一种制备乙腈的方法技术

本申请公开了一种制备乙腈的方法，所述方法包括在反应器中，将废旧有机塑料在催化剂和载气存在下加热进行反应，然后经过冷却分离得到含有乙腈的液体产物，其中所述催化剂由载体和活性金属氧化物组成，所述载气由反应性含氮化合物气体和任选的惰性气体组成，并且所述反应性含氮化合物气体选自氨气、甲胺气体、二甲胺气体、铵盐热解气体、尿素热解气体或其组合。本发明专利技术的方法利用废旧有机塑料作为原料，通过简单的反应过程，不仅高选择性地制得乙腈产物，而且能够减少环境污染并实现废物利用。此外，本发明专利技术方法由原料到生产工艺全过程是一条可再生、绿色、环保线路，具有巨大的工业前景。

A Method for Preparing Acetonitrile

The present application discloses a method for preparing acetonitrile. The method includes heating waste organic plastics in the presence of catalyst and carrier gas to react in a reactor, then cooling and separating to obtain liquid products containing acetonitrile. The catalyst is composed of carrier and active metal oxide, and the carrier gas is composed of reactive nitrogen compound gas and optional inert gas. The reactive nitrogen-containing compound gas is composed of ammonia gas, methylamine gas, dimethylamine gas, ammonium salt pyrolysis gas, urea pyrolysis gas or their combination. The method of the invention utilizes waste organic plastics as raw material and through simple reaction process, not only the acetonitrile product can be highly selectively prepared, but also the environmental pollution can be reduced and the waste can be utilized. In addition, the whole process of the method from raw material to production process is a renewable, green and environmental protection circuit, which has great industrial prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种制备乙腈的方法
本专利技术涉及有机合成和环保领域，特别涉及一种高选择性制备乙腈的新方法。
技术介绍
乙腈，亦称甲基氰，英文名称为Acetonitrile，分子式为C2H3N，分子量为41.05。乙腈是最简单的饱和脂肪族腈，常温常压下为无色透明液体，具有类似于醚的特殊气味，极易挥发。乙腈具有优良的溶剂性能，能溶解多种无机、有机及气体化合物。它除了具有乙醇、甲醇等溶剂所具有的特性外，还具有比醇类更好的分配比和解吸能力。乙腈是比较稳定的腈类化合物，不易发生氧化或还原反应，但是碳氮三键之间易发生加成反应。因此，乙腈除作为溶剂外，还用于生产许多典型的含氮化合物，是一种非常重要的中间体，在医药、农药、香料、织物染色、感光材料制造等领域有着许多用途。合成乙腈的方法很多，直接合成法有乙酸与氨反应、丙烷与氨反应、乙醇与氨反应等，间接法主要是合成丙烯腈同时副产乙腈的方法。