一种烯烃醚化催化剂及其制备和应用.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201010231393.9

申请日:

2010.07.14

公开号:

CN102335599A

公开日:

2012.02.01

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):B01J 21/06申请日:20100714|||公开

IPC分类号:

B01J21/06; C07C43/04; C07C41/06

主分类号:

B01J21/06

申请人:

中国石油天然气股份有限公司

发明人:

石大川; 刘丽明; 赵英翠; 肖建业

地址:

100007 北京市东城区东直门北大街9号中国石油大厦

优先权:

专利代理机构:

北京市中实友知识产权代理有限责任公司 11013

代理人:

谢小延

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内容摘要

本发明涉及一种烯烃醚化催化剂及其制备和应用;该催化剂是一种以硅大球为载体,以ZrO2为活性组分的催化剂,以作为载体的硅大球的重量为基准,按重量百分比计该活性组分中锆含量为0.3-0.7%;该催化剂制备工艺简单,催化活性高,选择性好,甲基叔戊基醚收率达到98.9%。

权利要求书

1: 一种烯烃醚化催化剂, 其特征在于 : 是一种以硅大球为载体, 以 ZrO2 为活性组分 的催化剂, 以作为载体的硅大球的重量为基准, 按重量百分比计该活性组分中锆含量为 0.3-0.7%。
2: 一种权利要求 1 所述的烯烃醚化催化剂的制备方法, 其特征在于 : 将硝酸锆水溶液 与硅大球、 氨水溶液在充分加热搅拌下加入反应器中, 沉淀完全后洗涤、 干燥, 然后再浸入 硫酸铵溶液中, 取出后经干燥、 焙烧制得催化剂。
3: 根据权利要求 2 所述的烯烃醚化催化剂的制备方法, 其特征在于 : 其中的硝酸锆水 溶液的浓度为 10%。
4: 根据权利要求 2 所述的烯烃醚化催化剂的制备方法, 其特征在于 : 其中的硅大球 粒径为 3-5mm, 抗压强度≥ 44N/ 粒, 粒度合格率≥ 95 %, 浸泡吸水值≥ 70 %, 水中破裂度 ≤ 3%。
5: 根据权利要求 2 所述的烯烃醚化催化剂的制备方法, 其特征在于 : 其中的氨水溶液 是用蒸馏水和氨水配成的体积百分比为 20% -50 %的氨水溶液。
6: 根据权利要求 2 所述的烯烃醚化催化剂的制备方法, 其特征在于 : 其中的沉淀温度 为 30-70℃。
7: 根据权利要求 2 所述的烯烃醚化催化剂的制备方法, 其特征在于 : 浸入硫酸铵溶液 为 50%质量浓度, 时间为 20-30 分钟。
8: 根据权利要求 2 所述的烯烃醚化催化剂的制备方法, 其特征在于 : 其中的干燥温度 为 100-110℃, 干燥时间为 8-10 小时, 焙烧温度为 550-600℃, 焙烧时间为 2-6 小时。
9: 一种权利要求 1 所述的烯烃醚化催化剂的应用, 其特征在于 : 将权利要求 1 所述的 烯烃醚化催化剂填装到固定床, 将甲醇 / 异戊烯摩尔比为 1.5 的原料液连续进入固定床床 层, 控制床层温度在 60-80℃, 从固定床流出的中间体连续进入装有催化剂的反应精馏装 置, 控制反应段温度在 60-80℃, 同时连续出料, 得到甲基叔戊基醚。

