众所周知,用含有一种或多种金属的催化剂,可使丙烯二聚生成4-甲基-1-戊烯。 US-A-2994725描述了单烯烃的二聚方法,即:在温度100-350℃压力5-100巴及催化剂量的一种碱金属和粉碎的助催化剂铁存在下,进行单烯烃二聚反应。
US-A-3755491介绍了在催化剂存在下,丙烯二聚生成4-甲基-1-戊烯的方法,该催化剂由钾、铜和醇化钾组成。
US-A-4544790介绍的烯烃二聚方法中使用的催化剂体系,至少含有一种碱金属,碳酸钾及至少一种选自铜、钴、和不锈钢的金属或合金。
业已发现,通过把某些过渡金属、适当时和铜与含有钾和碳酸钾的催化剂结合在一起,可以使丙烯聚合成4-甲基-1-戊烯,并提高了反应的转化率和/或选择性。
本发明主题是丙烯二聚生成4-甲基-1-戊烯的催化剂。该催化剂包含钾(K)和碳酸钾(K3CO3),其特征是还含有至少一种选自锰、铬、镉、镍、钯和钛的金属(M)。
根据一种择优实施方案,金属(M)最好选自钛、锰、和镉。根据本发明的另一种择优实施方案,催化剂另外还含有铜。
根据本发明,催化剂中的钾、金属(M)和铜以元素状态存在。作为钾的载体的碳酸钾、金属(M)、适当时添加的铜为完全干燥的粉粒或颗粒。
金属与钾地重量比(M)/K宜在0.4-5之间。
铜与金属的重量比Cu/(M)最好不超过2。
催化剂中的金属(M)及适当时添加的铜最好为粉粒状,其粒径在30-300μm之间,最好在50-200μm之间。
根据本发明,催化剂可用能将组分制成均匀混合物的任何方法制备。
可先将碳酸钾载体在温度至少150-200℃下最好在惰性气氛中或随意使用真空的条件下,进行脱水处理。然后在高于钾的熔点温度条件下,加入钾或使钾与碳酸钾混合,并剧烈搅动。
接着可将粉粒状金属、适当时和铜加到经剧烈搅动的混合物中,从而得到固态的均匀混合物,其中钾和金属(M)、适当时添加的铜和碳酸钾载体充分混合在一起。
为避免在固体颗粒混合器中处理熔融态钾时存在的不利因素,已发现采用下述方法更好,即:按下列步骤,在高沸点惰性液体中进行操作。:
1.制备碳酸钾与惰性液体的悬浮液;
2.在剧烈搅动下,把金属(M)、适当时和铜的粉粒加到反应介质中。
3.将反应介质加热到钾的熔点温度以上,剧烈搅动下加入钾;
4.将反应介质加热到140-180℃,保持1-3小时,然后冷却到室温。
高沸点惰性液体指不与催化剂中任一成份反应、不能溶解该任一成份、且在大气压下沸点在80-300℃之间的任何液体。该液体可是支链或直链的,含有6-15个碳原子的饱和脂族烃或脂环烃。其中宜采用大气压下沸点为150-250℃的饱和烃馏份。
碳酸钾要预先在较高温度下干燥,最好在惰性气氛中进行干燥,以便脱水,操作时还可采用至少部分真空的条件。制备碳酸钾与惰性液体的悬浮液时,可籍助于能造成剧烈搅动的任何手段,最好采用振动板。进行第一步时,将介质保持在室温或将其稍微加热。第二步时也同样如此。随后加入粉粒状金属适当时还有铜,两者的粒径在30-300μm间,最好在50-200μm之间。
第二步之后,将反应介质加热到70-150℃,最好80-120℃间,时间5-30分钟,然后在缌医炼录尤爰亍?
