CN115121270A - 一种选择性加氢合成2-乙基己醛的催化剂及其应用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种选择性加氢合成2‑乙基己醛的催化剂及其应用方法,所述催化剂组成如下(以催化剂总重量100%计):(a)1~40%氧化镍;(b)0.5~20%氧化钴、氧化锌、氧化铜或氧化锆中的一种或多种过渡金属氧化物;(c)0.1~10%选自Ce、La、Sm中的一种或多种稀土金属氧化物;(d)0.01~7%选自P、B中的一种或两种氧化物;(e)其余为氧化硅和/或氧化铝。本发明催化剂以非贵金属镍为活性组分,加入过渡金属元素,有利于提高对碳碳双键加氢的选择性;同时,加入稀土金属元素,可提高Ni在载体上的分散度,进而提升催化剂的活性以及稳定性。本发明催化剂具有原料转化率和产物选择性高以及催化剂寿命长的优点,可应用于2‑乙基己醛的工业生产。

Description

一种选择性加氢合成2-乙基己醛的催化剂及其应用方法
技术领域
本发明属于选择性加氢技术领域,具体涉及一种2-乙基己烯醛选择性加氢合成2-乙基己醛的催化剂及其应用方法。
背景技术
2-乙基己醛,又称异辛醛,主要用作香料,合成其他化合物的原料。例如用于合成2-乙基己酸(又称异辛酸),而异辛酸被广泛应用于医药、香料、染料、杀菌剂、化妆品、树脂、塑料等领域。此外,异辛酸可用来制备异辛酸盐,用作催干剂,与传统环烷酸盐催干剂相比,异辛酸盐催干剂性能优势明显,正在逐步取代环烷酸盐催干剂,需求量不断增长。
目前,2-乙基己醛主要通过2-乙基己烯醛选择性加氢制备而来。工业上大多使用Pd系催化剂,收率可达97%左右。然而,贵金属Pd价格高昂且对原料要求较高,进而导致生产成本高。近年来,较多的研究集中在采用非贵金属如Ni等金属的加氢催化剂领域,如专利GB1102796A公开了一种Ni/硅藻土催化剂,采用硫化物毒化部分Ni催化剂的方式,来提高饱和醛的选择性,在225℃和常压下,2-乙基己醛收率为96%,但该反应为气相加氢反应,反应温度较高,原料易发生裂解等副反应。专利US4018831A通过共沉淀法制备的Ni基催化剂,在120℃和3.4MPa下,2-乙基己烯醛转化率为88%,2-乙基己醛的选择性为94%。CN114471618A公开了一种硫掺杂碳负载的Ni基催化剂,在70℃和10MPa下,2-乙基己烯醛转化率为72.1%,产物选择性为89.1%。上述基于非贵金属的2-乙基己烯醛选择性加氢催化剂,存在着反应压力高、反应温度高等缺陷,且这些催化剂的2-乙基己醛收率都较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种成本低廉且具有较高2-乙基己醛收率的选择性加氢催化剂及其应用方法。所制备的催化剂具有比表面积高、活性组分分散度好的特点,在较温和的液相加氢条件下,实现了原料2-乙基己烯醛的高转化率、2-乙基己醛的高选择性。
本发明通过以下技术方案实现上述目的:一种选择性加氢合成2-乙基己醛的催化剂及其应用方法,以催化剂总重量100%计,包括以下组分:
(a)1~40%氧化镍;
(b)0.5~20%氧化钴、氧化锌、氧化铜或氧化锆中的一种或多种过渡金属氧化物;
(c)0.1~10%选自Ce、La、Sm中的一种或多种稀土金属氧化物;
(d)0.01~7%选自P、B中的一种或两种非金属氧化物;
(e)其余为氧化硅和/或氧化铝。
本发明催化剂具有的比表面积为150~400m2/g。
催化剂活性组分Ni的前驱体选自硝酸镍、碱式碳酸镍、氯化镍或醋酸镍;活性组分Co、Zn、Cu或Zr的前驱体选自其相对应的硫酸盐、盐酸盐、硝酸盐或有机酸盐。
本发明同时提供了一种选择性加氢合成2-乙基己醛的催化剂应用方法,该方法采用本发明催化剂,以2-乙基己烯醛和溶剂为原料,与H2反应得到加氢产物;加氢产物再经脱除轻、重杂质,得到高纯度2-乙基己醛。
溶剂选自甲醇、乙醇、正丁醇、环己醇、2-乙基己醇或2-乙基己醛,优选为2-乙基己醛;溶剂与原料2-乙基己烯醛的混合比例为(质量)0.5~50。
