CN101265242B - 一种乙烷一步氧化直接制环氧乙烷的方法 - Google Patents

一种乙烷一步氧化直接制环氧乙烷的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种乙烷制备环氧乙烷的方法,特别是一种乙烷一步氧化直接制环氧乙烷的方法。本发明的目的是针对现有的环氧乙烷生产工艺存在着操作不便、工艺过程多、反应温度高、能耗高的不足之处,提供一种操作简便、工艺过程少、反应温度低、能耗低的乙烷一步氧化直接制环氧乙烷的方法。本发明一种乙烷一步氧化直接制环氧乙烷的方法是:制备环氧乙烷的反应器采用管式反应器,在管式反应器中设有银镍氧复合催化剂,制备环氧乙烷时将管式反应器的温度控制在250℃~390℃,按一定配比的乙烷与空气通过该管式反应器后即可获得环氧乙烷。在本发明中所用的银镍氧复合催化剂是采用银盐、镍盐和尿素为原料制成。

Description

一种乙烷一步氧化直接制环氧乙烷的方法
技术领域
本发明涉及一种乙烷制备环氧乙烷的方法,特别是一种乙烷一步氧化直接制环氧乙烷的方法。
背景技术
环氧乙烷是乙烯工业衍生物中仅次于聚乙烯和聚氯乙烯的重要有机化工产品。作为一种非常重要的化工基础原料和有机化工中间体,它广泛用于生产乙二醇和其他多元醇。也用于洗涤剂工业的乙氧基化物、乙醇胺、溶剂和乙二醇醚的生产。另外,环氧乙烷还可用于生产熏蒸剂和药物的消毒剂等。随着现代工业的发展,国内外对环氧乙烷的需求与日俱增。
早期环氧乙烷生产采用氯醇法工艺,氯醇法反应的过程为:(1)乙醇脱水,(2)乙烯次氯化,(3)碱化。由于氯醇法生产过程中产生大量的含卤废水,环境污染严重,故此法目前基本已停用。目前,国内外环氧乙烷生产工艺一般采用乙烯直接氧化法,其中较为成熟的生产工艺是在列管式固定床反应器中,使用银作为催化剂,采用纯氧与乙烯为原料直接氧化生产环氧乙烷。
目前工业上乙烯氧化制备环氧乙烷的反应温度一般在200℃~300℃之间,而乙烷氧化制备乙烯的温度则通常在900℃以上,两者温度相差很多,而且用于乙烯氧化制备环氧乙烷的作为催化剂的银在高温下易使反应发生深度氧化,因此还未见用乙烷与空气一步氧化直接制备环氧乙烷的报道。目前的环氧乙烷生产工艺中,须先由乙烷制得乙烯,再由乙烯氧化制环氧乙烷,故目前的环氧乙烷生产工艺存在着操作不便、工艺过程多、反应温度高、能耗大的不足之处。
发明内容
本发明的目的是针对现有的环氧乙烷生产工艺存在着操作不便、工艺过程多、反应温度高、能耗高的不足之处,提供一种操作简便、工艺过程少、反应温度低、能耗低的乙烷一步氧化直接制环氧乙烷的方法。
本发明是通过以下的技术方案完成的:一种乙烷一步氧化直接制环氧乙烷的方法,制备环氧乙烷的反应器采用管式反应器,在管式反应器中设有银镍氧复合催化剂,制备环氧乙烷时将管式反应器的温度控制在250℃~390℃,乙烷与空气通过该管式反应器后即可获得环氧乙烷。
在上述环氧乙烷的制备方法中,乙烷与空气之间的配比为1∶3~6。
在上述环氧乙烷的制备方法中,银镍氧复合催化剂采用银盐、镍盐和尿素为原料制成,其制备方法是:将按一定配比称取的银盐、镍盐和尿素放入容器中,在容器中加入去离子水,将容器密封后在65~95℃下磁力搅拌反应4~12小时后,水淬骤冷,再将所得沉淀用去离子水和乙醇各洗涤2~4次,于100~110℃下烘6~12小时,然后再置于马弗炉中,以1~4℃/min的升温速率从100℃开始升温到380~400℃后,焙烧2~4小时,即得所需催化剂。其中,银盐、镍盐和尿素之间的物质的量之比为1~3∶1∶1.8~4。
在上述银镍氧复合催化剂的制备方法中,在制备催化剂的原料中可加入助剂,助剂是Na、K、Rb、Cs、Ca、Ba、Re、Cl中的一种或一种以上,助剂的用量为镍盐物质的量的0.005~0.015%
