[发明专利]一种制备N-甲酰吗啉的催化剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备N-甲酰吗啉的催化剂，具体的说涉及一种用作芳烃装置抽提剂、甲乙酮装置丁烯提浓抽提剂以及合成气酸性气体脱除剂的N-甲酰吗啉的催化剂。

背景技术

N-甲酰吗啉是芳烃装置的优良抽提溶剂和甲乙酮装置丁烯提浓抽提溶剂。并且N-甲酰吗啉及其混合物是优良的天然气和合成气酸性气体脱除剂，用于国外近年开发的Morphysorb新工艺。N-甲酰吗啉的合成工艺主要有甲酸法(CN1345723、CN1356324和1482121)、一氧化碳羰基合成法和甲酸甲酯法。

CN1132825C提供了一种甲酸法合成路线，所用催化剂为硫酸、盐酸、磷酸、硫酸锆、离子交换树脂等，反应体系酸性很强，腐蚀严重，需要采用价格昂贵的耐腐蚀设备，同时生产过程中有废水产生，产品中易残留甲酸而具有腐蚀性。

一氧化碳碳基合成法采用CO作酰化剂，原料丰富，价格低廉，但需要采用昂贵的催化剂并在高温、高压的条件下才能实现，工艺复杂，对设备要求高，投资较大。

CN200510058892.1提供了一种甲酸甲酯法合成N-甲酰吗啉的方法，采用酯交换催化剂，如甲醇钠、甲醇钾、乙醇钠、乙醇钾、叔丁醇钠、叔丁醇钾、二丁基氧化锡、二辛基氧化锡、钛酸酯或它们的复配物。

甲酸甲酯法的工艺特点为，过程副反应少、腐蚀小且无水生成，工艺简单，吗啉和甲酸甲酯转化率、产品收率和质量均比较高，尤其游离酸含量远小于甲酸法。

这几种合成方法存在着催化剂为均相催化剂，催化剂与产品分离较困难，废酸处理较困难，反应时间较长，副反应较多，使反应后处理繁杂产品质量差，并产生大量的废液，造成环境污染等问题。

发明内容

本发明为了解决现有技术存在的催化剂为均相催化剂，催化剂与产品分离较困难，废酸处理较困难，反应时间较长，副反应较多，使反应后处理繁杂产品质量差，并产生大量的废液，造成环境污染等技术问题，提供了一种制备N-甲酰吗啉的催化剂。该催化剂为固体酸催化剂。

为了解决上述问题，本发明提供的制备N-甲酰吗啉的催化剂由下述成分和含量组成：

(A)分子筛20～85％；

(B)载体1％～79％；

(C)粘结剂1％～14％；

上述百分数为重量百分数，以催化剂总重量计；

所述分子筛为Y型分子筛或ZSM-5分子筛，Y型分子筛是HY、REY、REHY、USY或REUSY，ZSM-5分子筛为氢型或经改性元素改性的分子筛，用改性元素磷、硫改性，改性元素磷、硫的含量为0.1～5重量％；所述载体为Al203，可以从它的前身物拟薄水铝石得来；所述粘结剂是拟薄水铝石或羟基氯化铝溶胶、硅铝凝胶、磷酸铝溶胶或它们的混合物。

本发明所用的粘结剂优选为拟薄水铝石，所述的分子筛含量优选为35～85重量％，载体含量优选为10～65重量％。

本发明用于改性的ZSM-5分子筛，为市售的ZSM-5分子筛，其SiO2/Al2O3比为20～500，最好为25～200，约束指数为1～2。本发明使用的Y型分子筛，为市售的HY、REY、REHY、USY或REUSY分子筛，其SiO2/Al2O3比为1～5。

本发明提供了制备N-甲酰吗啉的催化剂的方法，该方法包括按以下步骤：

(1)将市售的氢型ZSM-5分子筛或经改性的ZSM-5分子筛或HY型分子筛、载体与粘结剂按比例混合，均匀研磨；

(2)将硝酸配制成重量百分比为2～4％的溶液滴加入研磨好的料中混捏后，然后用挤条机和适当的模具(可以是三叶草型、条型、拉西环型等)挤条成型或冲压用冲压机冲压成型，在100～150℃下烘干；

(3)烘干后的物料在450～560℃，最好为490～550℃焙烧3～5小时。

(4)也可再用80％磷酸和适量的蒸馏水浸渍已制备出的条形催化剂，浸渍4～12小时，然后烘干，再在500～550℃下，焙烧4小时，制得催化剂。

通过上述制备方法，本发明得到催化剂是一种固体酸催化剂，可以代替硫酸、盐酸、甲醇钠、甲醇钾等均相催化剂，由于固体酸催化剂属于多相催化，不存在催化剂与反应产物的分离问题，同时采用较高的反应温度，使反应时间大大缩短，由于固体酸催化剂中不含有液体酸，因此也不存在分离废酸处理的问题，有利于提高产品质量。所谓固体酸(solid acid)的概念是来自碳氢化合物和无机酸，例如硫酸或氢氟酸等，会催化一些反应如裂解(cracking)，而某些固体催化剂，如氧化铝或沸石也有相似的效果，因此称为固体酸。