一种制备不饱和低级脂肪酸酯的方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201611052193.0

申请日:

20161125

公开号:

CN108101768A

公开日:

20180601

当前法律状态:

有效性:

审查中

法律详情:

IPC分类号:

C07C51/353,C07C57/04,C07C67/24,C07C69/54,B01J29/85,B01J29/65,B01J29/08,B01J29/40,B01J29/70

主分类号:

C07C51/353,C07C57/04,C07C67/24,C07C69/54,B01J29/85,B01J29/65,B01J29/08,B01J29/40,B01J29/70

申请人:

中国科学院大连化学物理研究所

发明人:

马占玲,朱文良,马现刚,刘红超,刘勇,倪友明,刘世平,陈其伟,刘中民

地址:

116023 辽宁省大连市中山路457号

优先权:

CN201611052193A

专利代理机构:

中科专利商标代理有限责任公司

代理人:

牛海军

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内容摘要

本发明提供一种制备不饱和低级脂肪酸酯的方法,所述方法包括将甲缩醛(DMM)与分子式为R1‑CH2COOR2的低级脂肪酸或酯在惰性气氛下于酸性分子筛催化剂上进行羟醛缩合反应,得到一种不饱和低级脂肪酸或酯(CH2=C(R1)‑COO‑R2),其中R1和R2分别独立地表示H‑或C1‑C4饱和烷基基团。本发明提供的制备低级不饱和脂肪酸酯的方法,具有催化剂反应活性高、活性成分不易流失及制备过程简单等优点,具有良好的工业应用前景。

权利要求书

1.一种制备不饱和低级脂肪酸或酯的方法,所述方法包括将甲缩醛与分子式为R-CHCOOR的酸或酯于载有酸性分子筛催化剂的反应器中进行羟醛缩合反应,得到相应的不饱和低级脂肪酸或酯,其中所述R和R分别独立地为H-、CH-、CHCH-、CH(CH)-或CH(CH)-。 2.根据权利要求1所述的方法,其中将所述不饱和低级脂肪酸或酯进一步加氢以生产对应的饱和醇类。 3.根据权利要求1所述的方法,其中所述R和R分别为H-或CH-。 4.根据权利要求1所述的方法,其中所述酸性分子筛催化剂包含硅铝分子筛和磷酸铝分子筛中的任意一种或其组合。 5.根据权利要求1所述的方法,其中所述酸性分子筛催化剂的拓扑结构包括RHO、CHA、FER、MFI、MOR、FAU、βeta中的任意一种或其组合。 6.根据权利要求5所述的方法,其中所述酸性分子筛催化剂包含SAPO-34分子筛、DNL-6分子筛、ZSM-35分子筛、ZSM-5分子筛、MOR分子筛、Y分子筛、βeta分子筛和MCM-22分子筛中的任意一种或其组合。 7.根据权利要求4所述的方法,其中所述酸性分子筛催化剂中的硅铝分子筛的原子硅铝比为1-50。 8.根据权利要求7所述的方法,其中所述酸性分子筛催化剂中的硅铝分子筛的原子硅铝比为2-25。 9.根据权利要求4所述的方法,其中所述酸性分子筛催化剂还包含经所述分子筛的骨架组成元素以外的元素改性得到的产物。 10.根据权利要求9所述的方法,其中所述酸性分子筛催化剂还包含选自钾、铯、铜中的一种或几种金属元素。 11.根据权利要求10所述的方法,其中所述金属元素通过原位合成、金属离子交换或浸渍的方法引入到所述酸性分子筛催化剂中。 12.根据权利要求11所述的方法,其中基于所述酸性分子筛催化剂的总重量,所述金属元素以金属单质计的重量百分数为0.01wt%-10.0wt%。 13.根据权利要求1、4-12中任意一项所述的方法,其中所述酸性分子筛催化剂包含选自氧化铝、二氧化硅、氧化锆和氧化镁中的任意一种或其组合作为粘结剂。 14.根据权利要求13所述的方法,其中基于所述酸性分子筛催化剂的总重量,所述粘结剂的含量为0wt%-50wt%。 15.根据权利要求1所述的方法,其中甲缩醛与所述酸或酯的摩尔比为1/20-5/1;原料的总的质量空速为0.05-10.0h;反应温度为200-400℃;并且反应压力为0.2-15.0MPa。 16.根据权利要求15所述的方法,其中甲缩醛与所述酸或酯的摩尔比为1/10-2/1;原料的总的质量空速为0.3-2.0h;反应温度为250-350℃;并且反应压力为0.2-5.0MPa。 17.根据权利要求1所述的方法,其中所述羟醛缩合反应在固定床反应器、流化床反应器或釜式反应器中进行。 18.根据权利要求1所述的方法,其中所述羟醛缩合反应在包含N、He、Ar、CH、CH、H、CO、CO中的任意一种或其组合的气氛中进行。

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备不饱和低级脂肪酸酯的方法,特别涉及醋酸甲酯与甲缩醛发生羟醛缩合反应来制备丙烯酸及丙烯酸甲酯的方法。

背景技术

丙烯酸及丙烯酸甲酯是一种重要的化工原料,可作为涂料、絮凝剂、分散剂和粘结剂等使用,在建筑、水处理、日用化工、土壤处理及皮革等行业被广泛应用,与人们的日常生活息息相关。目前工业上最常用的制备丙烯酸及丙烯酸甲酯的方法是丙烯两段氧化法,即丙烯第一步氧化为丙烯醛,进一步氧化可得到丙烯酸。然而其原料丙烯来源于石油,属于非可再生资源,不符合可持续发展理念。

英国路彩特公司于2010年首次利用羟醛缩合反应完成了甲基丙烯酸及其酯的工业化生产,年产量为12000吨。该方法第一步利用乙烯、一氧化碳和甲醇等原料合成丙酸甲酯,将产物分离得到纯净的丙酸甲酯;第二步将丙酸甲酯和甲醇通入载有氧化铯碱性催化剂的固定床反应器,后续经过粗分离、精馏即可得到甲基丙烯酸甲酯。这一方法充分利用煤炭基原料甲醇和一氧化碳,与我国多煤、少油、贫气的能源结构非常相符,为我们工业化制备丙烯酸及其酯提供了一条全新的路线。醋酸及醋酸甲酯是重要的有机化工原料,可由煤炭基原料甲醇羰基化制得。随着C1化学的迅速发展,导致醋酸及醋酸甲酯产能过剩。以廉价原料醋酸及醋酸甲酯为原料,通过与甲醛发生羟醛缩合反应可以制备丙烯酸及丙烯酸甲酯,这为可持续制备丙烯酸及丙烯酸甲酯提供了一条可行路线。

