[发明专利]采用固载型酸性离子液体催化甘油脱水制丙烯醛的方法

说明书

技术领域

本发明是涉及催化甘油脱水制丙烯醛领域，具体方法是以甘油为原料，在固载型酸性离子液体为催化剂作用下，通过固定床反应器连续制备产物丙烯醛的方法。

背景技术

丙烯醛传统的生产工艺主要有：甲醛乙醛气相缩合法、丙烯或丙烷氧化法、丙烯醚热解法等。这些传统的生产工艺主要依赖于石油工业的发展，现如今石油资源的枯竭，发展新的丙烯醛生产工艺尤为重要，而甘油脱水制丙烯醛的生产工艺经济效益高，符合需求。

丙烯醛的催化体系主要分为均相和非均相体系，均相体系的催化剂主要以HSO4溶液为主，ott等人（Green Chem，2006,8:214～220）在近超临界水（573～673K、25～35MPa、10～60s）条件下以HSO4溶液为催化剂进行甘油脱水，得到的丙烯醛选择性高达75%且甘油转化率为50%，但是反应条件为近超临界水环境比较苛刻，同时此反应需要耐腐蚀的反应装置，生产的成本相对较高。

非均相催化剂主要包括固体超强酸、酸性分子筛、负载型杂多酸等。根据专利FR 695931采用了固体酸三元酸及其盐负载在浮石上，最高收率可达75～80%，但以后有人重复其专利方法没有得到验证。专利CN 101284245A使用的催化剂是HZSM-5分子筛和5～30%的金属活性组分，在优化的条件下，甘油的转化率可达100%，丙烯醛的选择性达到75.2%，但催化剂使用的时间不是太长。US 5426249中报道了磷酸负载的氧化铝、HY等催化剂，而丙烯醛的选择性约71%时，甘油的转化率仅为19%。根据专利CN 101417928A公开了一种以改性沸石负载的杂多酸为催化剂，丙烯醛最高摩尔选择性达83.7%，甘油转化率达100%，这种杂多酸负载型催化剂虽然产物得收率较高，但其极易结焦使催化剂失活。

上述专利都是采用固体酸、杂多酸、酸性沸石等酸性催化剂，虽然有的催化剂催化效果较好，能得到高转化率和选择性，但活性下降的很快。

专利CN 101863855A公开了一种温敏型酸性离子液体应用在催化醇酸酯化反应的方法，具有很好的催化效果，且催化剂可重复利用。CN 101735195A公开的以酸性离子液体催化合成环状碳酸酯的方法，此发明解决了此反应条件苛刻、成本高等问题。

由于具有催化活性高、反应条件温和、无污染等优点，至今酸性离子液体能应用各类反应，但在甘油脱水制丙烯醛的反应中未有人尝试。

本专利采用固载型酸性离子液体做催化剂，以生物甘油为原料，在连续流动的固定床中，使生物甘油发生脱水反应生成产物丙烯醛，甘油转化率和丙烯醛转化率都很高且相比以往的催化剂具有一定的稳定性。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种固载型离子液体催化剂的制备以及应用此催化剂在甘油脱水制丙烯醛中的方法。

采用本发明所述的固载型酸性离子液体催化剂，可以在较温和的条件是甘油脱水生成丙烯醛，且选择性和收率都比较高，长时间的进行反应催化剂活性降低的非常慢，催化剂反应的稳定性得到很大的提高。本发明采用的催化剂活性组分酸性离子液体简单易制、原料价格低廉、安全无毒、清洁环保，而对酸性离子液体的固载化使其易于分离回收，能重复利用。本发明采用的催化剂克服了以往液体催化剂如硫酸对设备的腐蚀和反应的条件苛刻等缺点，同时与其他固体酸性催化剂相比，其选择性和收率比较高，催化剂的稳定性较好。

本发明是通过以下的技术方案实现的：采用固载型酸性离子液体为催化剂，通过甘油脱水制取丙烯醛的方法，按照下述步骤进行：采用固载型酸性离子液体为催化剂，以固定床为反应器，以质量百分含量为10%～60%的甘油水溶液，在温度240℃～360℃，反应压力为常压，进料液空速为5 h^-1～10h^-1的条件下使甘油脱水制得丙烯醛，其优选条件为：反应原料为20%的甘油水溶液，反应温度为300℃，进料液时空速10h^-1，反应原料甘油中加入阻聚剂对苯二酚，质量浓度1%～8%，优选2％。

上述方法中所述的固载型酸性离子液体为[BMIM]BF₄或[BMIM]H₂PO₄离子液体，其中优选[BMIM]H₂PO₄,其化学结构式如下: