CN114425337B - 一种甲醇胺化催化剂及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种甲醇胺化催化剂及其应用。该催化剂,以重量份数计,包括以下组分:a)10~90份的含金属的改性氧化铝;其中,金属选自Fe、Cu、Pd、Ir中的至少一种;b)10~90份的粘结剂。采用本发明甲醇胺化催化剂,能够促进甲醇胺化反应中碳氮键的形成,提升对甲胺生成的速率,达到增产甲胺的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种甲醇胺化催化剂及其在甲醇胺化生产甲胺中的应用。
背景技术
甲胺产品主要包括一甲胺、二甲胺、三甲胺,为重要的有机化工原料。甲胺有广泛的工业用途,例如二甲胺可用于生产高质量的化纤溶剂和聚氨酯溶剂——N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)。三甲胺主要用于周边的饲料添加剂和试剂消毒剂。
多种催化材料可以用作甲胺催化剂,如分子筛和氧化物。分子筛具有较丰富的孔道和易于进行后处理的优点,现有报道中以分子筛作为主催化剂成分来合成甲胺催化剂报道较多,典型的如ZSM-5(US4082805)、碱镁沸石(USP4254061)、X型、Y型、A型(USP4436938)、ZK-5(USP879444、Journal of Catalysis 1988 113:367)等等。通过调整工艺或者通过使用改性分子筛来达到调整最终甲胺产物的分布,并取得了一定的效果。
采用氧化铝催化剂,用于甲醇与氨气反应制备甲胺时,反应生成一甲胺、二甲胺和三甲胺产物。其中三甲胺含量最高,在某些条件下摩尔比例可以达到50%以上,而一甲胺和二甲胺加起来的摩尔比例低于50%。工业上通常将三甲胺循环到反应体系中进行再利用。
发明内容
发明人经研究发现,采用硅铝类催化剂用于甲醇胺化制备甲胺时,影响甲胺的生成效率的控制性因素是碳氮键的生成速率。发明人进一步研究发现,通过在硅铝类催化剂中引入特定的金属能够促进甲醇胺化反应过程中碳氮键的形成,以此提高甲胺的生成速率,增加单位时间内甲胺生成量,降低单位甲胺的生产能耗,提高甲胺的经济性,由此完成本发明。
本发明提供了一种甲醇胺化催化剂及其在甲醇胺化生产甲胺中的应用。采用本发明甲醇胺化催化剂,能够促进甲醇胺化反应中碳氮键的形成,提升对甲胺生成的速率,达到增产甲胺的目的。
本发明第一方面提供了一种甲醇胺化催化剂,以重量份数计,包括以下组分:
a)10~90份的含金属的改性氧化铝;其中,金属选自Fe、Cu、Pd、Ir中的至少一种;
b)10~90份的粘结剂。
上述技术方案中,所述金属中至少含有Cu和/或Pd,优选至少含有Cu和Pd。
上述技术方案中,所述金属为Cu和Fe,优选地,Cu和Fe的摩尔比为5~7:3~5。
上述技术方案中,所述的甲醇胺化催化剂具有促进碳氮键形成的功能。
上述技术方案中,所述的含金属的改性氧化铝中,所述金属含量,以金属摩尔量计,占含金属的改性氧化铝中总Al摩尔量的0.1%~20.0%,优选为0.1%~10.0%;更优选为0.1%~6.0%。
上述技术方案中,优选地,所述的含金属的改性氧化铝中含有氧化硅。其中,氧化硅的摩尔量占含金属的改性氧化铝中的总Al摩尔量的0.1%~60%,优选为2%~50%,更优选为5%~45%。
上述技术方案中,优选地,所述的含金属的改性氧化铝的制备方法可以采用共沉淀方法制备,即金属源、铝源、选择性加入硅源与沉淀剂反应进行共沉,再经干燥而得。其中金属源、铝源和硅源以及沉淀剂均可以采用本领域常规采用的物质,本发明中并没有特别的限制。共沉淀的操作过程和操作条件都采用本领域技术人员熟知的技术。
上述技术方案中,优选地,所述粘结剂源于硅溶胶、拟薄水铝石、氧化铝、蒙脱土中的至少一种。
上述技术方案中,本发明催化剂可以采用常规的成型方法制备,比如挤条成型法,具体可采用如下制备方法:将含金属的改性氧化铝、粘结剂、选择性加入成型助剂(比如助挤剂、胶溶酸中的至少一种)混合,挤条成型,成型后100~150℃干燥1~12小时,再于400~600℃下焙烧1~10小时。其中,所述助挤剂为田菁粉、聚乙二醇或羧甲基纤维素钠中的至少一种,加入的助挤剂的总量不超过原料混合物重量的10%。胶溶酸包括无机酸或乙酸中的至少一种,无机酸包括硝酸、硫酸或磷酸中的至少一种,加入胶溶酸的质量为催化剂质量的3%~9%,所加入的胶溶酸溶液的量为原料混合物重量的50%~90%。
本发明第二方面提供了一种甲醇胺化生产甲胺的方法,其中采用本发明上述催化剂。
上述技术方案中,所述甲醇胺化生产甲胺的方法,包括:甲醇和氨与本发明上述催化剂接触进行反应,得到产物混合甲胺。
