製備銀催化劑的方法、該催化劑及其用於烯烴氧化的用途的製作方法
2023-06-10 09:44:06 1
專利名稱：製備銀催化劑的方法、該催化劑及其用於烯烴氧化的用途的製作方法
技術領域：
本發明涉及製備適用於烯烴環氧化的催化劑的方法、該催化劑本身以及其中使用該催化劑的烯烴環氧化方法。
背景技術：
在烯烴環氧化中，使用銀基催化劑使烯烴與氧氣反應形成烯烴環氧化物。烯烴氧化物可與水、醇或胺反應，形成1，2-二醇、1，2-二醇醚或鏈烷醇胺。因此，可在多步方法中生產1，2-二醇、1，2-二醇醚和鏈烷醇胺，所述多步方法包括烯烴環氧化和用水、醇或胺轉化所形成的烯烴氧化物。
常規銀基催化劑提供烯烴氧化物的選擇性很低。此外，在正常的操作過程中，催化劑易於經歷與老化有關的性能下降。老化本身通過催化劑活性下降而顯現。通常當顯現催化劑的活性下降時，反應溫度增加，以便補償活性的下降。可增加反應溫度，直到它變得不希望地高，在這一時間點處，認為催化劑處於壽命的終點且不需要更換。
多年來，許多努力致力於改進環氧化催化劑的性能，例如就其起始活性和選擇性及其穩定性，即它們對與老化有關的性能下降的耐受性。已經在改進催化劑的組成方面發現解決方法，和在其它情況下，已經在改進位備催化劑的方法方面發現解決方法。
例如常規地通過使用浸漬技術在載體上沉積銀而製備銀基催化劑。US-B-6368998示出了通過在其內存在氫氧化物形式的附加鹼，使用具有比常規更高的pH如具有13.2或13.6的測量pH的含銀的浸漬溶液，導致具有改進的起始性能的催化劑。US-B-6368998教導了已經觀察到添加多的氫氧化物引起浸漬溶液結渣，從而產生製備困難。在US-B-6368998中，沒有涉及催化劑穩定性能的教導。
發明內容
其中在第一個實施方案中，本發明提供製備催化劑的方法，該催化劑包括在載體上的銀，該方法包括-在載體上沉積銀，和-在載體上沉積銀的同時或隨後，在載體上以至少50mmol/kg載體的量沉積在25℃下在水中測量時pKb至多3.5的鹼。
在第一個實施方案中，本發明優選提供製備催化劑的方法，該方法包括用含銀化合物和鹼的溶液以至少50mmol/kg載體的量浸漬載體，所述鹼在25℃下在水中測量時pKb至多3.5。
在第二個實施方案中，本發明提供製備催化劑的方法，該催化劑包括在載體上的銀，所述方法包括-在載體上沉積銀，和-在載體上沉積銀的同時或隨後，在載體上沉積含量為至少50mmol鋰/kg載體的含鋰的組分。
在第二個實施方案中，本發明優選提供製備催化劑的方法，該方法包括用含有銀化合物和含鋰組分的溶液以至少50mmol鋰/kg載體的量浸漬載體。
本發明還提供可通過本發明的製備催化劑的方法獲得的催化劑。
本發明還提供在可通過本發明的製備催化劑的方法獲得的催化劑存在下通過使烯烴與氧氣反應製備烯烴氧化物的方法。
本發明還提供使用烯烴氧化物製備1，2-鏈烷二醇、1，2-鏈烷二醇醚或1，2-鏈烷醇胺的方法，該方法包括將烯烴氧化物轉化成1，2-鏈烷二醇、1，2-鏈烷二醇醚或1，2-鏈烷醇胺，其中通過本發明製備烯烴氧化物的方法來獲得所述烯烴氧化物。
具體實施例方式
當催化劑根據本發明製備時，與常規製備的催化劑相比，該催化劑在其使用過程中的性能下降從根本上得到改變。所述根本改變是有利的，這是因為在催化劑的選擇性中通常觀察到的相對快速下降的時間段明顯延長。在延長的時間段中，基本上沒有選擇性下降或者選擇性下降速度明顯較低。此外，在其起始性能，特別是在其起始活性方面，本發明的催化劑顯示出優勢。
在本發明中使用的載體可基於寬範圍的材料。這種材料可以是天然或者人工的無機材料，且它們可包括耐火材料、碳化矽、粘土、沸石、木炭和鹼土金屬碳酸鹽如碳酸鈣。優選耐火材料，例如氧化鋁、氧化鎂、氧化鋯和氧化矽。最優選的材料是α-氧化鋁。典型地，相對於載體的重量，載體包括至少85wt％，更典型地90wt％，特別是95wt％的α-氧化鋁，通常至多99.9wt％的α-氧化鋁。α-氧化鋁載體中的其它組分可包括例如氧化矽、鹼土金屬組分如鈉和/或鉀組分、和/或鹼土金屬組分如鈣和/或鎂組分。
