一种合成气一步法制异丙醇的方法技术

一种合成气一步法制异丙醇的方法，以合成气(CO/H2)为反应原料，在多功能复合催化剂上实现C

【技术实现步骤摘要】
一种合成气一步法制异丙醇的方法


[0001]本专利技术涉及异丙醇的合成方法，尤其是涉及一种合成气一步法制异丙醇的方法，特别在多功能复合催化剂上CO加氢一步法制异丙醇。

技术介绍

[0002]当前我国资源禀赋呈富煤贫油少气的特点，发展非石油基碳基资源制备高附加值化学品和液体燃料迫在眉睫。煤、天然气、生物质、二氧化碳可经过气化、重整或还原制得合成气，而以合成气作为平台化合物可直接转化为高附加值化学品。然而除了合成甲烷、甲醇外，合成气催化转化生成的目标产物碳数分布均较宽，因此如何调控特定碳数范围的产物实现单一产物的选择性合成引起了广泛的关注。
[0003]异丙醇作为一种极其重要的C3化学品和基础化工原料，广泛应用于制药、塑料、化妆品、香料、涂料等行业，亦可作为色谱分析标准物测定金属，及作为溶剂大量应用于橡胶、涂料、虫胶、生物碱、硝基纤维素等的生产。目前异丙醇可用粮食发酵生产，但该法需耗费大量硫酸，会造成设备腐蚀。亦可采用丙烯直接水合法，但该工艺丙烯单程转化率低，异丙醇选择性低，丙烯原料需大量循环，动力能源消耗大、成本高(CN203417661U)。因此，发展异丙醇高选择性合成的新方法和新工艺引起了研究者的广泛关注。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供一种合成气一步法制异丙醇的方法，实现目标产物异丙醇的高选择性合成。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种合成气一步法制异丙醇的方法，包括以下步骤：
[0007]1)采用多床层的方式将催化剂依次装填于反应器内，通入气体对催化剂进行预处理；其中，甲醇合成催化剂置于第一床层，甲醇羰基化催化剂置于第二床层，乙酸酮基化催化剂置于第三床层，丙酮加氢催化剂置于第四床层；甲醇合成催化剂:甲醇羰基化催化剂:乙酸酮基化催化剂:丙酮加氢催化剂的质量比为(1.0～2.0):(0.5～4.0):(0.5～4.0):(0.5～4.0)；
[0008]2)通入合成气，进行催化反应，获得异丙醇为主的产物。
[0009]步骤1)中，所述催化剂进行预处理的方法是：通入氢气或氢气与惰性气体的混合气，以1.0～10℃/min速率升温至200～600℃，并保持1.0～10h，然后切换成惰性气体吹扫0.1～5.0h。
[0010]步骤2)中，所述催化反应的具体方法为：催化剂经预处理后，温度降低至30～300℃，通入合成气，其中H2与CO的体积比为(0.25～5.0):1，控制反应温度为200～500℃，反应压力为0.5～7.0MPa，合成气空速为500～20000h
‑1，合成气经过催化剂床层反应得到目标产物异丙醇。
[0011]所述的甲醇合成催化剂选自Cu
‑
ZnO
‑
Al2O3、Pd
‑
ZnO
‑
Al2O3、ZnO
‑
Cr2O3‑
Al2O3、ZnO
‑
Cr2O3、ZnO
‑
ZrO2、ZnO
‑
Al2O3、CeO2‑
ZrO2、In2O3‑
ZnO中的至少一种。
[0012]所述的甲醇羰基化催化剂选自具有MOR、FER、ZSM
‑
5、EU
‑
12型沸石分子筛中的至少一种；所述分子筛具有微孔结构，其中，微孔的孔径为0.1～1.0nm，微孔的孔容为0.01～1.0cm3/g。
[0013]所述的甲醇羰基化催化剂可采用金属修饰、吡啶蒸汽吸附及水蒸气选择性脱铝的至少一种方法进行处理。
[0014]所述的乙酸酮基化催化剂，记为x wt.％MO
n
/Y，其中MO
n
为金属氧化物，x wt.％为MO
n
在MO
n
/Y的质量占比，取值范围为5.0％～50％，M为Ce、Mn、Zr、La、Pr、Nd中的至少一种，Y为H
‑
MOR、H
‑
ZSM
‑
5、Al2O3、SiO2、TiO2、MgO、CaCO3中的至少一种。
[0015]所述的丙酮加氢催化剂为泡沫铜、泡沫镍、泡沫铁中的至少一种。
[0016]相对于现有技术，本专利技术技术方案取得的有益效果是：