上述技术方案中,优选地,所述甲醇和氨作为反应原料,其中甲醇和液氨的摩尔比以N/C计为0.75~2.0。
上述技术方案中,优选地,所述甲醇胺化的反应条件为:反应温度300~600℃,优选为300~450℃,气体压力以表压计0.1~5.0MPa,原料液时空速LHSV为1~35小时-1,反应气氛为氢气、惰性气氛(比如氮气、氦气和氩气中的至少一种)中的至少一种。
上述技术方案中,优选地,在甲醇转化率达到95%以上的情况下,原料液时空速LHSV达到9.5h-1以上,优选为10h-1以上。
本发明催化剂采用含金属的改性氧化铝,可以促进甲醇胺化反应过程中碳氮键的形成,提高甲胺生成效率,进而提高甲胺的产率。与常规的氧化铝催化剂相比,维持在相同转化率时,空速可以大幅度提高。因为甲胺生成效率提高,催化剂的单位处理量增加,由此通过进料的空速可体现本发明催化剂的效果。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述。
为了说明本发明的应用效果,采用相对进料比ξ来体现。分别采用两种不同的催化剂,在相同反应条件下进行考评,达到相同转化率(比如95%)的情况下,将两者的进料空速LHSV相比得到相对进料比ξ。当ξ>1时,表明催化剂的单位处理量增加,甲胺的生产效率高,而且数值越大,促进甲胺转化的能力越强。当ξ小于1时,则表明催化剂对甲胺转化有抑制作用。与常规氧化铝催化剂相比,采用本发明的含金属的改性氧化铝催化剂,ξ>1。
【对比例1】
称取九水合硝酸铝50g,加入去离子水300g搅拌溶解形成溶液A;称取六水合硝酸镍1.9g溶于100g去离子水中形成溶液B,其中镍离子摩尔量为铝离子摩尔量的5.0%。称取40%SiO2含量的硅溶胶溶液4g,作为溶液C,该溶液C中加入硅的摩尔量为A溶液中的铝摩尔量的20.0%。制备程序为在80℃下,将溶液B加入到溶液A中,在搅拌中加入溶液C,形成均一溶液后,加入氨水调节pH值为8~9,搅拌均匀,并老化2小时。得到的混合物进行喷雾干燥,获得催化剂前驱体。取其中10g,加入拟薄水铝石10g,加入助挤剂田菁粉0.5g和硝酸1.7g,水21g混合,挤条成型,在室温静置24小时后在120℃下干燥,在550℃下焙烧3小时得到催化剂A。
催化剂A评价的反应条件为:温度431℃,压力2MPa,甲醇和液氨的摩尔比以N/C原子比计为1.9。反应经过调试后,稳定反应在95%的转化率。在该条件下,测定反应空速LHSV为8.4h-1。
与上述催化剂A的制备方法相比,不加溶液B制备得到的改性氧化铝催化剂DA。采用考评条件温度431℃,压力2MPa,甲醇和液氨的摩尔比以N/C原子比计为1.9。反应经过调试后,并稳定反应在95%的转化率,测得空速LHSV为8.7h-1。由此,催化剂A相对催化剂DA的相对进料比ξ值为0.97,作用不明显。
【对比例2】
称取九水合硝酸铝50g,加入去离子水300g搅拌溶解形成溶液A;称取四水合七钼酸铵8.2g溶于100g去离子水中形成溶液B,其中钼离子摩尔量为铝离子摩尔量的5.0%。称取40%SiO2含量的硅溶胶溶液2g,作为溶液C,该溶液C中加入硅的摩尔量为A溶液中的铝摩尔量的10.0%。制备程序为在80℃下,将溶液B加入到溶液A中,在搅拌中加入溶液C,形成均一溶液后,加入氨水调节pH值为8~9,搅拌均匀,并老化2小时。得到的混合物进行喷雾干燥,获得催化剂前驱体。取其中10g,加入拟薄水铝石10g,加入助挤剂田菁粉0.5g和硝酸1.7g,水21g混合,挤条成型,在室温静置24小时后在120℃下干燥,在550℃下焙烧3小时得到催化剂B。
催化剂B评价的反应条件为:温度431℃,压力2MPa,甲醇和液氨的摩尔比以N/C原子比计为1.9。反应经过调试后,稳定反应在95%的转化率。在该条件下,测定反应空速LHSV为6.5h-1。
以对比例1中的DA作为催化剂,采用相同考评条件温度431℃,压力2MPa,甲醇和液氨的摩尔比以N/C原子比计为1.9。反应经过调试后,并稳定反应在95%的转化率,测得空速LHSV为8.7h-1。由此,催化剂B相对催化剂DA的相对进料比ξ值为0.75,有一定的抑制作用。
【实施例1】
称取九水合硝酸铝50g,加入去离子水300g搅拌溶解形成溶液A;称取九水合硝酸铁2.7g溶于100g去离子水中形成溶液B,其中铁离子摩尔量为铝离子摩尔量的5.0%。称取40%SiO2含量的硅溶胶溶液0.2g,作为溶液C,该溶液C中加入硅的摩尔量为A溶液中的铝摩尔量的1.0%。制备程序为在80℃下,将溶液B加入到溶液A中,在搅拌中加入溶液C,形成均一溶液后,加入氨水调节pH值为8~9,搅拌均匀,并老化2小时。得到的混合物进行喷雾干燥,获得催化剂前驱体。取其中10g,加入拟薄水铝石10g,加入助挤剂田菁粉0.5g和硝酸1.7g,水21g混合,挤条成型,在室温静置24小时后在120℃下干燥,在550℃下焙烧3小时得到催化剂C。
催化剂C评价的反应条件为:温度431℃,压力2MPa,甲醇和液氨的摩尔比以N/C原子比计为1.9。反应经过调试后,稳定反应在95%的转化率。在该条件下,测定反应空速LHSV为10.3h-1。
以对比例1中的DA作为催化剂,采用相同考评条件温度431℃,压力2MPa,甲醇和液氨的摩尔比以N/C原子比计为1.9。反应经过调试后,并稳定反应在95%的转化率,测得空速LHSV为8.7h-1。由此,催化剂C相对催化剂DA的相对进料比ξ值为1.18。
【实施例2】
称取九水合硝酸铝50g,加入去离子水300g搅拌溶解形成溶液A;称取九水合硝酸铁2.7g溶于100g去离子水中形成溶液B,其中铁离子摩尔量为铝离子摩尔量的5.0%。称取40%SiO2含量的硅溶胶溶液2g,作为溶液C,该溶液C中加入硅的摩尔量为A溶液中的铝摩尔量的10.0%。制备程序为在80℃下,将溶液B加入到溶液A中,在搅拌中加入溶液C,形成均一溶液后,加入氨水调节pH值为8~9,搅拌均匀,并老化2小时。得到的混合物进行喷雾干燥,获得催化剂前驱体。取其中10g,加入拟薄水铝石10g,加入助挤剂田菁粉0.5g和硝酸1.7g,水21g混合,挤条成型,在室温静置24小时后在120℃下干燥,在550℃下焙烧3小时得到催化剂D。
催化剂D评价的反应条件为:温度431℃,压力2MPa,甲醇和液氨的摩尔比以N/C原子比计为1.9。反应经过调试后,稳定反应在95%的转化率。在该条件下,测定反应空速LHSV为11.4h-1。
以对比例1中的DA作为催化剂,采用相同考评条件温度431℃,压力2MPa,甲醇和液氨的摩尔比以N/C原子比计为1.9。反应经过调试后,并稳定反应在95%的转化率,测得空速LHSV为8.7h-1。由此,催化剂D相对催化剂DA的相对进料比ξ值为1.31,有较好促进作用。
【实施例3】
称取九水合硝酸铝50g,加入去离子水300g搅拌溶解形成溶液A;称取九水合硝酸铁2.7g溶于100g去离子水中形成溶液B,其中铁离子摩尔量为铝离子摩尔量的5.0%。称取40%SiO2含量的硅溶胶溶液4g,作为溶液C,该溶液C中加入硅的摩尔量为A溶液中的铝摩尔量的20.0%。制备程序为在80℃下,将溶液B加入到溶液A中,在搅拌中加入溶液C,形成均一溶液后,加入氨水调节pH值为8~9,搅拌均匀,并老化2小时。得到的混合物进行喷雾干燥,获得催化剂前驱体。取其中10g,加入拟薄水铝石10g,加入助挤剂田菁粉0.5g和硝酸1.7g,水21g混合,挤条成型,在室温静置24小时后在120℃下干燥,在550℃下焙烧3小时得到催化剂E。
催化剂E评价的反应条件为:温度431℃,压力2MPa,甲醇和液氨的摩尔比以N/C原子比计为1.9。反应经过调试后,稳定反应在95%的转化率。在该条件下,测定反应空速LHSV为12.2h-1。
以对比例1中的DA作为催化剂,采用相同考评条件温度431℃,压力2MPa,甲醇和液氨的摩尔比以N/C原子比计为1.9。反应经过调试后,并稳定反应在95%的转化率,测得空速LHSV为8.7h-1。由此,催化剂E相对催化剂DA的相对进料比ξ值为1.40,有较好促进作用。
【实施例4】
称取九水合硝酸铝50g,加入去离子水300g搅拌溶解形成溶液A;称取九水合硝酸铁2.7g溶于100g去离子水中形成溶液B,其中铁离子摩尔量为铝离子摩尔量的5.0%。称取40%SiO2含量的硅溶胶溶液6g,作为溶液C,该溶液C中加入硅的摩尔量为A溶液中的铝摩尔量的30.0%。制备程序为在80℃下,将溶液B加入到溶液A中,在搅拌中加入溶液C,形成均一溶液后,加入氨水调节pH值为8~9,搅拌均匀,并老化2小时。得到的混合物进行喷雾干燥,获得催化剂前驱体。取其中10g,加入拟薄水铝石10g,加入助挤剂田菁粉0.5g和硝酸1.7g,水21g混合,挤条成型,在室温静置24小时后在120℃下干燥,在550℃下焙烧3小时得到催化剂F。
催化剂F评价的反应条件为:温度431℃,压力2MPa,甲醇和液氨的摩尔比以N/C原子比计为1.9。反应经过调试后,稳定反应在95%的转化率。在该条件下,测定反应空速LHSV为11.7h-1。
以对比例1中的DA作为催化剂,采用相同考评条件温度431℃,压力2MPa,甲醇和液氨的摩尔比以N/C原子比计为1.9。反应经过调试后,并稳定反应在95%的转化率,测得空速LHSV为8.7h-1。由此,催化剂F相对催化剂DA的相对进料比ξ值为1.35,有较好促进作用。
