《一种负载型镍基双组分催化剂及其应用.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《一种负载型镍基双组分催化剂及其应用.pdf(6页珍藏版)》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 102188975 A (43)申请公布日 2011.09.21 CN 102188975 A *CN102188975A* (21)申请号 201110055848.0 (22)申请日 2011.03.09 B01J 23/755(2006.01) B01J 23/89(2006.01) C07C 211/11(2006.01) C07C 209/48(2006.01) (71)申请人 浙江工业大学 地址 310014 浙江省杭州市下城区朝晖六区 (72)发明人 马磊 卢春山 张群峰 袁俊峰 许孝良 李小年 (74)专利代理机构 杭州天正专利事务所有限公 司 332。
2、01 代理人 黄美娟 俞慧 (54) 发明名称 一种负载型镍基双组分催化剂及其应用 (57) 摘要 本发明公开了一种负载型镍基双组分催化剂 及其应用, 通过如下方法制备 : (1) 先将载体采用 等体积浸渍法浸渍可溶性镍盐溶液, 然后干燥并 焙烧 ; 所述载体为 - 氧化铝、 二氧化硅、 分子筛 或活性炭 ; (2) 步骤 (1) 所得产物再进一步采用 等体积浸渍法浸渍另一种过渡金属的可溶性过渡 金属盐溶液, 再次干燥并焙烧, 即得负载型镍基双 组分催化剂 ; 所述的另一种过渡金属选自下列之 一 : 铁、 钴、 铬、 铜、 锌、 铂、 钯、 钌、 金、 银。本发明所 述的负载型镍基双组分催化剂。
3、应用于 3- 二甲基 氨基丙腈催化氢化制备高纯度 3- 二甲基氨基丙 胺, 不仅反应选择性高, 而且可重复利用, 适合于 工业应用。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 CN 102188976 A1/1 页 2 1. 一种负载型镍基双组分催化剂, 其特征在于所述的负载型镍基双组分催化剂通过如 下方法制备 : (1) 先将载体采用等体积浸渍法浸渍可溶性镍盐溶液, 然后干燥并焙烧 ; 所述可溶性 镍盐溶液按照需要制备的负载型镍基双组分催化剂中镍的负载量为 1-20投料 ; 所述载 体为 - 氧化铝、 二氧化硅、 。
4、分子筛或活性炭 ; (2) 步骤 (1) 所得产物再进一步采用等体积浸渍法浸渍另一种过渡金属的可溶性过渡 金属盐溶液, 再次干燥并焙烧, 即得负载型镍基双组分催化剂 ; 所述另一种过渡金属的可溶 性过渡金属盐溶液按照需要制备的负载型镍基双组分催化剂中另一种过渡金属的负载量 为 1-20投料 ; 所述的另一种过渡金属选自下列之一 : 铁、 钴、 铬、 铜、 锌、 铂、 钯、 钌、 金、 银。 2. 如权利要求 1 所述的负载型镍基双组分催化剂, 其特征在于 : 所述的载体为 - 氧 化铝, 所述的另一种过渡金属为钴或铂。 3. 如权利要求 1 或 2 所述的负载型镍基双组分催化剂, 其特征在于 。
5、: 所述可溶性镍盐 溶液按照需要制备的负载型镍基双组分催化剂中镍的负载量为 5-15投料, 所述另一种过 渡金属的可溶性过渡金属盐溶液按照需要制备的负载型镍基双组分催化剂中另一种过渡 金属的负载量为 2 8投料。 4. 如权利要求 1 或 2 所述的负载型镍基双组分催化剂, 其特征在于 : 步骤 (1) 和步骤 (2) 中的浸渍时间分别为 3 6 小时。 5. 如权利要求 1 或 2 所述的负载型镍基双组分催化剂, 其特征在于 : 步骤 (1) 和步骤 (2) 中的干燥的条件均为 : 干燥温度为 90 120, 干燥时间为 2 4 小时。 6. 如权利要求 1 或 2 所述的负载型镍基双组分催。
6、化剂, 其特征在于 : 步骤 (1) 和步骤 (2) 中的焙烧分别在下列条件进行 : 焙烧温度为 300 600, 焙烧时间为 3 6 小时。 7. 如权利要求 1 所述的负载型镍基双组分催化剂在催化氢化制备 3- 二甲基氨基丙胺 中的应用, 其特征在于所述应用为 : 以 3- 二甲基氨基丙腈为原料, 在所述负载型镍基双组 分催化剂和氢气的作用下, 以碱金属氢氧化物水溶液为仲胺抑制剂, 通过催化氢化制得产 物 3- 二甲基氨基丙胺。 8. 如权利要求 7 所述的应用, 其特征在于 : 所述负载型镍基双组分催化剂的用量为 3- 二甲基氨基丙腈质量的 5 15。 9. 如权利要求 7 所述的应用,。
