甲醇直接氧化合成甲缩醛的方法技术

甲缩醛的催化合成方法，它属于有机化学合成领域。本发明专利技术应用过渡金属氧化物催化甲醇直接氧化法合成甲缩醛，将石英砂和复合金属氧化物混合均匀后进行焙烧，焙烧温度为400～600℃，焙烧时间1～5h，焙烧后冷却至室温，得到的催化剂置于反应器中，向反应器中通入无水甲醇、氧气和氮气，与催化剂接触反应，反应温度180～220℃，反应压力1MPa，反应时间1～9h，甲醇的通入量0.02～0.2mL·min

Method for synthesizing methyl acetal by direct oxidation of methanol

The invention relates to a method for the catalytic synthesis of acetals, which belongs to the field of organic chemical synthesis. The application of transition metal oxides catalysts for methanol synthesis by direct oxidation of methylal, the quartz sand and the composite metal oxide mixing baking, roasting temperature 400 to 600 DEG C, the roasting time is 1 ~ 5h, calcined and cooled to room temperature, the catalyst in the reactor, methanol, oxygen and nitrogen in to the reactor, contact reaction with the catalyst, the reaction temperature is 180 to 220 DEG C, reaction pressure 1MPa, reaction time 1 ~ 9h, methanol flux 0.02 ~ 0.2mL / min