【实施例5】
称取九水合硝酸铝50g,加入去离子水300g搅拌溶解形成溶液A;称取九水合硝酸铁2.7g溶于100g去离子水中形成溶液B,其中铁离子摩尔量为铝离子摩尔量的5.0%。称取40%SiO2含量的硅溶胶溶液8g,作为溶液C,该溶液C中加入硅的摩尔量为A溶液中的铝摩尔量的40.0%。制备程序为在80℃下,将溶液B加入到溶液A中,在搅拌中加入溶液C,形成均一溶液后,加入氨水调节pH值为8~9,搅拌均匀,并老化2小时。得到的混合物进行喷雾干燥,获得催化剂前驱体。取其中10g,加入拟薄水铝石10g,加入助挤剂田菁粉0.5g和硝酸1.7g,水21g混合,挤条成型,在室温静置24小时后在120℃下干燥,在550℃下焙烧3小时得到催化剂G。
催化剂G评价的反应条件为:温度431℃,压力2MPa,甲醇和液氨的摩尔比以N/C原子比计为1.9。反应经过调试后,稳定反应在95%的转化率。在该条件下,测定反应空速LHSV为11.7h-1。
以对比例1中的DA作为催化剂,采用相同考评条件温度431℃,压力2MPa,甲醇和液氨的摩尔比以N/C原子比计为1.9。反应经过调试后,并稳定反应在95%的转化率,测得空速LHSV为8.7h-1。由此,催化剂G相对催化剂DA的相对进料比ξ值为1.34,有较好促进作用。
【实施例6】
称取九水合硝酸铝50g,加入去离子水300g搅拌溶解形成溶液A;称取九水合硝酸铁2.7g溶于100g去离子水中形成溶液B,其中铁离子摩尔量为铝离子摩尔量的5.0%。称取40%SiO2含量的硅溶胶溶液12g,作为溶液C,该C溶液中加入硅的摩尔量为A溶液中的铝摩尔量的60.0%。制备程序为在80℃下,将溶液B加入到溶液A中,在搅拌中加入溶液C,形成均一溶液后,加入氨水调节pH值为8~9,搅拌均匀,并老化2小时。得到的混合物进行喷雾干燥,获得催化剂前驱体。取其中10g,加入氧化铝10g,加入助挤剂田菁粉0.5g和硝酸1.7g,水21g混合,挤条成型,在室温静置24小时后在120℃下干燥,在550℃下焙烧3小时得到催化剂H。
催化剂H的评价反应条件为:温度431℃,压力2MPa,甲醇和液氨的摩尔比以N/C原子比计为1.9。反应经过调试后,稳定反应在95%的转化率。在该条件下,测定反应空速LHSV为10.5h-1。
以对比例1中的DA作为催化剂,采用相同考评条件温度431℃,压力2MPa,甲醇和液氨的摩尔比以N/C原子比计为1.9。反应经过调试后,并稳定反应在95%的转化率,测得空速LHSV为8.7h-1。由此,催化剂H相对催化剂DA的相对进料比ξ值为1.21,有较好促进作用。
【实施例7】
称取九水合硝酸铝50g,加入去离子水300g搅拌溶解形成溶液A;称取九水合硝酸铁10.8g溶于100g去离子水中形成溶液B,其中铁离子摩尔量为铝离子摩尔量的20.0%。称取40%SiO2含量的硅溶胶溶液4g,作为溶液C,该溶液C中加入硅的摩尔量为A溶液中的铝摩尔量的20.0%。制备程序为在80℃下,将溶液B加入到溶液A中,在搅拌中加入溶液C,形成均一溶液后,加入氨水调节pH值为8~9,搅拌均匀,并老化2小时。得到的混合物进行喷雾干燥,获得催化剂前驱体。取其中10g,加入拟薄水铝石90g,加入助挤剂田菁粉2.5g和硝酸8.5g,水110g混合,挤条成型,在室温静置24小时后在120℃下干燥,在550℃下焙烧3小时得到催化剂I。
催化剂I评价的反应条件为:温度431℃,压力2MPa,甲醇和液氨的摩尔比以N/C原子比计为1.9。反应经过调试后,稳定反应在95%的转化率。在该条件下,测定反应空速LHSV为10.1h-1。
以对比例1中的DA作为催化剂,采用相同考评条件温度431℃,压力2MPa,甲醇和液氨的摩尔比以N/C原子比计为1.9。反应经过调试后,并稳定反应在95%的转化率,测得空速LHSV为8.7h-1。由此,催化剂I相对催化剂DA的相对进料比ξ值为1.16,有较好促进作用。
【实施例8】
称取九水合硝酸铝50g,加入去离子水300g搅拌溶解形成溶液A;称取九水合硝酸铁5.4g溶于100g去离子水中形成溶液B,其中铁离子摩尔量为铝离子摩尔量的10.0%。称取40%SiO2含量的硅溶胶溶液4g,作为溶液C,该溶液C中加入硅的摩尔量为A溶液中的铝摩尔量的20.0%。制备程序为在80℃下,将溶液B加入到溶液A中,在搅拌中加入溶液C,形成均一溶液后,加入氨水调节pH值为8~9,搅拌均匀,并老化2小时。得到的混合物进行喷雾干燥,获得催化剂前驱体。取其中10g,加入拟薄水铝石1g,加入助挤剂田菁粉0.3g和硝酸0.9g,水11g混合,挤条成型,在室温静置24小时后在120℃下干燥,在550℃下焙烧3小时得到催化剂J。
