CN106518600A - 液相烷基化制环己基苯的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种液相烷基化制环己基苯的方法，包括在有效反应条件下，使苯和环己烯与催化剂接触合成环己基苯的步骤；所述催化剂以重量百分比计，包括以下组份：a)40～90％的晶粒直径为1～100纳米的Beta沸石；b)10～60％的粘结剂。该方法可用于液相烷基化制环己基苯的工业生产中。
Description
技术领域
本发明涉及一种液相烷基化制环己基苯的方法。
背景技术
环己基苯是一种重要的精细化工中间体。具有高沸点和近室温的凝点，有特殊的物理化学性能。环己基苯作为锂离子电池电解液中的添加剂，具有防过充性能，能够提高电池的安全性能，因此已经被广泛应用到电池工业中。另外环己基苯也可用于合成液晶材料。
环己基苯的过氧化反应可以制备苯酚和环己酮。苯酚作为化学工业中的重要产品有着广泛的使用。目前工业生产主要是采用异丙苯的过氧化反应制备苯酚，但是该反应过程中副产了大量的丙酮。与异丙苯氧化法制备苯酚的工艺相比，环己基苯的氧化产物为苯酚和环己酮。后者是生产己内酰胺和尼龙的重要原料，因此该路线不存在副产物的利用问题。
专利US5053571公开了苯在负载Ru和Ni的Beta分子筛上进行加氢烷基化制备环己基苯的工艺。专利US5146024公开了一种苯加氢烷基化制备环己基苯的工艺，所用催化剂为X或者Y分子筛上负载金属Pd，该催化剂以碱金属或者稀土金属改性。埃克森美孚公司在专利US6037513、US7579511、US7847128、US7910778、US8084648、US8106243、US8178728、US8329956、US8519194、US20100191017、US20110015457、US20110288341、US20120178969和专利CN101687728、CN101754940CN101796000、CN101925561、CN101998942、CN101998942、CN102015589、CN102177109和CN103261126中则使用MCM-22族分子筛和至少一种加氢金属(Ni、Pd、Pt和Ru)的催化体系在氢气气氛下进行加氢烷基化反应。反应条件为：温度约为140～175℃，压力约为931～1207KPa，氢气苯摩尔比约为0.3～0.65和约0.26～1.05小时-1的苯的重时空速。环己基苯的最高收率约为40％。以上专利均使用了贵金属催化剂，因此生产成本较高。专利US20120157718中公布使用Y分子筛进行苯和环己烯的烷基化以及Y分子筛负载一种加氢金属(Ni、Pd、Pt和Ru)进行苯加氢烷基化反应制备环己基苯的方法。其中，烷基化反应苯/烯比(5-30)较大，导致环己基苯的收率较低，增大了产物分离的成本。
专利CN1982264和CN198226使用苯和卤代环己烷或环己醇通过烷基化反应制备环己基苯的方法。但是卤代环己烷和环己醇的价格较贵，并且所用催化剂对反应装置腐蚀较大。专利CN101219922中公开了使用咪唑类离子液体与金属卤化物或者三乙盐酸盐类离子液体与金属卤化物为催化剂制备环己基苯的方法。CN101811924则使用甲苯磺酸和吡啶类离子液体为烷基化催化剂。然而离子液体价格相对较高，不利于工业应用，同时增大了产物分离的成本。
发明内容
本发明提供一种新的液相烷基化制环己基苯的方法。该方法具有反应产物的选择性和收率高，催化剂稳定性好的特点。
为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案如下：一种液相烷基化制环己基苯的方法，包括在有效反应条件下，使苯和环己烯与催化剂接触合成环己基苯的步骤；所述催化剂以重量百分比计，包括以下组份：
a)40～90％的晶粒直径为1～100纳米的Beta沸石；
b)10～60％的粘结剂。
上述技术方案中，优选地，所述Beta沸石晶粒直径为5～100纳米。更优选地，所述Beta沸石晶粒直径为10～70纳米。最优选地，所述Beta沸石晶粒直径为10～50纳米。
