用于将烯烃水合成醇的含有水合氧化铌纳米颗粒的催化剂制造技术

本发明专利技术提供一种烯烃水合催化剂及其制备方法。所述烯烃水合催化剂可通过以下方式来制备：使含铌化合物与硫酸或磷酸等强质子酸接触，从而制备硫酸氧化铌或磷酸氧化铌纳米颗粒。可将该纳米颗粒分离、干燥，以及用于反应器中，从而将烯烃水合为它们相应的醇。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术提供一种烯烃水合催化剂及其制备方法。所述烯烃水合催化剂可通过以下方式来制备：使含铌化合物与硫酸或磷酸等强质子酸接触，从而制备硫酸氧化铌或磷酸氧化铌纳米颗粒。可将该纳米颗粒分离、干燥，以及用于反应器中，从而将烯烃水合为它们相应的醇。【专利说明】用于将烯烃水合成醇的含有水合氧化铌纳米颗粒的催化剂
本专利技术涉及一种用于烯烃水合的催化剂以及制备该催化剂的方法。更具体而言，本专利技术涉及一种用于烯烃水合的催化剂以及制备催化剂的方法，其中，该催化剂包含水合氧化银、硫酸氧化银(niobium oxo sulfate)、磷酸氧化银(niobium oxo-phosphate)或它们的混合物的非晶态或晶态纳米颗粒。
技术介绍
醇可用于各种各样的化学工艺中。将烯烃水合为醇(例如将丁烯水合为丁醇)是商业上很重要的反应，因为反应产物有多种重要的工业用途。例如，丁醇可用作溶剂或用作用于制备相应的酮、酯和醚的化学中间体，以及用于制备多种其他化合物。以类似的方式，可以将其他低分子量烯烃转化为相应的低分子量醇，以用作溶剂或作为用于制备另外化合物的中间体。另外，低分子量醇还可以用作汽油的添加剂或混合组分。烯烃水合生成醇的反应通常为酸催化反应。该反应通常需要使用相对强的液体质子酸来达到所需的反应动力。因此，理想是，在烯烃水合中不使用强质子酸。例如，在一种用于制备仲丁醇的商业实践方法中，采用了如下所示的两步工序，其中，正丁烯与过量的硫酸(例如，80%)反应生成相应的硫酸盐，然后硫酸盐水解得到仲丁醇:(I) C4H8+H2S04 — C4H9OSO3H(2) C4H90S03H+H20 — C4H90H+H2S04在这个工序中，硫酸被稀释到大约35重量％以下的浓度，并且在将硫酸回收并用于该工序之前必须将其再浓缩。该工序还存在与使用这种液体催化剂相关的其他问题。这些问题包括催化剂的分离和回收、与催化剂接触的设备和设施发生腐蚀、以及形成不期望的副产物(例如，仲丁醚、异丙醇、各种C5-C8的烃和聚合物等)。这些副产物中的一些除了会降低反应的总产率之外，还会使所需要的仲丁醇产物的纯化和回收变得复杂。通常，可能除了某些离子交换树脂之外，还没有适用于在水的存在下进行醇的水合的固体酸催化剂。已知的是阳离子交换树脂在极性和非极性介质中均能提供充分的反应速率。在烯烃(例如丙烯或丁烯)的水合中使用包含与二乙烯基苯交联的磺化聚苯乙烯树脂的阳离子交换树脂作为催化剂已经在先前的文献(例如参见美国专利N0.4，579，984和2，477，380 ;以及其中所引用的文献)中有所描述。据信，这些交换树脂通常提供若干工艺益处，例如易于进行产物分离以及具有非腐蚀性环境。但是，这些交换树脂的使用也存在一定的局限性，并且已经发现很多交换树脂并不是完全令人满意的，这在部分程度上是由于它们的浸出倾向性、它们有限的应用范围、以及通常缺乏再生和再利用介质的能力。丁醇已被视为是继乙醇之后的第二代生物燃料组分(B卩，由非食物作物获得的生物燃料)。作为制备丁醇的已知方法(例如烯烃水合)的替代方法，先前已经报道了用于制备这种丁醇的生物路线，但是，通过生物路线制备丁醇是效率低的，并且所制备的丁醇的量不足以满足丁醇的市场需求。由丙烯和一氧化碳来制备丁醇的成本是昂贵的，并且通常只能制备正丁醇，而正丁醇与其他丁醇的同分异构体相比具有相对较低的辛烷值。因此，需要一种有效且经济的通过烯烃水合来制备混合丁醇的路线。尽管已经对烯烃水合进行了广泛的研究，但是烯烃水合的一个主要目的是制备单一醇分子，而不是制备醇的混合物，从而避免与其分离有关的复杂化。