法是通过乙烯水合生产乙醇，发酵法是以农作物中的淀粉发酵得到乙醇，两种方法生产成本都比较高。
目前，文献中有较多关于以羧酸酯为原料催化加氢制备醇类的报道。中国专利CN1974510报道了一种羧酸及其酯制备醇的方法，以C2～20羧酸及其酯为原料，以钌、铑等金属为催化剂在高压釜内加氢，反应温度100～200℃，反应压力3.0～7.0MPa，原料转化率达75.0～99.5％，选择性为68.2～99.5％。美国专利US7538060中作者研究了以固定床为反应器催化加氢乙醇酸酯制备乙二醇，反应温度180～250℃，反应压力20～35MPa，加氢所用的催化剂是用Pd或La为助催化剂的铜铬催化剂。但其转化率和选择性未见明确报道。
羧酸酯加氢反应通常采用过渡金属催化剂，其活性组分主要为铜、锰、钌、铑、铂、钯、镍、锌等过渡金属。虽然贵金属(如钌、铑、铂)催化剂具有高活性等特点，但是使用成本较高，难以工业化应用。含铜催化剂在酯加氢反应中具有效果较好、性能稳定等优点，受到了广泛关注。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以乙酸异丙酯为原料制备乙醇和异丙醇的方法，该工艺流程简单，且催化剂成本低廉，转化率高。得到的乙醇和异丙醇产品既可以不经分离直接作为汽油添加剂使用，也可以经精馏之后得到纯品。
本发明提供的一种制备乙醇和异丙醇的方法包括以下步骤：
(1)将氧化铜基催化剂置于反应器中，以H2/N2混合气体为还原气体，其中氢气的体积占混合气体的20～35％，还原温度为150～500℃，还原压力为不大于1.0MPa，气体空速300～2000h-1，还原时间2～10小时；
(2)还原结束后，用氢气充满反应器，调整反应温度至150～300℃，压力4.0～10.0MPa；向反应器中通入乙酸异丙酯，液体空速0.1～1.0h-1，乙酸异丙酯与氢气发生氢解反应生成乙醇和异丙醇；
(3)产品经气液分离后，液相产品收集到产品瓶。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的工艺流程简单，反应条件温和。
(2)本发明所制备的催化剂工艺简单，成本低廉，催化活性高，原料转化率、产品选择性能达到较高水平，后处理简单。
附图说明
附图是乙酸异丙酯加氢制乙醇和异丙醇的工艺流程图。
图中：1 氮气钢瓶；2 球阀；3 压力表；4 单向阀；5 质量流量计；
6 双柱塞计量泵；7 乙酸异丙酯；8 气液分离器；9 取样阀；10 反应管；
11 定压阀；12 背压阀；13 控温仪；14 氢气钢瓶。
具体实施方法
下面结合附图和技术方案详细叙述本发明的具体实施方式，但工艺条件不仅限于这些实施例。
反应转化率和选择性计算公式为：
实施例1
氧化铜基催化剂采用共沉淀法制备。氧化铜基催化剂包括氧化铜、助催化剂和载体，其中助催化剂包括锌的氧化物、铬的氧化物、镍的氧化物、钴的氧化物、钐的氧化物、钕的氧化物等中的一种或几种混合物，载体为氧化铝、氧化铈、氧化锆、氧化钛、分子筛等中的一种或两种以上混合。
氧化铜基催化剂中各组分占催化剂重量百分比为：氧化铜占3wt％～50wt％，助催化剂占3wt％～50wt％，载体占不大于95wt％。更优的催化剂组成范围为氧化铜占25wt％～35wt％，助催化剂占10wt％～20wt％，载体为20wt％～40wt％。实施例2
分别称取18.7克硝酸铜(Cu(NO3)2·3H2O)和23.0克硝酸锌(Zn(NO3)2·6H2O)置于烧杯中，用纯水溶解配制成1.5mol/L的金属盐溶液；称取一定量的碳酸钠置于烧杯中，配制成1.5mol/L的溶液，将金属盐溶液与碳酸钠溶液慢慢滴加进入沉淀反应器中，控制沉淀pH值在7～8之间，沉淀温度60℃，沉淀结束后静置24小时。将沉淀抽滤、洗涤、干燥，干燥温度为90℃，恒温12小时.再经造粒，之后置于马弗炉400℃煅烧，一定时间后得到最终催化剂。
取上述催化剂5.0克置于固定床反应器中还原，还原在体积比35％H2/N2气流中进行还原，还原温度300℃，常压，空速500h-1，还原时间8小时。还原结束后，以纯氢置换整个系统，调整反应温度到200℃，压力4.0MPa，乙酸异丙酯的液体空速0.3h-1，开始进行加氢反应。反应产物经冷过冷凝器冷却后，进入气液分离器后，液相产品收集到产品瓶后通过气相色谱进行分析，乙酸异丙酯转化率96.75％，乙醇和异丙醇收率分别为52.00％和40.61％。
实施例3
