CN108752188A - 一种由生物基平台化合物乙酰丙酸加氢生产戊酸的方法 - Google Patents

一种由生物基平台化合物乙酰丙酸加氢生产戊酸的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108752188A
CN108752188A CN201810469388.8A CN201810469388A CN108752188A CN 108752188 A CN108752188 A CN 108752188A CN 201810469388 A CN201810469388 A CN 201810469388A CN 108752188 A CN108752188 A CN 108752188A
Authority
CN
China
Prior art keywords
acid
valeric acid
gas
levulic
reaction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810469388.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108752188B (zh
Inventor
孙鹏
高广
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Original Assignee
Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS filed Critical Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Priority to CN201810469388.8A priority Critical patent/CN108752188B/zh
Publication of CN108752188A publication Critical patent/CN108752188A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108752188B publication Critical patent/CN108752188B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/347—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by reactions not involving formation of carboxyl groups
    • C07C51/377—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by reactions not involving formation of carboxyl groups by splitting-off hydrogen or functional groups; by hydrogenolysis of functional groups
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/42—Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/42—Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives
    • C07C51/43—Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives by change of the physical state, e.g. crystallisation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/42—Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives
    • C07C51/43—Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives by change of the physical state, e.g. crystallisation
    • C07C51/44—Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives by change of the physical state, e.g. crystallisation by distillation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/42—Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives
    • C07C51/43—Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives by change of the physical state, e.g. crystallisation
    • C07C51/44—Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives by change of the physical state, e.g. crystallisation by distillation
    • C07C51/46—Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives by change of the physical state, e.g. crystallisation by distillation by azeotropic distillation

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Abstract

本发明公开了一种由生物基平台化合物乙酰丙酸催化加氢生产戊酸的方法。所述方法包括：在氢气压力为1～5MPa、温度为200～350℃、空速为0.5～5h‑1的条件下，使乙酰丙酸水溶液经过装有负载金属的磷酸铌催化剂床层进行加氢反应，之后以气液分离器对所述反应体系进行气液分离，获得戊酸溶液，再经共沸蒸馏、精馏处理，制得戊酸。本发明首次提出了生物基平台化合物乙酰丙酸加氢生产戊酸的工艺过程，采用气化‑催化‑气液分离‑共沸‑精馏的工艺流程，该工艺过程能很好地应用到以负载金属的介孔磷酸铌为催化剂乙酰丙酸加氢制戊酸的绿色催化的放大生产中，可满足工业化需求，且实用性很强。

Description

一种由生物基平台化合物乙酰丙酸加氢生产戊酸的方法
技术领域
本发明涉及一种戊酸的生产工艺，特别是涉及一种以生物基平台化合物乙酰丙酸为原料加氢生产戊酸的方法，属于化工技术领域。
背景技术
乙酰丙酸，又名4-氧戊酸或左旋糖酸，是美国能源部指定的12种生物基平台化合物之一。乙酰丙酸的生成路径有两种：一是六碳糖(纤维素的主要结构单元)脱水得到5-羟甲基糠醛(HMF)，HMF水解得到乙酰丙酸和等摩尔量的甲酸；二是五碳糖(半纤维素的主要结构单元)脱水生成糠醛，糠醛加氢得到糠醇，糠醇水解或醇解得到乙酰丙酸或乙酰丙酸酯。乙酰丙酸分子中含有一个羧基和一个酮基，可以通过催化转化制得吡咯烷酮、γ-戊内酯、1,4-戊二醇、2-甲基四氢呋喃等多种高值化学品。值得一提的是，Shell公司的Lange等人报道了基于乙酰丙酸的戊酸酯生物燃料的制备过程，并将15wt％的戊酸乙酯掺入到汽油中，25万公里的路试结果表明在汽油中掺入戊酸乙酯对汽车引擎没有明显影响，各项指标良好。之后中国科学技术大学的付尧、荷兰乌特勒支大学的Weckhuysen、美国布朗大学的严凯、中科院兰州化物所的李福伟等课题组对该反应中催化剂的载体、金属和反应条件进行了详细的优化研究。然而上述研究仅停留在实验阶段，未对生物基乙酰丙酸催化加氢制戊酸进行工艺设计研究，也没有工业化的报道。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种由生物基平台化合物乙酰丙酸加氢生产戊酸的方法，以克服现有技术的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种由生物基平台化合物乙酰丙酸催化加氢生产戊酸的方法，其包括：
在氢气压力为1～5MPa、温度为200～350℃，空速为0.5～5h-1的条件下，使乙酰丙酸水溶液进入固定床催化反应器中经负载金属的磷酸铌催化剂作用进行加氢反应，制得戊酸。
在一些实施例中，所述乙酰丙酸水溶液中乙酰丙酸的含量为10～60wt％。
进一步地，所述乙酰丙酸选自木质纤维素生物质来源的平台化合物。
在一些实施例中，所述方法包括：先将所述乙酰丙酸水溶液加热至于200～350℃，之后与压力为1～5MPa的氢气接触。
在一些实施例中，所述方法还包括：所述加氢反应完成后，将加氢反应所获反应体系冷却至70～120℃，之后以底部设置冷却器的气液分离器对所述反应体系进行气液分离，获得戊酸溶液。