说明书


一种烯烃醚化催化剂及其制备和应用

    技术领域 :
     本发明涉及一种烯烃醚化催化剂及其制备和应用。 背景技术 :
     甲基叔戊基醚 (TAME) 是提高汽油辛烷值的优良添加剂, 而且也是新配方汽油的 重要组成部分, TAME 的环保作用最大, 它能将汽油中某些易挥发的 C5 烯烃转化成蒸汽压非 常低且燃烧洁净的醚, 其主要合成途径是采用催化裂化和裂解汽油中的 C5 馏分与甲醇进行 醚化反应, 醚化反应的深度关键在于催化剂。CN1348941 中叙述了一种醚化反应催化剂, 是 以酸性阳离子交换树脂为载体, 将活性组分 Pt、 Ni、 Pd、 Co、 Cu 和助催化剂载于载体上, 用 于醚化反应的同时还起到选择性加氢和部分烯烃双键异构化的作用, 但树脂的热稳定性较 差, 一般最高使用温度在 120℃以下, 使反应温度的提高受到限制。CN1146927 中叙述了一 种醚化反应催化剂, 是由金属组分、 助催化剂和载体组成, 选用的是元素周期表中第 3 主族 元素和第 4 主族元素的可溶盐作为助催化剂。这种催化剂具有稳定性好寿命长以及活性高 等优点, 但载体用的仍然是耐热性较差的阳离子交换树脂。 CN101138739 中叙述了一种醚化 反应催化剂, 是以分子筛为载体, 负载以硼含量为 1-5%的非金属氧化物三氧化硼或铁含量 2为 1-5%的固体超强酸 SO4 /Fe2O3 为活性组分的一种低烯烃醚化催化剂。由于本反应是平 衡反应, 用固定床反应器最多只能达到反应平衡, 也就是异戊烯的转化率达到化学平衡转 化率, 大约是 63%, 在不移走反应产物的情况下, 异戊烯的转化率不可能超出化学平衡转化 率。 发明内容 :
     本发明的目的是提供一种制备方法简单、 选择性高的烯烃醚化催化剂及其制备方 法和应用。
     本发明所述的烯烃醚化催化剂是一种以硅大球为载体, 以 ZrO2 为活性组分的 催化剂, 以作为载体的硅大球的重量为基准, 按重量百分比计该活性组分中锆含量为 0.3-0.7%。
     本发明所述的烯烃醚化催化剂的制备方法是 : 将硝酸锆水溶液与硅大球、 氨水溶 液在充分加热搅拌下加入反应器中, 沉淀完全后洗涤、 干燥, 然后再浸入硫酸铵溶液中, 取 出后经干燥、 焙烧制得催化剂。
     下面详细叙述本发明提供的烯烃醚化催化剂的制备方法 :
     (1) 将 Zr(NO3)4·5H2O 配成水溶液, 该溶液的质量浓度为 10% ; 用蒸馏水和氨水配 成体积百分比为 20-50%的氨水溶液 ;
     (2) 在 连 续 加 热 及 搅 拌 下, 将 Zr(NO3)4·5H2O 水 溶 液、 硅大球按重量比为 (14.18-33.23) ∶ 100 加入反应器中, 同时滴加氨水溶液至反应器内产生沉淀, 控制温度在 30-70℃, 使其完全生成沉淀 ;
     (3) 沉淀完全后, 用去离子水反复洗涤沉淀物至中性, 然后在 100-110 ℃下干燥8-10 小时 ;
     (4) 再浸入质量浓度为 50%的硫酸铵溶液, 溶液以没过固体物为止, 时间为 20-30 分钟 ;
     (5) 取出后在 100-110 ℃下干燥 8-10 小时, 550-600 ℃下焙烧 2-6 小时制得催化 剂。
     硅 大 球 粒 径 为 3-5mm, 抗 压 强 度 ≥ 44N/ 粒, 粒 度 合 格 率 ≥ 95 %, 浸泡吸水值 ≥ 70%, 水中破裂度≤ 3%。
     本发明以硅大球为载体, 以 ZrO2 为活性组分, 这样组成的催化剂是复合催化剂, 与 现有技术相比有如下优点 :
     (1) 该催化剂制备方法简单 ;
     (2) 该催化剂有优良的热稳定性, 很大程度地降低了失活的速率, 如将其应用于催 化精馏装置, 进行连续反应, 这一优点会得到充分的体现 ;
     (3) 该催化剂避免了均相催化剂分离困难的缺点, 催化剂易于与产品分离, 可重复 使用 ;
     (4) 该催化剂与树脂类催化剂相比, 工艺过程可在高温下操作, 对动力学平衡有 利。 以异戊烯和甲醇为原料, 采用本发明提供的催化剂, 经过固定床及反应精馏联合 工艺可制备甲基叔戊基醚。甲醇 / 异戊烯 (mol) 为 1.5 ; 床层温度在 60-80℃。
     具体实施方式 :
     实施例 1 :
     催化剂锆含量为 0.57%的催化剂的制备 :
     (1) 称取 241.16 克 Zr(NO3)4· 5H2O 与蒸馏水配成 10%水溶液 ; 蒸馏水和氨水配成 体积百分比为 20-50%的氨水溶液 ;
     (2) 连续加热及搅拌下, 将 Zr(NO3)4·5H2O 水溶液、 8902.78 克硅大球加入反应器 中, 同时滴加氨水溶液至反应器内产生沉淀, 控制温度在 30-70℃, 使其完全生成沉淀 ;
     (3) 沉淀完全后, 用去离子水反复洗涤沉淀物至中性, 然后在 100-110 ℃下干燥 8-10 小时。
     (4) 再浸入浓度为 50% ( 质量% ) 的硫酸铵溶液, 溶液以能没过固体物为止, 时间 为 20-30 分钟。
     (5) 取出后在 100-110 ℃下干燥 8-10 小时, 550-600 ℃下焙烧 2-6 小时制得催化 剂。
     将催化剂填装到固定床, 将配制好的甲醇 / 异戊烯 (mol) 为 1.5 的原料液连续进 入固定床床层, 控制床层温度在 60-80℃, 从固定床流出的中间体连续进入装有催化剂的反 应精馏装置, 控制反应段温度在 60-80℃, 同时连续出料, 测定生成液中甲基叔戊基醚的含 量。结果列于表中。
     实施例 2-5 :
     与实施例 1 具有相同的步骤, 不同的是催化剂制备的原料硅大球和硝酸锆的加入 量有所不同。原料量及反应结果列于下表中。4102335599 A CN 102335608
     Zr(NO3)4·5H2O/g 实施例 1 实施例 2 实施例 3 实施例 4 实施例 5 126.80 168.56 241.16 253.34 295.86 硅大球 /g 8902.78 8902.78 8902.78 8902.78 8902.78说明书床层温度 /℃ 60-80 60-80 60-80 60-80 60-803/3 页催化剂中锆含量 /% 0.3 0.4 0.57 0.6 0.7甲基叔戊基醚收率 /% 97.3 98.9 98.2 97.1 97.35