上述技术方案中，优选地，所述有效反应条件为：反应温度100～250℃，反应压力0.5～4.0MPa，苯/环己烯摩尔比1.0～5.0，环己烯重量空速0.1～2小时-1。更优选地，反应温度150～220℃，反应压力为1.0～3.0MPa，苯/环己烯摩尔比为2.0～4.0，环己烯重量空速为0.2～1小时-1。
上述技术方案中，优选地，所述粘结剂选自氧化铝、氧化钛、氧化锌或氧化锆中的至少一种。
上述技术方案中，优选地，所述纳米Beta沸石通过下述方法制备：将硅源、铝源、碱MOH、复合模板剂RN和水混合，反应混合物以摩尔比计为SiO2/Al2O3＝5～100，MOH/SiO2＝0.1～2，H2O/SiO2＝5～80，RN/SiO2＝0.01～1.0；将上述混合物在温度110～200℃条件下晶化5～100小时后，得到含所述纳米Beta沸石的晶化产物；其中所述复合模板剂RN为R1和R2的混合物，R1选自四乙基氢氧化铵、三乙胺或二乙胺中的至少一种，R2选自四乙基卤化铵，R1与R2的摩尔比为0.05～2.0。
上述技术方案中，优选地，所述硅源选自硅溶胶或氧化硅，所述铝源选自铝酸钠、烷氧基铝或氧化铝，所述碱选自氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化铵中的至少一种。
上述技术方案中，优选地，SiO2/Al2O3＝8～80，MOH/SiO2＝0.2～1.5，H2O/SiO2＝6～60，RN/SiO2＝0.1～0.5，R1/R2＝0.1～1.0。
上述技术方案中，优选地，晶化温度为120～170℃，晶化时间为10～90小时。
本发明方法中所述催化剂的制备方法如下：
将上述合成的纳米沸石与粘结剂混和，沸石含量为40～90％。在混和好的粉中加入5wt％稀硝酸的混合溶液捏合成型、烘干，在空气中400～550℃焙烧1～10小时后，再经1M硝酸铵溶液交换、洗涤、烘干，在空气中480℃煅烧5小时后得到催化剂成品。
本发明方法以纳米Beta沸石作催化剂活性主体，用于苯液相烷基化生产环己基苯的反应，有效降低了环己烯在催化剂表面的齐聚反应，使得反应产物能快速地从催化剂孔道中扩散出去，有效地抑制了反应物料在催化剂表面生成的积碳，从而提高了催化剂的反应稳定性，取得了较好的技术效果。
下面通过实施例对本发明作进一步阐述。
具体实施方式
【实施例1】
将600g 40wt％硅溶胶，38.9g铝酸钠(氧化铝含量42wt％)，70.6g 25wt％四乙基氢氧化铵(TEAOH)，5.0g二乙胺(DEA)，168.0g四乙基溴化铵(TEABr)，16.0g氢氧化钠，136.0g 25wt％的氢氧化铵，925.1g水混合，常温下搅拌均匀。然后，转入不锈钢高压釜中，晶化温度140℃，反应72小时。反应结束后，过滤、洗涤、干燥结晶产物。其中，反应混合物中以摩尔比计SiO2/Al2O3＝25，TEAOH/SiO2＝0.03，DEA/SiO2＝0.03，TEABr/SiO2＝0.2，NaOH/SiO2＝0.1，NH4OH/SiO2＝0.5，H2O/SiO2＝20，R1/R2＝0.30。
产物经XRD粉末衍射分析所得的结晶产品为Beta沸石，透射电镜TEM分析其晶粒直径为10～40nm。
【实施例2】
将600g 40wt％硅溶胶，38.9g铝酸钠(氧化铝含量42wt％)，70.6g 25wt％四乙基氢氧化铵(TEAOH)，5.0g二乙胺(DEA)，168.0g四乙基溴化铵(TEABr)，16.0g氢氧化钠，136.0g 25wt％的氢氧化铵，925.1g水混合，常温下搅拌均匀。然后，转入不锈钢高压釜中，晶化温度150℃，反应55小时。反应结束后，过滤、洗涤、干燥结晶产物。其中，反应混合物中以摩尔比计SiO2/A12O3＝15，TEAOH/SiO2＝0.05，DEA/SiO2＝0，TEABr/SiO2＝0.2，NaOH/SiO2＝0.02，NH4OH/SiO2＝0.8，H2O/SiO2＝12，R1/R2＝0.25。
