CN109692689B - 一种碳四抽余液选择加氢制丁烯的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碳四抽余液选择加氢制丁烯的方法，其特征在于所述方法包括：反应入口温度为30℃～60℃、反应压力为0.6～3.5MPa、在固定床反应器中液相碳四馏分与银‑雷尼铜催化剂接触加氢反应制备1‑丁烯；以碳四馏分的液态体积计量的反应空速为10～60h‑1、氢气与1,3‑丁二烯摩尔比为0.2～10；本发明使用非贵金属催化剂有效降低催化剂成本；银‑雷尼铜合金粒子活化后具有高分散的铜颗粒，活性组份利用率高，加氢活性高，运行空速高。

Description

一种碳四抽余液选择加氢制丁烯的方法
技术领域
本发明涉及碳四技术领域，进一步地说，是涉及一种碳四抽余液选择加氢制丁烯的方法。
背景技术
1-丁烯是一种重要的化工原料，主要用于共聚线形低密度聚乙烯(LLDPE)的单体和生产聚1-丁烯塑料，同时作为主要原料可以用于生产高附加值的仲丁醇、甲乙酮等化工产品；1-丁烯齐聚可生产碳八、碳十二烯烃，这些烯烃是制备表面活性剂的优良原料。在石油化工、精细化工、医药、农药等领域也有着广泛的用途。
在用裂解碳四生产丁烯的方法中，一种是将裂解碳四直接进行选择加氢，将其中的1,2-丁二烯、1,3-丁二烯、甲基乙炔、乙基乙炔、乙烯基乙炔加氢生成1-丁烯、反-2-丁烯、顺-2-丁烯等单烯烃，同时要避免单烯烃进一步加氢生成烷烃；另一种方法是先将1,3-丁二烯从将裂解碳四中分离出来，得到主要含有碳四烷烃和碳四单烯烃的剩余副产物被称为碳四抽余液，碳四抽余液中往往含有1.0wt％左右的1,3-丁二烯，需用选择加氢的方法将这部分丁二烯加氢脱除。
目前碳四选择加氢制丁烯催化剂主要是贵金属催化剂。由于Pd催化剂选择性优于Pt和Ni，其中Pd-Ag双金属催化剂的选择性又高于Pd催化剂，Pd基双金属催化剂是主流催化剂。专利US4409410公开了一种用于碳四混合气中1,3-丁二烯的选择加氢制1-丁烯的催化剂及其制备方法，催化剂采用浸渍法制备，含有钯银双金属、氧化铝为载体，用于碳四混合气中1,3-丁二烯的选择加氢。该专利指出，含有0.3wt％Pd和0.3wt％Ag双金属催化剂比单Pd(0.3wt％)催化剂具有更低的1-丁烯的损失率。专利CN1236333公开了一种含钯和选自锡、铅中的至少一种元素的选择加氢催化剂，用于不饱和二烯烃选择加氢生成单烯烃的工艺，主要用于丁二烯加氢生成1-丁烯的过程，该专利指出，含有0.3wt％Pd和0.99wt％Pb催化剂可以使丁二烯的加氢速度比1-丁烯的加氢速度高出至少1.5倍。专利102240547公开了一种碳四选择加氢催化剂及其制备方法和应用，催化剂采用电离辐射法将活性金属Pd及助剂金属还原于氧化铝载体表面。该专利指出，利用电离辐射法制备的金属颗粒平均直径均小于10nm，且具有无需预先用氢气还原的优点，利用该类催化剂得到的丁二烯的选择性为83％。
在现有技术中1,3-丁二烯选择加氢制备1-丁烯的过程中，加氢催化剂的活性组分为贵金属钯，如果选择非贵金属替代贵金属钯，可以使催化剂成本大大降低。此外贵金属钯催化剂制备方法大多采用浸渍法。北京化工研究院研发雷尼铜催化剂用于加氢反应，雷尼铜催化剂是由苛性碱活化后得到的，孔道中残存少量的碱溶液，若采用同钯银催化剂相同的制备方法加入助剂，助剂盐溶液遇到碱溶液发生水解问题，使银助剂的掺杂量无法控制。
发明内容
为解决现有技术中出现的问题，本发明提供了一种碳四抽余液选择加氢制丁烯的方法。本发明使用非贵金属催化剂有效降低催化剂成本；银-雷尼铜合金粒子活化后具有高分散的铜颗粒，活性组份利用率高，加氢活性高，运行空速高。
本发明的目的是提供一种碳四抽余液选择加氢制丁烯的方法。
所述方法包括：