催化剂J评价的反应条件为:温度431℃,压力2MPa,甲醇和液氨的摩尔比以N/C原子比计为1.9。反应经过调试后,稳定反应在95%的转化率。在该条件下,测定反应空速LHSV为9.6h-1。
以对比例1中的DA作为催化剂,采用相同考评条件温度431℃,压力2MPa,甲醇和液氨的摩尔比以N/C原子比计为1.9。反应经过调试后,并稳定反应在95%的转化率,测得空速LHSV为8.7h-1。由此,催化剂J相对催化剂DA的相对进料比ξ值为1.10,有较好促进作用。
【实施例9】
称取九水合硝酸铝50g,加入去离子水300g搅拌溶解形成溶液A;称取九水合硝酸铁0.5g溶于100g去离子水中形成溶液B,其中铁离子摩尔量为铝离子摩尔量的1.0%。称取40%SiO2含量的硅溶胶溶液4g,作为溶液C,该溶液C中加入硅的摩尔量为A溶液中的铝摩尔量的20.0%。制备程序为在80℃下,将溶液B加入到溶液A中,在搅拌中加入溶液C,形成均一溶液后,加入氨水调节pH值为8~9,搅拌均匀,并老化2小时。得到的混合物进行喷雾干燥,获得催化剂前驱体。取其中10g,加入拟薄水铝石10g,加入助挤剂田菁粉0.5g和硝酸1.7g,水21g挤条,在室温静置24小时后在120℃下干燥,在550℃下焙烧3小时得到催化剂K。
催化剂K评价的反应条件为:温度431℃,压力2MPa,甲醇和液氨的摩尔比以N/C原子比计为1.9。反应经过调试后,稳定反应在95%的转化率。在该条件下,测定反应空速LHSV为11.5h-1。
以对比例1中的DA作为催化剂,采用相同考评条件温度431℃,压力2MPa,甲醇和液氨的摩尔比以N/C原子比计为1.9。反应经过调试后,并稳定反应在95%的转化率,测得空速LHSV为8.7h-1。由此,催化剂K相对催化剂DA的相对进料比ξ值为1.32,有较好促进作用。
【实施例10】
称取九水合硝酸铝50g,加入去离子水300g搅拌溶解形成溶液A;称取硝酸铜1.6g溶于100g去离子水中形成溶液B,其中铜离子摩尔量为铝离子摩尔量的5.0%。称取40%SiO2含量的硅溶胶溶液4g,作为溶液C,该溶液C中加入硅的摩尔量为A溶液中的铝摩尔量的20.0%。制备程序为在80℃下,将溶液B加入到溶液A中,在搅拌中加入溶液C,形成均一溶液后,加入氨水调节pH值为8~9,搅拌均匀,并老化2小时。得到的混合物进行喷雾干燥,获得催化剂前驱体。取其中10g,加入氧化铝10g,加入助挤剂田菁粉0.5g和硝酸1.7g,水21g混合,挤条成型,在室温静置24小时后在120℃下干燥,在550℃下焙烧3小时得到催化剂L。
催化剂L评价的反应条件为:温度431℃,压力2MPa,甲醇和液氨的摩尔比以N/C原子比计为1.9。反应经过调试后,稳定反应在95%的转化率。在该条件下,测定反应空速LHSV为13.1h-1。
以对比例1中的DA作为催化剂,采用相同考评条件温度431℃,压力2MPa,甲醇和液氨的摩尔比以N/C原子比计为1.9。反应经过调试后,并稳定反应在95%的转化率,测得空速LHSV为8.7h-1。由此,催化剂L相对催化剂DA的相对进料比ξ值为1.51,有较好促进作用。
【实施例11】
称取九水合硝酸铝50g,加入去离子水300g搅拌溶解形成溶液A;称取氯酸钯0.3g溶于100g去离子水中形成溶液B,其中钯离子摩尔量为铝离子摩尔量的0.8%。称取40%SiO2含量的硅溶胶溶液4g,作为溶液C,该溶液C中加入硅的摩尔量为A溶液中的铝摩尔量的20.0%。制备程序为在80℃下,将溶液B加入到溶液A中,在搅拌中加入溶液C,形成均一溶液后,加入氨水调节pH值为8~9,搅拌均匀,并老化2小时。得到的混合物进行喷雾干燥,获得催化剂前驱体。取其中10g,加入氧化铝10g,加入助挤剂田菁粉0.5g和硝酸1.7g,水21g混合,挤条成型,在室温静置24小时后在120℃下干燥,在550℃下焙烧3小时得到催化剂M。
催化剂M评价的反应条件为:温度431℃,压力2MPa,甲醇和液氨的摩尔比以N/C原子比计为1.9。反应经过调试后,稳定反应在95%的转化率。在该条件下,测定反应空速LHSV为14.1h-1。
以对比例1中的DA作为催化剂,采用相同考评条件温度431℃,压力2MPa,甲醇和液氨的摩尔比以N/C原子比计为1.9。反应经过调试后,并稳定反应在95%的转化率,测得空速LHSV为8.7h-1。由此,催化剂M相对催化剂DA的相对进料比ξ值为1.62,有较好促进作用。
【实施例12】