本发明与现有的环氧乙烷生产工艺相比,具有操作简便、工艺过程少、反应温度低、能耗低的特点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做出进一步的具体说明,但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
称取AgNO3 6.7948g、Ni(NO3)2·6H2O 5.8162g、CO(NH2)2 3.6036g,放入圆底烧瓶中,加入20ml去离子水,溶解后放入小磁子,盖上玻璃塞,于85℃下磁力搅拌,反应7小时后,水淬骤冷,用去离子水和乙醇各洗涤三次,在110℃下烘8小时,再置于马弗炉中,从100℃始,以2℃/min升温到390℃,焙烧3小时即得催化剂。将制得的催化剂用于催化剂性能评价实验,其中:管式反应器采用内径为5mm的微型石英管固定床反应器,在反应器中装入银镍氧复合催化剂0.2g,该反应器的温度控制在320℃,空气和乙烷流量控制在25ml/min和5ml/min。分析结果见表1。
实施例2
称取AgNO3 6.7948g,Ni(NO3)2·6H2O 5.8162g,CO(NH2)2 3.6036g,放入圆底烧瓶中,加入30ml去离子水,溶解后放入小磁子,盖上玻璃塞,于90℃下磁力搅拌。反应5小时后,水淬骤冷,用去离子水和乙醇各洗涤三次。在100℃下烘8小时,再置于马弗炉中,从100℃始,2℃/min升温到380℃,焙烧4小时即得催化剂。将制得的催化剂用于催化剂性能评价实验,其中:管式反应器采用内径为5mm的微型石英管固定床反应器,在反应器中装入银镍氧复合催化剂0.2g,该反应器的温度控制在250℃,空气和乙烷流量控制在30ml/min和5ml/min。分析结果见表1。
实施例3
称取AgNO3 3.3974g,Ni(NO3)2·6H2O 5.8162g,CO(NH2)2 2.1622g,放入圆底烧瓶中,加入20ml去离子水,溶解后放入小磁子,盖上玻璃塞,于95℃下磁力搅拌。反应8小时后,水淬骤冷,用去离子水和乙醇各洗涤两次。在110℃下烘10小时,再置于马弗炉中,从100℃始,3℃/min升温到390℃,焙烧4小时即得催化剂。将制得的催化剂用于催化剂性能评价实验,其中:管式反应器采用内径为5mm的微型石英管固定床反应器,在反应器中装入银镍氧复合催化剂0.2g,该反应器的温度控制在350℃,空气和乙烷流量控制在15ml/min和5ml/min。分析结果见表1。
实施例4
称取AgNO3 10.1922g,Ni(NO3)2·6H2O 5.8162g,CO(NH2)2 4.8048g,放入圆底烧瓶中,加入40ml去离子水,溶解后放入小磁子,盖上玻璃塞,于65℃下磁力搅拌。反应10小时后,水淬骤冷,用去离子水和乙醇各洗涤四次。在110℃下烘12小时,再置于马弗炉中,从100℃始,2℃/min升温到390℃,焙烧3小时即得催化剂。将制得的催化剂用于催化剂性能评价实验,其中:管式反应器采用内径为5mm的微型石英管固定床反应器,在反应器中装入银镍氧复合催化剂0.2g,该反应器的温度控制在330℃,空气和乙烷流量控制在20ml/min和5ml/min。分析结果见表1。
实施例5
称取AgNO3 6.7948g,Ni(NO3)2·6H2O 5.8162g,CO(NH2)2 3.6036g,放入圆底烧瓶中,加入20ml去离子水,溶解后放入小磁子,盖上玻璃塞,于80℃下磁力搅拌。反应9小时后,水淬骤冷,用去离子水和乙醇各洗涤三次。在100℃下烘8小时,再置于马弗炉中,从100℃始,2℃/min升温到400℃,焙烧2小时即得催化剂。将制得的催化剂用于催化剂性能评价实验,其中:管式反应器采用内径为5mm的微型石英管固定床反应器,在反应器中装入银镍氧复合催化剂0.2g,该反应器的温度控制在390℃,空气和乙烷流量控制在25ml/min和5ml/min。分析结果见表1。