产物经XRD粉末衍射分析所得的结晶产品为Beta沸石，透射电镜TEM分析其晶粒直径为10～40nm。
【实施例3】
将600g 40wt％硅溶胶，38.9g铝酸钠(氧化铝含量42wt％)，70.6g 25wt％四乙基氢氧化铵(TEAOH)，5.0g三乙胺(TrEA)，168.0g四乙基溴化铵(TEABr)，16.0g氢氧化钠，136.0g 25wt％的氢氧化铵，925.1g水混合，常温下搅拌均匀。然后，转入不锈钢高压釜中，晶化温度155℃，反应45小时。反应结束后，过滤、洗涤、干燥结晶产物。其中，反应混合物中以摩尔比计SiO2/A12O3＝40，TEAOH/SiO2＝0.02，TrEA/SiO2＝0.1，TEABr/SiO2＝0.2，NaOH/SiO2＝0，NH4OH/SiO2＝1.0，H2O/SiO2＝15，R1/R2＝0.6
产物经XRD粉末衍射分析所得的结晶产品为Beta沸石，透射电镜TEM分析其晶粒直径为10～40nm。
【实施例4】
将600g 40wt％硅溶胶，38.9g铝酸钠(氧化铝含量42wt％)，70.6g 25wt％四乙基氢氧化铵(TEAOH)，5.0g二乙胺(DEA)，168.0g四乙基溴化铵(TEABr)，16.0g氢氧化钠，136.0g 25wt％的氢氧化铵，925.1g水混合，常温下搅拌均匀。然后，转入不锈钢高压釜中，晶化温度155℃，反应50小时。反应结束后，过滤、洗涤、干燥结晶产物。其中，反应混合物中以摩尔比计SiO2/A12O3＝35，TEAOH/SiO2＝0.05，DEA/SiO2＝0.01，TEABr/SiO2＝0.3，NaOH/SiO2＝0.05，NH4OH/SiO2＝0.2，H2O/SiO2＝25，R1/R2＝0.2。
产物经XRD粉末衍射分析所得的结晶产品为Beta沸石，透射电镜TEM分析其晶粒直径为10～40nm。
【实施例5】
以固体硅胶为硅源，38.9g铝酸钠(氧化铝含量42wt％)，70.6g 25wt％四乙基氢氧化铵(TEAOH)，5.0g二乙胺(DEA)，168.0g四乙基溴化铵(TEABr)，16.0g氢氧化钠，136.0g 25wt％的氢氧化铵，925.1g水混合，常温下搅拌均匀。然后，转入不锈钢高压釜中，晶化温度140℃，反应72小时。反应结束后，过滤、洗涤、干燥结晶产物。其中，反应混合物中以摩尔比计SiO2/A12O3＝50，TEAOH/SiO2＝0.1，DEA/SiO2＝0.03，TEABr/SiO2＝0.2，NaOH/SiO2＝0.05，NH4OH/SiO2＝0.6，H2O/SiO2＝15，R1/R2＝0.65。
产物经XRD粉末衍射分析所得的结晶产品为Beta沸石，透射电镜TEM分析其晶粒直径为10～40nm。
【实施例6】
以固体硅胶为硅源，38.9g铝酸钠(氧化铝含量42wt％)，70.6g 25wt％四乙基氢氧化铵(TEAOH)，5.0g二乙胺(DEA)，168.0g四乙基溴化铵(TEABr)，16.0g氢氧化钠，136.0g 25wt％的氢氧化铵，925.1g水混合，常温下搅拌均匀。然后，转入不锈钢高压釜中，晶化温度150℃，反应80小时。反应结束后，过滤、洗涤、干燥结晶产物。其中，反应混合物中以摩尔比计SiO2/A12O3＝50，TEAOH/SiO2＝0.1，DEA/SiO2＝0.03，TEABr/SiO2＝0.2，NaOH/SiO2＝0.05，NH4OH/SiO2＝0.6，H2O/SiO2＝15，R1/R2＝0.65。
产物经XRD粉末衍射分析所得的结晶产品为Beta沸石，透射电镜TEM分析其晶粒直径为40～70nm。
【实施例7】
以固体硅胶为硅源，38.9g铝酸钠(氧化铝含量42wt％)，70.6g 25wt％四乙基氢氧化铵(TEAOH)，5.0g二乙胺(DEA)，168.0g四乙基溴化铵(TEABr)，16.0g氢氧化钠，136.0g 25wt％的氢氧化铵，925.1g水混合，常温下搅拌均匀。然后，转入不锈钢高压釜中，晶化温度160℃，反应80小时。反应结束后，过滤、洗涤、干燥结晶产物。其中，反应混合物中以摩尔比计SiO2/A12O3＝50，TEAOH/SiO2＝0.1，DEA/SiO2＝0.03，TEABr/SiO2＝0.2，NaOH/SiO2＝0.05，NH4OH/SiO2＝0.6，H2O/SiO2＝15，R1/R2＝0.65。