相對於載體的重量，載體的表面積可以合適地為至少0.1m2/g，優選至少0.3m2/g，更優選至少0.5m2/g，和特別是至少0.6m2/g；相對於載體的重量，該表面積可合適地為至多10m2/g，優選至多5m2/g，和特別是至多3m2/g。此處所使用的「表面積」應理解為涉及通過B.E.T.(Brunauer，Emmett and Teller)方法測定的表面積，正如在Journal of the American Chemical Society 60(1938)pp.309-316中所述。高表面積載體，特別是當它們是任選另外含氧化矽、鹼金屬和/或鹼土金屬組分的α-氧化鋁載體時，提供改進的性能和操作穩定性。
載體的吸水率範圍典型地為0.2-0.8g/g，優選範圍為0.3-0.7g/g。鑑於銀和其它元素(如果有的話)通過浸漬在載體上更有效的沉積，較高的吸水率可能是有利的。但在較高的吸水率下，載體或者由其製備的催化劑可具有較低的壓碎強度。據認為此處所使用的吸水率根據ASTMC20測量，並將吸水率表達為相對於載體重量的可被吸收到載體孔隙內的水的重量。
載體典型地為煅燒即燒結的載體，優選為成形體形式，其尺寸通常由載體將在其內沉積的反應器的尺寸來確定。但一般地，已發現非常方便的是使用顆粒，如粉末顆粒、梯形體、圓柱體、馬鞍形、球形、環形等形式的成形體。圓柱體可以實心或中空、筆直或彎曲，且它們可具有大致相同且為5-15mm的長度和截面尺寸。
若在載體上沉積催化劑成分之前洗滌載體，則可提高催化劑的性能。另一方面，也可成功地使用未洗滌的載體。洗滌載體的有用方法包括用熱的軟化水以連續的方式洗滌載體，直到流出的水的電導率不再下降。軟化水的合適的溫度範圍為80-100℃，例如90℃或95℃。另外，可用鹼和隨後用水洗滌載體。可參考US-B-6368998，在此通過參考將其引入。
打算通過洗滌從載體上除去可溶殘渣，特別是可以以載體的硝酸可提取組分形式測量到的可溶殘渣。測量硝酸可提取組分含量的方法包括通過用100ml部分的10％w的硝酸使載體沸騰30分鐘(1atm，即101.3kPa)提取10g載體樣品，並通過使用已知方法如原子吸收光譜法測量在組合的提取物內的相關組分。參考US-A-5801259，在此通過參考將其引入。相對於載體的重量，本發明中使用的載體，或者更一般地用於製備由烯烴和氧氣製備烯烴氧化物中使用的銀基催化劑的載體，其硝酸可提取組分的含量(金屬或SiO2的重量)以百萬分之一份(ppmw)為單位典型地如下所述鈉小於500ppmw，優選小於400ppmw，和/或鉀小於150ppmw，優選小於100ppmw，和/或鈣小於400ppmw，優選小於300ppmw，和/或鋁小於1100ppmw，優選小於800ppmw，和/或矽酸鹽小於1000ppmw，優選小於800ppmw。
若載體是煅燒載體，特別是α-氧化鋁載體，則再煅燒載體可能是降低載體中硝酸可提取組分含量的替代方法。合適地，通過在範圍為1000-1600℃的溫度下，優選1200-1500℃下加熱載體前體通常1-50小時的時間段，和更典型地為10-40小時，從而進行煅燒。合適地，通過在與煅燒中相近的溫度和相近的時間段下，加熱載體，從而進行再煅燒。優選地，再煅燒的條件有時不如煅燒條件那麼苛刻，例如溫度低50℃或100℃和/或時間更短。在煅燒或再煅燒中採用的氣氛不是關鍵的。例如可採用惰性氣氛，例如氮氣或氬氣，或者可採用含氧氣氛，例如空氣或者空氣與氮氣的混合物。