称取九水合硝酸铝50g,加入去离子水300g搅拌溶解形成溶液A;称取氯铱酸0.4g溶于100g去离子水中形成溶液B,其中铱离子摩尔量为铝离子摩尔量的0.8%。称取40%SiO2含量的硅溶胶溶液4g,作为溶液C,该溶液C中加入硅的摩尔量为A溶液中的铝摩尔量的20.0%。制备程序为在80℃下,将溶液B加入到溶液A中,在搅拌中加入溶液C,形成均一溶液后,加入氨水调节pH值为8~9,搅拌均匀,并老化2小时。得到的混合物进行喷雾干燥,获得催化剂前驱体。取其中10g,加入拟薄水铝石10g,加入助挤剂田菁粉0.5g和硝酸1.7g,水21g混合,挤条成型,在室温静置24小时后在120℃下干燥,在550℃下焙烧3小时得到催化剂N。
催化剂N评价的反应条件为:温度431℃,压力2MPa,甲醇和液氨的摩尔比以N/C原子比计为1.9。反应经过调试后,稳定反应在95%的转化率。在该条件下,测定反应空速LHSV为14.2h-1。
以对比例1中的DA作为催化剂,采用相同考评条件温度431℃,压力2MPa,甲醇和液氨的摩尔比以N/C原子比计为1.9。反应经过调试后,并稳定反应在95%的转化率,测得空速LHSV为8.7h-1。由此,催化剂N相对催化剂DA的相对进料比ξ值为1.63,有较好促进作用。
【实施例13】
称取九水合硝酸铝50g,加入去离子水300g搅拌溶解形成溶液A;称取硝酸铜1.3g溶于100g去离子水中形成溶液B,其中铜离子摩尔量为铝离子摩尔量的4%。称取40%SiO2含量的硅溶胶溶液4g,作为溶液C,该溶液C中加入硅的摩尔量为A溶液中的铝摩尔量的20.0%。制备程序为在80℃下,将溶液B加入到溶液A中,在搅拌中加入溶液C,形成均一溶液后,加入氨水调节pH值为8~9,搅拌均匀,并老化2小时。得到的混合物进行喷雾干燥,获得催化剂前驱体。取其中10g,加入拟薄水铝石10g,加入助挤剂田菁粉0.5g和硝酸1.7g,水21g混合,挤条成型,在室温静置24小时后在120℃下干燥,在550℃下焙烧3小时得到催化剂O。
催化剂O评价的反应条件为:温度431℃,压力2MPa,甲醇和液氨的摩尔比以N/C原子比计为1.9。反应经过调试后,稳定反应在95%的转化率。在该条件下,测定反应空速LHSV为12.9h-1。
以对比例1中的DA作为催化剂,采用相同考评条件温度431℃,压力2MPa,甲醇和液氨的摩尔比以N/C原子比计为1.9。反应经过调试后,并稳定反应在95%的转化率,测得空速LHSV为8.7h-1。由此,催化剂O相对催化剂DA的相对进料比ξ值为1.48,有较好促进作用。
【实施例14】
称取硫酸铝50g,加入去离子水300g搅拌溶解形成溶液A;称取九水合硝酸铁3g溶于100g去离子水中形成溶液B,其中铁离子摩尔量为铝离子摩尔量的5.0%。称取40%SiO2含量的硅溶胶溶液4.4g,作为溶液C,该溶液C中加入硅的摩尔量为A溶液中的铝摩尔量的20.0%。制备程序为在80℃下,将溶液B加入到溶液A中,在搅拌中加入溶液C,形成均一溶液后,加入氨水调节pH值为8~9,搅拌均匀,并老化2小时。得到的混合物进行喷雾干燥,获得催化剂前驱体。取其中10g,加入拟薄水铝石10g,加入助挤剂田菁粉0.5g和硝酸1.7g,水21g混合,挤条成型,在室温静置24小时后在120℃下干燥,在550℃下焙烧3小时得到催化剂P。
催化剂P评价的反应条件为:温度431℃,压力2MPa,甲醇和液氨的摩尔比以N/C原子比计为1.9。反应经过调试后,稳定反应在95%的转化率。在该条件下,测定反应空速LHSV为12.0h-1。
以对比例1中的DA作为催化剂,采用相同考评条件温度431℃,压力2MPa,甲醇和液氨的摩尔比以N/C原子比计为1.9。反应经过调试后,并稳定反应在95%的转化率,测得空速LHSV为8.7h-1。由此,催化剂P相对催化剂DA的相对进料比ξ值为1.38,有较好促进作用。
【实施例15】
称取九水合硝酸铝50g,加入去离子水300g搅拌溶解形成溶液A;称取硝酸铜1.6g溶于100g去离子水中形成溶液B,其中铜离子摩尔量为铝离子摩尔量的5.0%。称取40%SiO2含量的硅溶胶溶液4g,作为溶液C,该溶液C中加入硅的摩尔量为A溶液中的铝摩尔量的20.0%。制备程序为在80℃下,将溶液B加入到溶液A中,在搅拌中加入溶液C,形成均一溶液后,加入氨水调节pH值为8~9,搅拌均匀,并老化2小时。得到的混合物进行喷雾干燥,获得催化剂前驱体。取其中10g,加入拟薄水铝石10g,加入助挤剂田菁粉0.5g和硝酸1.7g,水21g混合,挤条成型,在室温静置24小时后在120℃下干燥,在550℃下焙烧3小时得到催化剂Q。
催化剂Q评价的反应条件为:温度460℃,压力0.5MPa,甲醇和液氨的摩尔比以N/C原子比计为1.2。反应经过调试后,稳定反应在95%的转化率。在该条件下,测定反应空速LHSV为17.7h-1。