【技术实现步骤摘要】
甲醇直接氧化合成甲缩醛的方法
本专利技术属于有机化学合成领域，具体涉及一种甲醇直接氧化合成甲缩醛的方法。
技术介绍
甲缩醛具有优良的理化性能，即良好的溶解性、低沸点、与水相溶性好，能广泛应用于化妆品、药品、家庭用品、工业汽车用品、杀虫剂、皮革上光剂、清洁剂、橡胶工业、油漆、油墨等产品中。也由于甲缩醛具有良好的去油污能力和挥发性，作为清洁剂可代替F11和F13及含氯溶剂，因此是替代氟利昂，减少挥发性有机物的排放，降低对大气污染的环保。它也可以用作燃料添加剂，能够改善柴油的十六烷值，提升引擎动力、促进燃烧能转化为动能。除此之外，在Pt、Ru和Pt、Sn的催化下，甲缩醛可以成为有前途的燃料电池的替代燃料。甲缩醛一般通过无水甲醇和甲醛发生缩合反应制备。常用酸性催化剂来实现。但此方法存在生产过程中产生大量的含甲醛的酸性有机废水，对反应设备有腐蚀性，污染环境的缺点。用甲醇一步氧化法合成甲缩醛，大大降低了甲缩醛的生产费用和投资费用，是解决上述问题的有效途径。CN201610544029.5公开了在间歇反应器中应用氯化钌催化甲醇氧化合成甲缩醛技术，在反应中应用了1,2-环己二酮二肟为有机溶剂。该项技术属于均相催化反应，其催化剂的回收、利用以及反应后处理工艺比较繁琐；CN200810055101.3公开了应用V2O5-TiO2催化剂催化甲醇氧化合成甲缩醛与甲酸甲酯技术，反应是在固定床反应器中进行，但反应过程中存在着选择性相对较低，副产物多以及甲醇存在过氧化的问题，并且催化剂的制备在氮气保护下进行，操作条件苛刻。
技术实现思路
本专利技术目的是提供了一种甲醇直接氧化合成甲缩醛的方法。本专利技术通过以下技术方案实现：一种甲醇直接氧化合成甲缩醛的方法，包括如下步骤：步骤1、按照重量份数称取一定质量的石英砂、复合金属氧化物，将称量好的石英砂和复合金属氧化物混合均匀后进行焙烧，焙烧温度为400～600℃，焙烧时间1～5h，焙烧后冷却至室温，得到催化剂，待用；步骤2、将步骤1得到的催化剂置于反应器中，向反应器中通入无水甲醇、氧气和氮气，与催化剂接触反应，反应温度180～220℃，反应压力1MPa，反应时间1～9h，甲醇的通入量0.02～0.2mL·min-1，氧气的通入量3～15mL·min-1，氮气的通入量10～80mL·min-1；步骤3、将步骤2反应后的气体通过装备有火焰离子化检测仪的在线气相色谱采样分析系统，计算得到无水甲醇的转化率、甲缩醛的选择性、甲缩醛的产率。本专利技术所述的甲醇直接氧化合成甲缩醛的方法，步骤1中石英砂的重量份数为10～50份，复合金属氧化物的重量份数为5～20份。本专利技术所述的甲醇直接氧化合成甲缩醛的方法，步骤1中石英砂的直径为40～100目。本专利技术所述的甲醇直接氧化合成甲缩醛的方法，步骤1中的复合金属氧化物为ZrO2、Fe2O3、ZnO、CuO、NiO、V2O5、Al2O3、SnO2中的任意2种的组合，其中2种不同金属氧化物的质量比为5～10：5。本专利技术所述的甲醇直接氧化合成甲缩醛的方法，所述的金属氧化物的直径为40～100目。本专利技术所述的甲醇直接氧化合成甲缩醛的方法，步骤2中的反应器为固定床反应器。本专利技术所述的甲醇直接氧化合成甲缩醛的方法，所述的固定床反应器为内径为6mm的石英管制成。本专利技术所述的甲醇直接氧化合成甲缩醛的方法，步骤2中的甲醇、O2、N2的通入量比值为1:100:300。本专利技术所述的甲醇直接氧化合成甲缩醛的方法，固定床反应器中气体每小时的空速为1203ml·g-1·h-1，所述的催化剂的总质量为1g。本专利技术所述的甲醇直接氧化合成甲缩醛的方法，转化率与选择性高。与
技术介绍
CN200810055101.3和CN201610544029.5相比，本专利技术所述的甲醇直接氧化合成甲缩醛的方法制备的产物中只有甲缩醛与二甲醚，甲缩醛的选择性大于95.0％。本专利技术所述的甲醇直接氧化合成甲缩醛的方法，催化剂制备工艺简单、原料价廉易得。与
技术介绍
CN200810055101.3相比，本技术中使用的催化剂的制备不需要在惰性气体保护下进行。本专利技术所述的甲醇直接氧化合成甲缩醛的方法，制备条件温和，压力为常压。与
技术介绍
CN201610544029.5相比，固定床多相催化具有可连续化生产，催化剂寿命长等优点。本专利技术所述的甲醇直接氧化合成甲缩醛的方法，工艺简单，操作容易。具体实施方式具体实施方式一：一种甲醇直接氧化合成甲缩醛的方法，包括如下步骤：步骤1、按照重量份数称取一定质量的石英砂、复合金属氧化物，将称量好的石英砂和复合金属氧化物混合均匀后进行焙烧，焙烧温度为600℃，焙烧时间5h，焙烧后冷却至室温，得到催化剂，待用；步骤2、将步骤1得到的催化剂置于反应器中，向反应器中通入无水甲醇、氧气和氮气，与催化剂接触反应，反应温度200℃，反应压力1MPa，反应时间8h，甲醇的通入量0.1mL·min-1，氧气的通入量10mL·min-1，氮气的通入量30mL·min-1；步骤3、将步骤2反应后的气体通过装备有火焰离子化检测仪的在线气相色谱采样分析系统，计算得到无水甲醇的转化率、甲缩醛的选择性、甲缩醛的产率。本实施方式所述的甲醇直接氧化合成甲缩醛的方法，步骤1中石英砂的重量份数为10份，复合金属氧化物的重量份数为10份。本实施方式所述的甲醇直接氧化合成甲缩醛的方法，步骤1中石英砂的直径为40目。本实施方式所述的甲醇直接氧化合成甲缩醛的方法，步骤1中的复合金属氧化物为CuO、V2O5的组合，其中CuO、V2O5的质量比为5：5。本实施方式所述的甲醇直接氧化合成甲缩醛的方法，所述的金属氧化物的直径为40目。本实施方式所述的甲醇直接氧化合成甲缩醛的方法，步骤2中的反应器为固定床反应器。本实施方式所述的甲醇直接氧化合成甲缩醛的方法，所述的固定床反应器为内径为6mm的石英管制成。本实施方式所述的甲醇直接氧化合成甲缩醛的方法，步骤2中的甲醇、O2、N2的通入量比值为1:100:300。本实施方式所述的甲醇直接氧化合成甲缩醛的方法，反应结束后，甲醇的转化率为20％，甲缩醛的选择性为94％。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤1中的复合金属氧化物为ZrO2、V2O5的组合，其中ZrO2、V2O5的质量比为5：6，反应结束后，甲醇的转化率较高可达38％，甲缩醛的选择性96.2％。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤1中的复合金属氧化物为Fe2O3、V2O5的组合，其中Fe2O3、V2O5的质量比为5：7，反应结束后，甲醇的转化率较高可达21％，甲缩醛的选择性95.8％。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤1中的复合金属氧化物为SnO2、V2O5的组合，其中SnO2、V2O5的质量比为5：5，反应结束后，甲醇的转化率较高可达22％，甲缩醛的选择性93％。具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤1中的复合金属氧化物为Al2O3、V2O5的组合，其中Al2O3、V2O5的质量比为5：10，反应结束后，甲醇的转化率较高可达23％，甲缩醛的选择性95.3％。具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤1中的复合金属氧化物为NiO、V2O5的组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种甲醇直接氧化合成甲缩醛的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1、按照重量份数称取一定质量的石英砂、复合金属氧化物，将称量好的石英砂和复合金属氧化物混合均匀后进行焙烧，焙烧温度为400～600℃，焙烧时间1～5h，焙烧后冷却至室温，得到催化剂，待用；步骤2、将步骤1得到的催化剂置于反应器中，向反应器中通入无水甲醇、氧气和氮气，与催化剂接触反应，反应温度180～220℃，反应压力1MPa，反应时间1～9h，甲醇的通入量0.02～0.2mL·min

【技术特征摘要】
1.一种甲醇直接氧化合成甲缩醛的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1、按照重量份数称取一定质量的石英砂、复合金属氧化物，将称量好的石英砂和复合金属氧化物混合均匀后进行焙烧，焙烧温度为400～600℃，焙烧时间1～5h，焙烧后冷却至室温，得到催化剂，待用；步骤2、将步骤1得到的催化剂置于反应器中，向反应器中通入无水甲醇、氧气和氮气，与催化剂接触反应，反应温度180～220℃，反应压力1MPa，反应时间1～9h，甲醇的通入量0.02～0.2mL·min-1，氧气的通入量3～15mL·min-1，氮气的通入量10～80mL·min-1；步骤3、将步骤2反应后的气体通过装备有火焰离子化检测仪的在线气相色谱采样分析系统，计算得到无水甲醇的转化率、甲缩醛的选择性、甲缩醛的产率。2.根据权利要求1所述的甲醇直接氧化合成甲缩醛的方法，其特征在于：步骤1中石英砂的重量份数为10～50份，复合金属氧化物的重量份...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡清海，陶萌，路嫔，
申请(专利权)人：哈尔滨师范大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23