CN115894253A - 一种己二腈催化加氢合成己二胺的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种己二腈催化加氢合成己二胺的生产工艺。包括以下步骤:1)制备催化剂前驱体;2)煅烧催化剂前驱体得到催化剂;3)催化剂条件下己二腈催化加氢,合成己二胺粗品;4)从含有己二胺粗品的浮动床反应器出料中分离得到己二胺。本发明采用Ni(NO3)2和/或Mg(NO3)2为主要原料,掺杂过渡金属氧化物,然后以Al2O3为催化剂载体进行超声吸附,将Ni(NO3)2和/或Mg(NO3)2、过渡金属氧化物负载在Al2O3上,经高温煅烧得到催化剂。过渡金属氧化物的掺杂能够提高催化剂的碱性,无需在催化反应阶段添加强碱性助催化剂,可以减少副产生成。并且增大催化剂比表面积,进而减少反应产物己二胺对催化剂的吸附,可以延长催化剂的使用寿命,节约催化剂再生能耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种己二腈催化加氢合成己二胺的生产工艺,属于有机化工技术领域。
背景技术
1,6己二胺是一种化工生产过程中的重要中间体,其碳链两端皆存在氨基集团,可以和羧基、酰卤等集团发生缩聚反应。己二胺的主要用途是用来和己二酸反应生产尼龙66产品,和癸二酸反应生产尼龙610产品,制成各种尼龙树脂、尼龙纤维和工程塑料产品,也可合成二异氰酸酯、环氧树脂或脲醛树脂的固化剂、有机交联剂等。旗下有产物广泛应用于电气领域、航天领域、汽车领域。
目前己二胺的合成工艺主要有己二腈加氢法、己内酰胺胺化加氢法、己二醇胺化法、己二醛胺化加氢法等。相比于其他几种工艺技术,己二腈加氢法生产己二胺反应条件温和,所需温度、压力较低,收率较高,更符合工业大规模生产的要求。
中国专利文献CN114249656A公开了一种已二胺的制备方法,己二腈与氢气在90-100℃,4-6MPa条件下进行加氢反应,采用3wt%-5wt%雷尼钴催化剂,以及3wt%-5wt%的LiOH或NaOH作为助催化剂。该专利需要在催化反应阶段添加强碱性助催化剂,既增加了成本和工序又容易产生副产物。
美国专利文献US3821305A公开了在气液固三相流化床反应器中连续合成己二胺的方法。该方法采用12%的雷尼镍催化剂,碱含量为0.6%,反应温度为75℃,压力为3MP,己二胺收率可达到99%。虽然可以得到较高的己二胺收率,但是催化剂用量大,成本高。并且传统的流化床反应器,具有催化剂更换再生不方便,更换催化剂需要停车拆卸反应器;不能使用细粒催化剂粉末;反应器结构复杂,造价高;流化床对反应器磨损大等缺点。
中国专利文献CN114436853A公开了一种己二腈加氢制己二胺的方法。己二腈、氢气与氨在60-130℃,1.5-12MPa条件下进行加氢反应,采用碳载雷尼合金催化剂。该方法需要持续循环反应,且需要在反应体系中加入最终产物不需要的氨。
因此,发明一种原料转化率高、反应条件温和、经济环保、连续化生产的生产工艺,是本技术领域的技术人员急需解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供了一种己二腈催化加氢合成己二胺的生产工艺。该生产工艺反应条件温和,可以做到连续化生产。
本发明的技术方案如下:
一种己二腈催化加氢合成己二胺的生产工艺,包括以下步骤:
1)向纯水中加入Ni(NO3)2和/或Mg(NO3)2,使Ni(NO3)2和/或Mg(NO3)2水溶液浓度达到50~75%;再加入过渡金属氧化物,得到混合溶液;然后将混合溶液滴入到Al2O3催化剂载体中,超声吸附1~3h,经过滤和干燥后,得到催化剂前驱体;