实施例6
称取AgNO3 3.3974g,Ni(NO3)2·6H2O 2.9081g,CO(NH2)2 2.4024g,放入圆底烧瓶中,加入20ml去离子水,溶解后放入小磁子,盖上玻璃塞,于90℃下磁力搅拌。反应8小时后,水淬骤冷,用去离子水和乙醇各洗涤两次。在110℃下烘8小时,再置于马弗炉中,从100℃始,1℃/min升温到400℃,焙烧3小时即得催化剂。将制得的催化剂用于催化剂性能评价实验,其中:管式反应器采用内径为5mm的微型石英管固定床反应器,在反应器中装入银镍氧复合催化剂0.2g,该反应器的温度控制在330℃,空气和乙烷流量控制在20ml/min和5ml/min。分析结果见表1。
实施例7
称取AgNO3 3.3974g,Ni(NO3)2·6H2O 2.9081g,CO(NH2)2 2.4024g,放入圆底烧瓶中,加入10ml去离子水,溶解后放入小磁子,盖上玻璃塞,于80℃下磁力搅拌。反应8小时后,水淬骤冷,用去离子水和乙醇各洗涤三次。在110℃下烘12小时,再置于马弗炉中,从100℃始,2℃/min升温到390℃,焙烧3小时即得催化剂。将制得的催化剂用于催化剂性能评价实验,其中:管式反应器采用内径为5mm的微型石英管固定床反应器,在反应器中装入银镍氧复合催化剂0.2g,该反应器的温度控制在320℃,空气和乙烷流量控制在28ml/min和5ml/min。分析结果见表1。
实施例8
称取AgNO3 6.7948g,Ni(NO3)2·6H2O 5.8162g,CO(NH2)2 3.6036g,放入圆底烧瓶中,加入20ml去离子水,溶解后放入小磁子,盖上玻璃塞,于65℃下磁力搅拌。反应12小时后,水淬骤冷,用去离子水和乙醇各洗涤三次。在110℃下烘6小时,再置于马弗炉中,从100℃始,4℃/min升温到390℃,焙烧3小时即得催化剂。将制得的催化剂用于催化剂性能评价实验,其中:管式反应器采用内径为5mm的微型石英管固定床反应器,在反应器中装入银镍氧复合催化剂0.2g,该反应器的温度控制在320℃,空气和乙烷流量控制在25ml/min和5ml/min。分析结果见表1。
实施例9
称取AgNO3 6.7948g,Ni(NO3)2·6H2O 5.8162g,CO(NH2)2 3.6036g,放入圆底烧瓶中,加入20ml去离子水,再加入0.001g氯化钾做助剂,溶解后放入小磁子,盖上玻璃塞,于85℃下磁力搅拌。反应7小时后,水淬骤冷,用去离子水和乙醇各洗涤三次。在110℃下烘10小时,再置于马弗炉中,从100℃始,5℃/min升温到380℃,焙烧3小时即得催化剂。将制得的催化剂用于催化剂性能评价实验,其中:管式反应器采用内径为5mm的微型石英管固定床反应器,在反应器中装入银镍氧复合催化剂0.2g,该反应器的温度控制在350℃,空气和乙烷流量控制在25ml/min和5ml/min。分析结果见表1。
实施例10
称取AgNO3 5.0961g,Ni(NO3)2·6H2O 5.8162g,CO(NH2)2 3.0030g,放入圆底烧瓶中,加入20ml去离子水,溶解后放入小磁子,盖上玻璃塞,于85℃下磁力搅拌。反应12小时后,水淬骤冷,用去离子水和乙醇各洗涤三次。在110℃下烘8小时,再置于马弗炉中,从100℃始,2℃/min升温到390℃,焙烧3小时即得催化剂。将制得的催化剂用于催化剂性能评价实验,其中:管式反应器采用内径为5mm的微型石英管固定床反应器,在反应器中装入银镍氧复合催化剂0.2g,该反应器的温度控制在310℃,空气和乙烷流量控制在25ml/min和5ml/min。分析结果见表1。