反应入口温度为30℃～60℃、反应压力为0.6～3.5MPa、在固定床反应器中液相碳四馏分与银-雷尼铜催化剂接触加氢反应制备1-丁烯；
以碳四馏分的液态体积计量的反应空速为10～60h-1、氢气与1,3-丁二烯摩尔比为0.2～10；
所述银-雷尼铜催化剂银是由包括以下步骤的方法制备的：
制备银源溶液时，先将可溶性有机胺与水配成混合溶液，再与银盐溶液混合。
所述可溶性有机胺优选为乙二胺四乙酸、三乙醇胺、二乙醇胺、乙醇胺，乙二胺、丁胺、二乙胺、异丙胺、苯胺、N,N-二甲基苯胺、十二胺、三乙烯二胺、环己胺和六次四甲基四胺中的一种或几种；更优选为异丙胺、三乙醇胺和己二胺的一种或几种。
包括以下步骤：
(1)将CuAl2合金颗粒加入到苛性碱水溶液中，利用苛性碱抽提合金中部分铝得到雷尼铜催化剂，用去离子水洗涤；
(2)制备银源溶液，先将可溶性有机胺与水配成混合溶液，再与银盐溶液混合，制成银源溶液；
有机胺与银的摩尔比为1：1～10:1；优选为2:1-5:1；
(3)将雷尼铜催化剂加入到去离子水中并通过搅拌形成悬浮溶液，将步骤(2)中的银源溶液逐滴加入到雷尼铜催化剂溶液中，反应1～2小时，洗涤后制得银-雷尼铜催化剂；
银源溶液中银的质量为加入雷尼铜催化剂质量的0.05～1.0wt％；优选为0.1wt％-0.4wt％。
其中，优选：
步骤(1)中，CuAl2合金颗粒的粒径范围为2～3mm。
步骤(2)中，银盐为硝酸银。
本发明具体可采用以下技术方案：
本发明的产品技术方案是：
(1)将CuAl2合金颗粒加入到苛性碱水溶液中，利用苛性碱抽提合金中的Al得到雷尼铜催化剂，用去离子水洗涤。
(2)配制备银源溶液，先将可溶性有机胺与水配成混合溶液，再与银盐溶液混合，制备成银源溶液。
(3)将雷尼铜催化剂加入到去离子水中并通过搅拌形成悬浮溶液，将上述步骤(2)中的银源溶液逐滴加入到雷尼铜催化剂溶液中，无需调节pH值，无需任何还原剂，反应1～2小时后取出催化剂用去离子水洗涤三次后待用。
优选：
在步骤(1)中，CuAl2合金颗粒无固定目数限制，优选2～3mm。苛性碱优选为NaOH，苛性碱水溶液的浓度为2～40wt％，优选5～20wt％，抽提温度为20～100℃，抽提时间为0.5～3h，苛性碱的用量为合金质量的1～3倍，优选1～2倍。优选用20～50℃的去离子水洗涤抽提后的雷尼铜催化剂至洗液pH值为7～9，并将最终得到的催化剂保存于去离子水或无水乙醇中。
在步骤(2)中，银的可溶性盐为硝酸盐。
在步骤(2)中，可溶性有机胺为乙二胺四乙酸、三乙醇胺、二乙醇胺、乙醇胺，乙二胺、丁胺、二乙胺、异丙胺、苯胺、N,N-二甲基苯胺、乙二胺、十二胺、三乙烯二胺、环己胺和六次四甲基四胺中的一种或几种，优选异丙胺、三乙醇胺和己二胺的一种或几种。有机胺与银的摩尔比为1：1～10:1；
在步骤(3)中，银源溶液中银的质量为加入雷尼铜催化剂质量的0.05～1.0wt％；
本发明的应用方法技术方案是：在氢气存在下，在反应入口温度为30℃～60℃、反应压力为0.6～3.5MPa、以碳四馏分的液态体积计量的反应空速为10～60h-1、氢气与1,3-丁二烯摩尔比为0.2～10的条件下，在固定床反应器中使液相碳四馏分与一种活化后的银雷尼铜催化剂接触制备1-丁烯；
优选反应入口温度为30～60℃、反应压力为0.6～3.5MPa、以碳四的液态体积计量的反应空速为10～60h-1、氢气和1,3-丁二烯摩尔比为0.2～10。
(1)本发明的型催化剂明显提高了1,3-丁二烯的转化率和1-丁烯的选择性，Ag修饰后的雷尼铜催化剂1-丁烯的选择性显著提高。
(2)银源溶液通过置换反应沉积于雷尼铜催化剂表面，由于Ag的加入，Cu粒子被Ag稀释，同时实现了银与铜之间具有相互作用。
