[发明专利]一种用甲醇羰基化合成醋酸的催化剂及其应用方法

说明书

技术领域

本发明涉及用甲醇羰基化法生产醋酸的催化剂，以及该催化剂在合成醋酸过程中的应用。

背景技术

醋酸（CH₃COOH，缩写为AcOH或HAc）是一种用途极广的重要化工原料，生产醋酸的主要方法之一是甲醇羰基化法，该方法是以甲醇（CH₃OH）和一氧化碳（CO）为原料，在催化剂作用下来生产醋酸的。目前使用的主流催化剂是美国Mansanto公司成功开发的铑基催化剂和BP公司的铱基催化剂，但它们却存在催化反应之后与产品分离困难，易造成催化剂部分流失等问题。为了克服这些缺点，国内外研究者不断地在探索一些新催化体系和/或新工艺。由于离子液体在低蒸汽压就易于分离和回收，并且具有良好的热稳定性、化学稳定性，可作为环境友好的溶剂或稳定剂等特点，于是，这些探索中就包括了如何将离子液体应用于甲醇羰基化法生产醋酸过程中的方法。然而，在应用离子液体的这些方法中，有的副反应却有所增加；有的存在能耗较大的问题，例如，公开号为CN101716527A，名称为《用于羰基化法生产醋酸的高稳定性的催化剂及其使用方法》，因其反应温度在170～230℃之间，能耗就较大。于是，为尽量减少副反应、或为确保反应效果，就造成了反应体系总成本较高的不足。

发明内容

本发明的第一目的是，提供一种能够降低反应体系总成本的用甲醇羰基化合成醋酸的催化剂。

本发明的第二目的是，提供一种将实现所述第一发明目的之催化剂应用于合成醋酸过程中的方法。

实现所述第一目的之技术方案是这样一种用甲醇羰基化合成醋酸的催化剂，与现有技术相同的方面是，该催化剂是以铱为中心离子的配合物，其改进之处是，所述配合物的配体是2-甲基吡啶；该催化剂通过如下步骤制得：

（1）将2-甲基吡啶溶解于无水乙醇中，以配制成溶液；

（2）将与2-甲基吡啶有相等摩尔份的三氯化铱溶解于无水乙醇中，也配制成溶液；

（3）在氮气保护及搅拌状态下，将步骤（1）所得溶液缓慢地加进步骤（2）所得溶液中；此后，继续在氮气保护状态下，加热温度保持在80～100℃之间，回流30～60分钟；

（4）将步骤（3）所得溶液冷却至室温，然后加入过量的乙醚沉淀，过滤，干燥后得为2-甲基吡啶铱配合物的催化剂。

实现所述第二目的之技术方案是这样一种用甲醇羰基化合成醋酸的方法，与现有技术相同的方面是，该方法的用料中有原料甲醇和一氧化碳、主催化剂、促进剂氯化钌、助催化剂碘甲烷和稳定剂离子液体；该方法的步骤包括：

（1）将所述主催化剂与甲醇、氯化钌、碘甲烷和离子液体装入反应釜中，并充分混合以构成合成醋酸的反应体系；

（2）密封所述反应釜并用一氧化碳置换该反应釜内的空气；然后调整一氧化碳的压力，对反应釜加热，以进行甲醇羰基化反应而制取醋酸； 

（3）催化反应停止，使反应釜自然冷却至室温；

（4）打开所述反应釜，用蒸馏法分离出主催化剂、氯化钌、碘甲烷、离子液体、副产物醋酸甲酯和水，得到主产物醋酸；其改进之处是：

所述主催化剂是实现第一发明目的之催化剂2-甲基吡啶铱配合物，所述离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐或N-丁基吡啶双三氟甲磺酰亚胺盐；

在步骤（1）所述反应体系中，甲醇的质量百分数为39.5％，离子液体的质量百分数为25.46％，2-甲基吡啶铱配合物为该反应体系质量的1000～2000 ppm，氯化钌中所含钌（Ru）的质量为2-甲基吡啶铱配合物中所含铱的五倍，余量为碘甲烷；

在所述步骤（2）中，升温至130～160℃，一氧化碳的压力升至3.0MPa，反应时间以完成醋酸的合成为度。

从方案中可以看出，在采用了本发明的催化剂——2-甲基吡啶铱配合物，并按照本发明方法来用甲醇羰基化合成醋酸时，其反应的最高温度也仅为160℃，与现有技术最低都要在170℃时相比较，节省了能源；又由于在合成醋酸的反应物中没有再添加水和其它有机化学溶剂，这些反应原料的减少又可以相应地增加其他反应原料量，而在最终得到较多产物。另外，由于2-甲基吡啶铱配合物具有稳定N→Ir配位键，而在离子液体的保护下，催化剂的稳定性更加增强，因此，该催化剂可循环使用量较大，也非常容易与产物分离。验证表明，用本发明催化剂及其方法合成醋酸时，还具甲醇转化率，醋酸选择性及醋酸产率均较高的优点。简言之，本发明具有能够降低其反应体系总成本的优越性。

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。