进一步地，所述方法还包括：对所获戊酸溶液依次进行共沸蒸馏、精馏处理，制得戊酸。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明首次提出了生物基平台化合物乙酰丙酸加氢生产戊酸的工艺过程，以可再生的生物质乙酰丙酸为原料经催化加氢得到戊酸(戊酸酯生物燃料的前体)，采用气化-催化-气液分离-共沸-精馏的工艺流程，该工艺过程能很好地应用到以负载金属的介孔磷酸铌为催化剂乙酰丙酸加氢制戊酸的绿色催化的放大生产中，可满足工业化需求，且实用性很强。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一典型实施方案中生物基平台化合物乙酰丙酸加氢生产戊酸的工艺流程图。
附图标记说明：1-换热器，2-换热器，3-冷凝器，4-气液分离器，5-气-固相催化反应器，6-共沸塔，7-冷凝器，8-再沸器，9-精馏塔，10-再沸器，11-冷凝器。
具体实施方式
如前所述，鉴于现有技术的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例的一个方面提供的一种由生物基平台化合物乙酰丙酸催化加氢生产戊酸的方法，其包括：
在氢气压力为1～5MPa、温度为200～350℃、空速为0.5～5h-1的条件下，使乙酰丙酸水溶液进入固定床催化反应器中经负载金属的磷酸铌催化剂作用进行加氢反应，制得戊酸。
进一步地，所述加氢反应的时间为1～24h。
在一些实施例中，所述乙酰丙酸水溶液中乙酰丙酸的含量为10～60wt％。
进一步地，所述乙酰丙酸选自木质纤维素生物质来源的平台化合物。
进一步地，所述介孔磷酸铌催化剂中金属的负载量为1～20wt％。
进一步地，所述介孔磷酸铌催化剂所负载的金属包括钴、铜和镍等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
进一步地，所述介孔磷酸铌催化剂的制备方法包括：将包含有钴、铜、镍等负载金属离子和介孔磷酸铌的混合体系于25～100℃浸渍搅拌2～24h，之后于300～750℃煅烧2～6h，再于300～500℃还原2～6h，使负载金属离子以1％-20％的负载量(以金属的质量计)负载在介孔磷酸铌上。
在一些实施例中，所述方法包括：先将所述乙酰丙酸水溶液加热至于200～350℃，之后与压力为1～5MPa的氢气接触。
进一步地，所述方法可包括：将乙酰丙酸水溶液经换热器加热至200～350℃，乙酰丙酸水溶液的加热也可以与产物的冷凝相耦合。乙酰丙酸水溶液直接通过以温度为200～350℃的产物气体为热源的气-液换热器加热到200～350℃。
在一些实施例中，所述加氢反应在气-固相催化反应器中进行，所述气-固相催化反应器包括等温式固定床反应器或绝热床反应器。
在一些实施例中，所述方法还包括：所述加氢反应完成后，将加氢反应所获反应体系冷却至70～120℃，之后以底部设置冷却器的气液分离器对所述反应体系进行气液分离，获得戊酸溶液。
进一步地，所述方法具体包括：来自加氢催化反应的产物，经过冷却后(70～120℃)进入气液分离器中。气液分离器主要用于分离戊酸和氢气，由于各物质沸点的不同，绝大部分戊酸、水和未反应的乙酰丙酸以溶液的形式聚集在气液分离装置的底部，分离器的底部设置冷却器，氢气排出继续循环使用。
进一步地，所述方法还包括：对所获戊酸溶液依次进行共沸蒸馏、精馏处理，制得戊酸。
戊酸与水的分离由于氢键的存在而变得比较困难，不能用简单的精馏或蒸馏的方法得到纯度很高的戊酸。本发明采用共沸的方法来提高戊酸的浓度(约90％)，共沸剂的选取有多种。从气液分离器出来的戊酸溶液进入共沸塔中，分离得到水含量很低的戊酸。分离出来的高浓度戊酸进入精馏塔中，塔顶馏出乙酰丙酸含量很低的戊酸(约94％)，塔釜馏出大部分为未反应的乙酰丙酸。
其中，作为本发明的一更为具体的实施案例，所述由生物基平台化合物乙酰丙酸催化加氢生产戊酸的方法包括：
将乙酰丙酸水溶液加热至200～350℃后与1～5MPa压力的氢气混合，进入气-固相催化反应器中经负载金属的介孔磷酸铌催化剂作用加氢得到反应产物，产物冷却后经气液分离得到戊酸溶液，戊酸溶液再依次经过共沸蒸馏、精馏等工艺过程得到粗戊酸产品。
藉由上述技术方案，本发明首次提出了生物基平台化合物乙酰丙酸加氢生产戊酸的工艺过程，以可再生的生物质乙酰丙酸为原料经催化加氢得到戊酸(戊酸酯生物燃料的前体)，采用气化-催化-气液分离-共沸-精馏的工艺流程，该工艺过程能很好地应用到以负载金属的介孔磷酸铌为催化剂乙酰丙酸加氢制戊酸的绿色催化的放大生产中，可满足工业化需求，且实用性很强。
下面结合若干优选实施例及附图对本发明的技术方案做进一步详细说明，但本发明并不仅仅局限于下述实施例。
下面所用的实施例中所采用的实验材料，如无特殊说明，均可由常规的生化试剂商店购买得到。