产物经XRD粉末衍射分析所得的结晶产品为Beta沸石，透射电镜TEM分析其晶粒直径为70～100nm。
【对比例1】
使用文献“催化学报2001,Vol.22,Issue(1):P45-48”公开的方法合成Beta沸石，产物经XRD粉末衍射分析所得的结晶产品为Beta沸石，透射电镜TEM分析其晶粒直径为1.0～1.5微米。
【实施例8】
分别取50克【实施例1～7】以及【对比例1】合成的干燥粉末样品，用1M的硝酸铵交换4次，过滤、干燥。之后，与20克氧化铝充分混合，并加入5wt％硝酸捏合、挤条成型为毫米的条状物，120℃干燥12小时，520℃焙烧6小时，制备成需要的催化剂，其中Beta沸石的质量分数为71.4％，粘结剂的质量分数为28.6％。
取4.0克按照上述方法制备的催化剂，分别装填在固定床反应器中，然后通入环己烯和苯的混合物料。反应条件为：环己烯重量空速为0.4h-1。苯和环己烯摩尔比为4，反应温度170℃、反应压力2.0MPa。
连续运转72小时，反应结果见表1。
表1
Claims (10)
1.一种液相烷基化制环己基苯的方法，包括在有效反应条件下，使苯和环己烯与催化剂接触合成环己基苯的步骤；所述催化剂以重量百分比计，包括以下组份：
a)40～90％的晶粒直径为1～100纳米的Beta沸石；
b)10～60％的粘结剂。
2.根据权利要求1所述液相烷基化制环己基苯的方法，其特征在于所述Beta沸石晶粒直径为5～100纳米。
3.根据权利要求2所述液相烷基化制环己基苯的方法，其特征在于所述Beta沸石晶粒直径为10～70纳米。
4.根据权利要求3所述液相烷基化制环己基苯的方法，其特征在于所述Beta沸石晶粒直径为10～50纳米。
5.根据权利要求1所述液相烷基化制环己基苯的方法，其特征在于所述有效反应条件为：反应温度100～250℃，反应压力0.5～4.0MPa，苯/环己烯摩尔比1.0～5.0，环己烯重量空速0.1～2小时-1。
6.根据权利要求5所述液相烷基化制环己基苯的方法，其特征在于所述有效反应条件为：反应温度120～220℃，反应压力为1.0～3.0MPa，苯/环己烯摩尔比为2.0～4.0，环己烯重量空速为0.2～1小时-1。
7.根据权利要求1所述液相烷基化制环己基苯的方法，其特征在于所述粘结剂选自氧化铝、氧化钛、氧化锌或氧化锆中的至少一种。
8.根据权利要求1所述液相烷基化制环己基苯的方法，其特征在于所述纳米Beta沸石通过下述方法制备：将硅源、铝源、碱MOH、复合模板剂RN和水混合，反应混合物以摩尔比计为SiO2/Al2O3＝5～100，MOH/SiO2＝0.1～2，H2O/SiO2＝5～80，RN/SiO2＝0.01～1.0；将上述混合物在温度110～200℃条件下晶化5～100小时后，得到含所述纳米Beta沸石的晶化产物；其中所述复合模板剂RN为R1和R2的混合物，R1选自四乙基氢氧化铵、三乙胺或二乙胺中的至少一种，R2选自四乙基卤化铵，R1与R2的摩尔比为0.05～2.0。
9.根据权利要求1所述液相烷基化制环己基苯的方法，其特征在于所述硅源选自硅溶胶或氧化硅，所述铝源选自铝酸钠、烷氧基铝或氧化铝，所述碱选自氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化铵中的至少一种。
10.根据权利要求1所述液相烷基化制环己基苯的方法，其特征在于SiO2/Al2O3＝8～80，MOH/SiO2＝0.2～1.5，H2O/SiO2＝6～60，RN/SiO2＝0.1～0.5，R1/R2＝0.1～1.0；晶化温度为120～170℃，晶化时间为10～90小时。
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