(3)与其他催化剂不同，雷尼铜催化剂利用苛性碱活化，催化剂孔道不可避免含有少量碱性溶液，导致硝酸银水溶液加入后会发生水解，银仅仅沉积于催化剂表面无法具有相互作用，用有机胺作为络合剂制备的银-雷尼铜催化剂，解决了用硝酸盐容易水解的问题，可以精确控制银在雷尼铜表面的含量，且提高了银在雷尼铜表面的分散度。
本发明的有益效果是：使用非贵金属催化剂有效降低催化剂成本；银-雷尼铜合金粒子活化后具有高分散的铜颗粒，活性组份利用率高，加氢活性高，运行空速高；银-雷尼铜催化剂以实现高的铜担载量，并且银可以隔离金属铜活性组分，有效的延长了催化剂的寿命，且银的加入使1-丁烯的选择性显著提高
具体实施方式
下面结合实施例，进一步说明本发明。
实施例1
(1)将铜铝合金粉碎成2-3mm左右的合金块体后，称取200g合金块体，分批缓慢加入20％的氢氧化钠(氢氧化钠质量200g)溶液中，活化时间2h。经上述步骤处理后的催化剂用20～40℃的去离子水洗涤1000mL洗涤20-40次至洗液pH＝8，得到雷尼铜催化剂；
(2)配制银溶液：称取硝酸银1.2g(摩尔量：7.1mmol)，加入去离子水10mL水溶液搅拌至溶解，量取异丙胺溶液2.4mL(异丙胺密度：0.7g/mL)滴加至10mL去离子水中，配成均匀溶液。异丙胺与银的摩尔比为4：1，将异丙胺水溶液逐滴加入到硝酸银溶液中，形成透明均匀的溶液，并将溶液定容于200mL容量瓶中，形成3.0mgAg/mL的银源溶液。
(3)量取雷尼铜催化剂30mL(约28g)加入到50mL去离子水中，逐滴加入步骤(1)中银源溶液10mL(银的含量为30mg)，反应2小时后过滤溶液，制得银-雷尼铜催化剂，利用XRF检测催化剂中银含量，测得催化剂表面银的含量为0.23wt％。
实施例2
(1)将铜铝合金粉碎成2-3mm左右的合金块体后，称取200g合金块体，分批缓慢加入20％的氢氧化钠(氢氧化钠质量200g)溶液中，活化时间2h。经上述步骤处理后的催化剂用20～40℃的去离子水洗涤1000mL洗涤20-40次至洗液pH＝8，得到雷尼铜催化剂；
(2)配制银溶液：称取硝酸银1.2g(摩尔量：7.1mmol)，加入去离子水10mL水溶液搅拌至溶解，量取异丙胺溶液2.4mL(异丙胺密度：0.7g/mL)滴加至10mL去离子水中，配成均匀溶液。异丙胺与银的摩尔比为4：1，将异丙胺水溶液逐滴加入到硝酸银溶液中，形成透明均匀的溶液，并将溶液定容于200mL容量瓶中，形成3.0mgAg/mL的银源溶液。
(3)量取雷尼铜催化剂30mL(约28g)加入到50mL去离子水中，逐滴加入步骤(1)中银源溶液30mL(银的含量为90mg)，反应2小时后过滤溶液，制得银-雷尼铜催化剂，利用XRF检测催化剂中银含量，测得催化剂表面银的含量为0.75wt％。
实施例3
(1)将铜铝合金粉碎成2-3mm左右的合金块体后，称取200g合金块体，分批缓慢加入20％的氢氧化钠(氢氧化钠质量200g)溶液中，活化时间2h。经上述步骤处理后的催化剂用20～40℃的去离子水洗涤1000mL洗涤20-40次至洗液pH＝8，得到雷尼铜催化剂；
(2)配制银溶液：称取硝酸银1.2g(摩尔量：7.1mmol)，加入去离子水10mL水溶液搅拌至溶解，量取异丙胺溶液2.4mL(异丙胺密度：0.7g/mL)滴加至10mL去离子水中，配成均匀溶液。异丙胺与银的摩尔比为4：1，将异丙胺水溶液逐滴加入到硝酸银溶液中，形成透明均匀的溶液，并将溶液定容于200mL容量瓶中，形成3.0mgAg/mL的银源溶液。
(3)量取雷尼铜催化剂30mL(约28g)加入到50mL去离子水中，逐滴加入步骤(1)中银源溶液40mL(银的含量为120mg)，反应2小时后过滤溶液，制得银-雷尼铜催化剂，利用XRF检测催化剂中银含量，测得催化剂表面银的含量为0.96wt％。
实施例4