实施例1请参阅图1所示，本实施例系一种由生物基平台化合物乙酰丙酸催化加氢生产戊酸的工艺流程系统的具体实施范例。
具体而言，该工艺可以包括：
(1)将质量分数为60％的乙酰丙酸水溶液经过换热器1使之温度达到250℃。
(2)将氢气经过换热器2加热至250℃，并与乙酰丙酸-水混合。
(3)升温后的混合物进入气-固相催化反应器5进行催化反应加氢得到反应产物。气-固相催化反应器5采用等温列管式固定床反应器，列管管径30mm，长度为3000mm，加热介质为熔盐，催化剂采用钴/介孔磷酸铌，催化剂的堆密度为1.0g/ml，催化反应温度为240℃，原料的质量空速为5.0h-1，反应压力为4MPa。钴/介孔磷酸铌催化剂的制备方法：将5g硝酸钴溶于20ml水中，再与10g介孔磷酸铌混合，室温搅拌8h，70℃加热搅拌至泥糊状，40℃真空干燥，干燥后的粉末先于空气中450℃煅烧4h，再于氢气中400℃还原4h，压片敲碎，过筛30-50目。
(4)反应产物中主要含戊酸、水、乙酰丙酸。来自加氢催化反应的产物，经过冷却后温度达到120℃，进入气液分离器4中。绝大部分戊酸、水和未反应的乙酰丙酸以溶液形式聚集在气液分离装置的底部，氢气排出继续循环使用。分离器的底部设置冷却器，可将戊酸溶液降低到80℃，体积分数为40％。
(5)气液分离器底部的戊酸溶液进入共沸塔6中，共沸剂采用甲苯，共沸得到质量浓度为90％的戊酸。
(6)共沸后的戊酸进入精馏塔9，得到质量浓度为94％的戊酸，反应结果见表1。
实施例2
(1)将质量分数为50％的乙酰丙酸水溶液经过换热器1使之温度达到250℃。
(2)将氢气经过换热器2加热至250℃，并与乙酰丙酸-水混合。
(3)升温后的混合物进入气-固相催化反应器5进行催化反应加氢得到反应产物。气-固相催化反应器5采用等温列管式固定床反应器，列管管径30mm，长度为3000mm，加热介质为熔盐，催化剂采用钴/介孔磷酸铌，催化剂的堆密度为1.0g/ml，催化反应温度为240℃，原料的质量空速为3.0h-1，反应压力为4MPa。钴/介孔磷酸铌催化剂的制备方法：将5g硝酸钴溶于20ml水中，再与10g介孔磷酸铌混合，室温搅拌8h，70℃加热搅拌至泥糊状，40℃真空干燥，干燥后的粉末先于空气中450℃煅烧4h，再于氢气中400℃还原4h，压片敲碎，过筛30-50目。
(4)反应产物中主要含戊酸、水、乙酰丙酸。来自加氢催化反应的产物，经过冷却后温度达到120℃，进入气液分离器4中。绝大部分戊酸、水和未反应的乙酰丙酸以溶液形式聚集在气液分离装置的底部，氢气排出继续循环使用。分离器的底部设置冷却器，可将戊酸溶液降低到80℃，体积分数为40％。
(5)气液分离器底部的戊酸溶液进入共沸塔6中，共沸剂采用甲苯，共沸得到质量浓度为90％的戊酸。
(6)共沸后的戊酸进入精馏塔9，得到质量浓度为94％的戊酸，反应结果见表1。
实施例3
本实施例中由生物基平台化合物乙酰丙酸催化加氢生产戊酸的工艺流程包括：
(1)将质量分数为10％的乙酰丙酸水溶液的加热与产物的冷凝相耦合，即质量分数10％的乙酰丙酸水溶液直接通过以温度为250℃的产物为热源的换热器1加热到230℃。
(2)将氢气经过换热器2加热至230℃，并与乙酰丙酸-水混合。
(3)升温后的混合物进入气-固相催化反应器5进行催化反应加氢得到反应产物气体。气-固相催化反应器5采用等温列管式固定床反应器，列管管径30mm，长度为3000mm，加热介质为熔盐，催化剂采用镍/介孔磷酸铌，催化剂的堆密度为1.0g/ml，催化反应温度为230℃，原料的质量空速为2.0h-1，反应压力为4MPa。镍/介孔磷酸铌催化剂的制备方法：将5g硝酸镍溶于20ml水中，再与10g介孔磷酸铌混合，室温搅拌8h，70℃加热搅拌至泥糊状，40℃真空干燥，干燥后的粉末先于空气中400℃煅烧4h，再于氢气中450℃还原4h，压片敲碎，过筛30-50目。
(4)反应产物气体中主要含戊酸、水、乙酰丙酸。来自加氢催化反应的产物，经过冷却后温度达到120℃，进入气液分离器4中。绝大部分戊酸、水和未反应的乙酰丙酸以溶液形式聚集在气液分离装置4的底部，氢气排出继续循环使用。分离器的底部设置冷却器，可将戊酸溶液降低到80℃，体积分数为38％。
(5)气液分离器底部的戊酸溶液进入共沸塔6中，共沸剂采用环己烷，共沸得到质量浓度为90％的戊酸。
(6)共沸后的戊酸进入精馏塔9，得到质量浓度为90％的戊酸，反应结果见表1。
实施例4
本实施例中由生物基平台化合物乙酰丙酸催化加氢生产戊酸的工艺流程包括：
(1)将质量分数为50％的乙酰丙酸水溶液经过换热器1使之温度达到250℃。
(2)将氢气经过换热器2加热至250℃，并与乙酰丙酸-水混合。