目前丙烯氨氧化生产丙烯腈同时副产物乙腈是工业生产乙腈的主要来源，丙烯腈产量的2％～3％是乙腈，因此乙腈的产量往往依赖于丙烯腈的生产。随着乙腈应用领域的拓展以及医药行业的不断发展，副产乙腈产能的受限，开发直接制备乙腈工艺的需求越来越迫切。同时，由于近些年来以聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚丁二酸乙二醇酯等为主要成分的聚酯家族塑料的广泛使用，导致了大量的此类废旧有机塑料的形成。如果这样的废旧有机塑料被直接抛弃到环境中，将会对环境产生极大的污染危害。此外，催化热解技术可以得到高附加值的液体燃料和化学品，被认为是废旧资源化利用的最有效的方式之一。热催化转化是在加入催化剂的条件下使这些聚酯类废弃塑料通过定向热化学反应提高一种或者几种产物的收率。因此，本领域存在如下需要，即利用来源充分的聚酯类废旧有机塑料作为原料来生产高附加值的乙腈产物，从而不仅实现废旧有机塑料的回收利用并减少环境污染，而且提供一种全新的制备乙腈的方法。
技术实现思路
鉴于上述，本专利技术的目的是提供以废旧有机塑料为原料来制备乙腈的新方法。为此，本专利技术提供了一种制备乙腈的方法，所述方法包括：在反应器中，将废旧有机塑料在催化剂和载气存在下加热进行反应，然后经过冷却分离得到含有乙腈的液体产物，其中，所述催化剂由载体和活性金属氧化物组成，并且所述载体选自分子筛类载体、金属盐类载体、氧化物类载体或其组合，所述活性金属氧化物是选自元素周期表中第IV周期过渡金属、第V周期过渡金属、碱土金属或第III主族金属的氧化物，所述载气由反应性含氮化合物气体和任选的惰性气体组成，并且所述反应性含氮化合物气体选自氨气、甲胺气体、二甲胺气体、铵盐热解气体、尿素热解气体或其组合。在一个优选实施方案中，所述有机塑料的主要组分是选自由聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯和聚丁二酸乙二醇酯中的一种或多种。在一个优选实施方案中，所述分子筛类载体选自ZSM-5分子筛、β分子筛、Y型分子筛、A型分子筛、MCM-41分子筛、SAPO型分子筛、SBA分子筛、丝光沸石分子筛、固体酸(NbOPO4、ZrO2/SO42-)，或其组合；所述金属盐类载体选自金属Nb、V或Mo的硫酸盐、磷酸盐或硝酸盐；所述氧化物类载体选自TiO2、Al2O3、MgO、SiO2、ZrO2、CeO2、V2O5、ZnO2或其组合。在一个优选实施方案中，所述催化剂中的活性金属氧化物是选自Fe、Cu、Zn、Ni、Co、Cr、Mg、Ca、Ga或Zr的氧化物，优选地所述活性金属氧化物中的金属元素是通过浸渍或离子交换负载到所述载体上。在一个优选实施方案中，基于所述催化剂的总质量或总重量，所述活性金属氧化物按其金属元素计的含量为0.1wt％-20wt％，优选为1.0wt％-5.0wt％。在一个优选实施方案中，所述反应的温度为250℃至1000℃，优选为400℃至900℃。在一个优选实施方案中，所述惰性气体选自氮气、氩气、二氧化碳或其组合。在一个优选实施方案中，所述载气中的所述反应性含氮化合物气体与所述惰性气体的体积比为1:20～20:1。在一个优选实施方案中，所述方法还包括通过将所获得的液体产物进行层析或蒸馏得到纯净的乙腈产物。本专利技术的主要优点如下：1)通过简单的反应过程，以高选择性制得乙腈；2)本专利技术方法的原料来源充分且可回收利用；3)本专利技术的生产工艺是绿色的生产工艺；4)本专利技术所用的催化剂制备过程简单且成本低廉；5)本专利技术方法由原料到生产工艺全过程是一个循环、绿色、环保线路。附图说明图1为根据本专利技术一个实施方案使用的Co/HZSM-5催化剂的XPS电子能谱。图2为根据本专利技术一个实施方案以主要组分为聚乳酸的废旧有机塑料为原料反应得到的未经分离的液体有机产物的气相色谱图。具体实施方式本专利技术提供了一种制备乙腈的方法，所述方法包括：在反应器中，将废旧有机塑料在催化剂和载气存在下加热进行反应，然后经过冷却分离得到含有乙腈的液体产物。在本专利技术中，对于反应器没有特别限制，只要能够实现本专利技术的反应即可。例如，可以使用本领域常见的管式反应器或流式反应床。此外，根据需要，反应器可以安装尾气接收装置以对反应之后产生的尾气进行收集并做进一步处理；同时，反应器也可以与冷却装置如冷却水或液氮直接连接以对反应得到的产物进行冷却而得到所述液体产物。