但是当醇被用作燃料组分时，不需要在使用之前将它们分离出来。利用强质子酸进行的烯烃水合通常制备混合的醇产物流，因此可用作燃料组分，但是不可用作中间化学品。因为烯烃直接催化水合为醇对于制备工业用醇来说是廉价的路线，并且对于合成仲醇和叔醇来说通常为便捷的合成路线，因此需要获得适合在水中使用的反应用固体催化剂。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于烯烃水合的催化剂及其制备方法。在一个方面，本专利技术涉及一种烯烃水合催化剂，该催化剂包含硫酸氧化铌或磷酸氧化铌纳米颗粒。在某些实施方案中，所述催化剂可包含载体材料，并且纳米颗粒可浸溃或沉淀于该载体材料上。在另一方面，本专利技术提供了一种硫酸氧化铌或磷酸氧化铌纳米颗粒的制备方法，该方法包括以下步骤:使含铌化合物与质子酸接触以沉淀形成固体纳米颗粒，除去过量的液体，以及回收固体催化剂材料。在另一方面，本专利技术提供了一种用于将烯烃水合为醇的方法，该方法包括以下步骤:使烯烃原料与包含铌基纳米颗粒的烯烃水合催化剂在反应区中接触，接触时间为足以将所存在的至少部分所述烯烃转化为醇；从所述反应区中移出产物流，所述产物流包含有机相和水相，该有机相包含醇；以及分离所述有机相以制备醇产物流。【具体实施方式】虽然为了示例的目的以下详细说明包括了许多具体细节，但是应当理解的是，本领域的技术人员将会意识到的是，以下细节的多种实施例、变型和改变都包括在本专利技术的范围和精神内。因此，本文所述的以及在附图中所提供的本专利技术的示例性实施方案并不会对所要求保护的专利技术的一般性产生任何损失以及不会对所要求保护的专利技术产生限制。在一个方面，本专利技术涉及一种用于烯烃水合的新方法，该方法使用包含非晶态水合氧化铌纳米颗粒的催化剂。在某些实施方案中，本专利技术对烯烃水合催化剂以及用于由廉价的烃原料制备高度理想的混合丁醇系辛烷值助剂和含氧物(oxygenate)的方法进行了说明，所述烃原料例如是FCC精炼厂丙烯流、煤气厂废气(其可含有乙烯和/或丙烯)、石脑油废气(其可包含烯烃)、FCC轻质汽油流(其可包含戊烯、己烯和/或庚烯)、或者来自于任何其他热裂化装置的产物或废气流。可将所得到的辛烷值助剂和含氧物添加到其他烃产物(例如汽油)中。在另一方面，本专利技术涉及一种用于将烯烃水合以制备醇的催化剂，其中，所述催化剂包含非晶态的水合氧化铌纳米颗粒。在某些实施方案中，本专利技术的催化剂可通过以下方式制备:由铌盐或其混合物在强质子酸(例如磷酸或硫酸)中沉淀，从而得到铌的含氧化合物(例如分别为磷酸氧化铌或硫酸氧化铌，所述铌盐或其混合物例如是铌(V)酸铵草酸盐(ammonium niobate (V) oxalate)、1，2_ 二甲氧基乙烧氯化银(III)、银酸钾、乙酰丙酮化银(V) (niobium(V) acetyl acetonate)、银醇盐(如，乙醇银)或齒化银(如五氯化银)。如本文所用，术语质子酸是指这样的物质，其能够给出质子，从而提高溶液中水合氢离子的浓度。在某些实施方案中，还可以使用氢氟酸。在某些实施方案中，铌的含氧产物化合物存在于水性悬浮液中或胶态悬浮液中。可供选择的是，铌的含氧化合物以溶胶形式存在。在某些情况下，据信，以溶胶形式存在的铌的含氧化合物小于可以从溶液中沉淀出来的铌的含氧化合物，因此具有增强的催化剂性能。在某些实施方案中，可将通过该反应得到的铌的含氧纳米颗粒负载于固体载体材料上或与钽、钨、锆等其他金属共沉淀，该固体载体材料例如是碳的形式(如碳纳米管、石墨烯、石墨或活性炭)或者是具有通式MxOy的金属氧化物，其中，M选自元素周期表第IV-B、V-B或V1-B族的元素或它们的混本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿卜杜努尔·布朗，斯蒂芬·拉尔夫·福格尔，W·徐，
申请(专利权)人：沙特阿拉伯石油公司，
类型：
国别省市：