(3)升温后的混合物进入气-固相催化反应器5进行催化反应加氢得到反应产物。气-固相催化反应器5采用等温列管式固定床反应器，列管管径30mm，长度为3000mm，加热介质为熔盐，催化剂采用钴/介孔磷酸铌，催化剂的堆密度为1.0g/ml，催化反应温度为240℃，原料的质量空速为4.0h-1，反应压力为4MPa。铜/介孔磷酸铌催化剂的制备方法：将5g硝酸铜溶于20ml水中，再与10g介孔磷酸铌混合，室温搅拌24h，70℃加热搅拌至泥糊状，40℃真空干燥，干燥后的粉末先于空气中450℃煅烧4h，再于氢气中400℃还原4h，压片敲碎，过筛30-50目。
(4)反应产物中主要含戊酸、水、乙酰丙酸。来自加氢催化反应的产物，经过冷却后温度达到120℃，进入气液分离器4中。绝大部分戊酸、水和未反应的乙酰丙酸以溶液形式聚集在气液分离装置4的底部，氢气排出继续循环使用。分离器的底部设置冷却器，可将戊酸溶液降低到80℃，体积分数为40％。
(5)气液分离器底部的戊酸溶液进入共沸塔6中，共沸剂采用甲苯，共沸得到质量浓度为90％的戊酸。
(6)共沸后的戊酸进入精馏塔9，得到质量浓度为96％的戊酸，反应结果见表1。
实施例5
本实施例中由生物基平台化合物乙酰丙酸催化加氢生产戊酸的工艺流程包括：
(1)将质量分数为30％的乙酰丙酸水溶液经过换热器1使之温度达到250℃。
(2)将氢气经过换热器2加热至250℃，并与乙酰丙酸-水混合。
(3)升温后的混合物进入气-固相催化反应器5进行催化反应加氢得到反应产物。气-固相催化反应器5采用等温列管式固定床反应器，列管管径30mm，长度为3000mm，加热介质为熔盐，催化剂采用钴/介孔磷酸铌，催化剂的堆密度为1.0g/ml，催化反应温度为260℃，原料的质量空速为3.0h-1，反应压力为3MPa。钴/介孔磷酸铌催化剂的制备方法：将5g硝酸铜溶于20ml水中，再与10g介孔磷酸铌混合，室温搅拌12h，70℃加热搅拌至泥糊状，40℃真空干燥，干燥后的粉末先于空气中550℃煅烧4h，再于氢气中450℃还原4h，压片敲碎，过筛30-50目。
(4)反应产物中主要含戊酸、水、乙酰丙酸。来自加氢催化反应的产物，经过冷却后温度达到120℃，进入气液分离器4中。绝大部分戊酸、水和未反应的乙酰丙酸以溶液形式聚集在气液分离装置4的底部，氢气排出继续循环使用。分离器的底部设置冷却器，可将戊酸溶液降低到80℃，体积分数为40％。
(5)气液分离器底部的戊酸溶液进入共沸塔6中，共沸剂采用甲苯，共沸得到质量浓度为90％的戊酸。
(6)共沸后的戊酸进入精馏塔9，得到质量浓度为95％的戊酸，反应结果见表1。
实施例6
本实施例中由生物基平台化合物乙酰丙酸催化加氢生产戊酸的工艺流程包括：
(1)将质量分数为20％的乙酰丙酸水溶液经过换热器1使之温度达到250℃。
(2)将氢气经过换热器2加热至250℃，并与乙酰丙酸-水混合。
(3)升温后的混合物进入气-固相催化反应器5进行催化反应加氢得到反应产物。气-固相催化反应器5采用等温列管式固定床反应器，列管管径30mm，长度为3000mm，加热介质为熔盐，催化剂采用钴/介孔磷酸铌，催化剂的堆密度为1.0g/ml，催化反应温度为230℃，原料的质量空速为3.0h-1，反应压力为3MPa。钴/介孔磷酸铌催化剂的制备方法：将5g硝酸钴溶于20ml水中，再与10g介孔磷酸铌混合，室温搅拌18h，70℃加热搅拌至泥糊状，40℃真空干燥，干燥后的粉末先于空气中550℃煅烧5h，再于氢气中400℃还原5h，压片敲碎，过筛30-50目。
(4)反应产物中主要含戊酸、水、乙酰丙酸。来自加氢催化反应的产物，经过冷却后温度达到120℃，进入气液分离器4中。绝大部分戊酸、水和未反应的乙酰丙酸以溶液形式聚集在气液分离装置4的底部，氢气排出继续循环使用。分离器的底部设置冷却器，可将戊酸溶液降低到80℃，体积分数为40％。
(5)气液分离器底部的戊酸溶液进入共沸塔6中，共沸剂采用甲苯，共沸得到质量浓度为90％的戊酸。
(6)共沸后的戊酸进入精馏塔9，得到质量浓度为94％的戊酸，反应结果见表1。
实施例7
(1)将质量分数为50％的乙酰丙酸水溶液经过换热器1使之温度达到350℃。
(2)将氢气经过换热器2加热至350℃，并与乙酰丙酸-水混合。
(3)升温后的混合物进入气-固相催化反应器5进行催化反应加氢得到反应产物。气-固相催化反应器5采用等温列管式固定床反应器，列管管径30mm，长度为3000mm，加热介质为熔盐，催化剂采用钴/介孔磷酸铌，催化剂的堆密度为1.0g/ml，催化反应温度为350℃，原料的质量空速为3.0h-1，反应压力为5MPa。钴/介孔磷酸铌催化剂的制备方法：将5g硝酸钴溶于20ml水中，再与10g介孔磷酸铌混合，室温搅拌8h，25℃加热搅拌24h至泥糊状，40℃真空干燥，干燥后的粉末先于空气中300℃煅烧6h，再于氢气中300℃还原6h，压片敲碎，过筛30-50目。
