[发明专利]一种MgO担载的高活性镍催化剂的制法及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种由丙酮加氢制备异丙醇的催化剂及其用法。

技术背景

异丙醇是一种性能优良的有机溶剂，可用作虫胶、硝基纤维素、生物碱、橡胶、油脂等的溶剂，在油墨和涂料领域应用广泛。异丙醇还是重要的化工或医药中间体，用于生产异丙醚、异丙胺等产品。异丙醚也是一种优良的有机溶剂，并可用于环保领域。尤其是近年来，异丙醚被认为是一种极佳的汽油调和组分，具有较高的辛烷值和抗冻性，可用作汽油添加剂，其调和性能与使用性能类似于甲基叔丁基醚(MTBE)。异丙醇还可用作石油燃料的防冻添加剂，用于汽车和航空燃料等方面。此外，异丙醇还可用于制造杀菌剂、杀虫剂、清洁剂和消毒防腐剂等，在农药、医药、电子工业、日化用品等领域具有广泛的用途，开发前景十分广阔。

工业生产异丙醇可以采用丙烯水合法和丙酮加氢法两种工艺路线。其中丙烯水合法又包括间接水合法和直接水合法。

丙烯间接水合法又称为丙烯硫酸水合法，虽然具有对原料丙烯纯度要求不高、丙烯转化率较高等优点，但流程复杂，选择性较低，设备腐蚀严重，废水、废气处理困难，因而在上个世纪80年代后该路线已经逐渐被淘汰。

丙烯直接水合法是目前工业生产异丙醇的主要方法。该法是在催化剂存在下将丙烯直接水合生成异丙醇，并副产正丙醇，具有高效、低耗、流程较短等优点。

丙烯直接水合法的工艺路线又可分为气相水合法(维巴法，德国维巴公司)、液相水合法(曹达法，日本德山)和气液混相法(离子交换树脂法，美国德士古)三种。其中，维巴法工艺路线是最主要的异丙醇工业生产方法，但该法也存在一些缺点，如高温低压条件对平衡不利，致使丙烯的转化率较低；大量丙烯的循环利用导致耗能较高；要求原料丙烯纯度较高(99％以上)以提高选择性；此外，磷酸流失问题也会影响催化剂寿命。

全球异丙醇市场已超过180万吨/年，且近年来以年均约5％的速度增长。随着我国高档涂料的迅速发展，以及异丙醇在电子产品及电子工业清洗剂方面的应用不断扩大，我国的异丙醇需求持续增长，已超过30万吨/年。但目前我国的异丙醇自给率严重不足，一直处于供不应求的状态，每年均需从国外大量进口，供需矛盾十分突出。

虽然我国建有丙烯水合制异丙醇的生产装置，但国内丙烯资源紧张，丙烯水合路线生产异丙醇的成本一直居高不下。与之相反，由于苯酚需求量不断增长，国内近年来已有多套苯酚联产丙酮装置投产或在建，大量的联产丙酮出现过剩局面，市场量充足，价格较低。因此，由丙酮加氢制异丙醇就成为一条经济可行的工业路线。而且，丙酮催化加氢法生产异丙醇属于低压加氢过程，反应温度不高，反应及精制过程能耗较低，装置流程简单，设备投资小，回收期短，在生产成本和绿色环保方面均具有一定优势。

关于丙酮加氢制异丙醇的研究已有不少报道。丙酮加氢制异丙醇可使用镍基和铜基催化剂，也可以使用Pd、Pt等贵金属催化剂，常见的催化剂包括Raney Ni、Cu-Cr催化剂、贵金属Ru/C催化剂、Ru/Al₂O₃催化剂、Pt/C催化剂以及非晶态Ni-B、Ru-B合金催化剂等。丙酮在上述催化剂上的催化加氢反应通常在固定床反应器中进行，丙酮与氢气以一定的配比在液相或气相条件下连续通过催化床层，在适当的温度和压力下进行加氢反应生成异丙醇。

日本专利平3-141235公开了采用Raney Ni催化丙酮加氢制备异丙醇的方法，丙酮转化率和异丙醇选择性均可达99.9％。中国专利CN 1962588 A以活性炭担载的Ni-Co催化剂进行丙酮气相反应制异丙醇。压力不高于2.0MPa，温度70-200℃，丙酮液相空速1-10h^-1，氢酮摩尔比3-15。催化剂中优选Ni含量50-65％，Co含量2-20％。中国专利101927168 A公开了一种用于丙酮加氢制异丙醇的镍基催化剂，其中掺杂了少量的金属Mo和Zn，可显著提高异丙醇收率到99.4％。中国专利CN 103030527 A公开了一种丙酮液相加氢制备异丙醇的方法，反应压力为1-5MPa，温度120-200℃，所用催化剂组成为10-40％NiO，55-80％Al₂O₃，1-10％助剂(选自SiO₂、MgO、ZrO₂、BaO、CeO₂或CaO)，丙酮转化率可达95％，异丙醇选择性大于99％。