1967年,专利JP71016728-B利用醋酸、丙酸和甲酸于负载碱土金属氧化物的二氧化硅催化剂上发生羟醛缩合反应来制备丙烯酸或甲基丙烯酸产物。1966年,James F.Vitcha(I&EC product research and development1966,5:50-53)制备了碱土金属负载的Decalsos分子筛催化剂,催化醋酸和甲醛发生羟醛缩合反应来制备丙烯酸及其酯,其中甲醛由福尔马林水溶液提供。Debraj Saha(Dalton Trans.2014,43:13006–13017)于2014年制备了两种碱土金属负载的Mg-MOF和Ca-MOF材料,可以很好地催化羟醛缩合反应的进行。Mamoru Ai(Bull.Chem.Soc.Jpn.1990,63:1217-1220;Bull.Chem.Soc.Jpn.1990,63:3722-3724等)制备了一系列的V-P-O复合催化剂,它们可以有效地催化丙酸(酯)或醋酸(酯)发生羟醛缩合反应来制备低级不饱和脂肪酸酯。

上述文献研究的羟醛缩合反应所采用的催化剂多是碱性催化剂或酸碱双官能团催化剂,其制备过程一般采用浸渍、离子交换、共沉淀等方法将活性组分负载于载体上,存在着制备繁琐、影响因素复杂且重复性低以及活性成分易流失等缺点,无法满足工业化大规模生产的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的生产不饱和低级脂肪酸酯的方法。

羟醛缩合反应不仅可以在碱性催化剂下进行,在酸性条件下同样可以顺利的进行。为避免产物难分离等问题,可以采用工业上广泛生产的固体酸分子筛作为催化剂。固体酸分子筛具有孔结构丰富、制备简单、来源广泛等优点,用其来催化羟醛缩合反应具有良好的工业应用前景。

基于此,本发明提供了一种生产不饱和低级脂肪酸酯的新方法,所述方法包括将甲缩醛(DMM)与分子式为R1-CH2-COO-R2的酸或酯于载有酸性分子筛催化剂的反应器中进行羟醛缩合反应,得到相应的不饱和低级脂肪酸或酯,其中所述R1和R2分别独立地为H-、CH3-、CH3CH2-、CH3(CH2)2-或CH3(CH2)3-等基团。

在一个优选实施方案中,将所述不饱和低级脂肪酸或酯进一步加氢以生产对应的饱和醇类。

在一个优选实施方案中,所述R1和R2分别为H-或CH3-。

在一个优选实施方案中,所述甲缩醛(DMM)与低级饱和酸酯R1-CH2-COO-R2通过高压泵或饱和气体分别携带进入反应管内与酸性分子筛催化剂发生接触。

在一个优选实施方案中,所述酸性分子筛催化剂包含硅铝分子筛和磷酸铝分子筛中的任意一种或其组合;优选地,所述酸性分子筛催化剂的拓扑结构包括RHO、CHA、FER、MFI、MOR、FAU、βeta中的任意一种或其组合;更为优选地,所述酸性分子筛催化剂包含SAPO-34分子筛、DNL-6分子筛、ZSM-35分子筛、ZSM-5分子筛、MOR分子筛、Y分子筛、βeta分子筛和MCM-22分子筛中的任意一种或其组合。

在一个优选实施方案中,所述酸性分子筛催化剂中的硅铝分子筛的原子硅铝比为1-50,优选为2.5-25。

在一个优选实施方案中,所述酸性分子筛催化剂还包含经所述分子筛的骨架组成元素以外的元素改性得到的产物。

在一个优选实施方案中,所述酸性分子筛催化剂还包含选自钾、铯、铜中的一种或几种金属元素;所述金属元素通过原位合成、金属离子交换或浸渍等方法引入所述酸性分子筛催化剂中;基于所述酸性分子筛催化剂的总重量,所述金属元素以金属单质计的重量百分数为0.01wt%-10.0wt%。

在一个优选实施方案中,所述酸性分子筛催化剂包含选自氧化铝、二氧化硅、氧化锆和氧化镁中的任意一种或其组合作为粘结剂;基于所述酸性分子筛催化剂的总重量,所述粘结剂的含量为0wt%-50wt%。

在一个优选实施方案中,所述原料气中甲缩醛(DMM)与低级饱和酸酯的摩尔比为1/20-5/1,优选为1/10-2/1。

在一个优选实施方案中,所述羟醛缩合反应在200-400℃的温度和0.2-15.0MPa压力下进行,优选为250-350℃和0.2-5.0MPa。

在一个优选实施方案中,所述原料的总质量空速为0.05-10.0h-1,优选为0.3-2.0h-1。

在一个优选实施方案中,所述的羟醛缩合反应在固定床反应器、流化床反应器或釜式反应器中进行。

在一个优选实施方案中,所述羟醛缩合反应在包含N2、He、Ar、CH4、C2H6、H2、CO、CO2中的任意一种或其组合的气氛中进行。

本发明提供了一种制备不饱和低级脂肪酸酯的新方法,特别是丙烯酸及丙烯酸甲酯的新方法,该方法在酸性分子筛催化剂上进行,具有反应活性高、催化剂工业化制备简单、催化活性成分不易流失等特点,具有良好的工业应用前景。

具体实施方式

本发明提供了一种分子式为R1-CH2-COO-R2的酸或酯与甲缩醛(DMM)于载有酸性分子筛的反应器中进行羟醛缩合反应,制备得到不饱和低级脂肪酸或酯(CH2=C(R1)-COO-R2),其中R1和R2分别独立地为H-、CH3-、CH3CH2-、CH3(CH2)2-或CH3(CH2)3-等基团。