(4)反应产物中主要含戊酸、水、乙酰丙酸。来自加氢催化反应的产物，经过冷却后温度达到100℃，进入气液分离器4中。绝大部分戊酸、水和未反应的乙酰丙酸以溶液形式聚集在气液分离装置的底部，氢气排出继续循环使用。分离器的底部设置冷却器，可将戊酸溶液降低到80℃，体积分数为40％。
(5)气液分离器底部的戊酸溶液进入共沸塔6中，共沸剂采用甲苯，共沸得到质量浓度为92％的戊酸。
(6)共沸后的戊酸进入精馏塔9，得到质量浓度为96％的戊酸。
实施例8
本实施例中由生物基平台化合物乙酰丙酸催化加氢生产戊酸的工艺流程包括：
(1)将质量分数为10％的乙酰丙酸水溶液的加热与产物的冷凝相耦合，即质量分数10％的乙酰丙酸水溶液直接通过以温度为250℃的产物为热源的换热器1加热到200℃。
(2)将氢气经过换热器2加热至230℃，并与乙酰丙酸-水混合。
(3)升温后的混合物进入气-固相催化反应器5进行催化反应加氢得到反应产物气体。气-固相催化反应器5采用等温列管式固定床反应器，列管管径30mm，长度为3000mm，加热介质为熔盐，催化剂采用镍/介孔磷酸铌，催化剂的堆密度为1.0g/ml，催化反应温度为200℃，原料的质量空速为0.5h-1，反应压力为1MPa。镍/介孔磷酸铌催化剂的制备方法：将5g硝酸镍溶于20ml水中，再与10g介孔磷酸铌混合，室温搅拌8h，100℃加热搅拌2h至泥糊状，40℃真空干燥，干燥后的粉末先于空气中750℃煅烧2h，再于氢气中500℃还原2h，压片敲碎，过筛30-50目。
(4)反应产物气体中主要含戊酸、水、乙酰丙酸。来自加氢催化反应的产物，经过冷却后温度达到70℃，进入气液分离器4中。绝大部分戊酸、水和未反应的乙酰丙酸以溶液形式聚集在气液分离装置4的底部，氢气排出继续循环使用。分离器的底部设置冷却器，可将戊酸溶液降低到70℃，体积分数为38％。
(5)气液分离器底部的戊酸溶液进入共沸塔6中，共沸剂采用环己烷，共沸得到质量浓度为91％的戊酸。
(6)共沸后的戊酸进入精馏塔9，得到质量浓度为95％的戊酸。
表1实施例1-8的反应结果
实施例 乙酰丙酸转化率(％) 戊酸收率(％)
1 99 70
2 99 63
3 99 68
4 99 70
5 99 72
6 99 70
7 99 75
8 99 73
此外，本案发明人还参照实施例1-8的方式，以本说明书中列出的其它原料和条件等进行了试验，亦可达成相应的效果，合成方法产率较高，获得产品质量高的戊酸，适用于进行工业化生产，应用前景广泛。
综上所述，本发明首次提出了生物基平台化合物乙酰丙酸加氢生产戊酸的工艺过程，以可再生的生物质乙酰丙酸为原料经催化加氢得到戊酸(戊酸酯生物燃料的前体)，采用气化-催化-气液分离-共沸-精馏的工艺流程，该工艺过程能很好地应用到以负载金属的介孔磷酸铌为催化剂乙酰丙酸加氢制戊酸的绿色催化的放大生产中，可满足工业化需求，且实用性很强。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种由生物基平台化合物乙酰丙酸催化加氢生产戊酸的方法，其特征在于包括：
在氢气压力为1～5MPa、温度为200～350℃、空速为0.5～5h-1的条件下，使乙酰丙酸水溶液进入固定床催化反应器中经负载金属的磷酸铌催化剂作用进行加氢反应，制得戊酸。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述乙酰丙酸水溶液中乙酰丙酸的含量为10～60wt％；优选的，所述乙酰丙酸选自木质纤维素生物质来源的平台化合物。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述介孔磷酸铌催化剂中金属的负载量为1～20wt％。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述介孔磷酸铌催化剂所负载的金属包括钴、铜和镍中的任意一种或两种以上的组合。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述介孔磷酸铌催化剂的制备方法包括：将包含有负载金属离子和介孔磷酸铌的混合体系于25～100℃浸渍搅拌2～24h，之后于300～750℃煅烧2～6h，再于300～500℃还原2～6h。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述负载金属离子来源于负载金属离子硝酸盐或氯盐；优选的，所述负载金属离子包括钴离子、铜离子和镍离子中的任意一种或两种以上的组合。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于包括：先将所述乙酰丙酸水溶液加热至于200～350℃，之后与压力为1～5MPa的氢气接触。