7、 其特征在于 : 所述催化氢化在 70 110的反应温度、 0.6 1.2MPa 反应压力条件下进行。 10. 如权利要求 7 所述的应用, 其特征在于 : 所述的碱金属氢氧化物水溶液浓度为 10 30g/mL, 3- 二甲基氨基丙腈和碱金属氢氧化物水溶液的体积比为 50 5 1。 权 利 要 求 书 CN 102188975 A CN 102188976 A1/4 页 3 一种负载型镍基双组分催化剂及其应用 ( 一 ) 技术领域 0001 本发明涉及一种3-二甲基氨基丙腈催化氢化制备3-二甲基氨基丙胺的催化剂及 其应用方法。 ( 二 ) 背景技术 0002 3- 二甲基氨基丙胺 (DMAPA。
8、) 是重要的化工中间体, 广泛用于生产表面活性剂、 絮 凝剂、 汽油和机油添加剂等。目前工业上普遍采用的是脂肪腈 (3- 二甲基氨基丙腈, DMAPN) 催化氢化生成对应的脂肪伯胺 (DMAPA), 同时使用碱性物质抑制生成仲胺和叔胺。该催化 氢化过程存在的最大问题在于反应选择性, 这是由于反应生成的伯胺会与中间产物亚胺 发生加成副反应, 进而生成仲胺和叔胺。同时反应过程中还会生成副产物 N, N, N, N- 四甲 基 -1, 3- 丙二胺 (TMPDA), 而且反应介质中过量水的存在还会生成多种其它副产物, 例如正 丙胺。在将 DMAPN 催化氢化成 DMAPA 时可能生成的副产物中, 仲。
9、胺和 TMPDA 的存在对产物 DMAPA 纯度和品质的影响最大, 两者都难以除去, 由于共沸, 采用蒸馏方法也不能将 TMPDA 与 DMAPA 分离。目前国际市场对 DMAPA 的年需求在 5000 吨以上, 要求作为中间体的 DMAPA 含有 300ppm 以下的 TMPDA。 0003 大量研究显示影响3-二甲基氨基丙腈催化氢化制备3-二甲基氨基丙胺反应选择 性的主要因素有二 : 一是催化剂, 二是抑制仲胺和叔胺生成的助剂。在催化氢化制备伯胺 过程中加入各种碱性物质可以抑制仲胺的生成或使其减少至最小程度, 碱性物质主要是各 种无机或有机碱。US 3821305 描述了使用苛性碱 ; U。
10、S 4967006 描述了使用氨的醇溶液 ; US 5840989 描述了使用酰胺 ; US 5869653 描述了使用氨 ; US 5874625 描述了使用碱金属氢氧 化物水溶液 ; EP 0316761 描述了使用氧化钙或氧化镁和氨。但使用氨抑制生成仲胺需要大 量的氨, 尾气中氨的处理提高了生产成本, 使用廉价的碱金属氢氧化物可以避免上述问题。 催化剂体系则主要集中在海绵 ( 雷尼 ) 类催化剂, US 4885391 描述了使用铬促进的雷尼 钴催化剂 ; US 5840989 描述了使用特别掺杂的雷尼镍催化剂 ; US 5869653 描述了使用雷尼 钴催化剂 ; US 6281388。
11、 描述了使用雷尼镍催化剂 ; EP 0316761 描述了使用雷尼钴或雷尼镍 催化剂。雷尼镍类催化剂在反应中表现出优良的催化性能, 但在以氢氧化钠等碱金属氢氧 化物作为仲胺抑制剂时又带来新的问题, 这是由于雷尼镍催化剂会部分溶于氢氧化钠溶液 中, 加速催化剂的失活, 更为严重的是催化剂溶解会使微量镍离子进入 3- 二甲基氨基丙胺 产物中, 降低了产物的品质从而限制了其在高端领域的应用。 ( 三 ) 发明内容 0004 本发明的要解决的技术问题是提供一种负载型镍基双组分催化剂及其在 3- 二甲 基氨基丙腈催化氢化制备高纯度 3- 二甲基氨基丙胺中的应用, 该催化剂不仅反应选择性 高, 而且可重复。
12、利用, 适合于工业应用。 0005 为解决上述技术问题, 本发明采用如下技术方案 : 0006 一种负载型镍基双组分催化剂, 通过如下方法制备 : 说 明 书 CN 102188975 A CN 102188976 A2/4 页 4 0007 (1) 先将载体采用等体积浸渍法浸渍可溶性镍盐溶液, 然后干燥并焙烧 ; 所述可 溶性镍盐溶液按照需要制备的负载型镍基双组分催化剂中镍的负载量为 1-20投料 ; 所 述载体为 - 氧化铝、 二氧化硅、 分子筛或活性炭 ; 0008 (2) 步骤 (1) 所得产物再进一步采用等体积浸渍法浸渍另一种过渡金属的可溶性 盐溶液, 再次干燥并焙烧, 即得负载型镍。