2)将催化剂前驱体置于O2/Ar混合气体中,在500~750℃下煅烧5~10h,经研磨后,得到催化剂;
3)将己二腈和有机溶液混合均匀,得到己二腈溶液;将催化剂装填入浮动床反应器顶部,然后向浮动床反应器中通入己二腈溶液,通入氢气,控制己二腈溶液的液相体积空速为0.5-10h-1,氢气的气相体积空速为5-100h-1,使己二腈和氢气在温度为70~140℃,压力为2~12MPa的条件下与催化剂进行反应24~240h,得到己二胺粗品;
4)将含有己二胺粗品的浮动床反应器出料先进行固液分离,所得固体为参与过反应的催化剂,分离出来后在O2/Ar混合气体中煅烧,重新使用;所得液体进行精馏分离,得到己二胺。
根据本发明优选的,步骤1)中,所述Ni(NO3)2和/或Mg(NO3)2水溶液的浓度为50~60%。
根据本发明优选的,步骤1)中,所述超声吸附的时间为1h,干燥温度为100~120℃,干燥时间为3~5h。
根据本发明优选的,步骤1)中,所述过渡金属氧化物为Cu和/或Co的金属氧化物,所述Cu和/或Co占催化剂的质量分数为0%~5%。
根据本发明优选的,步骤1)中,所述Al2O3催化剂载体为纳米级Al2O3催化剂载体,Al2O3催化剂载体与Ni(NO3)2和/或Mg(NO3)2的质量比为(3~4):5。
根据本发明优选的,步骤2)中,所述煅烧温度为600~700℃,煅烧时间为8~10h。
根据本发明优选的,步骤2)中,所述混合气体中O2和Ar的体积比为2:3,,混合气体体积空速为10-50h-1。
根据本发明优选的,步骤3)中,所述浮动床反应器的具体结构如下:
所述浮动床反应器包括己二胺反应器,所述己二胺反应器顶部设置有催化剂分配器,底部设置有催化剂颗粒沉降器,侧面设置有固液分离器,中央设置有进料装置;
所述催化剂分配器和催化剂颗粒沉降器通过管道连接,使得己二胺反应器、催化剂分配器和催化剂颗粒沉降器形成闭环;该管道上还设置有催化剂煅烧炉;
所述己二胺反应器与固液分离器通过管道连接,固液分离器还连接有反应物料出料管;所述固液分离器与催化剂颗粒沉降器通过管道连接;所述己二胺反应器、固液分离器和催化剂颗粒沉降器形成闭环;
所述进料装置一端为液体进料口,另一端为气体进料口,中央设置有栅栏状的反应物料分配器。
根据本发明优选的,步骤3)中,所述己二腈溶液中己二腈的质量浓度为20~50wt%,所述有机溶剂为乙醇。
根据本发明优选的,步骤3)中,所述反应温度为100~120℃,反应压力为3~7MPa。
本发明有益效果如下:
1、本发明采用Ni(NO3)2和/或Mg(NO3)2为主要原料,掺杂过渡金属氧化物,然后以Al2O3为催化剂载体进行超声吸附,将Ni(NO3)2和/或Mg(NO3)2、过渡金属氧化物负载在Al2O3上,经高温煅烧得到催化剂。通过过渡金属氧化物的掺杂能够提高催化剂的碱性,进而无需在催化反应阶段添加强碱性助催化剂,可以减少副产生成。并且同时掺杂的过渡金属氧化物能与Ni纳米颗粒相互作用,增大催化剂比表面积,进而减少反应产物己二胺对催化剂的吸附,可以延长催化剂的使用寿命,节约催化剂再生能耗。
2、本发明采用均匀填充催化剂的浮动床反应器进行反应,相比于间歇式反应釜,可以实现生产连续工艺,避免了间歇法每批次之间产品会出现的质量差异性问题,工艺过程自动化水平高。相比于固定床反应器,可以实现在生产过程中做到催化剂循环再生,真正做到连续化生产;并且同重量的催化剂具有更大的比表面积,使催化剂和反应物料更充分接触。