第四步是连续搅动,最好搅到完全冷却为止。
催化剂制备中可加入一种或多种添加剂,例如加入可改进组分分散度和/或提高悬浮液稳定性,防止析出沉淀的添加剂。
制得的悬浮液使用方便,可用公知的注入装置(吸力注入器、泵)将悬浮液送入二聚反应单元。必要时,还可从悬浮液中回收糊状或固态的本发明催化剂。例如可采用减压蒸出惰性液体的方式进行回收。
本发明的另一主题是丙烯二聚生成4-甲基-1-戊烯的方法,其特征在于使用至少一种上述催化剂,催化剂可是固态的或是与惰性液体形成的悬浮液。
二聚反应可以连续或间断的方式进行,温度最好在150-220℃之间,压力较好为2-300巴,最好是40-170巴,反应时间视反应温度、压力、及所用催化剂而定,最好在1分钟-10小时之间。
根据本发明的二聚反应方法,其中所用催化剂的浓度随丙烯浓度而变。丙烯与钾的摩尔比最好在50-300之间。
反应后,可用已知方法,如分馏法处理反应混合物,回收生成的4-甲基-1-戊烯。除了本发明的主要目的产物外,还可因二聚或异构化生成其他化合物,例如,主要的有4-甲基-2-戊烯和2-甲基-1-戊烯,2-甲基-2-戊烯,1-己烯和2-己烯,其中一些化合物在适宜条件下以顺、反两种形式存在。
众所周知,对于能够生成混合产物的相当数量的催化反应来说,转化率与对目的产物的选择性是相悖的。常常是在提高转化率时,降低了选择性,反之亦然。
已发现用本发明催化剂,可在实际上保持转化率不变的情况下,提高对4-甲基-1-戊烯的选择性。同样,反之亦然,也可在确定的选择性下,提高转化率。采用某些本发明的催化剂,甚至可同时提高转化率和对4-甲基-1-戊烯的选择性。这可从4-甲基-1-戊烯的收率明显提高上反映出来。
下面用非限制性实例进一步说明本发明。
实例
A 催化剂的制备
使用前,将碳酸钾在氮气下先加热到100℃,保持4小时30分钟,再加热到250℃保持2小时,将其最后的含水量减少到0.3wt%以下。
把150ml饱和的C12-C14烃馏份和50g碳酸钾加到经氮气吹扫的反应器中,利用一圆形多孔金属板剧烈搅动混合物,该金属板由一振动器从与该板平面垂直的方向驱动,振动频率约为100HZ,振幅1mm数量级。
然后在不断搅动下加入金属,该金属为粒径150μm左右的粉粒。将混合物加热到100℃保持10分钟,再加入需要量的钾,将温度提高到160℃保持2小时,同时不断搅动。然后在搅动下冷却到室温。
将均匀的催化剂悬浮液放置在氮气氛下。
用此方法制备出其组成列在附表中的催化剂。实例1-3的催化剂是比较性的。
B 丙烯二聚反应
在高压釜中进行间断式操作。高压釜预先用饱和C12-C14烃馏份洗净,再经氮气干燥。
向反应器依次加入催化剂悬浮液和液体丙烯,搅拌下将反应介质加热到180-185℃,保持预定的一段时间。反应器内压力迅速达到最高值,然后平稳下降。
排放出未反应的丙烯后,用气相色谱分析反应混合物,测出生成的丙烯二聚体的总量,用其与反应所用丙烯总量的比值表示转化率,用生成的4-甲基-1-戊烯的量与获得的二聚体的总量的比值表示反应的选择性。用转化率与选择性的乘积表示4-甲基-1-戊烯相对于反应所用丙烯的收率。
附表说明:
-Mp,反应所用丙烯量,用克表示,
-P/K,丙烯/钾的摩尔比,
-Pr1,反应器内最高压力,用巴表示,
-Pr2,实验结束时反应器内压力,用巴表示,
-t,总反应时间,用分钟表示,
-C,转化率,用%表示,
-S,选择性,用%表示,
-Y,4-甲基-1-戊烯的收率,用%表示,
实例1-3为比较例。