在一个特定实施方式中,本发明提供一种通过醋酸甲酯和甲缩醛在酸性分子筛催化剂上进行羟醛缩合制备丙烯酸及其酯的方法。

优选地,本发明使用的所述酸性分子筛催化剂中的硅铝分子筛的原子硅铝比为1-50,更优选为2.5-25。

优选地,所述酸性分子筛催化剂还包含选自钾、铯、铜中的一种或几种金属元素;所述金属元素通过原位合成、金属离子交换或浸渍等方法引入所述酸性分子筛催化剂中;优选地,基于所述酸性分子筛催化剂的总重量,所述金属元素以金属单质计的重量百分数为0.01wt%-10.0wt%。

优选地,本发明使用的所述酸性分子筛催化剂包含选自氧化铝、二氧化硅、氧化锆和氧化镁中的任意一种或其组合作为粘结剂;优选地,基于所述酸性分子筛催化剂的总重量,所述粘结剂的含量为0wt%-50wt%。

优选地,本发明使用的低级脂肪酸酯为醋酸甲酯,羟醛缩合反应后得到丙烯酸及丙烯酸甲酯。

优选地,本发明使用的羟醛缩合反应在温度为200-400℃;反应压力为0.2-5.0MPa;总原料的质量空速为0.3-2.0h-1的条件下进行。

优选地,本发明使用羟醛缩合反应器为固定床反应器、流化床反应器或釜式反应器。

优选地,所述羟醛缩合反应在包含N2、He、Ar、CH4、C2H6、H2、CO、CO2中的任意一种或其组合的气氛中进行。

此外,尽管无需特别限制,但在优选的羟醛缩合反应中,甲缩醛和醋酸甲酯的摩尔比在1/10-2/1的范围。

实施例

以下通过一些实施例对本发明做出详细表述,但本发明并不局限于这些实施例。

磷酸铝分子筛DNL-6、SAPO-34由大连化学物理研究所分别根据Microporous and Mesoporous Materials 144(2011)113-119及Microporous and Mesoporous Materials 111(2008)143-149文献中报道的方法生产和提供;其余分子筛及相关原料均是通过商业途径购买。

本申请的实施例中分析方法及条件如下:

原料及产物由安捷伦公司的Aligent 7890A气相色谱,采用安捷伦公司的FFAP毛细柱在线检测。

根据本申请的一种实施方式,选用固定床反应器,原料总质量空速为0.3-2.0h-1,反应温度为200-400℃,反应压力0.2-5.0MPa。原料由以下方式进入反应器:

原料醋酸甲酯和甲缩醛于水浴(20℃)下恒温,通入氮气N2进行鼓泡,携带原料的饱和蒸汽进入固定床反应器中,根据氮气流速可以调节进入反应器中原料的物质的量。不同温度条件下原料的饱和蒸汽压可由以下公式进行计算:

lg P*=A–B/(t+C)

其中A、B、C分别代表不同原料的物性参数,可查询兰氏化学手册得知,t代表温度。这样就可以计算任意温度下原料的饱和蒸气压。通过饱和蒸气压可以计算出单位时间里进入到反应器中原料的物质的量。

甲缩醛转化率=[(进料中甲缩醛摩尔数)-(出料中甲缩醛摩尔数)]÷(进料中甲缩醛摩尔数)×(100%)

乙酸甲酯转化率=[(进料中乙酸甲酯摩尔数)-(出料中乙酸甲酯摩尔数)]÷(进料中乙酸甲酯摩尔数)×(100%)

丙烯酸及丙烯酸甲酯选择性=(出料中丙烯酸及丙烯酸甲酯的碳摩尔数)÷(所有产物总碳摩尔数-二甲醚碳摩尔数)×(100%)

本申请的实施例中产物含有大量的二甲醚,在工业上通过将其循环可重新补充原料,因此,计算选择性时并未考虑二甲醚产物。

1催化剂制备例

1.1磷酸铝分子筛

SAPO-34、DNL-6由大连化学物理研究所按照水热方法制备。原粉经过550℃焙烧4小时,经挤压分别制得20-40目的1#、2#催化剂备用。

1.2硅铝分子筛

分别将100克焙烧好的原子硅铝比分别为2.5、6.5、20、21.5的Na-Y、Na-MOR、βeta和Na-ZSM-5分子筛用0.5mol/L的硝酸铵水溶液交换三次,每次为2小时,用去离子水洗涤,干燥,在550℃焙烧4小时,得到氢型Y分子筛、氢型MOR分子筛、氢型βeta分子筛和氢型ZSM-5分子筛,经挤压分别制备得到20-40目的3#、4#、5#、6#催化剂。

1.3氢型MOR硅铝分子筛成型

取80g原子硅铝比为6.5的Na-MOR分子筛、28g拟薄水铝石与10%稀硝酸混合均匀后挤条成型,在550℃焙烧4小时,用0.5mol/L硝酸铵交换三次,每次2小时,用去离子水洗涤,干燥,在550℃焙烧4小时,制得催化剂7#。

取80g原子硅铝比为6.5的Na-MOR分子筛、20g拟薄水铝石与10%稀硝酸混合均匀后挤条成型,在550℃焙烧4小时,用0.5mol/L硝酸铵交换三次,每次2小时,用去离子水洗涤,干燥,在550℃焙烧4小时,制得催化剂8#。

取80g原子硅铝比为6.5的Na-MOR分子筛、50g拟薄水铝石与10%稀硝酸混合均匀后挤条成型,在550℃焙烧4小时,用0.5mol/L硝酸铵交换三次,每次2小时,用去离子水洗涤,干燥,在550℃焙烧4小时,制得催化剂9#。

1.4负载型M/ZSM-5催化剂

采用等体积浸渍法制备负载型M/ZSM-5催化剂。分别将2.02gKNO3、3.24g Cs2CO3和1.88g Cu(NO3)2溶于18ml去离子水中,配成相应的硝酸盐水溶液。将20g 6#催化剂分别加入上述盐溶液中,静置24小时,然后经分离,去离子水洗涤,所得样品在120℃烘箱中干燥12小时,干燥后的样品置于马弗炉中,以2℃/min升温速率升至处理温度550℃,焙烧4h,分别制备得到10#、11#、12#催化剂。

