CN1314208A - 一种制备γ-丁内酯的催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种γ-丁内酯的催化剂的重量百分比组成为:Pd1.0-5.0%;Co1.0-5.0%,Ti0.5-10.0%,活性炭84.0-95.0%。采分步浸渍的方法制得,即第一步先将Ti的前身物按所需的比例浸渍到活性炭载体上,在120℃烘干,再在氮气保护下,于400-600℃焙烧2—6小时;第二步将Pd和Co的前身物按所需比例浸渍在第一步制得的催化剂上,在120℃烘干,再在氮气保护下,于400-600℃焙烧2—6小时,即得催化剂。该催化剂制备简单,易操作,成本低,催化剂用于顺丁烯酸酐加氢制γ-丁内酯时γ-丁内酯的选择性大于98%。
Description
本发明属于顺丁烯二酸酐加氢制备γ-丁内酯的催化剂及其制备方法。
γ-丁内酯是重要的化工产品,是合成材料、医药和有机合成的重要原料和溶剂。合成的方法有以农产废料为原料的糠醛法;以乙炔为原料的Reppe法;以丁二烯为原料的氯氧化法和乙酰氧基化法;以及顺丁烯二酸酐加氢法和1,4-丁二醇脱氢法等。由于从顺丁烯二酸酐加氢制γ-丁内酯具有原料易得,价格低廉的优点,所以近年来在世界各国得到了较为广泛的研究,并实现了工业化。目前顺丁烯二酸酐加氢制γ-丁内酯采用的催化剂大致可分为四个体系:Cu-Cr系、Cu-Zn系、Ni系和Pd系催化剂。研究表明,贵金属体系催化剂的反应条件都要比非贵金属体系催化剂温和,同时,对γ-丁内酯的选择性明显高于非贵金属体系催化剂。如英国专利GB-A-2136704、欧洲专利0285420报道的Pd-Ag/C和Pd-Ag-Re/C催化剂,反应温度在215℃时,γ-丁内酯的选择性可达96%左右。但催化剂的价格较高。
本发明的目的是提供一种γ-丁内酯的选择性大于98%,且成本低的由顺丁烯二酸酐加氢制γ-丁内酯的催化剂及其制备方法。
本发明的目的是这样实现的,以Pd、Co和Ti作为活性组分,将其分两步浸渍在活性炭载体上制得复合催化剂。
本发明催化剂各组份的重量百分比组成为:
Pd 1.0-5.0% Co 1.0-5.0%
Ti 0.5-10.0% 活性炭84.0-95.0%
本发明催化剂的制备方法包括如下步骤:
(1)将TiCl4按如上催化剂组成浸渍到活性炭载体上,在120℃温度下烘干,再在氮气保护下,于400-600℃焙烧2-6小时,得到物质A;
(2)将Pd和Co的可溶性盐按催化剂组成浸渍到物质A上,在120℃温度下烘干,再在氮气保护下,于400-600℃焙烧2-6小时,即得催化剂。
如上所述的Pd和Co的可溶性盐是硝酸盐或盐酸盐。
如上所述的活性炭载体是木质活性炭、果壳活性炭、煤质活性炭和石焦,最优的活性炭载体是果壳活性炭。
本发明的催化剂在使用前需要预先进行还原,还原剂可采用H2等还原性气体或用惰性气体稀释还原气体。还原可按公知技术的方法进行,例如在常压,对每毫升催化剂以100-200毫升/分钟的流速通入还原性气体,在400℃还原2-4小时。
本发明的催化剂用于顺丁烯酸酐加氢制γ-丁内酯的工艺条件为氢酐比是250-450∶1,反应温度是200-280℃,反应压力是3-5MPa,液体空速是0.2-0.5h-1。
本发明与现有技术相比具有如下优点:
1.本发明催化剂制备简单,易操作。
2.催化剂成本低。
3.催化剂用于顺丁烯酸酐加氢制γ-丁内酯时γ-丁内酯的选择性大于98%。
下面结合实施例进一步详细地说明本发明。在所有实施例中,顺丁烯二酸酐的液体空速按常温常压下计算(此时,顺丁烯二酸酐的密度为1.48克/毫升)。
实施例1
将0.25毫升TiCl4(北京化工厂生产,分析纯)溶于10毫升无水乙醇中,浸渍到7克活性炭(河北涉县活性炭厂生产)上,在120℃干燥4小时,再在氮气保护下400℃焙烧4小时。将Co(NO3)2·6H2O(天津信达有色金属公司生产,分析纯)溶于蒸馏水配制成0.02g/ml的溶液,将PdCl2(秦岭化工厂生产,分析纯)用稀盐酸溶解,分别取7.40ml(Co(NO3)2·6H2O和16.75mlPdCl2溶液浸渍在Ti/C复合载体上,在120℃干燥4小时,再在氮气保护下400℃焙烧4小时,得到催化剂A。催化剂A的组成(wt%)为:Pd2.5%,Co2.0%,Ti0.5%,活性炭95%。
实施例2
按Pd5.0%,Co1.0%,Ti1.4%,活性炭92.6%的比例称取各组成,其余同实施例1,制得催化剂B。
实施例3
将0.5毫升TiCl4溶于10毫升无水乙醇中,浸渍到7克活性炭上,120℃干燥4小时,再在氮气保护下500℃焙烧4小时。按Pd3.0%,Co2.4%的比例称取各组分后,其余同实施例1,得到催化剂C。催化剂C的组成(wt%)为Pd3.0%,Co2.4%,Ti1.0%,活性炭93.6%。