(1)将铜铝合金粉碎成2-3mm左右的合金块体后，称取200g合金块体，分批缓慢加入20％的氢氧化钠(氢氧化钠质量200g)溶液中，活化时间2h。经上述步骤处理后的催化剂用20～40℃的去离子水洗涤1000mL洗涤20-40次至洗液pH＝8，得到雷尼铜催化剂；
(2)配制银溶液：称取硝酸银1.2g(摩尔量：7.1mmol)，加入去离子水10mL水溶液搅拌至溶解，量取异丙胺溶液0.6mL(异丙胺密度：0.7g/mL)滴加至10mL去离子水中，配成均匀溶液。异丙胺与银的摩尔比为1：1，将异丙胺水溶液逐滴加入到硝酸银溶液中，形成透明均匀的溶液，并将溶液定容于200mL容量瓶中，形成3.0mgAg/mL的银源溶液。
(3)量取雷尼铜催化剂30mL(约28g)加入到50mL去离子水中，逐滴加入步骤(1)中银源溶液30mL(银的含量为90mg)，反应2小时后过滤溶液，制得银-雷尼铜催化剂，利用XRF检测催化剂中银含量，测得催化剂表面银的含量为0.72wt％。
实施例5
(1)将铜铝合金粉碎成2-3mm左右的合金块体后，称取200g合金块体，分批缓慢加入20％的氢氧化钠(氢氧化钠质量200g)溶液中，活化时间2h。经上述步骤处理后的催化剂用20～40℃的去离子水洗涤1000mL洗涤20-40次至洗液pH＝8，得到雷尼铜催化剂；
(2)配制银溶液：称取硝酸银1.2g(摩尔量：7.1mmol)，加入去离子水10mL水溶液搅拌至溶解，量取异丙胺溶液6mL(异丙胺密度：0.7g/mL)滴加至10mL去离子水中，配成均匀溶液。异丙胺与银的摩尔比为10：1，将异丙胺水溶液逐滴加入到硝酸银溶液中，形成透明均匀的溶液，并将溶液定容于200mL容量瓶中，形成3.0mgAg/mL的银源溶液。
(3)量取雷尼铜催化剂30mL(约28g)加入到50mL去离子水中，逐滴加入步骤(1)中银源溶液30mL(银的含量为90mg)，反应2小时后过滤溶液，制得银-雷尼铜催化剂，利用XRF检测催化剂中银含量，测得催化剂表面银的含量为0.68wt％。
实施例6
1)将铜铝合金粉碎成2-3mm左右的合金块体后，称取200g合金块体，分批缓慢加入20％的氢氧化钠(氢氧化钠质量200g)溶液中，活化时间2h。经上述步骤处理后的催化剂用20～40℃的去离子水洗涤1000mL洗涤20-40次至洗液pH＝8，得到雷尼铜催化剂；
(2)配制银溶液：称取硝酸银1.2g(摩尔量：7.1mmol)，加入去离子水10mL水溶液搅拌至溶解，量取三乙醇胺溶液1.9mL(三乙醇胺密度：1.1g/mL)滴加至10mL去离子水中，配成均匀溶液。三乙醇胺与银的摩尔比为2：1，将三乙醇胺水溶液逐滴加入到硝酸银溶液中，形成透明均匀的溶液，并将溶液定容于200mL容量瓶中，形成3.0mgAg/mL的银源溶液。
(3)量取雷尼铜催化剂30mL(约28g)加入到50mL去离子水中，逐滴加入步骤(1)中银源溶液30mL(银的含量为90mg)，反应2小时后过滤溶液，值得银-雷尼铜催化剂，利用XRF检测催化剂中银含量，测得催化剂表面银的含量为0.69wt％。
对比例1
(1)将铜铝合金粉碎成2-3mm左右的合金块体后，称取200g合金块体，分批缓慢加入20％的氢氧化钠(氢氧化钠质量200g)溶液中，活化时间2h。经上述步骤处理后的催化剂用20～40℃的去离子水洗涤1000mL洗涤20-40次至洗液中性。
对比例2钯催化剂制备
称取氧化铝载体100g,向氧化铝载体喷涂所配置的配制70mL氯化钯溶液，晾干后置于120℃的烘箱中干燥24小时，所得产品在450℃下焙烧8h使氯化钯分解，之后在150℃下使用氢气吹扫2小时使之还原，得到对比例催化剂，其中钯含量为0.3wt％。
实施例7碳四选择加氢试验
将45mL催化剂装填到固定床反应器中，使用氮气置换后，将碳四配氢后通入反应器。碳四的组成(分数)为如表1所示。反应条件为：氢气压力2.3Mpa，入口温度为50℃，氢/丁二烯的摩尔比为1.2：1，液时空速为20h-1。采用气相色谱法测定碳四中各组分的含量。