2合成例

2.1不同分子筛上的羟醛缩合反应

分别将具有不同拓扑结构的1#-12#酸性分子筛在40MPa压力进行下压片,筛选20-40目的颗粒进行测试。将分子筛催化剂装填于固定床反应器之中,对催化剂进行预活化,其条件为N2流速30ml/min,以2℃/min的速率升至500℃,并在500℃恒温1小时,然后在氮气气氛下降至所需的反应温度350℃,用氮气将反应体系的压力升至3MPa,甲缩醛和醋酸甲酯摩尔比为2/1,原料总质量空速为0.3h-1,在该条件下羟醛缩合反应结果如表1所示。

表1用于醋酸甲酯与甲缩醛羟醛缩合反应的催化剂的评价结果

2.2在不同反应温度下羟醛缩合反应结果

将0.5g 6#催化剂装入内径为8毫米固定床反应器中,氮气气氛下以2℃/min升温速率升至500℃,保持1小时,然后于氮气气氛下降至所需反应温度,并用氮气将反应体系压力提升至3MPa。将反应原料自上而下通入反应器中,甲缩醛与醋酸甲酯的摩尔比为2/1,原料总质量空速为0.3h-1,不同反应温度下羟醛缩合反应结果示于表2。

表2不同反应温度下羟醛缩合反应的评价结果

2.3在不同反应压力下羟醛缩合反应结果

将0.5g 6#催化剂装入内径为8毫米固定床反应器中,氮气气氛下以2℃/min升温速率升至500℃,保持1小时,然后于氮气气氛下降至350℃,并用氮气将反应体系压力提升至反应所需压力。将反应原料自上而下通入反应器中,甲缩醛与醋酸甲酯的摩尔比为2/1,原料总质量空速为0.3h-1,不同反应压力下羟醛缩合反应结果示于表3。

表3不同反应压力下酸性分子筛上羟醛缩合反应结果

反应压力(MPa) 0.2 3 5 甲缩醛转化率(%) 100.0 95.1 90.2 醋酸甲酯转化率(%) 12.5 28.0 31.2 丙烯酸及丙烯酸甲酯选择性(%) 9.4 43.5 47.5

2.4在不同甲缩醛与醋酸甲酯摩尔比下羟醛缩合反应结果

将0.5g 6#催化剂装入内径为8毫米固定床反应器中,氮气气氛下以2℃/min升温速率升至500℃,保持1小时,然后于氮气气氛下降至350℃,并用氮气将反应体系压力提升至反应所需压力3MPa。将反应原料自上而下通入反应器,原料总质量空速为0.3h-1,甲缩醛与醋酸甲酯摩尔比为2/1,1/1,1/10,其羟醛缩合反应结果见表4。

表4不同甲缩醛与醋酸甲酯摩尔比下羟醛缩合反应结果

甲缩醛与醋酸甲酯摩尔比 2/1 1/1 1/10 甲缩醛转化率(%) 95.1 98.4 100.0 醋酸甲酯转化率(%) 28.0 20.3 18.7 丙烯酸及丙烯酸甲酯选择性(%) 43.5 50.9 38.6

2.5甲缩醛与不同脂肪酸酯类在酸性分子筛上羟醛缩合反应结果

将0.5g 6#催化剂装入内径为8毫米固定床反应器中,氮气气氛下以2℃/min升温速率升至500℃,保持1小时,然后于氮气气氛下降至350℃,并用氮气将反应体系压力提升至反应所需压力3MPa。将反应原料自上而下通入反应器中,原料总质量空速为0.3h-1,甲缩醛与不同脂肪酸酯类原料的摩尔比为2/1,其羟醛缩合反应结果示于表5。

表5甲缩醛与不同脂肪酸酯在酸性分子筛上的羟醛缩合反应结果

2.6不同原料质量空速下羟醛缩合反应结果

使用6#催化剂,反应温度为350℃,原料总质量空速为0.3h-1,1.0h-1,2.0h-1,其他条件同实施例2.1,反应结果见表6。

表6不同原料质量空速下羟醛缩合反应结果

2.7不同反应器类型的反应结果

使用7#催化剂,反应温度为350℃,反应器分别为流化床反应器和移动床反应器,其它条件同实施例2.1。反应结果见表7。

表7在不同反应器类型下在酸性分子筛上羟醛缩合反应结果

反应器类型 固定床 移动床 甲缩醛转化率(%) 72.3 80.1 醋酸甲酯转化率(%) 16.6 11.2 丙烯酸及丙烯酸甲酯选择性(%) 6.2 8.9

2.8不同反应气氛下的反应结果

使用10#催化剂,反应温度为350℃,反应气氛分别为N2、H2、He、CO,其它条件同实施例2.1。反应结果见表8。

表8在不同反应气氛下在酸性分子筛上羟醛缩合反应结果

以上已对本发明进行了详细描述,但本发明并不局限于本文所描述具体实施方式。本领域技术人员理解,在不背离本发明范围的情况下,可以作出其他更改和变形。本发明的范围由所附权利要求限定。

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201611052193.0 (22)申请日 2016.11.25 (71)申请人 中国科学院大连化学物理研究所 地址 116023 辽宁省大连市中山路457号 (72)发明人 马占玲朱文良马现刚刘红超 刘勇倪友明刘世平陈其伟 刘中民 (74)专利代理机构 中科专利商标代理有限责任 公司 11021 代理人 牛海军 (51)Int.Cl. C07C 51/353(2006.01) C07C 57/04(2006.01) C07C 67/24(2006.01) C07C 69/54。

2、(2006.01) B01J 29/85(2006.01) B01J 29/65(2006.01) B01J 29/08(2006.01) B01J 29/40(2006.01) B01J 29/70(2006.01) (54)发明名称 一种制备不饱和低级脂肪酸酯的方法 (57)摘要 本发明提供一种制备不饱和低级脂肪酸酯 的方法, 所述方法包括将甲缩醛(DMM)与分子式 为R1-CH2COOR2的低级脂肪酸或酯在惰性气氛下 于酸性分子筛催化剂上进行羟醛缩合反应, 得到 一种不饱和低级脂肪酸或酯(CH2C(R1)-COO- R2), 其中R1和R2分别独立地表示H-或C1-C4饱和 烷基基团。 。