实施例4
将3毫升TiCl4溶于15毫升无水乙醇中,浸渍到7克活性炭上,在120℃干燥4小时,再在氮气保护下600℃焙烧4小时。按Pd1.0%,Co3.8%的比例称取各组分后,其余同实施例1,在氮气保护下600℃焙烧4小时,得到催化剂D。催化剂D的组成(wt%)为:Pd1.0%,Co5.0%,Ti10%,活性炭84.0%。
实施例5
按Pd2.0%,Co2.0%,Ti2.4%,活性炭93.6%的比例称取各组成,其余同实施例1,得到催化剂E。
实施例6
取8毫升20~40目催化剂A装入内径12毫米、长700毫米的不锈钢管式反应器中,在常压下,以200毫升/分钟流速通入纯氢进行程序升温还原,在400℃恒温2小时。将床层温度降到220℃、压力调到4MPa,系统稳定后进料,进料为摩尔比为1∶1的顺丁烯二酸酐(简称顺酐)和γ-丁内酯,氢酐摩尔比为300∶1,顺酐的液体空速为0.3h-1,产物用气相色谱法分析(SE54毛细管柱,FID检测)。结果见表1。
实施例7
取催化剂A,按实施例6的方式进行操作,不同的是反应温度为230℃。结果见表1。
实施例8
取催化剂A,按实施例6的方式进行操作。不同的是顺酐:γ-丁内酯为1∶1。结果见表1。
实施例9
取催化剂B,按实施例6的方式进行操作。不同的是氢酐比为250。结果见表1。
实施例10
取催化剂B,按实施例6的方式进行操作,不同的是反应温度为230℃。结果见表1。
实施例11
取催化剂C,按实施例6的方式进行操作。不同的是液体空速为0.2h-1。结果见表1。
实施例12
取催化剂D,按实施例6的方式进行操作,不同的是反应压力为5MPa。结果见表1。
实施例13
取催化剂E,按实施例6的方式进行操作。不同的是液体空速为0.5h-1、氢酐比为450∶1。结果见表1。
表1
实施例 | ||||||||
6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | |
催化剂编号 | A | A | A | B | B | C | D | E |
反应温度(℃) | 220 | 230 | 220 | 220 | 230 | 220 | 220 | 220 |
反应压力(MPa) | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 5 | 4 |
顺酐/γ-丁内酯(摩尔比) | 1∶2 | 1∶2 | 1∶1 | 1∶2 | 1∶2 | 1∶2 | 1∶2 | 1∶2 |
H2/顺酐(摩尔比) | 300 | 300 | 300 | 250 | 300 | 300 | 300 | 450 |
顺酐液体空速(h-1) | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.2 | 0.3 | 0.5 |
顺酐转化率(摩尔%) | >99 | >99 | >99 | >99 | >99 | >99 | >99 | >99 |
γ-丁内酯选择性(摩尔%) | 98.0 | 99.1 | 98.1 | 98.5 | 99.0 | 98.4 | 98.2 | 98.7 |
Claims (5)
1.一种制备γ-丁内酯的催化剂,其特征在于各组份的重量百分比组成为:
Pd 1.0-5.0% Co 1.0-5.0%
Ti 0.5-10.0% 活性炭 84.0-95.0%。
2.一种制备γ-丁内酯的催化剂的制备方法,其特征在于包括如下步骤:
(1)将TiCl4按Pd1.0-5.0%,Co1.0-5.0%,Ti0.5-10.0%,活性炭84.0-95.0%催化剂组成浸渍到活性炭载体上,在120℃温度下烘干,再在氮气保护下,于400-600℃焙烧2-6小时,得到物质A;
(2)将Pd和Co的可溶性盐按催化剂组成浸渍到物质A上,在120℃温度下烘干,再在氮气保护下,于400-600℃焙烧2-6小时,即得催化剂。
3.根据权利要求2所述的一种制备γ-丁内酯的催化剂的制备方法,其特征在于所述的Pd和Co的可溶性盐是硝酸盐或盐酸盐。
4.根据权利要求1或2所述的一种制备γ-丁内酯的催化剂的制备方法,其特征在于所述的活性炭载体是木质活性炭、果壳活性炭、煤质活性炭和石焦。
5.根据权利要求1或2所述的一种制备γ-丁内酯的催化剂的制备方法,其特征在于所述的活性炭载体是果壳活性炭。
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