选择性加氢反应器可设计为鼓泡床、滴流床或固定床反应器。
选择性加氢反应的反应压力为0.5~5.0MPa,反应温度为30~300℃,氢气与原料的比例为(摩尔)1.01~20,原料体积空速为0.1~20.0h-1
本发明催化剂以Ni为活性组分,显著降低了催化剂的生产成本;同时,本发明催化剂中添加了Co、Zn、Cu或Zr过渡金属元素,有利于提高对碳碳双键加氢的选择性,减少副产物的生成。另外,本发明通过在载体中添加P、B等非金属元素以及少量的稀土金属元素,获得了具有适宜酸性和比表面积的载体,其中稀土元素的添加有利于提高Ni在载体上的分散度,进而提高了催化剂的活性中心数量、延长了催化剂的使用寿命以及提高了原料的转化率。
下面通过实施例对本发明作进一步阐述。但不能对本发明的实施范围构成任何限定。
具体实施方式
实施例1
首先,称取300g的拟薄水铝石,12g的田菁粉和30g的炭黑,将其混合均匀后,加入300g含6.6g的硅溶胶(质量分数40%)、4.3g的磷酸(85%质量浓度)、26.3g的硝酸镧、15g的硝酸铈和12g硝酸(65%质量浓度)的水溶液,混捏,挤成
Figure BDA0003758522090000031
的三叶草条状,并经110℃干燥12h,650℃焙烧5h,制得载体Z1。然后,称取3.2g的硝酸钴,并溶于10g的水后,将上述硝酸钴溶液与148g硝酸镍溶液(14%Ni)配成浸渍液。最后,将载体Z1在浸渍液中浸渍12h,经120℃干燥,450℃焙烧6h,制得催化剂C1。催化剂组成及物化性质见表1,其中各组分含量均以催化剂总重量计。
实施例2
首先,称取300g的拟薄水铝石,12g的田菁粉和20g的炭黑,将其混合均匀后,加入300g含36.2g的硅溶胶(质量分数40%)、5.88g的磷酸(85%质量浓度)、12.86g的硼酸、20.6g的硝酸铈、14g的硝酸钐和10g硝酸(65%质量浓度)的水溶液,混捏,挤成
Figure BDA0003758522090000032
的三叶草条状,并经110℃干燥12h,850℃焙烧5h,制得载体Z2。然后,称取84.2g的硝酸锌,并溶于100g的水后,将上述硝酸锌溶液与406.5g醋酸镍溶液(14%Ni)配成浸渍液。最后,将载体Z2在浸渍液中浸渍12h,经120℃干燥,500℃焙烧6h,制得催化剂C2。催化剂组成及物化性质见表1,其中各组分含量均以催化剂总重量计。
实施例3
首先,称取300g的氧化铝,10g的田菁粉和25g的炭黑,将其混合均匀后,加入300g含59.1g的硅溶胶(质量分数40%)、59g的硝酸镧、5.7g的硝酸钐和13g硝酸(65%质量浓度)的水溶液,混捏,挤成
Figure BDA0003758522090000033
的三叶草条状,并经110℃干燥12h,680℃焙烧5h,制得载体Z3。然后,称取153.8g的氯化钴,并溶于150g的水后,将上述氯化钴溶液与1328g醋酸镍溶液(14%Ni)配成浸渍液。最后,将载体Z3在浸渍液中浸渍12h,经120℃干燥,400℃焙烧6h,制得催化剂C3。催化剂组成及物化性质见表1,其中各组分含量均以催化剂总重量计。
实施例4
首先,称取300g的拟薄水铝石,15g的田菁粉和25g的炭黑,将其混合均匀后,加入300g含13.4g的磷酸(85%质量浓度)、2.7g的硝酸镧和3g硝酸(65%质量浓度)的水溶液,混捏,挤成
Figure BDA0003758522090000041
的三叶草条状,并经110℃干燥12h,650℃焙烧5h,制得载体Z4。然后,称取31.9g的硝酸锌,并溶于30g的水后,将上述硝酸锌溶液与231.1g硝酸镍溶液(14%Ni)配成浸渍液。最后,将载体Z4在浸渍液中浸渍12h,经110℃干燥,500℃焙烧6h,制得催化剂C4。催化剂组成及物化性质见表1,其中各组分含量均以催化剂总重量计。
实施例5
首先,称取300g的氧化铝,12g的田菁粉和20g的炭黑,将其混合均匀后,加入300g含38.4g的硅溶胶(质量分数40%)、48.5g的硝酸铈、9.9g的硝酸钐和14g硝酸(65%质量浓度)的水溶液,混捏,挤成
Figure BDA0003758522090000042