13、基双组分催化剂 ; 所述另一种过渡金属的可溶性盐 溶液按照需要制备的负载型镍基双组分催化剂中另一种过渡金属的负载量为 1-20投料 ; 所述的另一种过渡金属选自下列之一 : 铁、 钴、 铬、 铜、 锌、 铂、 钯、 钌、 金、 银。 0009 进一步, 所述的另一种过渡金属优选钴或铂。 0010 进一步, 所述的载体优选 - 氧化铝。 0011 进一步, 所述可溶性镍盐溶液优选按照需要制备的负载型镍基双组分催化剂中镍 的负载量为 5-15投料, 所述另一种过渡金属的可溶性盐溶液优选按照需要制备的负载型 镍基双组分催化剂中另一种过渡金属的负载量为 2 8投料。 。 0012 更进一步, 所述的负。
14、载型镍基双组分催化剂优选为 - 氧化铝负载的镍 - 钴双组 分催化剂, 更优选其中镍负载量为 5 15, 钴负载量为 2 8。 0013 进一步, 所述负载型镍基双组分催化剂的制备过程中, 优选步骤(1)和步骤(2)中 的浸渍时间分别为 3 6 小时, 更优选为 4 小时。 0014 进一步, 所述负载型镍基双组分催化剂的制备过程中, 优选步骤(1)和步骤(2)中 的干燥条件均为 : 干燥温度为 90 120, 干燥时间为 2 4 小时 ; 更优选步骤 (1) 和步骤 (2) 中的干燥温度分别为 110, 更优选步骤 (1) 和步骤 (2) 中的干燥时间分别为 3 小时。 0015 进一步, 。
15、所述负载型镍基双组分催化剂的制备过程中, 优选步骤(1)和步骤(2)中 的焙烧条件均为 : 焙烧温度为 300 600, 焙烧时间为 3 6 小时 ; 更优选步骤 (1) 中的 焙烧温度为 500 ; 更优选步骤 (2) 中的焙烧温度为 450 ; 更优选步骤 (1) 和步骤 (2) 中 的焙烧时间分别为 4 小时。 0016 本发明还提供了所述的负载型镍基双组分催化剂在催化氢化制备 3- 二甲基氨基 丙胺中的应用, 具体应用方法为 : 以 3- 二甲基氨基丙腈为原料, 在所述负载型镍基双组分 催化剂和氢气的作用下, 以碱金属氢氧化物水溶液为仲胺抑制剂, 通过催化氢化制得产物 3- 二甲基氨基。
16、丙胺。 0017 进一步, 在 3- 二甲基氨基丙胺的制备过程中, 所述负载型镍基双组分催化剂的用 量优选为 3- 二甲基氨基丙腈质量的 5 15, 更优选为 10。 0018 进一步, 在 3- 二甲基氨基丙胺的制备过程中, 所述催化氢化反应优选在 70 110的反应温度、 0.6 1.2MPa 反应压力条件下进行, 更优选反应温度为 80 100, 更 优选反应压力为 0.7 0.9MPa。所述催化氢化反应至不再吸氢为止。 0019 进一步, 在 3- 二甲基氨基丙胺的制备过程中, 所述的碱金属氢氧化物水溶液的 质量浓度为 10 30g/mL, 3- 二甲基氨基丙腈和碱金属氢氧化物水溶液的。
17、体积比为 50 5 1。 0020 进一步, 在 3- 二甲基氨基丙胺的制备过程中, 当催化氢化反应完毕后, 所得反应 液过滤出催化剂, 经精馏即得产物 3- 二甲基氨基丙胺。过滤出的催化剂可重复使用。 0021 本发明具体推荐所述的3-二甲基氨基丙腈催化氢化制备3-二甲基氨基丙胺的方 法按照如下步骤进行 : 将原料 3- 二甲基氨基丙腈和质量浓度为 10 30g/mL 的碱金属氢 说 明 书 CN 102188975 A CN 102188976 A3/4 页 5 氧化物水溶液按体积比为 50 5 1 加入到高压反应釜中, 再加入负载型镍基双组分催 化剂, 催化剂的加入量为 3- 二甲基氨基。