对上述催化剂碳四选择加氢催化性能进行评价，其中对比例1在评价前于150℃下使用氢气吹扫2小时使之还原再进行评价，其余催化剂直接评价，在50℃下，各催化反应丁二烯加氢为丁烯的转化率和选择性列于表2。丁二烯的转化率和丁烯的选择性的计算方法为：
Figure BDA0001442855600000091
表1碳四的原料组成
组分 原料含量(wt％) 组分 原料含量(wt％)
异丁烷 1.86 1,2-丁二烯 0.004
正丁烷 14.32 1,3-丁二烯 1.92
反-2-丁烯 18.33 甲基乙炔 -
1-丁烯 16.52 乙基乙炔 0.024
异丁烯 35.87 乙烯基乙炔 0.006
顺-2-丁烯 11.06
表2实施例和对比例催化剂碳四加氢反应结果
Figure BDA0001442855600000101
实施例1-6有机胺络合银可以实现银在雷尼铜催化剂表面的掺杂，且碳四选择加氢制备1-丁烯试验表明银的掺杂可以有效提高催化剂的选择性。碳四选择加氢反应中，雷尼铜催化剂具有很高的加氢活性，但选择性较差。与雷尼铜合金催化剂比较，低的银掺杂量(实施例1)对催化剂的选择性影响不明显，随着银掺杂量的提高可以有效提高催化剂的选择性，实施例中银掺杂的雷尼铜催化剂丁二烯的选择性明显高于雷尼铜催化剂(对比例1)，但当银掺杂量达到0.9％以上时，催化剂的活性的选择性有所下降。与贵金属钯催化剂(对比例2)相比，银掺杂的雷尼铜催化剂较Pd催化剂相比，具有更高的1,3-丁二烯的转化率和1-丁烯的选择性，
实施例4-6表明，不同的有机胺配体均可以实现银在雷尼铜催化剂表面的掺杂。

Claims (7)

1.一种碳四抽余液选择加氢制丁烯的方法，其特征在于所述方法包括：
反应入口温度为30℃～60℃、反应压力为0.6～3.5MPa、在固定床反应器中液相碳四馏分与银-雷尼铜催化剂接触加氢反应制备1-丁烯；
以碳四馏分的液态体积计量的反应空速为10～60h-1、氢气与1,3-丁二烯摩尔比为0.2～10；
所述银-雷尼铜催化剂是由包括以下步骤的方法制备的：
(1)将CuAl2合金颗粒加入到苛性碱水溶液中，利用苛性碱抽提合金中部分铝得到雷尼铜催化剂，用去离子水洗涤；
(2)制备银源溶液，先将可溶性有机胺与水配成混合溶液，再与银盐溶液混合，制成银源溶液；
有机胺与银的摩尔比为(1～10):1；
(3)将雷尼铜催化剂加入到去离子水中并通过搅拌形成悬浮溶液，将步骤(2)中的银源溶液逐滴加入到雷尼铜催化剂溶液中，反应1～2小时，洗涤后制得银-雷尼铜催化剂；
银源溶液中银的质量为加入雷尼铜催化剂质量的0.05～1.0wt％。
2.如权利要求1所述的碳四抽余液选择加氢制丁烯的方法，其特征在于：
所述可溶性有机胺为乙二胺四乙酸、三乙醇胺、二乙醇胺、乙醇胺，乙二胺、丁胺、二乙胺、异丙胺、苯胺、N,N-二甲基苯胺、十二胺、三乙烯二胺、环己胺和六次四甲基四胺中的一种或几种。
3.如权利要求2所述的碳四抽余液选择加氢制丁烯的方法，其特征在于：
所述可溶性有机胺为异丙胺和三乙醇胺中的一种或几种。
4.如权利要求1所述的碳四抽余液选择加氢制丁烯的方法，其特征在于：
步骤(1)中，CuAl2合金颗粒的粒径范围为2～3mm。
5.如权利要求1所述的碳四抽余液选择加氢制丁烯的方法，其特征在于：
步骤(2)中，银盐为硝酸银。
6.如权利要求1所述的碳四抽余液选择加氢制丁烯的方法，其特征在于：
有机胺与银的摩尔比为(2～5):1。
7.如权利要求1所述的碳四抽余液选择加氢制丁烯的方法，其特征在于：
银源溶液中银的质量为加入雷尼铜催化剂质量的0.1wt％-0.4wt％。
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