3、本发明提供的制备低级不饱和脂肪酸 酯的方法, 具有催化剂反应活性高、 活性成分不 易流失及制备过程简单等优点, 具有良好的工业 应用前景。 权利要求书1页 说明书8页 CN 108101768 A 2018.06.01 CN 108101768 A 1.一种制备不饱和低级脂肪酸或酯的方法, 所述方法包括将甲缩醛与分子式为R1- CH2COOR2的酸或酯于载有酸性分子筛催化剂的反应器中进行羟醛缩合反应, 得到相应的不 饱和低级脂肪酸或酯, 其中所述R1和R2分别独立地为H-、 CH3-、 CH3CH2-、 CH3(CH2)2-或CH3 (CH2)3-。 2.根据权利要求1所述的方法, 其中将所述。

4、不饱和低级脂肪酸或酯进一步加氢以生产 对应的饱和醇类。 3.根据权利要求1所述的方法, 其中所述R1和R2分别为H-或CH3-。 4.根据权利要求1所述的方法, 其中所述酸性分子筛催化剂包含硅铝分子筛和磷酸铝 分子筛中的任意一种或其组合。 5.根据权利要求1所述的方法, 其中所述酸性分子筛催化剂的拓扑结构包括RHO、 CHA、 FER、 MFI、 MOR、 FAU、 eta中的任意一种或其组合。 6.根据权利要求5所述的方法, 其中所述酸性分子筛催化剂包含SAPO-34分子筛、 DNL-6 分子筛、 ZSM-35分子筛、 ZSM-5分子筛、 MOR分子筛、 Y分子筛、 eta分子筛和MCM-2。

5、2分子筛中 的任意一种或其组合。 7.根据权利要求4所述的方法, 其中所述酸性分子筛催化剂中的硅铝分子筛的原子硅 铝比为1-50。 8.根据权利要求7所述的方法, 其中所述酸性分子筛催化剂中的硅铝分子筛的原子硅 铝比为2-25。 9.根据权利要求4所述的方法, 其中所述酸性分子筛催化剂还包含经所述分子筛的骨 架组成元素以外的元素改性得到的产物。 10.根据权利要求9所述的方法, 其中所述酸性分子筛催化剂还包含选自钾、 铯、 铜中的 一种或几种金属元素。 11.根据权利要求10所述的方法, 其中所述金属元素通过原位合成、 金属离子交换或浸 渍的方法引入到所述酸性分子筛催化剂中。 12.根据权利要。

6、求11所述的方法, 其中基于所述酸性分子筛催化剂的总重量, 所述金属 元素以金属单质计的重量百分数为0.01wt-10.0wt。 13.根据权利要求1、 4-12中任意一项所述的方法, 其中所述酸性分子筛催化剂包含选 自氧化铝、 二氧化硅、 氧化锆和氧化镁中的任意一种或其组合作为粘结剂。 14.根据权利要求13所述的方法, 其中基于所述酸性分子筛催化剂的总重量, 所述粘结 剂的含量为0wt-50wt。 15.根据权利要求1所述的方法, 其中甲缩醛与所述酸或酯的摩尔比为1/20-5/1; 原料 的总的质量空速为0.05-10.0h-1; 反应温度为200-400; 并且反应压力为0.2-15.0。

7、MPa。 16.根据权利要求15所述的方法, 其中甲缩醛与所述酸或酯的摩尔比为1/10-2/1; 原料 的总的质量空速为0.3-2.0h-1; 反应温度为250-350; 并且反应压力为0.2-5.0MPa。 17.根据权利要求1所述的方法, 其中所述羟醛缩合反应在固定床反应器、 流化床反应 器或釜式反应器中进行。 18.根据权利要求1所述的方法, 其中所述羟醛缩合反应在包含N2、 He、 Ar、 CH4、 C2H6、 H2、 CO、 CO2中的任意一种或其组合的气氛中进行。 权利要求书 1/1 页 2 CN 108101768 A 2 一种制备不饱和低级脂肪酸酯的方法 技术领域 0001 本。

8、发明涉及一种制备不饱和低级脂肪酸酯的方法, 特别涉及醋酸甲酯与甲缩醛发 生羟醛缩合反应来制备丙烯酸及丙烯酸甲酯的方法。 背景技术 0002 丙烯酸及丙烯酸甲酯是一种重要的化工原料, 可作为涂料、 絮凝剂、 分散剂和粘结 剂等使用, 在建筑、 水处理、 日用化工、 土壤处理及皮革等行业被广泛应用, 与人们的日常生 活息息相关。 目前工业上最常用的制备丙烯酸及丙烯酸甲酯的方法是丙烯两段氧化法, 即 丙烯第一步氧化为丙烯醛, 进一步氧化可得到丙烯酸。 然而其原料丙烯来源于石油, 属于非 可再生资源, 不符合可持续发展理念。 0003 英国路彩特公司于2010年首次利用羟醛缩合反应完成了甲基丙烯酸及其。

9、酯的工 业化生产, 年产量为12000吨。 该方法第一步利用乙烯、 一氧化碳和甲醇等原料合成丙酸甲 酯, 将产物分离得到纯净的丙酸甲酯; 第二步将丙酸甲酯和甲醇通入载有氧化铯碱性催化 剂的固定床反应器, 后续经过粗分离、 精馏即可得到甲基丙烯酸甲酯。 这一方法充分利用煤 炭基原料甲醇和一氧化碳, 与我国多煤、 少油、 贫气的能源结构非常相符, 为我们工业化制 备丙烯酸及其酯提供了一条全新的路线。 醋酸及醋酸甲酯是重要的有机化工原料, 可由煤 炭基原料甲醇羰基化制得。 随着C1化学的迅速发展, 导致醋酸及醋酸甲酯产能过剩。 以廉价 原料醋酸及醋酸甲酯为原料, 通过与甲醛发生羟醛缩合反应可以制备丙。

