一步法合成丙酮下游缩合产品的镍基催化剂制造技术

本发明专利技术公开的催化剂属于丙酮下游产品的应用开发的技术领域，公开以镍为主活性组分，以磷、镧和/或钕为助剂组分，选择具有丰富的酸碱性氧化铝、氧化硅或氧化铝‑氧化硅复合载体促进反应，在较温和的反应条件下使用，采用丙酮一步法生产工艺，产物甲基异丁基酮的收率高于现工业装置使用的钯/树脂催化剂，同时联产异丙醇和高附加值的二异丁基酮。本发明专利技术的催化剂表现出理想的稳定性，其生产成本显著低于现有的钯催化剂，具有较好的经济效益。

One step synthesis of nickel based catalysts for acetone downstream condensation products

The catalyst disclosed in the present invention belongs to the technical field of the application and development of the downstream products of acetone. The catalyst is publicly used as the active component of nickel, with phosphorus, lanthanum and / or neodymium as auxiliaries, and a rich acid alkali alumina, silicon oxide or alumina silica composite carrier is selected to promote reverse, and it is used under mild reaction conditions. The yield of methyl isobutyl ketone is higher than the palladium / resin catalyst used in the present industrial device by one step process of acetone, while isopropanol and two isobutyl ketone with high added value are co produced. The catalyst of the invention shows ideal stability, and its production cost is significantly lower than that of the existing palladium catalyst, and has better economic benefits.