3、本发明制备的催化剂和浮动床反应器结合后使得己二腈转化率在反应240h后依然保持在97.5%以上,己二胺选择性在反应240h后依然保持在96%以上。
4、本发明反应条件较温和,生产过程能耗少,所得产物收率高。更适合工业化生产。
附图说明
图1为本发明浮动床反应器的结构示意图。
图中:1-己二胺反应器,2-催化剂分配器,3-催化剂颗粒沉降器,4-固液分离器,5-催化剂煅烧炉,6-反应物料出料管,7-液体进料口,8-气体进料口,9-反应物料分配器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中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的一部分实施例,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的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。
本发明未详尽描述的原料、化合物、方法和装置均为现有技术,不再赘述。
为了进一步理解本发明,下面结合实施例对本发明提供的一种己二腈催化加氢合成己二胺的生产工艺进行详细说明,本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
一种己二腈催化加氢合成己二胺的生产工艺,包括以下步骤:
1)向50g纯水中加入50g的Ni(NO3)2,使Ni(NO3)2水溶液浓度达到50%,然后将Ni(NO3)2水溶液滴入到30g纳米级Al2O3催化剂载体中,超声吸附2h后过滤,放入小型啮合机中啮合,在100℃烘箱中干燥3h,得到催化剂前驱体;
2)将催化剂前驱体置于O2/Ar混合气体中,在600℃下煅烧8h,经研磨后,得到催化剂;
3)将20g己二腈和70g乙醇混合均匀,得到己二腈乙醇溶液;将催化剂装填入浮动床反应器顶部,然后向浮动床反应器以40mL/h的流速通入己二腈乙醇溶液,将高压氢气以1L/h的流速通入浮动床反应器,控制己二腈乙醇溶液的液相体积空速为2h-1,氢气的气相体积空速为20h-1,使己二腈和氢气在温度为120℃,压力为7MPa的条件下与催化剂进行反应48h,得到己二胺粗品;
4)将含有己二胺粗品的浮动床反应器出料先进行固液分离,所得固体为参与过反应的催化剂,分离出来后在O2/Ar混合气体中煅烧,重新使用;所得液体进行精馏分离,得到己二胺。
步骤3)中,所述浮动床反应器的具体结构如下:
所述浮动床反应器包括己二胺反应器1,所述己二胺反应器1顶部设置有催化剂分配器2,底部设置有催化剂颗粒沉降器3,侧面设置有固液分离器4,中央设置有进料装置;所述催化剂分配器2和催化剂颗粒沉降器3通过管道连接,使得己二胺反应器1、催化剂分配器2和催化剂颗粒沉降器3形成闭环;该管道上还设置有催化剂煅烧炉5。所述己二胺反应器1与固液分离器4通过管道连接,固液分离器4还连接有反应物料出料管6;所述固液分离器4与催化剂颗粒沉降器3通过管道连接;所述己二胺反应器1、固液分离器4和催化剂颗粒沉降器3形成闭环。所述进料装置一端为液体进料口7,另一端为气体进料口8,中央设置有栅栏状的反应物料分配器9。
在具体使用时,使用计量泵通过液体进料口7向己二胺反应器1中添加己二腈乙醇溶液,通过气体进料口8向己二胺反应器1中添加氢气,通过催化剂分配器2向己二胺反应器1中添加催化剂,调节温度和压强进行己二胺合成反应。反应完成后,一部分催化剂自然沉降至催化剂颗粒沉降器3中;另一部分混入含有己二胺粗品的浮动床反应器出料中,含有己二胺粗品的浮动床反应器出料经固液分离器4处理后,分离出的催化剂和催化剂颗粒沉降器3收集的催化剂一同输送至催化剂煅烧炉5中进行煅烧重复使用;分离出来的液体从反应物料出料管6出料,经精馏分离后,得到己二胺。