10、烯酸及丙烯酸甲 酯, 这为可持续制备丙烯酸及丙烯酸甲酯提供了一条可行路线。 0004 1967年, 专利JP71016728-B利用醋酸、 丙酸和甲酸于负载碱土金属氧化物的二氧 化硅催化剂上发生羟醛缩合反应来制备丙烯酸或甲基丙烯酸产物。 1966年, James F.Vitcha(I&EC product research and development1966,5:50-53)制备了碱土金属负载 的Decalsos分子筛催化剂, 催化醋酸和甲醛发生羟醛缩合反应来制备丙烯酸及其酯, 其中 甲醛由福尔马林水溶液提供。 Debraj Saha(Dalton Trans.2014,43:130061。

11、3017)于2014 年制备了两种碱土金属负载的Mg-MOF和Ca-MOF材料, 可以很好地催化羟醛缩合反应的进 行。 Mamoru Ai(Bull.Chem.Soc.Jpn.1990,63:1217-1220; Bull.Chem.Soc.Jpn.1990,63: 3722-3724等)制备了一系列的V-P-O复合催化剂, 它们可以有效地催化丙酸(酯)或醋酸 (酯)发生羟醛缩合反应来制备低级不饱和脂肪酸酯。 0005 上述文献研究的羟醛缩合反应所采用的催化剂多是碱性催化剂或酸碱双官能团 催化剂, 其制备过程一般采用浸渍、 离子交换、 共沉淀等方法将活性组分负载于载体上, 存 在着制备繁琐、 。

12、影响因素复杂且重复性低以及活性成分易流失等缺点, 无法满足工业化大 规模生产的需求。 发明内容 0006 本发明的目的是提供一种新的生产不饱和低级脂肪酸酯的方法。 0007 羟醛缩合反应不仅可以在碱性催化剂下进行, 在酸性条件下同样可以顺利的进 说明书 1/8 页 3 CN 108101768 A 3 行。 为避免产物难分离等问题, 可以采用工业上广泛生产的固体酸分子筛作为催化剂。 固体 酸分子筛具有孔结构丰富、 制备简单、 来源广泛等优点, 用其来催化羟醛缩合反应具有良好 的工业应用前景。 0008 基于此, 本发明提供了一种生产不饱和低级脂肪酸酯的新方法, 所述方法包括将 甲缩醛(DMM)。

13、与分子式为R1-CH2-COO-R2的酸或酯于载有酸性分子筛催化剂的反应器中进行 羟醛缩合反应, 得到相应的不饱和低级脂肪酸或酯, 其中所述R1和R2分别独立地为H-、 CH3-、 CH3CH2-、 CH3(CH2)2-或CH3(CH2)3-等基团。 0009 在一个优选实施方案中, 将所述不饱和低级脂肪酸或酯进一步加氢以生产对应的 饱和醇类。 0010 在一个优选实施方案中, 所述R1和R2分别为H-或CH3-。 0011 在一个优选实施方案中, 所述甲缩醛(DMM)与低级饱和酸酯R1-CH2-COO-R2通过高 压泵或饱和气体分别携带进入反应管内与酸性分子筛催化剂发生接触。 0012 在一。

14、个优选实施方案中, 所述酸性分子筛催化剂包含硅铝分子筛和磷酸铝分子筛 中的任意一种或其组合; 优选地, 所述酸性分子筛催化剂的拓扑结构包括RHO、 CHA、 FER、 MFI、 MOR、 FAU、 eta中的任意一种或其组合; 更为优选地, 所述酸性分子筛催化剂包含SAPO- 34分子筛、 DNL-6分子筛、 ZSM-35分子筛、 ZSM-5分子筛、 MOR分子筛、 Y分子筛、 eta分子筛和 MCM-22分子筛中的任意一种或其组合。 0013 在一个优选实施方案中, 所述酸性分子筛催化剂中的硅铝分子筛的原子硅铝比为 1-50, 优选为2.5-25。 0014 在一个优选实施方案中, 所述酸性。

15、分子筛催化剂还包含经所述分子筛的骨架组成 元素以外的元素改性得到的产物。 0015 在一个优选实施方案中, 所述酸性分子筛催化剂还包含选自钾、 铯、 铜中的一种或 几种金属元素; 所述金属元素通过原位合成、 金属离子交换或浸渍等方法引入所述酸性分 子筛催化剂中; 基于所述酸性分子筛催化剂的总重量, 所述金属元素以金属单质计的重量 百分数为0.01wt-10.0wt。 0016 在一个优选实施方案中, 所述酸性分子筛催化剂包含选自氧化铝、 二氧化硅、 氧化 锆和氧化镁中的任意一种或其组合作为粘结剂; 基于所述酸性分子筛催化剂的总重量, 所 述粘结剂的含量为0wt-50wt。 0017 在一个优选。

16、实施方案中, 所述原料气中甲缩醛(DMM)与低级饱和酸酯的摩尔比为 1/20-5/1, 优选为1/10-2/1。 0018 在一个优选实施方案中, 所述羟醛缩合反应在200-400的温度和0.2-15.0MPa压 力下进行, 优选为250-350和0.2-5.0MPa。 0019 在一个优选实施方案中, 所述原料的总质量空速为0.05-10.0h-1, 优选为0.3- 2.0h-1。 0020 在一个优选实施方案中, 所述的羟醛缩合反应在固定床反应器、 流化床反应器或 釜式反应器中进行。 0021 在一个优选实施方案中, 所述羟醛缩合反应在包含N2、 He、 Ar、 CH4、 C2H6、 H2。

17、、 CO、 CO2 中的任意一种或其组合的气氛中进行。 0022 本发明提供了一种制备不饱和低级脂肪酸酯的新方法, 特别是丙烯酸及丙烯酸甲 说明书 2/8 页 4 CN 108101768 A 4 酯的新方法, 该方法在酸性分子筛催化剂上进行, 具有反应活性高、 催化剂工业化制备简 单、 催化活性成分不易流失等特点, 具有良好的工业应用前景。 具体实施方式 0023 本发明提供了一种分子式为R1-CH2-COO-R2的酸或酯与甲缩醛(DMM)于载有酸性分 子筛的反应器中进行羟醛缩合反应, 制备得到不饱和低级脂肪酸或酯(CH2C(R1)-COO- R2), 其中R1和R2分别独立地为H-、 CH。