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1、10申请公布号CN102335599A43申请公布日20120201CN102335599ACN102335599A21申请号201010231393922申请日20100714B01J21/06200601C07C43/04200601C07C41/0620060171申请人中国石油天然气股份有限公司地址100007北京市东城区东直门北大街9号中国石油大厦72发明人石大川刘丽明赵英翠肖建业74专利代理机构北京市中实友知识产权代理有限责任公司11013代理人谢小延54发明名称一种烯烃醚化催化剂及其制备和应用57摘要本发明涉及一种烯烃醚化催化剂及其制备和应用;该催化剂是一种以硅大球为载体,以ZR。

2、O2为活性组分的催化剂,以作为载体的硅大球的重量为基准,按重量百分比计该活性组分中锆含量为0307;该催化剂制备工艺简单,催化活性高,选择性好,甲基叔戊基醚收率达到989。51INTCL19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3页CN102335608A1/1页21一种烯烃醚化催化剂,其特征在于是一种以硅大球为载体,以ZRO2为活性组分的催化剂,以作为载体的硅大球的重量为基准,按重量百分比计该活性组分中锆含量为0307。2一种权利要求1所述的烯烃醚化催化剂的制备方法,其特征在于将硝酸锆水溶液与硅大球、氨水溶液在充分加热搅拌下加入反应器中,沉淀完全后洗涤、干燥,然后再。

3、浸入硫酸铵溶液中,取出后经干燥、焙烧制得催化剂。3根据权利要求2所述的烯烃醚化催化剂的制备方法,其特征在于其中的硝酸锆水溶液的浓度为10。4根据权利要求2所述的烯烃醚化催化剂的制备方法,其特征在于其中的硅大球粒径为35MM,抗压强度44N/粒,粒度合格率95,浸泡吸水值70,水中破裂度3。5根据权利要求2所述的烯烃醚化催化剂的制备方法,其特征在于其中的氨水溶液是用蒸馏水和氨水配成的体积百分比为2050的氨水溶液。6根据权利要求2所述的烯烃醚化催化剂的制备方法,其特征在于其中的沉淀温度为3070。7根据权利要求2所述的烯烃醚化催化剂的制备方法,其特征在于浸入硫酸铵溶液为50质量浓度,时间为203。

4、0分钟。8根据权利要求2所述的烯烃醚化催化剂的制备方法,其特征在于其中的干燥温度为100110,干燥时间为810小时,焙烧温度为550600,焙烧时间为26小时。9一种权利要求1所述的烯烃醚化催化剂的应用,其特征在于将权利要求1所述的烯烃醚化催化剂填装到固定床,将甲醇/异戊烯摩尔比为15的原料液连续进入固定床床层,控制床层温度在6080,从固定床流出的中间体连续进入装有催化剂的反应精馏装置,控制反应段温度在6080,同时连续出料,得到甲基叔戊基醚。权利要求书CN102335599ACN102335608A1/3页3一种烯烃醚化催化剂及其制备和应用技术领域0001本发明涉及一种烯烃醚化催化剂及其。

5、制备和应用。背景技术0002甲基叔戊基醚TAME是提高汽油辛烷值的优良添加剂,而且也是新配方汽油的重要组成部分,TAME的环保作用最大,它能将汽油中某些易挥发的C5烯烃转化成蒸汽压非常低且燃烧洁净的醚,其主要合成途径是采用催化裂化和裂解汽油中的C5馏分与甲醇进行醚化反应,醚化反应的深度关键在于催化剂。CN1348941中叙述了一种醚化反应催化剂,是以酸性阳离子交换树脂为载体,将活性组分PT、NI、PD、CO、CU和助催化剂载于载体上,用于醚化反应的同时还起到选择性加氢和部分烯烃双键异构化的作用,但树脂的热稳定性较差,一般最高使用温度在120以下,使反应温度的提高受到限制。CN1146927中叙。