【技术实现步骤摘要】
一步法合成丙酮下游缩合产品的镍基催化剂
本专利技术涉及一种酮缩合的催化剂，更具体地说，涉及一种以丙酮为原料经一步法合成甲基异丁基酮和二异丁基酮的催化剂。
技术介绍
甲基异丁基酮(英文简称MIBK)是一种重要的溶剂和化工中间体，因其性能优异而备受关注，具有芳香酮气味，无色透明，沸点属于中等沸点，溶解力非常强，能与醇、苯、乙醚等众多有机溶剂混溶，可以用作涂料、乙基纤维素、硝化纤维、录音录像带、石蜡、多种天然或合成树脂溶剂、脱蜡剂、稀土金属萃取剂、聚合反应引发剂、表面活性剂、医药、农药萃取剂和橡胶防老剂的原料，是目前较为紧俏的精细石油化工中间体，在许多应用领域具有不可替代性，现在我国仍然每年大量进口。就目前市场看，甲基异丁基酮主要使用丙酮作为原料进行生产。根据反应过程分为三步法和一步法。因一步法具有工艺流程短、投资少、原料转化率高等优点，已经成为主要的合成工艺路线。丙酮三步法生产甲基异丁基酮的过程阐明了丙酮合成甲基异丁基酮的反应历程：缩合、酸催化脱水和选择加氢。随着催化技术的不断发展和进步，人们开始研究将这三种历程集于一体的多功能催化剂。德国Veba-Chemie公司于1968年率先建设一步法生产装置，其丙酮单程转化率为34.4％，MIBK选择性为96.5％。德国Veba和Taxaco两家公司选用强酸性阳离子交换树脂和对烯烃双键有加氢功能的Pd做催化剂，制备比较困难。近年来美国Mobil公司开发了Pd-NSM-5改性沸石催化剂，只需要浸渍、焙烧就可以制备。近年来，我国也开始研究和开发多功能催化剂，例如工业使用的Pd/树脂催化剂、分子筛催化剂，采用无胺法合成ZSM-5分子筛为载体，以金属Pd为活性组分，以金属镍为助催化剂组分，合成甲基异丁基酮。刘自力等采用浸渍法制备BaO/氧化铝催化剂。李红霞以HZSM-5分子筛为载体，负载Pd、Cu、Zn、Ni等多金属活性组分，在反应温度160℃、反应压力18Kg/cm2的液相反应条件下，丙酮的转化率为42.7％，MIBK的选择性高达95.6％，但是没有工业化。申延明等采用沉淀方法制备出Cu-MgO-Al2O3催化剂，丙酮转化率为71.7％，MIBK选择性为51％，文献没有给出催化剂寿命。现在由丙酮使用钯/树脂催化剂制备甲基异丁基酮的工业装置已经不具有盈利空间，多处于低负荷运行或停产状态。业内人士开始寻找甲基异丁基酮更下游的产品以提高装置的经济效益。二异丁基酮(DIBK)是性能优良的高沸点溶剂和有机合成中间体，具有沸点高、相溶性好等优点，广泛应用于真空电镀、皮革涂料、医药、塑胶漆、矿物加工、化工等行业，可用作漆料、食品精制、乙烯树脂涂料和其他合成树脂涂料的溶剂，稀土金属的萃取剂，可作为分散剂用来生产有机气溶胶，可作为生产医药和农药的中间体使用。近年来，二异丁基酮的需求量持续增加，市场前景非常乐观，价格也居高不下。纵观文献和报道，目前工业化的催化剂仍然是Pd/树脂催化剂，催化剂的寿命是9-12个月，并且由该催化剂生产的产品只有甲基异丁基酮，产品单一。其它催化剂尚未见工业化报道。专利技术人经过深入细致的研究，发现制约催化剂稳定性的至关重要的因素是丙酮缩合产生的缩合物，生成的MIBK会进一步发生缩合反应，产生更大的缩合物。这些缩合物覆盖在催化剂表面，造成催化活性位覆盖失活。
技术实现思路
现有技术中工业使用的钯催化剂使用寿命较短，成本昂贵，而广泛研究的非贵金属催化剂仍然不能满足工业化要求，为满足企业对甲基异丁基酮下游产品的需求，专利技术人根据企业要求对非金属催化剂进行了深入细致的研究，经过数年的试验研究，获得了较为理想的催化剂和工艺技术。本专利技术的具体技术方案如下：本专利技术提供了一种以丙酮为原料一步法合成丙酮下游缩合产品的镍基催化剂，包含载体和负载组分镍、磷及镧系金属元素，其中镧系金属元素以氧化物形式存在，磷以含氧化合物形式存在。专利技术人经过大量试验，筛选出了性能更优的催化剂，以所述催化剂的质量百分比为100％计，所述催化剂包含以下组成：(1)镍，镍以金属态计，质量百分比含量为4％～14％；(2)磷，折算为单质磷计算，质量百分比含量为0.05％～3％；(3)镧系金属元素，折算为金属态计算，质量百分比含量为0.2％～3％；(4)载体，除负载组分外的余量。本专利技术所制备的催化剂在使用前需要进行还原处理，将绝大部分镍还原为金属态，但有些组分例如镧系金属和磷不能被还原为零价态，为了便于表述负载组分的含量，负载组分采用以折算为零价态即以元素含量为基准进行计算。所述镍基催化剂中的镧系金属可以为镧、铈和钕中的一种或两种以上的组合，更优选为镧和钕中的一种或两种。为了更好地分散负载组分，本专利技术的催化剂使用了载体，例如所述载体为氧化铝、氧化硅、氧化铝-氧化硅复合载体或分子筛。从丙酮所经历的缩合、脱水和加氢过程来看，所述氧化铝更优选为酸改性的氧化铝或碱改性的氧化铝，酸改性或碱改性都能促进缩合和脱水过程。所述氧化硅也可以选择使用酸改性的氧化硅或碱改性的氧化硅。从载体结构稳定性角度看，使用氧化铝-氧化硅复合载体是更为有利的，当然更优选为酸改性的氧化铝-氧化硅复合载体或碱改性的氧化铝-氧化硅复合载体。所谓的酸改性可以在载体成型时使用磷酸、硫酸、氢氟酸或硼酸进行改性。所谓的碱改性可以在载体成型时加入碱性金属盐例如硝酸镧、碱金属盐、碱土金属盐等进行碱改性。催化剂中镍金属的来源可选自水溶性的金属盐如硝酸盐、硫酸盐、氯盐、醋酸盐、草酸盐和溴盐，或者选自金属镍，如镍金属板等。更具体的水溶性金属盐选自硝酸镍、氯化镍、草酸镍、硫酸镍、醋酸镍中的一种或者多种，更优选为硝酸镍、醋酸镍和草酸镍中的一种或者多种。镧和钕是本专利技术催化剂中另一种重要的组成组分，适量的镧和钕加入极大地提高了催化剂的活性和选择性。助剂镧和钕加入后，催化剂活性和选择性等代表催化剂反应性能的指标大幅提高，其中的原因可能是多方面的：镧和钕改善了镍的电子形态。钕对还原后的镍催化剂起到电子结构调变作用，还原后镍主要为零价，二者之间起到相互作用，电子由镍偏向钕，导致镍的电子不饱和度增加，从而影响丙酮的羰基的电子变化，促进反应进行。对镧和钕的来源没有限制，可以为所知的所有含镧和钕化合物。进一步优化的镧和钕的来源可选自所有的水溶性的金属盐如硝酸盐、醋酸盐和草酸盐等。在催化剂制备过程中添加适量的磷元素不仅可调变催化剂载体的酸量和酸强度分布，还可增加金属活性组分的分散度。此外，研究表明磷还可以提高催化剂的水热稳定性。催化剂中磷的来源可选自磷酸和水溶性的磷酸盐等。更具体的水溶性盐选自磷酸二氢铵、磷酸一氢铵、磷酸铵中的一种或者多种，更优选为磷酸二氢铵和磷酸一氢铵中的一种或者两种。如前面所述，本专利技术的催化剂还含有通常被认为起载体作用的氧化物，这里不做特别的限制，选自氧化硅、氧化铝、氧化硅-氧化铝复合物、硅藻土、硅酸钙、氧化锆、氧化钛的一种或者多种。实际上，这些载体不仅仅是起到支撑作用，还能够协助分散活性组分和促进丙酮缩合和脱水，这些载体影响着催化剂的结构性能、产物和原料在其中的扩散、机械强度、活性和稳定性等关键性指标。载体氧化铝可以选自硝酸法、硫酸法、碳酸法、拜耳法、快速脱水法等生产的氢氧化铝制备的氧化铝。因氧化铝比较常用，这里不再展开叙述。载体氧化硅可以选自水玻璃沉淀法、二氧化硅粉末、正本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种一步法合成丙酮下游缩合产品的镍基催化剂，其特征在于，所述催化剂包含载体和负载组分镍、磷及镧系金属元素，其中镧系金属元素以氧化物形式存在，磷以含氧化合物形式存在。

【技术特征摘要】
1.一种一步法合成丙酮下游缩合产品的镍基催化剂，其特征在于，所述催化剂包含载体和负载组分镍、磷及镧系金属元素，其中镧系金属元素以氧化物形式存在，磷以含氧化合物形式存在。2.如权利要求1所述的用于镍基催化剂，其特征在于，以所述催化剂的质量百分比为100％计，所述催化剂包含以下组成：(1)镍，镍以金属态计，质量百分比含量为4％～14％；(2)磷，折算为单质磷计算，质量百分比含量为0.05％～3％；(3)镧系金属元素，折算为金属态计算，质量百分比含量为0.2％～3％；(4)载体，负载组分外的余量。3.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐国旗，杨溢，田保亮，李宝芹，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司北京化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11