其中，在一個優選的實施方案中，在於載體上沉積催化劑組分之前，可在載體上沉積鹼(下文稱為「第一鹼」)。合適地，當在25℃下在水中測量時，第一鹼的pKb為至多3.5，優選地，pKb至多2，更優選至多1。合適的第一鹼可以是氫氧化物，例如氫氧化鋰或氫氧化季銨，典型地為氫氧化四甲基銨或氫氧化四乙基銨，或者醇鹽，典型地為甲醇鋰或三甲醇鋁。第一鹼的用量可以是至多1000mmol/kg載體，例如範圍為0.5-500mmol/kg載體，優選範圍為1-100mmol/kg載體，更優選範圍為5-50mmol/kg載體，例如10、14、20或30mmol/kg。
本領域的技術人員將理解，鹼可以是多元鹼，即具有多個鹼官能度。例如鹼可以是二元鹼或者三元鹼。可使用大於1的pKb值來規定多元鹼化合物的鹼性能。要理解，正如此處所使用的，在多元鹼化合物的情況下，具有所規定的pKb的鹼的摩爾數包括具有所規定的pKb值的鹼官能度的總摩爾數。
可以通過用含足量第一鹼的溶液浸漬載體，從而將第一鹼沉積在載體上。在浸漬之後，可以典型地在至多300℃，優選至多250℃，更優選至多200℃的溫度下，和合適地在至少20℃，優選至少50℃，更優選至少80℃的溫度下，合適地乾燥載體至少1分鐘，優選至少2分鐘的時間段，和合適地至多60分鐘，優選至多30分鐘，更優選至多15分鐘的時間段。可認為除了或代替所述乾燥條件，可採用更苛刻的條件，一直到前面所述的煅燒條件。
此處所述的浸漬溶液的體積可以使載體被浸漬，直到達到載體的初始潤溼點。另外，可使用較大的體積，並例如通過傾析或離心從溼的載體中除去多餘的溶液。特別是浸漬溶液可含有醇稀釋劑，例如甲醇或乙醇，或者它可以含水。它包括可使用的混合稀釋劑。
製備銀基催化劑是本領域已知的，且已知的方法可用於製備本發明的催化劑。製備催化劑的方法包括用含有陽離子銀的銀化合物浸漬載體，並進行還原以形成金屬銀顆粒。可例如參考US-A-5380697、US-A-5739075、EP-A-266015和US-B-6368998，這些美國專利在此通過參考引入。
可在其中乾燥催化劑的步驟過程中，實現陽離子銀至金屬銀的還原，從而該還原不要求單獨的工藝步驟。若含銀的浸漬溶液包括還原劑，例如下文實施例中所述的草酸鹽，則可以是這種情況。合適地在至多300℃，優選至多280℃，更優選至多260℃的反應溫度下，和合適地在至少200℃，優選至少210℃，更優選至少220℃的反應溫度下，合適地進行該乾燥步驟至少1分鐘，優選至少2分鐘，和合適地至多20分鐘，優選至多15分鐘，更優選至多10分鐘的時間段。
相對於催化劑的重量，通過使用至少10g/kg催化劑的銀含量，從而獲得明顯的催化活性。優選地，相對於催化劑的重量，催化劑包括含量為50-500g/kg的銀，更優選100-400g/kg，例如105g/kg，或者120g/kg，或者190g/kg，或者250g/kg，或者350g/kg。可在浸漬溶液中使用銀化合物，其用量足以在銀的單次沉積中提供具有此處所公開的銀含量的催化劑。另外，可採用多次銀沉積。
按照本發明的一個實施方案，在載體上沉積銀的同時或之後，可在載體上沉積鹼(下文稱為「第二鹼」)。當在25℃下在水中測量時，第二鹼的pKb至多為3.5，pKb優選至多2，更優選至多1。合適的第二鹼可以是氫氧化物，例如氫氧化鋰或者氫氧化季銨，典型地為氫氧化四甲基銨或者氫氧化四乙基銨，或者醇鹽，典型地為甲醇鋰或三甲醇鋁。第二鹼的量為至少50mmol/kg載體，優選至少55mmol/kg，更優選至少60mmol/kg。鹼的量通常為至多1000mmol/kg載體，優選至多500mmol/kg，更優選至多100mmol/kg，例如70或75mmol/kg載體。
優選在於載體上沉積銀的同時，在載體上沉積第二鹼，在此情況下，可將第二鹼加入到前面所述的含銀的浸漬溶液中。優選地，浸漬溶液的pH為至少14，特別是至少14.5。另外，可在沉積銀之後，典型地通過採用單獨的浸漬操作，在載體上沉積第二鹼。在單獨的浸漬中，第二鹼可任選與其它催化劑成分一起沉積在載體上。如此處所使用的，pH是在20℃下測量的pH。所測量的pH可能不同於實際的pH，這是因為測量pH的溶液的介質可能是不含水的。