的三叶草条状,并经110℃干燥12h,700℃焙烧5h,制得载体Z5。然后,称取177.5g的氯化钴,并溶于200g的水后,将上述氯化钴溶液与862.5g硝酸镍溶液(14%Ni)配成浸渍液。最后,将载体Z5在浸渍液中浸渍12h,经120℃干燥,450℃焙烧6h,制得催化剂C5。催化剂组成及物化性质见表1,其中各组分含量均以催化剂总重量计。
实施例6
首先,称取300g的拟薄水铝石,12g的田菁粉和30g的炭黑,将其混合均匀后,加入300g含17.2g的硅溶胶(质量分数40%)、11.2g的磷酸(85%质量浓度)、34.33g的硝酸镧和5g硝酸(65%质量浓度)的水溶液,混捏,挤成
Figure BDA0003758522090000052
的三叶草条状,并经110℃干燥12h,650℃焙烧5h,制得载体Z6。然后,称取84g的硝酸钴,并溶于80g的水后,将上述硝酸钴溶液与386.5g硝酸镍溶液(14%Ni)配成浸渍液。最后,将载体Z6在浸渍液中浸渍12h,经120℃干燥,480℃焙烧6h,制得催化剂C6。催化剂组成及物化性质见表1,其中各组分含量均以催化剂总重量计。
对比实施例1
采用实施例6中载体和催化剂相同的制备步骤和条件,制得不含过渡金属的催化剂D1。催化剂组成及物化性质见表1,其中各组分含量均以催化剂总重量计。
对比实施例2
采用实施例6中载体和催化剂相同的制备步骤和条件,制得不含稀土金属的催化剂D2。催化剂组成及物化性质见表1,其中各组分含量均以催化剂总重量计。
表1催化剂组成及物化性质
Figure BDA0003758522090000051
将实施例1-6和对比例1-2所得催化剂样品C1、C2、C3、C4、C5、C6、D1和D2分别置于鼓泡床反应器中,以2-乙基己烯醛为原料,进行催化剂选择性加氢的性能评价。
使用前用氢气对催化剂进行众所周知的活化处理,催化剂评价条件为:
反应温度:80℃;
反应压力:2.0MPa;
催化剂装填量:100g;
氢气/2-乙基己烯醛(摩尔):5。
催化剂加氢活性及选择性见表2。
表2催化剂加氢活性及选择性
Figure BDA0003758522090000061
从表2中可以得出本发明催化剂的选择性加氢性能优异,原料2-乙基己烯醛的转化率大于99.5%,产品2-乙基己醛的选择性大于99%。

Claims (7)

1.一种选择性加氢合成2-乙基己醛的催化剂及其应用方法,以催化剂总重量100%计,包括以下组分:
(a)1~40%氧化镍;
(b)0.5~20%氧化钴、氧化锌、氧化铜或氧化锆中的一种或多种过渡金属氧化物;
(c)0.1~10%选自Ce、La、Sm中的一种或多种稀土金属氧化物;
(d)0.01~7%选自P、B中的一种或两种非金属氧化物;
(e)其余为氧化硅和/或氧化铝。
2.根据权利要求1所述催化剂,其特征在于所述催化剂具有的比表面积为150~400m2/g。
3.根据权利要求1所述催化剂,其特征在于所述活性组分Ni的前驱体选自硝酸镍、碱式碳酸镍、氯化镍或醋酸镍;活性组分Co、Zn、Cu或Zr的前驱体选自其相对应的硫酸盐、盐酸盐、硝酸盐或有机酸盐。
4.一种选择性加氢合成2-乙基己醛的催化剂应用方法,其特征在于采用权利要求1~3所述的催化剂,以2-乙基己烯醛和溶剂为原料,与H2反应得到加氢产物;加氢产物再经脱除轻、重杂质,得到高纯度2-乙基己醛。
5.根据权利要求4所述催化剂应用方法,其特征在于所述溶剂选自甲醇、乙醇、正丁醇、环己醇、2-乙基己醇或2-乙基己醛,优选为2-乙基己醛;溶剂与原料2-乙基己烯醛的混合比例为(质量)0.5~50。
6.根据权利要求4所述催化剂应用方法,其特征在于选择性加氢反应器可设计为鼓泡床、滴流床或固定床反应器。
7.根据权利要求4所述催化剂应用方法,其特征在于选择性加氢反应的反应压力为0.5~5.0MPa,反应温度为30~300℃,氢气与原料的比例为(摩尔)1.01~20,原料体积空速为0.1~20.0h-1
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