分别称取9.2克硝酸铜(Cu(NO3)2·3H2O)、17.0克硝酸锌(Zn(NO3)2·6H2O)和27.4克硝酸铝(Al(NO3)3·9H2O)置于烧杯中，用纯水溶解配制成1.0mol/L的金属盐溶液；称取一定量的氢氧化钠置于烧杯中，配制成1.0mol/L的溶液，将金属盐溶液与氢氧化钠溶液慢慢滴加进入沉淀反应器中，控制沉淀pH值在7～8之间，沉淀温度60℃，沉淀结束后静置12小时。将沉淀抽滤、洗涤、干燥，干燥温度为90℃，恒温12小时。之后置于马弗炉400℃煅烧，一定时间后得到最终催化剂。
取上述催化剂5.0克置于固定床反应器中还原，还原在体积比25％H2/N2气流中进行还原，还原温度300℃，还原压力0.2MPa，空速1200h-1，还原时间2小时。还原结束后，以纯氢置换整个系统，调整反应温度到210℃，压力7.0MPa，乙酸异丙酯的液体空速0.3h-1，开始进行加氢反应。反应产物经冷过冷凝器冷却后，进入气液分离器后，液相产品收集到产品瓶后通过气相色谱进行分析，乙酸异丙酯转化率98.91％，乙醇和异丙醇收率分别为57.38％和38.97％。
实施例4
分别称取20.5克硝酸铜(Cu(NO3)2·3H2O)、31.6克硝酸锌(Zn(NO3)2·6H2O)和57.7克硝酸铝(Al(NO3)3·9H2O)置于烧杯中，用纯水溶解配制成1.0mol/L的金属盐溶液；称取一定量的碳酸钠置于烧杯中，配制成1.0mol/L的溶液，将金属盐溶液与碳酸钠溶液慢慢滴加进入沉淀反应器中，控制沉淀pH值在7～8之间，沉淀温度60℃，沉淀结束后静置16小时。将沉淀抽滤、洗涤、干燥，干燥温度为90℃，恒温12小时。之后置于马弗炉400℃煅烧，一定时间后得到最终催化剂。
取上述催化剂10.0克置于固定床反应器中还原，还原在体积比35％H2/N2气流中进行还原，还原温度300℃，常压，空速1200h-1，还原时间5小时。还原结束后，以纯氢置换整个系统，调整反应温度到260℃，压力9.0MPa，乙酸异丙酯的液体空速0.1h-1，开始进行加氢反应。反应产物经冷过冷凝器冷却后，进入气液分离器后，液相产品收集到产品瓶后通过气相色谱进行分析，乙酸异丙酯转化率99.61％，乙醇和异丙醇收率分别为56.15％和38.54％。
实施例5
分别称取23.1克硝酸铜(Cu(NO3)2·3H2O)、28.4克硝酸铬(Cr(NO3)3·9H2O)和27.4克硝酸铝置(Al(NO3)3·9H2O)于烧杯中，用纯水溶解配制成1.0mol/L的金属盐溶液；称取一定量的碳酸钠置于烧杯中，配制成1.0mol/L的溶液，将金属盐溶液与碳酸钠溶液慢慢滴加进入沉淀反应器中，控制沉淀pH值在7～8之间，沉淀温度60℃，沉淀结束后静置24小时。将沉淀抽滤、洗涤、干燥，干燥温度为90℃，恒温12小时。再经造粒，之后置于马弗炉400℃煅烧，一定时间后得到最终催化剂。
取上述催化剂10.0克置于固定床反应器中还原，还原在体积比35％H2/N2气流中进行还原，还原温度300℃，常压，空速1500h-1，还原时间5小时。还原结束后，以纯氢置换整个系统，调整反应温度到230℃，压力9.0MPa，乙酸异丙酯的液体空速0.1h-1，开始进行加氢反应。反应产物经冷过冷凝器冷却后，进入气液分离器后，液相产品收集到产品瓶后通过气相色谱进行分析，乙酸异丙酯转化率97.24％，乙醇和异丙醇收率分别为54.13％和42.80％。
实施例6
分别称取21.7克硝酸铜(Cu(NO3)2·3H2O)、35.9克硝酸钴(Co(NO3)2·6H2O)和54.7克硝酸铝(Al(NO3)3·9H2O)置于烧杯中，用纯水溶解配制成1.0mol/L的金属盐溶液；称取一定量的碳酸氢钠置于烧杯中，配制成1.0mol/L的溶液，将金属盐溶液与碳酸钠溶液慢慢滴加进入沉淀反应器中，控制沉淀pH值在7～8之间，沉淀温度60℃，沉淀结束后静置24小时。将沉淀抽滤、洗涤、干燥，干燥温度为90℃，恒温12小时。再经造粒，之后置于马弗炉400℃煅烧，一定时间后得到最终催化剂。
取上述催化剂10.0克置于固定床反应器中还原，还原在体积比35％H2/N2气流中进行还原，还原温度500℃，常压，空速1200h-1，还原时间6小时。还原结束后，以纯氢置换整个系统，调整反应温度到230℃，压力7.0MPa，乙酸异丙酯的液体空速0.1h-1，开始进行加氢反应。反应产物经冷过冷凝器冷却后，进入气液分离器后，液相产品收集到产品瓶后通过气相色谱进行分析，乙酸异丙酯转化率84.91％，乙醇和异丙醇收率分别为30.82％和53.54％。
实施例7