[0017]1、该过程为新工艺路线，以合成气为原料一步法制异丙醇，该工艺整体简单，提升了催化效率，且反应中无需分离中间产物，大幅减少了设备使用，并降低能耗和成本；
[0018]2、通过接力催化，耦合了合成气制甲醇、甲醇多相羰基化制乙酸、乙酸酮基化制丙酮和丙酮加氢制异丙醇，其中负责合成甲醇的金属/金属氧化物将CO活化加氢生成甲醇，具有甲醇羰基化活性位点的沸石分子筛将甲醇进一步催化制得乙酸，乙酸则在负载型金属氧化物上转化为丙酮，而后丙酮进一步在负载型泡沫金属材料加氢制得目标产物异丙醇，实现了C
‑
C精准偶联，高选择性制备C3产物；
[0019]3、该催化体系具有优异的反应性能，在合适的催化剂和反应条件下，异丙醇选择性可达80％以上；
[0020]4、本专利技术中涉及的多功能催化剂制备过程简单可控，制备方法简易，易于进一步放大化制备，催化剂成本较低，产品附加值高，具有良好的经济效益和工业应用前景。
具体实施方式
[0021]为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合实施例，对本专利技术做进一步详细说明。
[0022]实施例1
[0023]称取0.5g ZnO
‑
Cr2O3‑
Al2O3(Zn/Cr/Al摩尔比为4.0:3.0:1.0)、1.0g ZSM
‑
5(Si/Al＝12)、0.5g 30wt.％MnO2/TiO2和0.5g泡沫Fe，装入石英管中，其中ZnO
‑
Cr2O3‑
Al2O3在顶层，ZSM
‑
5在第二层，30wt.％MnO2/TiO2在第三层，泡沫Fe在底层。通入15％ H2‑
Ar混合气，以5℃/min速率升温至300℃处理3h，后切换为N2吹扫0.5h，降温至250℃，然后通入合成气进行催化反应，其催化反应条件如下：反应温度为250℃，反应压力为3.0MPa，合成气空速为5000h
‑1，合成气中H2与CO的体积比为2.0。反应原料及产物经管路保温进入气相色谱在线分析，具体催化反应性能列于表1中。
[0024]实施例2
[0025]称取0.5g Cu
‑
ZnO
‑
Al2O3(Cu/Zn/Al摩尔比为5.0:2.0:1.0)、1.0g H
‑
MOR(Si/Al＝18)、0.5g 20wt.％La2O3/H
‑
MOR和0.5g泡沫Ni
‑
Cu，装入石英管中，其中Cu
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种合成气一步法制异丙醇的方法，其特征在于包括以下步骤：1)采用多床层的方式将催化剂依次装填于反应器内，通入气体对催化剂进行预处理；其中，甲醇合成催化剂置于第一床层，甲醇羰基化催化剂置于第二床层，乙酸酮基化催化剂置于第三床层，丙酮加氢催化剂置于第四床层；甲醇合成催化剂:甲醇羰基化催化剂:乙酸酮基化催化剂:丙酮加氢催化剂的质量比为(1.0～2.0):(0.5～4.0):(0.5～4.0):(0.5～4.0)；2)通入合成气，进行催化反应，获得异丙醇为主的产物。2.如权利要求1所述的一种合成气一步法制异丙醇的方法，其特征在于，步骤1)中，所述催化剂进行预处理的方法是：通入氢气或氢气与惰性气体的混合气，以1.0～10℃/min速率升温至200～600℃，并保持1.0～10h，然后切换成惰性气体吹扫0.1～5.0h。3.如权利要求1所述的一种合成气一步法制异丙醇的方法，其特征在于，步骤2)中，所述催化反应的具体方法为：催化剂经预处理后，温度降低至30～300℃，通入合成气，其中H2与CO的体积比为(0.25～5.0):1，控制反应温度为200～500℃，反应压力为0.5～7.0MPa，合成气空速为500～20000h
‑1，合成气经过催化剂床层反应得到目标产物异丙醇。4.如权利要求1所述的一种合成气一步法制异丙醇的方法，其特征在于：所述的甲醇合成催化剂选自Cu
‑
ZnO
‑
Al2O3、Pd
‑
ZnO
‑
Al2O3、ZnO

【专利技术属性】
技术研发人员：康金灿，张乐泉，张庆红，王野，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：