直接环氧化方法技术

本发明专利技术是烯烃的环氧化方法，包括烯烃、氢气、氧气在环氧化催化剂存在下，在液体介质中反应，这种反应在一反应系统中进行，该反应系统包括反应容器，反应容器内的一个管道，许多叶片和阻流装置。该种反应系统能促进氢气和氧气向液体介质的传质。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种环氧化方法，包括烯烃、氢气、氧气在固体环氧化催化剂存在下，在液体介质中反应，这种反应在一反应系统中进行，该反应系统能促进氢气和氧气向液体介质和固体催化剂的传质。
技术介绍
人们已经研究了多种制备环氧化物的方法。一般来说，环氧化物通过烯烃和氧化剂在催化剂存在下反应而制备。环氧丙烷的生产已经实现商品化，它是由丙烯和一种有机氢过氧化物氧化剂例如乙基苯过氧化氢或特丁基过氧化氢反应而制备。该工艺过程中需要存在可溶性钼催化剂，见美国专利No.3,351,635；或氧化硅载多相二氧化钛催化剂，参见美国专利No.4,367,342。过氧化氢是另一种制备环氧化物中用到的氧化剂。用过氧化氢和硅酸钛沸石进行烯烃的环氧化过程参见美国专利No.4,833,260。这两种方法存在的共同缺点就是在与烯烃类物质反应之前首先要预先合成氧化剂。另一种商业化技术是乙烯和氧气在银催化剂下反应，将乙烯直接氧化成环氧乙烷。但是银对高级烯烃环氧化过程的催化作用不大。所以目前的许多研究集中于高级烯烃在不同催化剂体系存在下与氧气、氢气的直接环氧化。在这种方法中，人们认为氧气与氢气能原位反应生成氧化剂。从而发展出一种有效的方法(及催化剂)，其与商业化的需要预合成氧化剂的技术相比技术成本更低。人们已经提出了多种不同的催化剂可以用于高级烯烃的直接环氧化。例如日本专利JP4-352771公开了从丙烯、氧气、氢气的反应得到环氧丙烷的环氧化方法，使用的催化剂含有VIII族金属，如钛硅酸盐晶体载钯。美国专利No.5,859,265公开了一种催化剂，其中选自Ru，Rh，Pd，Os，Ir，和Pt的一种铂族元素负载在钛硅酸盐或钒硅酸盐上。其它的实例包括氧化钛载金，见美国专利No.5,623,090，和钛硅酸盐载金，参见PCT国际申请WO98/00413。因为烯烃的直接环氧化过程需要气体传质进入液体，以便达到最大的速率和选择性，所以在设计反应器时要使反应器能促进这种传质的进行。设计完善的反应器是在方法中实现高环氧化速率和选择性的必备前提。美国专利No.5,972,661中描述了一种用于在容器中使液体循环并进行气液接触的混合系统，其对一些生化反应过程例如发酵特别有用。然而美国专利No.5,972,661中没有提到将该反应系统与固体催化剂一起用于促进气-液-固传质的应用。归纳而言，需要一种新型的，以便实现气-液-固间的高效接触来达到最大速率和对环氧化物的选择性。特别是，提高对环氧化物的选择性、催化剂的生产力、以及催化剂使用寿命的延长将显著增大直接环氧化的商业潜能。
技术实现思路
本专利技术是一种烯烃环氧化方法，包括烯烃、氢气、氧气在环氧化催化剂存在下，在液体介质中反应，这种反应在一反应系统中进行，在该种反应系统中液体介质在一反应容器中循环以便促进氢气和氧气向液体介质的传质。该反应系统能使液体高度循环，导致多相液体介质间的宏观混合，实现反应容器内部的液体与气体及固体环氧化催化剂之间的时时接触及传质。具体实施例方式本专利技术方法包括烯烃、氢气、氧气在环氧化催化剂存在下，在液体介质中反应，这种反应在一反应系统中进行，该种反应系统能促进氢气和氧气向液体介质的传质。反应系统包括一个反应容器，反应容器内的一个管道，其中这一管道有一个轴、两个相对的末端，许多沿轴旋转的叶片，以及能避免由于叶片搅动造成的围绕轴的液体漩涡的装置。反应系统使液体介质在管内和管外进行相反方向的两种流动。本专利技术方法中应用了能在烯烃、氢气、氧气反应中形成环氧化物的固体环氧化催化剂。任何能在烯烃、氢气、氧气反应中形成环氧化物的催化剂都能被采用。这些环氧化催化剂在本领域已广为人知。适用的典型催化剂中含有钛沸石或钒沸石以及一种贵金属，如Au、Ag、Pt、Pd、Ir、Ru、Os，参见美国专利No.6,005,123。其它适宜的催化剂包括氧化钛载金，见美国专利No.5,623,090；钛硅酸盐载金，见PCT国际申请WO98/00413。优选的催化剂包括Pd和钛沸石。