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述加氢反应在气-固相催化反应器中进行；优选的，所述气-固相催化反应器包括等温式固定床反应器或绝热床反应器。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括：所述加氢反应完成后，将加氢反应所获反应体系冷却至70～120℃，之后以底部设置冷却器的气液分离器对所述反应体系进行气液分离，获得戊酸溶液。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于还包括：对所获戊酸溶液依次进行共沸蒸馏、精馏处理，制得戊酸。
CN201810469388.8A 2018-05-16 2018-05-16 一种由生物基平台化合物乙酰丙酸加氢生产戊酸的方法 Active CN108752188B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810469388.8A CN108752188B (zh) 2018-05-16 2018-05-16 一种由生物基平台化合物乙酰丙酸加氢生产戊酸的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810469388.8A CN108752188B (zh) 2018-05-16 2018-05-16 一种由生物基平台化合物乙酰丙酸加氢生产戊酸的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108752188A true CN108752188A (zh) 2018-11-06
CN108752188B CN108752188B (zh) 2021-03-19

Family

ID=64007914

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810469388.8A Active CN108752188B (zh) 2018-05-16 2018-05-16 一种由生物基平台化合物乙酰丙酸加氢生产戊酸的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108752188B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101687755A (zh) * 2007-07-12 2010-03-31 国际壳牌研究有限公司 将乙酰丙酸转化为戊酸的方法
KR20160029280A (ko) * 2014-09-05 2016-03-15 에스케이이노베이션 주식회사 전기촉매환원을 이용한 발레르산의 제조방법 및 발레르산 에스테르의 제조방법
CN105669456A (zh) * 2014-11-18 2016-06-15 中国科学院兰州化学物理研究所 一种由乙酰丙酸制备戊酸酯的方法
CN106238047A (zh) * 2016-01-29 2016-12-21 中国科学院兰州化学物理研究所苏州研究院 戊酸酯生物燃料生产用催化剂及抑制催化剂积炭的方法
CN106905137A (zh) * 2016-12-09 2017-06-30 合肥利夫生物科技有限公司 一种由乙酰丙酸制备戊酸及戊酸酯的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101687755A (zh) * 2007-07-12 2010-03-31 国际壳牌研究有限公司 将乙酰丙酸转化为戊酸的方法
KR20160029280A (ko) * 2014-09-05 2016-03-15 에스케이이노베이션 주식회사 전기촉매환원을 이용한 발레르산의 제조방법 및 발레르산 에스테르의 제조방법
CN105669456A (zh) * 2014-11-18 2016-06-15 中国科学院兰州化学物理研究所 一种由乙酰丙酸制备戊酸酯的方法
CN106238047A (zh) * 2016-01-29 2016-12-21 中国科学院兰州化学物理研究所苏州研究院 戊酸酯生物燃料生产用催化剂及抑制催化剂积炭的方法
CN106905137A (zh) * 2016-12-09 2017-06-30 合肥利夫生物科技有限公司 一种由乙酰丙酸制备戊酸及戊酸酯的方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PENG SUN ET AL: ""Stabilization of Cobalt Catalysts by Embedment for Efficient Production of Valeric Biofuel"", 《ACS CATALYSIS》 *
