CN1562474A - 一种耦合法制备γ-丁内酯的催化剂及其用途 - Google Patents

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Abstract

一种耦合法制备γ-丁内酯的催化剂各组份重量百分比为:CuO 45-62%,ZnO 30-40%,Cr2O3 5-15%。顺酐加氢和1,4-丁二醇脱氢耦合法制备γ-丁内酯时,催化剂装在固定床反应器,液体空速为0.2-0.4h-1,反应条件为温度270-285℃,压力0.01-0.05MPa。本发明的催化剂具有较高的活性,顺酐转化率大于99%,1,4-丁二醇转化率100%,γ-丁内酯的总选择性大于95%。

Description

一种耦合法制备γ-丁内酯的催化剂及其用途
技术领域
本发明属于催化剂及其用途,具体地说是一种耦合法用于1,4-丁二醇脱氢和顺酐加氢一体化耦合制备γ-丁内酯的催化剂及其用途。
背景技术
γ-丁内酯是一种重要的有机化工产品,广泛应用石油化工、医药、染料、农药及精细化工方面,近年来尤其在合成吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮、乙烯基吡咯烷酮、α-乙酰基丁内酯等重要产品中应用量较大。另外γ-丁内酯还是高沸点溶剂,溶解力强,导电性和稳定性好,使用和管理安全方便。
中国专利(ZL00135620.8)介绍了1,4-丁二醇脱氢和顺酐加氢为原料的耦合制备γ-丁内酯的原理:该过程提供一种无需氢气源,用1,4-丁二醇和顺酐为原料的耦合制备γ-丁内酯的方法。传统的技术路线,采用1,4-丁二醇脱氢生产γ-丁内酯副产氢气直接放空,或经过多种单元操作进行回收,增加生产成本。另外,顺酐加氢生产γ-丁内酯企业,氢气源需从别处购买或建造制氢设备,增加了成本;所以两个过程和二为一,能充分利用氢气源。
发明内容
本发明的目的是提供一种耦合法用于1,4-丁二醇脱氢和顺酐加氢一体化耦合制备γ-丁内酯的催化剂及其用途。
耦合反应方程式为:
1.5 
1,4-丁二醇        顺酐           丁内酯
从上面的方程式可得,1,4-丁二醇和顺酐摩尔比1.5∶1,考虑实际过程中系统泄漏等因素,一般采取丁二醇少微过量比较合理。
加氢是放热反应,而脱氢则是吸热反应,二者结合可缓解反应过程中的热效应。顺酐加氢制γ-丁内酯热效应为-212KJ/mol,属强放热反应;而1,4-丁二醇脱氢制γ-丁内酯热效应为61.6KJ/mol,为中等强度吸热反应。二者耦合后热效应为:
-212+61.6×1.5=-119.6KJ/mol=-28.6kcal/mol,即变为中等强度放热反应。加氢脱氢一体化是一个高效过程,节约了能源;耦合无疑将是一个高效的过程。
本发明的催化剂各组份重量百分比为:
CuO 45-62%    ZnO 30-40%    Cr2O3 5-15%
本发明的催化剂是采用沉淀法制备的,具体步骤如下:
1.按催化剂的组成配制成浓度为约1-2M金属盐溶液;
2.将金属盐溶液和碱性沉淀剂,在温度约60℃下,搅拌下混合,得到沉淀,搅拌时间为1小时,然后老化约8小时;
3.沉淀物经洗涤过滤,在110-120℃干燥20小时,并在380℃下焙烧4小时,最后碾磨即得催化剂。
本发明的催化剂用于顺酐加氢和1,4-丁二醇脱氢耦合法制备2-甲基呋喃和γ-丁内酯,是将催化剂装在固定床反应器,液体空速为0.2-0.4h-1,反应条件为温度270-285℃,压力0.01-0.05Mpa。
本发明的目的在于提供一种制备方便、有较好的活性和选择性,用于顺酐加氢和1,4-丁二醇脱氢耦合法制备γ-丁内酯的催化剂。顺酐转化率大于99%,1,4-丁二醇转化率约100%,γ-丁内酯的总选择性大于95%。
具体实施方式
实施例1
(1)催化剂制备过程:
称取硝酸铜76g,硝酸锌67.6g,硝酸铬34.2g,其组成为CuO 50%,ZnO 37%,Cr2O3 13%。将它们溶于700ml去离子水中,配制成溶剂。将该溶液和碳酸钠沉淀剂在温度约60℃下,搅拌下混合,得到共沉淀物,继续搅拌时间为1小时,然后老化约8小时;沉淀物经洗涤过滤,在110℃干燥20hr,并在380℃焙烧4hr。最后加入1%石墨粉压片成型,碾磨为40-60目的催化剂样品。
(2)反应性能:
催化剂活性和选择性评价在固定床评价装置(俗称小试装置)上进行的。其中反应器由内径10mm、长650mm的不锈钢管制成,中心有ø3mm热偶套管,外有金属套管,其上缠有电炉丝。反应温度由插入中心套管的ø1mm铠装热电偶测量,并用温控仪控制。每次评价装入催化剂(40-60目)15克,约13毫升。催化剂床层高度约150mm,位于反应管中部。活性评价前催化剂需用氢氮气还原,还原气空速>800h-1。还原时催化剂床层逐渐升温,由120℃至290℃约需20小时。还原结束,切换为氢气后,即可投料。
钢瓶氢气经过稳压后,通过转子流量计分别进入1,4-丁二醇和顺酐的汽化器,在经预热器加热至反应温度后进入反应器,产物经冷凝进入气液分离器,收集于储罐中,供分析用。
在反应温度270℃,压力0.02MPa,氢油摩尔比(即氢气摩尔数比上顺酐和1,4-丁二醇摩尔数总合)105,1,4-丁二醇/糠醛摩尔比1.55条件下,1,4-丁二醇转化率约100%,顺酐转化率99.1%,γ-丁内酯总选择性97.5.2%。
实施例2
(1)催化剂制备过程:
称取硝酸铜83.6g,硝酸锌64g,硝酸铬26.3g,其组成为CuO 55%,ZnO 35%,Cr2O3 10%。其它同实施例1。
(2)反应性能:
在280℃,0.04MPa,氢油摩尔比135,1,4-丁二醇/糠醛摩尔比1.65条件下,1,4-丁二醇转化率100%,顺酐转化率99.6%,γ-丁内酯总选择性96.3%。
实施例3
(1)催化剂制备过程:
称取硝酸铜91.2g,硝酸锌60.3g,硝酸铬18.4g,其组成为CuO 60%,ZnO 33%,Cr2O3 7%。其它同实施例1。
(2)反应性能:
在285℃,0.03MPa,氢油摩尔比160,丁二醇/糠醛摩尔比1.75条件下,1,4-丁二醇转化率100%,顺酐转化率99.8%,γ-丁内酯总选择性95.8%。

Claims (2)

1.一种耦合法制备γ-丁内酯的催化剂,其特征在于催化剂的各组份重量百分比为:
CuO  45-62%       ZnO  30-40%        Cr2O3  5-15%
2.如权利要求1所述的一种耦合法制备γ-丁内酯的催化剂的用途,其特征在于顺酐加氢和1,4-丁二醇脱氢耦合法制备γ-丁内酯时,催化剂装在固定床反应器,液体空速为0.2-0.4h-1,反应条件为温度270-285℃,压力0.01-0.05Mpa。
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