第二鹼可以與第一鹼相同或者不同。第二鹼可沉積在載體上，而與載體上是否沉積第一鹼無關。第一鹼可以沉積在載體上，而與載體上是否沉積第二鹼無關。
根據本發明的另一實施方案，可在於載體上沉積銀的同時或隨後，將含鋰的化合物沉積在載體上。含鋰的化合物例如可以是氫氧化鋰或鋰鹽，例如硝酸鋰或硫酸鋰。含鋰化合物的用量為至少50mmol/kg載體，優選至少55mmol/kg，更優選至少60mmol/kg。含鋰化合物的用量典型地為至多1000mmol/kg載體，優選至多500mmol/kg，更優選至多100mmol/kg，例如75mmol/kg載體。
優選在於載體上沉積銀的同時，在載體上沉積含鋰的化合物，在此情況下，含鋰的化合物可加入到前面所述的含銀的浸漬溶液中。另外，可在沉積銀之後，典型地通過採用單獨的浸漬操作，將含鋰的化合物沉積在載體上。在單獨的浸漬中，含鋰的化合物可任選與其它催化劑成分一起沉積在載體上。
優選地，除了銀以外，催化劑還包括一種或多種高選擇性的摻雜劑。根據US-A-4761394和US-A-4766105(在此通過參考將其引入)，含高選擇性摻雜劑的催化劑是已知的。高選擇性摻雜劑可包括例如含錸、鉬、鉻和鎢中的一種或多種的組分。以元素(例如錸、鉬、鎢和/或鉻)計算，基於全部催化劑，該高選擇性摻雜劑可以以0.01-500mmol/kg的總量存在。錸、鉬、鉻或鎢可合適地以氧化物或者以鹽或者酸形式的氧陰離子如作為高錸酸根、鉬酸根、鎢酸根形式提供。可在本發明中使用高選擇性摻雜劑，其用量足以提供具有此處所公開的高選擇性摻雜劑含量的催化劑。
特別優選的催化劑除了銀以外，還包括錸組分和任選的錸共促進劑。相對於催化劑的重量，以錸的量計算，錸組分可典型地以至少0.01mmol/kg的量存在，更典型地為至少0.1mmol/kg，和優選至少0.5mmol/kg。相對於催化劑的重量，以錸的量計算，錸組分可以以至多50mmol/kg的量存在，優選至多10mmol/kg，更優選至多5mmol/kg。錸共促進劑可合適地選自含鎢、鉻、鉬、硫、磷和硼中的一種或多種的組分。優選地，錸共促進劑選自含鎢、鉻、鉬和硫中的一種或多種的組分。特別優選的是錸共促進劑包括鎢組分。相對於催化劑的重量，以元素(即鎢、鉻、鉬、硫、磷和/或硼的總量)計算，錸共促進劑可典型地以至少0.01mmol/kg的總量存在，更典型地為至少0.1mmol/kg，和優選至少0.5mmol/kg。基於相同的基準，錸共促進劑可以以至多50mmol/kg的總量存在，優選至多10mmol/kg，更優選至多5mmol/kg。錸共促進劑可以沉積的形式對於本發明來說不是關鍵的。例如它可以合適地以氧化物或者以鹽或者酸形式的氧陰離子如作為硫酸根、硼酸根或鉬酸根形式提供。可在本發明中使用錸組分和錸共促進劑，其用量足以提供具有此處所公開的錸組分和錸共促進劑含量的催化劑。
如果存在，高選擇性摻雜劑可以或者可以不與銀的沉積一起沉積在載體上。在製備具有相對高的銀含量，例如基於全部催化劑範圍為150-500g/kg、特別是200-400g/kg的銀含量的催化劑中，可有利地多次沉積銀。可分三份或更多份，和優選分兩份沉積銀，所述沉積可與高選擇性摻雜劑的沉積一起進行或者分別進行。若存在錸組分和錸共促進劑，則部分銀可與錸共促進劑的沉積一起沉積，且另一部分可與錸組分的沉積一起沉積。不希望受理論所束縛，根認為在其中摻雜劑(例如錸組分和/或錸共促進劑)與部分銀的沉積同時沉積的實施方案中，與獨立於銀沉積的沉積不同的是，將實現在載體上更有利地分布摻雜劑。因此優選這種實施方案，這是因為它們將得到更好的催化劑。可在各次沉積中分配銀，以便在每次沉積時，使用相同銀濃度的銀溶液。但優選在隨後的沉積中使用比前次沉積具有更高銀濃度的銀溶液。