6、述了一种醚化反应催化剂,是由金属组分、助催化剂和载体组成,选用的是元素周期表中第3主族元素和第4主族元素的可溶盐作为助催化剂。这种催化剂具有稳定性好寿命长以及活性高等优点,但载体用的仍然是耐热性较差的阳离子交换树脂。CN101138739中叙述了一种醚化反应催化剂,是以分子筛为载体,负载以硼含量为15的非金属氧化物三氧化硼或铁含量为15的固体超强酸SO42/FE2O3为活性组分的一种低烯烃醚化催化剂。由于本反应是平衡反应,用固定床反应器最多只能达到反应平衡,也就是异戊烯的转化率达到化学平衡转化率,大约是63,在不移走反应产物的情况下,异戊烯的转化率不可能超出化学平衡转化率。发明内容0003本发。

7、明的目的是提供一种制备方法简单、选择性高的烯烃醚化催化剂及其制备方法和应用。0004本发明所述的烯烃醚化催化剂是一种以硅大球为载体,以ZRO2为活性组分的催化剂,以作为载体的硅大球的重量为基准,按重量百分比计该活性组分中锆含量为0307。0005本发明所述的烯烃醚化催化剂的制备方法是将硝酸锆水溶液与硅大球、氨水溶液在充分加热搅拌下加入反应器中,沉淀完全后洗涤、干燥,然后再浸入硫酸铵溶液中,取出后经干燥、焙烧制得催化剂。0006下面详细叙述本发明提供的烯烃醚化催化剂的制备方法00071将ZRNO345H2O配成水溶液,该溶液的质量浓度为10;用蒸馏水和氨水配成体积百分比为2050的氨水溶液;00。

8、082在连续加热及搅拌下,将ZRNO345H2O水溶液、硅大球按重量比为14183323100加入反应器中,同时滴加氨水溶液至反应器内产生沉淀,控制温度在3070,使其完全生成沉淀;00093沉淀完全后,用去离子水反复洗涤沉淀物至中性,然后在100110下干燥说明书CN102335599ACN102335608A2/3页4810小时;00104再浸入质量浓度为50的硫酸铵溶液,溶液以没过固体物为止,时间为2030分钟;00115取出后在100110下干燥810小时,550600下焙烧26小时制得催化剂。0012硅大球粒径为35MM,抗压强度44N/粒,粒度合格率95,浸泡吸水值70,水中破裂度。

9、3。0013本发明以硅大球为载体,以ZRO2为活性组分,这样组成的催化剂是复合催化剂,与现有技术相比有如下优点00141该催化剂制备方法简单;00152该催化剂有优良的热稳定性,很大程度地降低了失活的速率,如将其应用于催化精馏装置,进行连续反应,这一优点会得到充分的体现;00163该催化剂避免了均相催化剂分离困难的缺点,催化剂易于与产品分离,可重复使用;00174该催化剂与树脂类催化剂相比,工艺过程可在高温下操作,对动力学平衡有利。0018以异戊烯和甲醇为原料,采用本发明提供的催化剂,经过固定床及反应精馏联合工艺可制备甲基叔戊基醚。甲醇/异戊烯MOL为15;床层温度在6080。具体实施方式00。

10、19实施例10020催化剂锆含量为057的催化剂的制备00211称取24116克ZRNO345H2O与蒸馏水配成10水溶液;蒸馏水和氨水配成体积百分比为2050的氨水溶液;00222连续加热及搅拌下,将ZRNO345H2O水溶液、890278克硅大球加入反应器中,同时滴加氨水溶液至反应器内产生沉淀,控制温度在3070,使其完全生成沉淀;00233沉淀完全后,用去离子水反复洗涤沉淀物至中性,然后在100110下干燥810小时。00244再浸入浓度为50质量的硫酸铵溶液,溶液以能没过固体物为止,时间为2030分钟。00255取出后在100110下干燥810小时,550600下焙烧26小时制得催化剂。

11、。0026将催化剂填装到固定床,将配制好的甲醇/异戊烯MOL为15的原料液连续进入固定床床层,控制床层温度在6080,从固定床流出的中间体连续进入装有催化剂的反应精馏装置,控制反应段温度在6080,同时连续出料,测定生成液中甲基叔戊基醚的含量。结果列于表中。0027实施例250028与实施例1具有相同的步骤,不同的是催化剂制备的原料硅大球和硝酸锆的加入量有所不同。原料量及反应结果列于下表中。说明书CN102335599ACN102335608A3/3页50029ZRNO345H2O/G硅大球/G催化剂中锆含量/床层温度/甲基叔戊基醚收率/实施例112680890278036080973实施例216856890278046080989实施例3241168902780576080982实施例425334890278066080971实施例529586890278076080973说明书CN102335599A。

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