在本专利技术中，对于加热方式没有特别限制，只要能够实现对反应器加热升温至所需反应温度即可。例如，可以通过反应器自身装配的加热装置进行加热，也可以通过将反应器置于高温热源中进行加热。优选地，在本专利技术的方法中，反应的温度为250℃至1000℃，更优选为400℃至900℃，更优选500℃至800℃，例如550℃或650℃。在本专利技术的方法中，所使用的废旧有机塑料可以为废弃或废旧的聚酯家族塑料。例如，废弃或废旧聚酯家族塑料的主要来源可以是生物医用、纺织行业、农用地膜和包装等行业的废弃物。更优选地，本专利技术方法中使用的废旧有机塑料的主要组分是选自由以下各项组成的组中的一种或多种：聚乳酸，聚丁二酸丁二醇酯，聚丁二酸乙二醇酯或其组合。进一步优选地，在进行反应之前，优选将作为原料的废弃或废旧聚酯家族塑料通过切割、压碎和/或研磨成粉末材料以缩短反应时间。在本专利技术的方法中，使用的催化剂由载体和活性金属氧化物组成。优选地，所述载体选自分子筛类载体、金属盐类载体、氧化物类载体或其组合，所述活性金属氧化物选自元素周期表中第IV周期过渡金属、第V周期过渡金属、碱土金属或第III主族金属的氧化物。优选地，在本专利技术使用的催化剂中，催化剂中的活性金属氧化物选自Fe、Cu、Zn、Ni、Co、Cr、Mg、Ca、Ga或Zr的氧化物。优选地，本专利技术的催化剂通过将活性金属氧化物中的金属以浸渍或离子交换方式负载到载体上，然后煅烧制得。在本专利技术中，由于经过煅烧制得的催化剂不经过还原处理，因此在催化剂中的活性金属成分主要以活性金属氧化物的形式存在。鉴于此，要说明的是，在以下实施例中，为了清楚简洁，所制备和使用的催化剂仍然以活性金属氧化物中的活性金属元素负载于载体的形式表示，但这并不意味着该催化剂中的活性成分为就是该活性金属本身，相反其是该活性金属的氧化物。具体地，例如，对于实施例1中制备的Fe/HZSM-5催化剂，应理解，该Fe/HZSM-5催化剂并不表示该催化剂的活性成分是金属Fe本身，而应理解为其活性成分是金属Fe的氧化物，当然不完全排本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备乙腈的方法，所述方法包括：在反应器中，将废旧有机塑料在催化剂和载气存在下加热进行反应，然后经过冷却分离得到含有乙腈的液体产物，其中，所述催化剂由载体和活性金属氧化物组成，并且所述载体选自分子筛类载体、金属盐类载体、氧化物类载体或其组合，所述活性金属氧化物是选自元素周期表中第IV周期过渡金属、第V周期过渡金属、碱土金属或第III主族金属的氧化物，所述载气由反应性含氮化合物气体和任选的惰性气体组成，并且所述反应性含氮化合物气体选自氨气、甲胺气体、二甲胺气体、铵盐热解气体、尿素热解气体或其组合。

【技术特征摘要】
1.一种制备乙腈的方法，所述方法包括：在反应器中，将废旧有机塑料在催化剂和载气存在下加热进行反应，然后经过冷却分离得到含有乙腈的液体产物，其中，所述催化剂由载体和活性金属氧化物组成，并且所述载体选自分子筛类载体、金属盐类载体、氧化物类载体或其组合，所述活性金属氧化物是选自元素周期表中第IV周期过渡金属、第V周期过渡金属、碱土金属或第III主族金属的氧化物，所述载气由反应性含氮化合物气体和任选的惰性气体组成，并且所述反应性含氮化合物气体选自氨气、甲胺气体、二甲胺气体、铵盐热解气体、尿素热解气体或其组合。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有机塑料的主要组分是选自由聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯和聚丁二酸乙二醇酯中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分子筛类载体选自ZSM-5分子筛、β分子筛、Y型分子筛、A型分子筛、MCM-41分子筛、SAPO型分子筛、SBA分子筛、丝光沸石分子筛、固体酸(NbOPO4、ZrO2/SO42-)，或其组合；所述金属盐类载体选自金属Nb、V或Mo的硫酸盐、磷酸盐...

【专利技术属性】
技术研发人员：张颖，袁自国，张鑫，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34