18、3-、 CH3CH2-、 CH3(CH2)2-或CH3(CH2)3-等基团。 0024 在一个特定实施方式中, 本发明提供一种通过醋酸甲酯和甲缩醛在酸性分子筛催 化剂上进行羟醛缩合制备丙烯酸及其酯的方法。 0025 优选地, 本发明使用的所述酸性分子筛催化剂中的硅铝分子筛的原子硅铝比为1- 50, 更优选为2.5-25。 0026 优选地, 所述酸性分子筛催化剂还包含选自钾、 铯、 铜中的一种或几种金属元素; 所述金属元素通过原位合成、 金属离子交换或浸渍等方法引入所述酸性分子筛催化剂中; 优选地, 基于所述酸性分子筛催化剂的总重量, 所述金属元素以金属单质计的重量百分数 为0.01wt-10。

19、.0wt。 0027 优选地, 本发明使用的所述酸性分子筛催化剂包含选自氧化铝、 二氧化硅、 氧化锆 和氧化镁中的任意一种或其组合作为粘结剂; 优选地, 基于所述酸性分子筛催化剂的总重 量, 所述粘结剂的含量为0wt-50wt。 0028 优选地, 本发明使用的低级脂肪酸酯为醋酸甲酯, 羟醛缩合反应后得到丙烯酸及 丙烯酸甲酯。 0029 优选地, 本发明使用的羟醛缩合反应在温度为200-400; 反应压力为0 .2- 5.0MPa; 总原料的质量空速为0.3-2.0h-1的条件下进行。 0030 优选地, 本发明使用羟醛缩合反应器为固定床反应器、 流化床反应器或釜式反应 器。 0031 优选地。

20、, 所述羟醛缩合反应在包含N2、 He、 Ar、 CH4、 C2H6、 H2、 CO、 CO2中的任意一种或 其组合的气氛中进行。 0032 此外, 尽管无需特别限制, 但在优选的羟醛缩合反应中, 甲缩醛和醋酸甲酯的摩尔 比在1/10-2/1的范围。 0033 实施例 0034 以下通过一些实施例对本发明做出详细表述, 但本发明并不局限于这些实施例。 0035 磷酸铝分子筛DNL-6、 SAPO-34由大连化学物理研究所分别根据Microporous and Mesoporous Materials 144(2011)113-119及Microporous and Mesoporous Mat。

21、erials 111(2008)143-149文献中报道的方法生产和提供; 其余分子筛及相关原料均是通过商业途 径购买。 0036 本申请的实施例中分析方法及条件如下: 0037 原料及产物由安捷伦公司的Aligent 7890A气相色谱, 采用安捷伦公司的FFAP毛 细柱在线检测。 0038 根据本申请的一种实施方式, 选用固定床反应器, 原料总质量空速为0.3-2.0h-1, 反应温度为200-400, 反应压力0.2-5.0MPa。 原料由以下方式进入反应器: 说明书 3/8 页 5 CN 108101768 A 5 0039 原料醋酸甲酯和甲缩醛于水浴(20)下恒温, 通入氮气N2进行。

22、鼓泡, 携带原料的 饱和蒸汽进入固定床反应器中, 根据氮气流速可以调节进入反应器中原料的物质的量。 不 同温度条件下原料的饱和蒸汽压可由以下公式进行计算: 0040 lg P*AB/(t+C) 0041 其中A、 B、 C分别代表不同原料的物性参数, 可查询兰氏化学手册得知, t代表温度。 这样就可以计算任意温度下原料的饱和蒸气压。 通过饱和蒸气压可以计算出单位时间里进 入到反应器中原料的物质的量。 0042 甲缩醛转化率(进料中甲缩醛摩尔数)(出料中甲缩醛摩尔数)(进料中甲 缩醛摩尔数)(100) 0043 乙酸甲酯转化率(进料中乙酸甲酯摩尔数)(出料中乙酸甲酯摩尔数)(进 料中乙酸甲酯摩尔。

23、数)(100) 0044 丙烯酸及丙烯酸甲酯选择性(出料中丙烯酸及丙烯酸甲酯的碳摩尔数)(所有 产物总碳摩尔数二甲醚碳摩尔数)(100) 0045 本申请的实施例中产物含有大量的二甲醚, 在工业上通过将其循环可重新补充原 料, 因此, 计算选择性时并未考虑二甲醚产物。 0046 1催化剂制备例 0047 1.1磷酸铝分子筛 0048 SAPO-34、 DNL-6由大连化学物理研究所按照水热方法制备。 原粉经过550焙烧4 小时, 经挤压分别制得20-40目的1#、 2#催化剂备用。 0049 1.2硅铝分子筛 0050 分别将100克焙烧好的原子硅铝比分别为2.5、 6.5、 20、 21.5。

24、的Na-Y、 Na-MOR、 eta 和Na-ZSM-5分子筛用0.5mol/L的硝酸铵水溶液交换三次, 每次为2小时, 用去离子水洗涤, 干燥, 在550焙烧4小时, 得到氢型Y分子筛、 氢型MOR分子筛、 氢型 eta分子筛和氢型ZSM-5 分子筛, 经挤压分别制备得到20-40目的3#、 4#、 5#、 6#催化剂。 0051 1.3氢型MOR硅铝分子筛成型 0052 取80g原子硅铝比为6.5的Na-MOR分子筛、 28g拟薄水铝石与10稀硝酸混合均匀 后挤条成型, 在550焙烧4小时, 用0.5mol/L硝酸铵交换三次, 每次2小时, 用去离子水洗 涤, 干燥, 在550焙烧4小时,。

25、 制得催化剂7#。 0053 取80g原子硅铝比为6.5的Na-MOR分子筛、 20g拟薄水铝石与10稀硝酸混合均匀 后挤条成型, 在550焙烧4小时, 用0.5mol/L硝酸铵交换三次, 每次2小时, 用去离子水洗 涤, 干燥, 在550焙烧4小时, 制得催化剂8#。 0054 取80g原子硅铝比为6.5的Na-MOR分子筛、 50g拟薄水铝石与10稀硝酸混合均匀 后挤条成型, 在550焙烧4小时, 用0.5mol/L硝酸铵交换三次, 每次2小时, 用去离子水洗 涤, 干燥, 在550焙烧4小时, 制得催化剂9#。 0055 1.4负载型M/ZSM-5催化剂 0056 采用等体积浸渍法制备负。