分别称取10.1克硝酸铜(Cu(NO3)2·3H2O)、15.3克硝酸锌(Zn(NO3)2·6H2O)、0.8克硝酸钐(Sm(NO3)3·6H2O)和27.37克硝酸铝(Al(NO3)3·9H2O)置于烧杯中，用纯水溶解配制成1.0mol/L的金属盐溶液；称取一定量的碳酸氢钠置于烧杯中，配制成1.0mol/L的溶液，将金属盐溶液与碳酸钠溶液慢慢滴加进入沉淀反应器中，控制沉淀pH值在7～8之间，沉淀温度60℃，沉淀结束后静置12小时。将沉淀抽滤、洗涤、干燥，干燥温度为90℃，恒温24小时。再经造粒，之后置于马弗炉400℃煅烧，一定时间后得到最终催化剂。
取上述催化剂5.0克置于固定床反应器中还原，还原在体积比20％H2/N2气流中进行还原，还原温度400℃，常压，空速1000h-1，还原时间5小时。还原结束后，以纯氢置换整个系统，调整反应温度到230℃，压力8.5MPa，乙酸异丙酯的液体空速0.5h-1，开始进行加氢反应。反应产物经冷过冷凝器冷却后，进入气液分离器后，液相产品收集到产品瓶后通过气相色谱进行分析，乙酸异丙酯转化率96.67％，乙醇和异丙醇收率分别为42.50％和50.69％。
实施例8
分别称取9.43克硝酸铜(Cu(NO3)2·3H2O)、14.51克硝酸锌(Zn(NO3)2·6H2O)、1.5克硝酸钕(Nd(NO3)3·6H2O)和27.37克硝酸铝(Al(NO3)3·9H2O)置于烧杯中，用纯水溶解配制成1.0mol/L的金属盐溶液；称取一定量的碳酸氢钠置于烧杯中，配制成1.0mol/L的溶液，将金属盐溶液与碳酸钠溶液慢慢滴加进入沉淀反应器中，控制沉淀pH值在7～8之间，沉淀温度80℃，沉淀结束后静置24小时。将沉淀抽滤、洗涤、干燥，干燥温度为90℃，恒温12小时。再经造粒，之后置于马弗炉400℃煅烧，一定时间后得到最终催化剂。
取上述催化剂5.0克置于固定床反应器中还原，还原在体积比20％H2/N2气流中进行还原，还原温度400℃，常压，空速1000h-1，还原时间5小时。还原结束后，以纯氢置换整个系统，调整反应温度到230℃，压力7.5MPa，乙酸异丙酯的液体空速0.4h-1，开始进行加氢反应。反应产物经冷过冷凝器冷却后，进入气液分离器后，液相产品收集到产品瓶后通过气相色谱进行分析，乙酸异丙酯转化率98.54％，乙醇和异丙醇收率分别为44.29％和52.96％。

Claims (6)

1.一种制备乙醇和异丙醇的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将氧化铜基催化剂置于反应器中，以H2/N2混合气体为还原气体，其中氢气的体积占混合气体的20～35％；还原温度为150～500℃，还原压力不大于1.0MPa，气体空速300～2000h-1，还原时间2～10小时；
(2)还原结束后，将氢气充满反应器，调整反应温度至150～300℃，压力4.0～10.0MPa；向反应器中通入乙酸异丙酯，液体空速0.1～1.0h-1，乙酸异丙酯与氢气发生氢解反应生成乙醇和异丙醇。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的氧化铜基催化剂包括氧化铜、助催化剂和载体，氧化铜基催化剂中各组分占氧化铜基催化剂重量百分比为：氧化铜占3wt％～50wt％，助催化剂占3wt％～50wt％，载体占不大于95wt％。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的氧化铜基催化剂中各组分占氧化铜基催化剂重量百分比为：氧化铜占25wt％～35wt％，助催化剂占10wt％～20wt％，载体占20wt％～40wt％。
4.按照权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述的助催化剂为锌的氧化物、铬的氧化物、镍的氧化物、钴的氧化物、钐的氧化物或钕的氧化物一种或两种以上混合。
5.按照权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述的载体为氧化铝、氧化铈、氧化锆、氧化钛、分子筛中的一种或两种以上混合。
6.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的载体为氧化铝、氧化铈、氧化锆、氧化钛、分子筛中的一种或两种以上混合。
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