除了銀和高選擇性摻雜劑以外，催化劑還優選包括含其它元素的組分(如果存在)。合適的其它元素可選自氮、氟、鹼金屬、鹼土金屬、鈦、鉿、鋯、釩、鉈、釷、鉭、鈮、鎵和鍺及其混合物。優選地，鹼金屬選自鉀、銣和銫。最優選地，鹼金屬是鉀和/或銫。優選地，鹼土金屬選自鈣和鋇。典型地，基於催化劑以元素計算，其它元素以0.01-500mmol/kg、更典型地為0.05-100mmol/kg的總量存在於催化劑內。在可能的情況下，其它元素可合適地以氧化物或者作為鹽或者酸形式的氧陰離子如作為硫酸根、硝酸根、亞硝酸根、硼酸根或鉬酸根形式提供。鹼金屬或鹼土金屬的鹽是合適的。可在本發明中使用含其它元素的組分，其用量足以提供具有此處公開的其它元素含量的催化劑。可在沉積銀之前、同時或者之後和/或在沉積高選擇性摻雜劑之前、同時或之後(如果存在)，將包含其它元素的組分沉積在載體上。
在由烯烴和氧氣製備烯烴氧化物的過程中，催化劑中鹼金屬組分的含量通常影響催化劑的性能。一方面，該性能可涉及在飛溫反應條件以外即全部氧氣轉化和局部非常高的催化劑溫度下操作催化劑的能力。在涉及不包括錸組分或者相對於催化劑的重量以錸的含量計算具有小於1.5mmol/kg、特別是小於1mmol/kg的錸組分含量的催化劑的一些實施方案中，可採用銫組分，其用量從活性和選擇性角度而言，比最佳催化劑性能所需的用量更高(例如700ppmw，而不是500ppmw，相對於催化劑的重量以銫的重量計算)，且效果是更容易避免飛溫反應條件。
正如此處所使用的，據認為存在於催化劑內的鹼金屬的量是它可用100℃的去離子水從催化劑中提取出來的程度。提取方法包括通過在100℃下，在20ml每份的去離子水內加熱10g催化劑樣品5分鐘，從而提取該催化劑樣品3次，並使用已知方法如原子吸收光譜法，測定組合提取物內的有關金屬。
正如此處所使用的，據認為存在於催化劑內的鹼土金屬的量是它可在100℃的去離子水內用10％w的硝酸從催化劑中提取出來的程度。提取方法包括用100ml每份的10％w的硝酸者沸10g催化劑樣品30分鐘(1atm，即101.3kPa)，從而提取該催化劑樣品，並使用已知方法如原子吸收光譜法，測定組合提取物內的有關金屬。可參考US-A-5801259，在此通過參考將其引入。
儘管本發明的環氧化工藝可按照許多方式進行，但優選以氣相工藝進行，即其中典型地在填充床中，原料以氣相與以固體材料形式存在的催化劑接觸。一般地，該工藝以連續工藝形式進行。
在本發明的環氧化工藝中使用的烯烴可以是任何烯烴，例如芳族烯烴如苯乙烯，或者二烯烴(不管共軛與否)如1，9-癸二烯或者1，3-丁二烯。典型地，烯烴是單烯烴，例如2-丁烯或異丁烯。優選地，烯烴是單-α-烯烴，例如1-丁烯或丙烯。最優選的烯烴是乙烯。
在原料內的烯烴濃度可在寬範圍內選擇。典型地，相對於全部原料，在原料內的烯烴濃度至多為80mol％。優選地，基於相同的基準，其範圍為0.5-70mol％，特別是1-60mol％。如此處所使用的，原料被視為與催化劑接觸的組合物。
本發明的環氧化工藝可以是空氣基或者氧氣基工藝，參見「 Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology」，第3版，第9卷，1980，第445-447頁。在空氣基工藝中，空氣或富氧空氣用作氧化劑源，而在氧氣基工藝中，高純度(至少95mol％)的氧氣用作氧化劑源。目前大多數環氧化裝置是氧氣基裝置，且這是本發明的優選原料內的氧氣濃度可在寬範圍內選擇。但在實踐中，通常以避免可燃區域的濃度應用氧氣。典型地，所應用的氧氣濃度在全部原料的1-15mol％範圍內，更典型地為2-12mol％。
為了維持在可燃區域以外，當烯烴濃度增加時，可降低原料內氧氣的濃度。實際的安全操作範圍與原料組合物一起，還取決於反應條件，例如反應溫度和壓力。
可在原料內存在有機滷化物作為反應改性劑以增加選擇性，從而相對於所希望的烯烴氧化物的形成，抑制不希望的烯烴或烯烴氧化物氧化成二氧化碳和水。有機滷化物特別是有機溴化物，和更特別是有機氯化物。優選的有機滷化物是氯烴或溴烴。更優選地，它們選自氯甲烷、氯乙烷、二氯乙烷、二溴乙烷、氯乙烯或其混合物。最優選氯乙烷和二氯乙烷。