本实施例己二腈加氢转化率为99.6%,己二胺的选择性为95.36%。
实施例2
一种己二腈催化加氢合成己二胺的生产工艺,包括以下步骤:
1)向50g纯水中加入50g的Ni(NO3)2,使Ni(NO3)2水溶液浓度达到50%,再加入10.27g的Cu(NO3)2,得到混合溶液;然后将混合溶液滴入到36.16g纳米级Al2O3催化剂载体中,超声吸附2h后过滤,放入小型啮合机中啮合,在100℃烘箱中干燥3h,得到催化剂前驱体;
2)将催化剂前驱体置于O2/Ar混合气体中,在600℃下煅烧8h,经研磨后,得到催化剂;
3)将20g己二腈和70g乙醇混合均匀,得到己二腈乙醇溶液;将催化剂装填入浮动床反应器顶部,然后在浮动床反应器底部使用计量泵以40mL/h的流速通入己二腈乙醇溶液,将高压氢气以1L/h的流速通入浮动床反应器,通过浮动床反应器控制己二腈乙醇溶液的液相体积空速为2h-1,氢气的气相体积空速为20h-1,使己二腈和氢气在温度为120℃,压力为7MPa的条件下与催化剂进行反应48h,得到己二胺粗品;
4)将含有己二胺粗品的浮动床反应器出料先进行固液分离,所得固体为参与过反应的催化剂,分离出来后在O2/Ar混合气体中煅烧,重新使用;所得液体进行精馏分离,得到己二胺。
本实施例己二腈加氢转化率为99.7%,己二胺的选择性为97.81%。
本实施例所述浮动床反应器结构同实施例1。
实施例3
按照实施例2的方式合成己二胺,不同的是,步骤1)中,向40g纯水中加入45g的Ni(NO3)2,再加入12g的Cu(NO3)2,得到混合溶液;然后将混合溶液滴入35g纳米级Al2O3催化剂载体中,其余反应条件均与实施例2相同。
本实施例己二腈的转化率为99.5%。己二胺的选择性为93.21%。
实施例4
按照实施例2的方式合成己二胺,不同的是,步骤1)中,向50g纯水中加入50g的Mg(NO3)2,再加入12g的Co(NO3)2,得到混合溶液;然后将混合溶液滴入35g纳米级Al2O3催化剂载体中,其余反应条件均与实施例2相同。
本实施例己二腈的转化率为99.6%。己二胺的选择性为96.32%。
实施例5
按照实施例2所述的方法进行连续反应240h,并进行气相在线分析反应物料,计算己二腈转化率及己二胺选择性。每48h将催化剂从反应器底部分离出来并进行再生回填。每24h记录如下表1。
表1
反应持续时间(h) | 己二腈转化率(%) | 己二胺选择性(%) |
24 | 99.8 | 98.2 |
48 | 99.8 | 97.9 |
72 | 99.2 | 97.8 |
96 | 99.0 | 97.5 |
120 | 98.3 | 96.6 |
144 | 98.7 | 97.1 |
168 | 98.2 | 96.3 |
192 | 98.0 | 96.2 |
216 | 98.1 | 96.0 |
240 | 97.9 | 96.2 |
由表1可知,本发明制备的催化剂和浮动床反应器结合后使得己二腈转化率在反应240h后依然保持在97.5%以上,己二胺选择性在反应240h后依然保持在96%以上。
综上所述,本发明提供的己二腈催化加氢合成己二胺的生产工艺的工艺简单,转化率高,产物选择性好,反应条件温和。采用浮动床反应器反应,可实现连续化操作,产品稳定性好。经过长时间连续化反应后,催化剂的催化活性没有明显下降,说明该工艺生产的催化剂稳定性良好。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种己二腈催化加氢合成己二胺的生产工艺,其特征在于,包括以下步骤:
1)向纯水中加入Ni(NO3)2和/或Mg(NO3)2,使Ni(NO3)2和/或Mg(NO3)2水溶液浓度达到50~75%;再加入过渡金属氧化物,得到混合溶液;然后将混合溶液滴入到Al2O3催化剂载体中,超声吸附1~3h,经过滤和干燥后,得到催化剂前驱体;
2)将催化剂前驱体置于O2/Ar混合气体中,在500~750℃下煅烧5~10h,经研磨后,得到催化剂;
3)将己二腈和有机溶液混合均匀,得到己二腈溶液;将催化剂装填入浮动床反应器顶部,然后向浮动床反应器中通入己二腈溶液,通入氢气,控制己二腈溶液的液相体积空速为0.5-10h-1,氢气的气相体积空速为5-100h-1,使己二腈和氢气在温度为70~140℃,压力为2~12MPa的条件下与催化剂进行反应24~240h,得到己二胺粗品;
4)将含有己二胺粗品的浮动床反应器出料先进行固液分离,所得固体为参与过反应的催化剂,分离出来后在O2/Ar混合气体中煅烧,重新使用;所得液体进行精馏分离,得到己二胺。
2.如权利要求1所述的己二腈催化加氢合成己二胺的生产工艺,其特征在于,步骤1)中,所述Ni(NO3)2和/或Mg(NO3)2水溶液的浓度为50~60%。
3.如权利要求1所述的己二腈催化加氢合成己二胺的生产工艺,其特征在于,步骤1)中,所述超声吸附的时间为1h,干燥温度为100~120℃,干燥时间为3~5h。
4.如权利要求1所述的己二腈催化加氢合成己二胺的生产工艺,其特征在于,步骤1)中,所述过渡金属氧化物为Cu和/或Co的金属氧化物,所述Cu和/或Co占催化剂的质量分数为0%~5%。
5.如权利要求1所述的己二腈催化加氢合成己二胺的生产工艺,其特征在于,步骤1)中,所述Al2O3催化剂载体为纳米级Al2O3催化剂载体,Al2O3催化剂载体与Ni(NO3)2和/或Mg(NO3)2的质量比为(3~4):5。
6.如权利要求1所述的己二腈催化加氢合成己二胺的生产工艺,其特征在于,步骤2)中,所述煅烧温度为600~700℃,煅烧时间为8~10h。
7.如权利要求1所述的己二腈催化加氢合成己二胺的生产工艺,其特征在于,步骤2)中,所述混合气体中O2和Ar的体积比为2:3,,混合气体体积空速为10-50h-1。
8.如权利要求1所述的己二腈催化加氢合成己二胺的生产工艺,其特征在于,步骤3)中,所述浮动床反应器的具体结构如下:
所述浮动床反应器包括己二胺反应器,所述己二胺反应器顶部设置有催化剂分配器,底部设置有催化剂颗粒沉降器,侧面设置有固液分离器,中央设置有进料装置;
所述催化剂分配器和催化剂颗粒沉降器通过管道连接,使得己二胺反应器、催化剂分配器和催化剂颗粒沉降器形成闭环;该管道上还设置有催化剂煅烧炉;
所述己二胺反应器与固液分离器通过管道连接,固液分离器还连接有反应物料出料管;所述固液分离器与催化剂颗粒沉降器通过管道连接;所述己二胺反应器、固液分离器和催化剂颗粒沉降器形成闭环;
所述进料装置一端为液体进料口,另一端为气体进料口,中央设置有栅栏状的反应物料分配器。
9.如权利要求1所述的己二腈催化加氢合成己二胺的生产工艺,其特征在于,步骤3)中,所述己二腈溶液中己二腈的质量浓度为20~50wt%,所述有机溶剂为乙醇。
10.如权利要求1所述的己二腈催化加氢合成己二胺的生产工艺,其特征在于,步骤3)中,所述反应温度为100~120℃,反应压力为3~7MPa。
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