钛沸石包括分子筛晶格框架中的一部分硅原子被钛原子取代的一类沸石物质。这类物质在本领域中已广为人知。优选的钛沸石包括通常称为硅酸钛的一类分子筛，如“TS-1”(具有与ZSM-5铝硅酸盐沸石类似的MFI拓扑结构)，“TS-2”(具有与ZSM-11铝硅酸盐沸石类似的MEL拓扑结构)和“TS-3”(参见比利时专利No.1,001,038中描述)。同样也可以使用具有与β沸石同型的框架结构的一些含钛分子筛，如发光沸石，ZMS-48，ZMS-12，和MCM-41。优选，钛沸石晶格框架内不含除钛、硅、氧外的元素，但其中可能含有少量的硼、铁、铝、钠、钾、铜等元素。本专利技术中环氧化方法包括烯烃、氢气、氧气在环氧化催化剂存在下，在液体介质中接触。适用的烯烃包括含至少一个碳-碳双键，碳原子数一般为2-60的所有烯烃。更优选的烯烃为含2-30个碳原子的非环状烯烃；本专利技术方法特别适用于C2-C6烯烃的环氧化。烯烃中可存在一个以上的双键，如二烯或三烯。烯烃可以是烃(即只含碳原子和氢原子)，也可包含有卤素、羧基、羟基、醚基、羰基、氰基、硝基等其它功能团。本专利技术方法特别适用于将丙烯转化为环氧丙烷。本专利技术方法中要用到氧气和氢气。虽然各种氧气和氢气的气源都能采用，但优选的是分子态的氧气和氢气。本专利技术的环氧化反应需在一定温度下进行，以便有效地实现预计的烯烃环氧化，该温度范围优选为0-250℃，更优选为20-100℃。氢气与氧气的摩尔比可为H2∶O2＝1∶10-5∶1，优选1∶5-2∶1。氧气与烯烃的摩尔比通常在1∶1-1∶20，优选1∶1.5-1∶10。氧气与烯烃的摩尔比相对较高(如1∶1-1∶3)可能对某些烯烃更有利。除烯烃、氢气、氧气外，在环氧化过程中也可用到载气。所有的惰性气体都可用作载气。烯烃和载气的摩尔比通常为100∶1-1∶10，特别是20∶1-1∶10。除氮气和二氧化碳外，希有气体如氦气、氖气、氩气同样可用作惰性载气。碳原子数在1-8，特别是1-6，优选为1-4的饱和烃例如甲烷、乙烷、丙烷和正丁烷等也可用作载气。氮气和C1-C4饱和烃是优选的惰性载气。同样也可以采用上面列出的各惰性载气的混合气体。特别是在本专利技术的丙烯环氧化过程中，提供丙烷，其方式使得在适当过量的载气存在下，可避开丙烯、丙烷、氢气、和氧气形成的混合物的爆炸极限，从而使得在反应器内及进料和排料管道中都不会形成爆炸性混合物。环氧化过程中需要的催化剂数量和反应时间可通过气体每小时的空速来确定，也就是说取决于单位体积催化列上每单位时间内烯烃、氢气、氧气和载气的总体积(缩写为GHSV)。典型的GHSV满足的范围是10-10,000hr-1。本专利技术的环氧化过程在液体介质中进行。该过程在1-100bar压力下并有一种或多种溶剂存在下实施较为有利。适宜的溶剂包括但并不局限于低级脂肪醇如甲醇、乙醇、异丙醇、叔丁醇、上述醇的混合物及水。也可以采用氟化的醇。同时也可采用上述醇与水形成的混合物。反应过程在一反应系统中进行，该种反应系统通过使管内和管外的液体介质进行相反方向的两种流动来促进氢气和氧气向液体介质的传质。一种合适的反应系统的描述可参见美国专利No.5,972,661。反应系统包括反应容器、反应容器内的管道，其中该管道有一个轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括烯烃、氢气、氧气在环氧化催化剂存在下，在液体介质中反应，这种反应在一反应系统中进行，该种反应系统能促进氢气和氧气向液体介质的传质，其中反应系统包括：　　　　（ａ）一反应容器；　　　　（ｂ）反应容器中的一个管道，其中该管道有一个轴，两个相对的末端；　　　　（ｃ）安装在管道内并能绕轴旋转的许多叶片，每个叶片都能产生剪切液体介质的搅动场或搅动模式，叶片之间沿轴向足够接近，叶片沿径向向管壁延展，从而使得整个管道的内部空间都能产生充分的搅拌，叶片使得管道内的液体介质向一个方向流动而使管道外部的液体介质向相反的方向流动；　　　　（ｄ）用于避免由于搅动造成的围绕轴的液体漩涡的装置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：PG巴兰，
申请(专利权)人：阿科化学技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]