當在原料中以低濃度例如相對於全部原料至多0.01mol％使用時，有機滷化物通常作為反應改性劑是有效的。特別是當烯烴是乙烯時，優選相對於全部原料，有機滷化物在原料中的存在濃度為至多50×10-4mol％，特別是至多20×10-4mol％，更特別是至多15×10-4mol％，和優選相對於全部原料，至少為0.2×10-4mol％，特別是至少0.5×10-4mol％，更特別是至少1×10-4mol％。
除了烯烴、氧氣和有機滷化物以外，原料還可含有一種或多種任選組分，例如二氧化碳、惰性氣體和飽和烴，二氧化碳是環氧化工藝的副產物。但二氧化碳通常對催化劑活性具有不利的影響。典型地，相對於全部原料，避免在原料內的二氧化碳濃度超過25mol％，優選避免超過10mol％。相對於全部原料，可使用的二氧化碳濃度低至1mol％或者更低，例如0.5mol％。惰性氣體，例如氮氣或氬氣，可以以30-90mol％的濃度存在於原料內，典型地為40-80mol％。合適的飽和烴是甲烷和乙烷。若存在飽和烴，則相對於全部原料，它們可以以至多80mol％的量存在，特別是至多75mol％。通常它們以至少30mol％的量存在，更通常為至少40mol％。可添加飽和烴到原料中，以便增加氧的可燃極限。
可使用選自寬範圍的反應溫度進行環氧化工藝。優選地，反應溫度範圍為150-340℃，更優選範圍為180-325℃。
為了降低催化劑的失活作用，可逐漸或者以多步增加反應溫度，例如以0.1-20℃、特別是0.2-10℃、更特別是0.5-5℃按步進行。反應溫度總的增加範圍可以是10-140℃，更典型地為20-100℃。反應溫度可以典型地從使用新催化劑時的在150-300℃範圍內、更典型地在200-280℃的水平下增加到當催化劑因老化而活性下降時的230-340℃範圍內、更典型地在240-325℃的水平下。
優選在範圍為1000-3500kPa的反應器入口壓力下進行環氧化工藝。「GHSV」或氣時空速是在標準溫度和壓力(0℃，1atm，即101.3kPa)下，每小時通過1單位體積填充催化劑的氣體的單位體積。優選地，當環氧化工藝作為包括填充催化劑床的氣相工藝時，GHSV範圍為1500-10000Nl(1.h)。優選地，在所產生的烯烴氧化物範圍為0.5-10kmol/m3催化劑/小時的操作速度下進行該工藝，特別是所產生的烯烴氧化物為0.7-8kmol/m3催化劑/小時，例如所產生的烯烴氧化物為5kmol/m3催化劑/小時。
可通過使用本領域已知的方法，例如通過在水中吸收來自反應器出口物流的烯烴氧化物，並任選通過蒸餾從該水溶液中回收烯烴氧化物，從而從反應混合物中回收所產生的烯烴氧化物。含有烯烴氧化物的至少部分水溶液可用於隨後的工藝以供將烯烴氧化物轉化成1，2-二醇、1，2-二醇醚或鏈烷醇胺。
可將環氧化工藝中產生的烯烴氧化物轉化成1，2-二醇、1，2-二醇醚或鏈烷醇胺。
轉化成1，2-二醇或1，2-二醇醚可包括例如合適地使用酸性或鹼性催化劑，使烯烴氧化物與水反應。例如為了主要製備1，2-二醇和較少的1，2-二醇醚，則可在液相反應中，在酸催化劑例如基於全部反應混合物0.5-1.0％w的硫酸存在下，在50-70℃下，在100kPa的絕壓下，或者在氣相反應中，在130-240℃和2000-4000kPa的絕壓下，優選在不存在催化劑的情況下，使烯烴氧化物與10倍摩爾過量的水反應。若水的比例下降，則反應混合物中1，2-二醇醚的比例增加。如此生產的1，2-二醇醚可以是二醚、三醚、四醚或後續的醚。另外，可通過用醇替代至少一部分水，用醇、特別是伯醇如甲醇或乙醇轉化烯烴氧化物，從而製備替代的1，2-二醇醚。
轉化成鏈烷醇胺可包括使烯烴氧化物與胺如氨、烷基胺或二烷基胺反應。可使用無水或含水氨。典型地使用無水氨以利於生產單鏈烷醇胺。對於可用於將烯烴氧化物轉化成鏈烷醇胺的方法來說，可參考例如US-A-4845296，在此通過參考將其引入。