26、载型M/ZSM-5催化剂。 分别将2.02gKNO3、 3.24g Cs2CO3和 1.88g Cu(NO3)2溶于18ml去离子水中, 配成相应的硝酸盐水溶液。 将20g 6#催化剂分别加入 上述盐溶液中, 静置24小时, 然后经分离, 去离子水洗涤, 所得样品在120烘箱中干燥12小 时, 干燥后的样品置于马弗炉中, 以2/min升温速率升至处理温度550, 焙烧4h, 分别制 说明书 4/8 页 6 CN 108101768 A 6 备得到10#、 11#、 12#催化剂。 0057 2合成例 0058 2.1不同分子筛上的羟醛缩合反应 0059 分别将具有不同拓扑结构的1#-12#酸性。

27、分子筛在40MPa压力进行下压片, 筛选20- 40目的颗粒进行测试。 将分子筛催化剂装填于固定床反应器之中, 对催化剂进行预活化, 其 条件为N2流速30ml/min, 以2/min的速率升至500, 并在500恒温1小时, 然后在氮气气 氛下降至所需的反应温度350, 用氮气将反应体系的压力升至3MPa, 甲缩醛和醋酸甲酯摩 尔比为2/1, 原料总质量空速为0.3h-1, 在该条件下羟醛缩合反应结果如表1所示。 0060 表1用于醋酸甲酯与甲缩醛羟醛缩合反应的催化剂的评价结果 0061 0062 2.2在不同反应温度下羟醛缩合反应结果 0063 将0.5g 6#催化剂装入内径为8毫米固定床。

28、反应器中, 氮气气氛下以2/min升温 速率升至500, 保持1小时, 然后于氮气气氛下降至所需反应温度, 并用氮气将反应体系压 力提升至3MPa。 将反应原料自上而下通入反应器中, 甲缩醛与醋酸甲酯的摩尔比为2/1, 原 料总质量空速为0.3h-1, 不同反应温度下羟醛缩合反应结果示于表2。 0064 表2不同反应温度下羟醛缩合反应的评价结果 说明书 5/8 页 7 CN 108101768 A 7 0065 0066 2.3在不同反应压力下羟醛缩合反应结果 0067 将0.5g 6#催化剂装入内径为8毫米固定床反应器中, 氮气气氛下以2/min升温 速率升至500, 保持1小时, 然后于氮。

29、气气氛下降至350, 并用氮气将反应体系压力提升 至反应所需压力。 将反应原料自上而下通入反应器中, 甲缩醛与醋酸甲酯的摩尔比为2/1, 原料总质量空速为0.3h-1, 不同反应压力下羟醛缩合反应结果示于表3。 0068 表3不同反应压力下酸性分子筛上羟醛缩合反应结果 0069 反应压力(MPa)0.235 甲缩醛转化率()100.095.190.2 醋酸甲酯转化率()12.528.031.2 丙烯酸及丙烯酸甲酯选择性()9.443.547.5 0070 2.4在不同甲缩醛与醋酸甲酯摩尔比下羟醛缩合反应结果 0071 将0.5g 6#催化剂装入内径为8毫米固定床反应器中, 氮气气氛下以2/mi。

30、n升温 速率升至500, 保持1小时, 然后于氮气气氛下降至350, 并用氮气将反应体系压力提升 至反应所需压力3MPa。 将反应原料自上而下通入反应器, 原料总质量空速为0.3h-1, 甲缩醛 与醋酸甲酯摩尔比为2/1, 1/1, 1/10, 其羟醛缩合反应结果见表4。 0072 表4不同甲缩醛与醋酸甲酯摩尔比下羟醛缩合反应结果 0073 甲缩醛与醋酸甲酯摩尔比2/11/11/10 甲缩醛转化率()95.198.4100.0 醋酸甲酯转化率()28.020.318.7 丙烯酸及丙烯酸甲酯选择性()43.550.938.6 0074 2.5甲缩醛与不同脂肪酸酯类在酸性分子筛上羟醛缩合反应结果 。

31、0075 将0.5g 6#催化剂装入内径为8毫米固定床反应器中, 氮气气氛下以2/min升温 速率升至500, 保持1小时, 然后于氮气气氛下降至350, 并用氮气将反应体系压力提升 至反应所需压力3MPa。 将反应原料自上而下通入反应器中, 原料总质量空速为0.3h-1, 甲缩 说明书 6/8 页 8 CN 108101768 A 8 醛与不同脂肪酸酯类原料的摩尔比为2/1, 其羟醛缩合反应结果示于表5。 0076 表5甲缩醛与不同脂肪酸酯在酸性分子筛上的羟醛缩合反应结果 0077 0078 2.6不同原料质量空速下羟醛缩合反应结果 0079 使用6#催化剂, 反应温度为350, 原料总质量。

32、空速为0.3h-1, 1.0h-1, 2.0h-1, 其他 条件同实施例2.1, 反应结果见表6。 0080 表6不同原料质量空速下羟醛缩合反应结果 0081 0082 0083 2.7不同反应器类型的反应结果 0084 使用7#催化剂, 反应温度为350, 反应器分别为流化床反应器和移动床反应器, 其它条件同实施例2.1。 反应结果见表7。 0085 表7在不同反应器类型下在酸性分子筛上羟醛缩合反应结果 0086 反应器类型固定床移动床 甲缩醛转化率()72.380.1 醋酸甲酯转化率()16.611.2 丙烯酸及丙烯酸甲酯选择性()6.28.9 0087 2.8不同反应气氛下的反应结果 0088 使用10#催化剂, 反应温度为350, 反应气氛分别为N2、 H2、 He、 CO, 其它条件同实施 例2.1。 反应结果见表8。 0089 表8在不同反应气氛下在酸性分子筛上羟醛缩合反应结果 0090 0091 以上已对本发明进行了详细描述, 但本发明并不局限于本文所描述具体实施方 说明书 7/8 页 9 CN 108101768 A 9 式。 本领域技术人员理解, 在不背离本发明范围的情况下, 可以作出其他更改和变形。 本发 明的范围由所附权利要求限定。 说明书 8/8 页 10 CN 108101768 A 10 。

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