WENHAO LUO ET AL: ""Ruthenium-catalyzed hydrogenation of levulinic acid: Influence of the support and solvent on catalyst selectivity and stability"", 《JOURNAL OF CATALYSIS》 *
WENHAO LUO ET AL: ""Selective, one-pot catalytic conversion of levulinic acid to entanoic acid over Ru/H-ZSM5"", 《JOURNAL OF CATALYSIS》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108752188B (zh) 2021-03-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104711007A (zh) 一种航空煤油或柴油范围液态烷烃的制备方法
CN103805224B (zh) 一种航空煤油的制备方法
CN101386564B (zh) 一种氢气和二氧化碳合成甲醇的工艺方法
Pagliaro et al. Recent advances in the conversion of bioglycerol into value‐added products
CN102744053B (zh) 复合固体碱CaO-Al2O3及催化废弃植物油制备生物柴油的方法
CN109704900B (zh) 合成气一步法制烯烃的方法
CN104232140A (zh) 一种以环戊酮为原料合成高密度航空燃料的方法
CN101701165B (zh) 高酸值油脂制备生物柴油的方法
CN1962824A (zh) 用于生产生物柴油的负载固体碱催化剂的制备方法
CN107541234A (zh) 一种类水滑石固载氟化钾固体碱催化合成生物柴油的方法
CN110204422A (zh) 一种由丙烯醛制备1,3-丙二醇的方法
CN105273739A (zh) 一种航空煤油的制备方法
CN109776460A (zh) 一种利用固体酸催化剂催化木糖制备糠醛的方法
CN105154129B (zh) 一种生物质平台化合物与abe发酵产物乙偶姻催化转化制备液体燃料的方法
CN106905146A (zh) 一种生物质基呋喃化合物选择性催化氧化的方法
CN102649735B (zh) 通过一氧化碳气相催化偶联反应生产草酸酯的方法
CN108752188A (zh) 一种由生物基平台化合物乙酰丙酸加氢生产戊酸的方法
CN101260035B (zh) 一种生物质乳酸酯脱水生产丙烯酸及其酯的工艺
CN109692690B (zh) 一种用于生产左旋葡萄糖酮的催化剂及制备方法
CN101406842B (zh) 铝柱撑坡缕石改性固体酸催化剂及其制备和应用
CN102029184B (zh) 用于流化床甲醇制二甲醚的催化剂及其制备方法
CN100545138C (zh) 以磷酸盐为促进剂的磷酸法催化脱水连续生产二甲醚
CN102649057A (zh) Co偶联反应制备草酸酯的催化剂
CN102649695B (zh) 高效率生产乙二醇的方法
CN111434657B (zh) 一种γ-戊内酯与乙酰丙酸酯类化合物的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20211116

Address after: 730000 No. 18, jintianshui Middle Road, Chengguan District, Lanzhou City, Gansu Province

Patentee after: Lanzhou Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences

Address before: 215000 No. 99, Jinjihu Avenue, Suzhou Industrial Park, Suzhou, Jiangsu

Patentee before: Lanzhou Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, Suzhou Research Institute