可在多種工業應用中，例如在食品、飲料、香菸、化妝品、熱塑性聚合物、可固化樹脂體系、洗滌劑、換熱體系等領域中使用1，2-二醇和1，2-二醇醚。可例如在天然氣處理(「脫硫」)中使用鏈烷醇胺。
除非另有說明，此處提及的有機化合物，例如烯烴、1，2-二醇、1，2-二醇醚、鏈烷醇胺和有機滷化物典型地具有至多40個碳原子，更典型地為至多20個碳原子，特別是至多10個碳原子，更特別是至多6個碳原子。如此處所定義的，碳原子數的範圍(即碳數)包括針對該範圍邊界所規定的數值。
已經大體描述了本發明，可通過參考下述實施例進一步理解本發明，其中提供這些實施例只是為了闡述目的且不打算限制本發明，除非另有說明。
實施例1催化劑1、2和3的製備通過添加含氫氧化鋰、氫氧化銫和水的水溶液到銀-胺-草酸鹽原料溶液的樣品中，從而製備浸漬溶液。相對於載體的重量，氫氧化鋰和氫氧化銫的用量分別為47mmol/kg和4mmol/kg。浸漬溶液的測量pH(20℃)為13.6。如US-A-4766105(在此通過參考將其引入)中所述製備銀-胺-草酸鹽原料溶液。
如下所述，用浸漬溶液浸漬並乾燥表面積為0.87m2/g且吸水率為0.42g/g的α-氧化鋁載體樣品。在25mmHg真空下，在環境溫度下放置載體樣品(約30g)1分鐘。然後引入約50g前面所述製備的浸漬溶液，以浸漬載體，並維持在25mmHg的真空下另外3分鐘。然後釋放真空，並通過在500rpm下離心2分鐘，從催化劑前體中除去過量的浸漬溶液。然後乾燥催化劑前體，同時在250℃下在空氣流中搖動5.5分鐘。相對於催化劑(催化劑1，用於比較)的重量，所製備的催化劑含有14.5％w的銀、40mmol/kg的鋰和3.4mmol/kg的銫。
以與催化劑1相同的方式製備第二催化劑，只是使用70mmol的氫氧化鋰/kg載體而不是47mmol/kg。浸漬溶液的測量pH(20℃)為14.6。相對於催化劑的重量，所製備的催化劑含有14.5％w的銀、60mmol/kg的鋰和3.4mmol/kg的銫(催化劑2，根據本發明)。
以與催化劑1相同的方式製備第三催化劑，只是使用70mmol的氫氧化鋰/kg載體而不是47mmol/kg，並按照US-B-6368998(在此通過參考將其引入)中列出的工序，用水洗滌載體。浸漬溶液的測量pH(20℃)為14.6。相對於催化劑的重量，所製備的催化劑含有14.5％w的銀、60mmol/kg的鋰和3.4mmol/kg的銫(催化劑3，根據本發明)。
催化劑測試在由乙烯和氧氣生產環氧乙烷過程中測試所製備的催化劑。為此，將1.68g粉碎的催化劑裝載到不鏽鋼U形管內。將該管浸漬在熔融金屬浴(加熱介質)內，並將其端部連接到氣流體系上。氣體或氣體混合物以「單程」操作方式流經催化劑床。調節所使用的催化劑的重量和入口氣體流量，得到6800Nml氣體/ml催化劑/小時的氣時空速，這相對於未粉碎的催化劑來計算。入口氣體壓力為1450kPa。
氣體混合物含有30％v乙烯、8％v氧氣、5％v二氧化碳、2.5ppmv氯乙烷和餘量氮氣。
以10℃/小時的速度使反應器溫度攀升到225℃，然後調節溫度，以便在出口氣流中實現1.5％v的環氧乙烷含量。調節氣體混合物中的氯乙烷濃度為2.5至5ppmv，以便在出口氣流中以恆定的環氧乙烷濃度獲得最佳的選擇性。緩慢增加溫度，以補償因老化導致的催化劑性能下降，即維持在出口氣流中恆定的環氧乙烷含量。
測量催化劑的起始性能(即在催化劑在線操作至少1-2天之後)並於表I中給出。溫度較低是催化劑活性較高的標誌。可以看出，催化劑2和3(根據本發明)優於對比催化劑1。
表I
如下所述評價催化劑的穩定性。將粉碎的催化劑樣品(0.808g)分別負載在3.6mm內徑的不鏽鋼U形管內。將該管浸沒在熔融金屬浴(加熱介質)內並將其端部連接到氣流體系上。氣體或氣體混合物以「單程」操作方式流經催化劑床。調節所使用的催化劑的重量和入口氣體流量，得到30000Nml氣體/ml催化劑/小時的氣時空速，這相對於未粉碎的催化劑來計算。入口氣體壓力為1450kPa。