实施例11
称取AgNO3 8.4935g,Ni(NO3)2·6H2O 5.8162g,CO(NH2)2 4.2042g,放入圆底烧瓶中,加入10ml去离子水,溶解后放入小磁子,盖上玻璃塞,于85℃下磁力搅拌。反应8小时后,水淬骤冷,用去离子水和乙醇各洗涤三次。在110℃下烘8小时,再置于马弗炉中,从100℃始,2℃/min升温到390℃,焙烧3小时即得催化剂。将制得的催化剂用于催化剂性能评价实验,其中:管式反应器采用内径为5mm的微型石英管固定床反应器,在反应器中装入银镍氧复合催化剂0.2g,该反应器的温度控制在330℃,空气和乙烷流量控制在25ml/min和5ml/min。分析结果见表1。
实施例12
称取AgNO3 6.7948g,Ni(NO3)2·6H2O 5.8162g,CO(NH2)2 3.6036g,放入圆底烧瓶中,再加入0.002g碳酸铯做助剂,然后加入20ml去离子水,溶解后放入小磁子,盖上玻璃塞,于85℃下磁力搅拌。反应7小时后,水淬骤冷,用去离子水和乙醇各洗涤三次。在110℃下烘8小时,再置于马弗炉中,从100℃始,2℃/min升温到390℃,焙烧3小时即得催化剂。将制得的催化剂用于催化剂性能评价实验,其中:管式反应器采用内径为5mm的微型石英管固定床反应器,在反应器中装入银镍氧复合催化剂0.2g,该反应器的温度控制在330℃,空气和乙烷流量控制在25m1/min和5ml/min。分析结果见表1。
表1催化剂性能评价实验分析结果
  实施例   乙烷的转化率(%)   环氧乙烷的选择性(%)   环氧乙烷的产率(%)
  实施例1   27.8   11.5   3.2
  实施例2   14.2   17.0   2.4
  实施例3   24.8   9.4   2.3
  实施例4   24.4   10.5   2.6
  实施例5   29.4   8.2   2.4
  实施例6   25.8   10.5   2.7
  实施例7   26.4   10.0   2.6
  实施例8   24.7   11.0   2.7
  实施例9   26.4   11.6   3.1
  实施例10   25.0   9.9   2.5
  实施例11   24.8   11.1   2.8
  实施例12   25.8   13.2   3.4

Claims (2)

1.一种乙烷一步氧化直接制环氧乙烷的方法,其特征在于制备环氧乙烷的反应器采用管式反应器,在管式反应器中设有银镍氧复合催化剂,制备环氧乙烷时将管式反应器的温度控制在250℃~390℃,乙烷与空气通过该管式反应器后即可获得环氧乙烷;其中,通过管式反应器的乙烷与空气之间的配比为1∶3~6;银镍氧复合催化剂采用银盐、镍盐和尿素为原料制成,其制备方法是:将按一定配比称取的银盐、镍盐和尿素放入容器中,在容器中加入去离子水,将容器密封后在65~95℃下磁力搅拌反应4~12小时后,水淬骤冷,再将所得沉淀用去离子水和乙醇各洗涤2~4次,于100~110℃下烘6~12小时,然后再置于马弗炉中,以1~4℃/min的升温速率从100℃开始升温到380~400℃后,焙烧2~4小时,即得所需催化剂,其中,银盐、镍盐和尿素之间的物质的量之比为1~3∶1∶1.8~4。
2.根据权利要求1所述的乙烷一步氧化直接制环氧乙烷的方法,其特征在于在制备催化剂的原料中加入助剂,助剂是Na、K、Rb、Cs、Ca、Ba、Re、Cl元素中的一种以上,助剂的用量为镍盐物质的量的0.005~0.015%。
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