以对比例1中的DA作为催化剂,采用与评价催化剂Q相同的反应条件下,并稳定反应在95%的转化率,测得空速LHSV为9.8h-1。由此,催化剂Q相对催化剂DA的相对进料比ξ值为1.81,有较好促进作用。
【实施例16】
称取九水合硝酸铝50g,加入去离子水300g搅拌溶解形成溶液A;称取硝酸铜1.6g溶于100g去离子水中形成溶液B,其中铜离子摩尔量为铝离子摩尔量的5.0%。称取40%SiO2含量的硅溶胶溶液4g,作为溶液C,该溶液C中加入硅的摩尔量为A溶液中的铝摩尔量的20.0%。制备程序为在80℃下,将溶液B加入到溶液A中,在搅拌中加入溶液C,形成均一溶液后,加入NaOH调节pH值为8~9,搅拌均匀,并老化2小时。得到的混合物进行喷雾干燥,获得催化剂前驱体。取其中10g,加入拟薄水铝石10g,加入助挤剂田菁粉0.5g和硝酸1.7g,水21g混合,挤条成型,在室温静置24小时后在120℃下干燥,在550℃下焙烧3小时得到催化剂R。
催化剂R评价的反应条件为:温度350℃,压力5.0MPa,甲醇和液氨的摩尔比以N/C原子比计为0.8。反应经过调试后,稳定反应在95%的转化率。在该条件下,测定反应空速LHSV为10.2h-1。
以对比例1中的DA作为催化剂,采用与评价催化剂R相同的反应条件下,并稳定反应在95%的转化率,测得空速LHSV为7.1h-1。由此,催化剂R相对催化剂DA的相对进料比ξ值为1.44,有较好促进作用。
【实施例17】
称取九水合硝酸铝50g,加入去离子水300g搅拌溶解形成溶液A;称取硝酸铜1.6g和氯酸钯0.07g溶于100g去离子水中形成溶液B,其中铜离子摩尔量为铝离子摩尔量的5.0%,钯离子摩尔量为铝离子摩尔量的0.2%。称取40%SiO2含量的硅溶胶溶液4g,作为溶液C,该溶液C中加入硅的摩尔量为A溶液中的铝摩尔量的20.0%。制备程序为在80℃下,将溶液B加入到溶液A中,在搅拌中加入溶液C,形成均一溶液后,加入氨水调节pH值为8~9,搅拌均匀,并老化2小时。得到的混合物进行喷雾干燥,获得催化剂前驱体。取其中10g,加入氧化铝10g,加入助挤剂田菁粉0.5g和硝酸1.7g,水21g混合,挤条成型,在室温静置24小时后在120℃下干燥,在550℃下焙烧3小时得到催化剂S。
催化剂S评价的反应条件为:温度431℃,压力2MPa,甲醇和液氨的摩尔比以N/C原子比计为1.9。反应经过调试后,稳定反应在95%的转化率。在该条件下,测定反应空速LHSV为17.2h-1。
以对比例1中的DA作为催化剂,采用相同考评条件温度431℃,压力2MPa,甲醇和液氨的摩尔比以N/C原子比计为1.9。反应经过调试后,并稳定反应在95%的转化率,测得空速LHSV为8.7h-1。由此,催化剂S相对催化剂DA的相对进料比ξ值为1.98,有较好促进作用。
【实施例18】
称取九水合硝酸铝50g,加入去离子水300g搅拌溶解形成溶液A;称取硝酸铜0.26g和氯酸钯0.27g溶于100g去离子水中形成溶液B,其中铜离子摩尔量为铝离子摩尔量的0.8%,钯离子摩尔量为铝离子摩尔量的0.8%。称取40%SiO2含量的硅溶胶溶液4g,作为溶液C,该溶液C中加入硅的摩尔量为A溶液中的铝摩尔量的20.0%。制备程序为在80℃下,将溶液B加入到溶液A中,在搅拌中加入溶液C,形成均一溶液后,加入氨水调节pH值为8~9,搅拌均匀,并老化2小时。得到的混合物进行喷雾干燥,获得催化剂前驱体。取其中10g,加入氧化铝10g,加入助挤剂田菁粉0.5g和硝酸1.7g,水21g混合,挤条成型,在室温静置24小时后在120℃下干燥,在550℃下焙烧3小时得到催化剂T。
催化剂T评价的反应条件为:温度431℃,压力2MPa,甲醇和液氨的摩尔比以N/C原子比计为1.9。反应经过调试后,稳定反应在95%的转化率。在该条件下,测定反应空速LHSV为18.3h-1。
以对比例1中的DA作为催化剂,采用相同考评条件温度431℃,压力2MPa,甲醇和液氨的摩尔比以N/C原子比计为1.9。反应经过调试后,并稳定反应在95%的转化率,测得空速LHSV为8.7h-1。由此,催化剂T相对催化剂DA的相对进料比ξ值为2.1,有较好促进作用。
【实施例19】
称取九水合硝酸铝50g,加入去离子水300g搅拌溶解形成溶液A;称取硝酸铜0.8g和九水合硝酸铁1.35g溶于100g去离子水中形成溶液B,其中铜离子摩尔量为铝离子摩尔量的2.5%,铁离子摩尔量为铝离子摩尔量的2.5%。称取40%SiO2含量的硅溶胶溶液4g,作为溶液C,该溶液C中加入硅的摩尔量为A溶液中的铝摩尔量的20.0%。制备程序为在80℃下,将溶液B加入到溶液A中,在搅拌中加入溶液C,形成均一溶液后,加入氨水调节pH值为8~9,搅拌均匀,并老化2小时。得到的混合物进行喷雾干燥,获得催化剂前驱体。取其中10g,加入氧化铝10g,加入助挤剂田菁粉0.5g和硝酸1.7g,水21g混合,挤条成型,在室温静置24小时后在120℃下干燥,在550℃下焙烧3小时得到催化剂U。
催化剂U评价的反应条件为:温度431℃,压力2MPa,甲醇和液氨的摩尔比以N/C原子比计为1.9。反应经过调试后,稳定反应在95%的转化率。在该条件下,测定反应空速LHSV为17.4h-1。
以对比例1中的DA作为催化剂,采用相同考评条件温度431℃,压力2MPa,甲醇和液氨的摩尔比以N/C原子比计为1.9。反应经过调试后,并稳定反应在95%的转化率,测得空速LHSV为8.7h-1。由此,催化剂U相对催化剂DA的相对进料比ξ值为2.0,有较好促进作用。
【实施例20】
称取九水合硝酸铝50g,加入去离子水300g搅拌溶解形成溶液A;称取硝酸铜0.48g和九水合硝酸铁1.88g溶于100g去离子水中形成溶液B,其中铜离子摩尔量为铝离子摩尔量的1.5%,铁离子摩尔量为铝离子摩尔量的3.5%。称取40%SiO2含量的硅溶胶溶液4g,作为溶液C,该溶液C中加入硅的摩尔量为A溶液中的铝摩尔量的20.0%。制备程序为在80℃下,将溶液B加入到溶液A中,在搅拌中加入溶液C,形成均一溶液后,加入氨水调节pH值为8~9,搅拌均匀,并老化2小时。得到的混合物进行喷雾干燥,获得催化剂前驱体。取其中10g,加入氧化铝10g,加入助挤剂田菁粉0.5g和硝酸1.7g,水21g混合,挤条成型,在室温静置24小时后在120℃下干燥,在550℃下焙烧3小时得到催化剂V。
催化剂V评价的反应条件为:温度431℃,压力2MPa,甲醇和液氨的摩尔比以N/C原子比计为1.9。反应经过调试后,稳定反应在95%的转化率。在该条件下,测定反应空速LHSV为14.4h-1。
以对比例1中的DA作为催化剂,采用相同考评条件温度431℃,压力2MPa,甲醇和液氨的摩尔比以N/C原子比计为1.9。反应经过调试后,并稳定反应在95%的转化率,测得空速LHSV为8.7h-1。由此,催化剂V相对催化剂DA的相对进料比ξ值为1.65,有较好促进作用。
以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合,这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容,均属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种甲醇胺化催化剂,以重量份数计,包括以下组分:
a)10~90份的含金属的改性氧化铝;其中,金属为Cu和Fe,Cu和Fe的摩尔比为5~7:3~5;
b)10~90份的粘结剂;
所述的含金属的改性氧化铝中,所述金属含量,以金属摩尔量计,占含金属的改性氧化铝中总Al摩尔量的0.1%~20.0%;
所述的含金属的改性氧化铝的制备方法采用共沉淀方法制备;
所述的含金属的改性氧化铝中含有氧化硅,氧化硅的摩尔量占含金属的改性氧化铝中的总Al摩尔量的5%~45%。
2.按照权利要求1所述的催化剂,其特征在于:所述的甲醇胺化催化剂具有促进碳氮键形成的功能。
3.按照权利要求1所述的催化剂,其特征在于:所述的含金属的改性氧化铝中,所述金属含量,以金属摩尔量计,占含金属的改性氧化铝中总Al摩尔量的0.1%~10.0%。
4.按照权利要求3所述的催化剂,其特征在于:所述的含金属的改性氧化铝中,所述金属含量,以金属摩尔量计,占含金属的改性氧化铝中总Al摩尔量的0.1%~6.0%。
5.一种甲醇胺化生产甲胺的方法,其特征在于:所述甲醇胺化生产甲胺的方法,包括:甲醇和氨与权利要求1-4任一所述催化剂接触进行反应,得到产物混合甲胺。
6.按照权利要求5所述的方法,其特征在于:所述甲醇和氨作为反应原料,其中甲醇和液氨的摩尔比以N/C计为0.75~2.0。
7.按照权利要求5所述的方法,其特征在于:所述甲醇胺化的反应条件为:反应温度300~600℃,气体压力以表压计0.1~5.0MPa,反应原料体积空速LHSV为1~35小时-1,反应气氛为氢气、惰性气氛中的至少一种。
8.按照权利要求5所述的方法,其特征在于:在甲醇转化率达到95%以上的情况下,原料体积空速LHSV达到9.5h-1以上。
9.按照权利要求8所述的方法,其特征在于:在甲醇转化率达到95%以上的情况下,原料体积空速LHSV达到10h-1以上。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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