氣體混合物含有30％v乙烯、8％v氧氣、5％v二氧化碳、5.6ppmv氯乙烷和餘量氮氣。
以10℃/小時的速度使反應器溫度攀升到245℃，然後調節溫度，以便實現25％的氧氣轉化水平。
在達到催化劑的起始性能水平之後緩慢增加溫度，以補償因老化導致的催化劑性能的下降，即維持恆定的氧氣轉化率。在兩個階段中存在催化劑性能下降。在第一階段中，催化劑性能的下降速度明顯低於第二階段。在第一階段中，基本上沒有觀察到催化劑的選擇性下降，而在第二階段中，催化劑的選擇性下降基本上按照線性方式進行，對於所有這三種催化劑來說，速度為約1.56％/kton/m3催化劑。但對於三種催化劑來說，第二階段的起始點(以累積的環氧乙烷(EO)產量表達)明顯不同，正如表II中所述。有利的是，與對比催化劑1相比，對於本發明的催化劑2和3來說，第二階段的下降在高得多的累積EO產量下開始。此外，催化劑3明顯好於催化劑2。
表II
權利要求
1.製備催化劑的方法，該催化劑包括在載體上的銀，所述方法包括-在載體上沉積銀，和-在載體上沉積銀的同時或隨後，在載體上以至少50mmol/kg載體的量沉積在25℃下在水中測量時pKb至多3.5的鹼。
2.權利要求1的方法，其中該方法包括用含有銀化合物和鹼的溶液以至少50mmol/kg載體的量浸漬載體，所述鹼在25℃下在水中測量時pKb至多3.5。
3.權利要求2的方法，其中當在20℃的溫度下測量時，浸漬溶液的pH為至少14。
4.權利要求1-3任一項的方法，其中當在25℃下在水中測量時，所述鹼的pKb為至多2，特別是至多1。
5.權利要求1-4任一項的方法，其中鹼是氫氧化物或醇鹽，特別是氫氧化鋰。
6.權利要求1的方法，其中相對於載體的重量，鹼的沉積量範圍為55-500mmol/kg，特別範圍為60-100mmol/kg。
7.權利要求1-6任一項的方法，其中相對於催化劑的重量，銀在載體上的沉積量範圍為100-400g/kg。
8.權利要求1-7任一項的方法，其中除了銀和鹼以外，在載體上沉積一種或多種高選擇性摻雜劑，所述高選擇性摻雜劑含錸、鉬、鉻和鎢中的一種或多種，其中基於全部催化劑，以元素即錸、鉬、鉻和/或鎢的總量計算，所述高選擇性摻雜劑的量足以提供高選擇性摻雜劑的總含量為0.01-500mmol/kg的催化劑。
9.權利要求1-7任一項的方法，其中除了銀和鹼以外，在載體上沉積錸組分和錸共促進劑，所述錸共促進劑選自包含鎢、鉻、鉬、硫、磷和硼中的一種或多種的組分，其中相對於催化劑的重量以錸的量計算，其用量足以提供錸組分的含量範圍為0.01-50mmol/kg、特別是0.1-10mmol/kg的催化劑，和相對於催化劑的重量以元素即鎢、鉻、鉬、硫、磷和/或硼的總量計算，足以提供錸共促進劑的總含量範圍為0.01-50mmol/kg、特別是0.1-10mmol/kg的催化劑。
10.可通過權利要求1-9任一項的製備催化劑的方法獲得的催化劑。
11.一種製備烯烴氧化物的方法，其中在可通過權利要求1-9任一項的製備催化劑的方法獲得的催化劑存在下使烯烴與氧氣反應。
12.使用烯烴氧化物製備1，2-鏈烷二醇、1，2-鏈烷二醇醚或1，2-鏈烷醇胺的方法，該方法包括將烯烴氧化物轉化成1，2-鏈烷二醇、1，2-鏈烷二醇醚或1，2-鏈烷醇胺，其中通過權利要求11的製備烯烴氧化物的方法獲得所述烯烴氧化物。
全文摘要
製備催化劑的方法，該催化劑包括在載體上的銀，所述方法包括在載體上沉積銀，和在載體上沉積銀的同時或隨後，在載體上以至少50mmol/kg載體的量沉積在25℃下在水中測量時pK
文檔編號C07C213/04GK1938084SQ200580010464
公開日2007年3月28日 申請日期2005年3月31日 優先權日2004年4月1日
發明者盧甄 申請人:國際殼牌研究有限公司