18、丙腈质量的 5 15。关闭反应器, 用氮气置换出 反应器中的空气, 然后用氢气置换氮气并调整反应温度为 70 110, 反应压力为 0.6 1.2MPa, 开始搅拌, 恒温反应直至不吸氢为止, 停止反应, 取出所述反应得到的液体产物, 过 滤出催化剂后经精馏即得到 3- 二甲基氨基丙胺。 0022 本发明与现有技术相比, 将本发明制备的负载型镍基双组分催化剂用于 3- 二甲 基氨基丙腈催化氢化制备 3- 二甲基氨基丙胺, 可以碱金属氢氧化物水溶液作为仲胺抑制 剂, 避免了液氨作为仲胺抑制剂的尾气后处理问题 ; 同时, 使用负载型镍基催化剂还可避免 雷尼镍催化剂部分溶于碱金属氢氧化物溶液而造成催。
19、化剂失活及镍离子降低产物品质的 问题。本发明所制得的负载型镍基双组分催化剂在 3- 二甲基氨基丙腈催化氢化制备 3- 二 甲基氨基丙胺的反应中获得了高于99.5的产品选择性。 另外, 催化剂可重复使用, 降低了 催化剂的使用成本, 也减少催化剂回收、 再生过程中的污染和能耗, 具有重要的经济价值和 环境意义。 ( 四 ) 具体实施方式 : 0023 以下以具体实施例来说明本发明的技术方案, 但本发明的保护范围不限于此 : 0024 实施例一 0025 称取 10 克 - 氧化铝, 将其浸渍于等体积的硝酸镍溶液 ( 含 6.2 克六水合硝酸镍 的 10 毫升溶液 ) 中, 浸渍 4 小时后, 于。
20、 110干燥 3 小时, 再于 500焙烧优选 4 小时, 冷却 后取出继续浸渍于等体积的硝酸钴溶液含 1.55 克六水合硝酸钴的 10 毫升溶液中, 浸渍 4 小时后, 于 110干燥 3 小时, 再于 450焙烧 4 小时。 0026 实施例二 0027 称取 10 克 - 氧化铝, 将其浸渍于含 3.1 克六水合硝酸镍的 10 毫升溶液中, 浸渍 4 小时后, 于 110干燥 3 小时, 再于 500焙烧优选 4 小时, 冷却后取出继续浸渍于含 3.1 克六水合硝酸钴的 10 毫升溶液中, 浸渍 4 小时后, 于 110干燥 3 小时, 再于 450焙烧 4 小时。 0028 实施例三 。
21、0029 称取 10 克 - 氧化铝, 将其浸渍于含 6.2 克六水合硝酸镍的 10 毫升溶液中, 浸渍 4 小时后, 于 110干燥 3 小时, 再于 500焙烧优选 4 小时, 冷却后取出继续浸渍于含 1.0 克六水合氯铂酸的 10 毫升溶液中, 浸渍 4 小时后, 于 110干燥 3 小时, 再于 450焙烧 4 小时。 0030 实施例四 0031 将原料 3- 二甲基氨基丙腈和 25g/ml 的氢氧化钠溶液按体积比为 20 1 加入到 高压反应釜中, 再加入实施例一制得的-氧化铝负载的镍-钴双组分催化剂, 催化剂质量 为 3- 二甲基氨基丙腈质量的 10。关闭反应器, 用氮气置换出反。
22、应器中的空气, 然后用氢 气置换氮气并调整反应温度为 90, 反应压力为 0.8MPa, 开始搅拌, 搅拌速率 800 转 / 分, 恒温反应 90min, 停止反应, 取出反应液, 过滤除去催化剂, 滤液用气相色谱仪分析, 3- 二甲 基氨基丙胺的含量为 99.58。 0032 实施例五 说 明 书 CN 102188975 A CN 102188976 A4/4 页 6 0033 将原料 3- 二甲基氨基丙腈和 25g/ml 的氢氧化钠溶液按体积比为 20 1 加入到 高压反应釜中, 再加入实施例二制得的-氧化铝负载的镍-钴双组分催化剂, 催化剂质量 为 3- 二甲基氨基丙腈质量的 10。。
23、关闭反应器, 用氮气置换出反应器中的空气, 然后用氢 气置换氮气并调整反应温度为 90, 反应压力为 0.8MPa, 开始搅拌, 搅拌速率 800 转 / 分, 恒温反应 90min, 停止反应, 取出反应液, 过滤除去催化剂, 滤液用气相色谱仪分析, 3- 二甲 基氨基丙胺的含量为 99.73。 0034 实施例六 0035 将原料 3- 二甲基氨基丙腈和 25g/ml 的氢氧化钠溶液按体积比为 20 1 加入到 高压反应釜中, 再加入实施例三制得的-氧化铝负载的镍-铂双组分催化剂, 催化剂质量 为 3- 二甲基氨基丙腈质量的 10。关闭反应器, 用氮气置换出反应器中的空气, 然后用氢 气置换氮气并调整反应温度为 90, 反应压力为 0.8MPa, 开始搅拌, 搅拌速率 800 转 / 分, 恒温反应 90min, 停止反应, 取出反应液, 过滤除去催化剂, 滤液用气相色谱仪分析, 3- 二甲 基氨基丙胺的含量为 99.81。 说 明 书 CN 102188975 A 。