[发明专利]环氧化催化剂、制备该催化剂的方法和氧化烯的生产方法

说明书

本申请要求2010年7月13日提交的美国临时申请61/363731的优先权，该临时请通过引用并入本文。

发明领域

本发明涉及环氧化催化剂、制备该催化剂的方法和氧化烯、1，2-二醇、1，2-二醇醚、1，2-碳酸酯或链烷醇胺的生产方法。

发明背景

在烯烃环氧化中，使含有烯烃和氧气的进料与催化剂在环氧化条件下接触。烯烃与氧气反应以形成氧化烯。产生含有氧化烯以及典型地未反应进料和燃烧产物的产物混合物。

氧化烯可以与水反应形成1，2-二醇，与二氧化碳反应形成1，2-碳酸酯，与醇反应形成1，2-二醇醚，或者与胺反应形成链烷醇胺。因而，可以在最初包括烯烃环氧化和随后用水、二氧化碳、醇或胺将形成的氧化烯转化的多步方法中生产1，2-二醇、1，2-碳酸酯、1，2-二醇醚和链烷醇胺。

烯烃环氧化催化剂典型地包含在载体上的银组分，通常具有与之一起沉积的一种或多种附加元素。US 4,766,105公开了氧化乙烯催化剂，其包含担载于载体上的银、碱金属、铼和选自硫、钼、钨、铬及它们的混合物的铼共促进剂。US 4,766,105中所述的氧化乙烯催化剂提供一种或多种催化性能上的改进。

可以基于选择性、活性和运行稳定性评价催化剂性能。选择性是转化的烯烃产生期望的氧化烯的分数。由于催化剂老化，转化的烯烃的分数通常随时间减小，为了维持恒定的氧化烯生产水平，可以提高反应温度。

选择性在很大程度上决定环氧化方法的经济吸引力。例如，环氧化方法选择性方面1％的提高可以显著降低大型氧化乙烯设备每年的运行成本。此外，能够使活性和选择性在可接受的值下维持得越久，催化剂进料能够在反应器中保持越久且得到越多的产物。在选择性、活性以及经过长时期选择性和活性的保持(即稳定性)方面相当有限的改进在工艺效率上产生显著的额外益处。

另外，由于氧化乙烯催化剂的工业寿命有限(典型地1-2年)，在那时催化剂需要更换新鲜批料，这造成设备生产损失。另外因为原料如银昂贵，催化剂更换花费高。因此从经济观点来看延长的催化剂寿命非常有吸引力。

活性和选择性下降的原因之一是银烧结机理造成的银表面积损失。消除或减缓银烧结将会延长催化剂的经济寿命。这种银烧结减少是通过实施要求保护的本发明所能够实现的。

发明概述

现已发现初始浸渍过程中在银催化剂上沉积镍盐导致低的银烧结速率并因此产生提高得多的稳定性。沉积的镍盐的量应当是催化作用的，即其量表现出对银烧结的影响。越大的量将会显示越大的影响。可以以盐、络合物等等的形式沉积镍，但是认为它在催化剂干燥和加热步骤中分解成氧化物。认为镍不是以金属态存在。

通过在空气中于600℃下将催化剂试样加热若干时间并察看SEM(扫描电子显微术)照片，显示出减少烧结的原则。氧化性气氛和高温的存在加速银烧结是公知的原则。SEM图像的察看可以通过肉眼观察进行，其中较稳定的催化剂将会显示存在小的银粒子，而较不稳定的催化剂将会显示存在大的银粒子。还可以进行粒度分布的更精确分析。

如下文实施例所示，包含8wt％在α-氧化铝上并用铯促进的银(但是不含镍)的普通现有技术催化剂在空气中于600℃下加热24小时之后显示出大的银粒子。然而，包含8wt％用铯促进的在α-氧化铝载体上的银和0.55wt％基础镍(作为氧化物存在)的本发明催化剂在空气中于600℃下加热24小时之后表现出银粒子保持细小的银分散。比较放大5,000倍下的现有技术SEM图像(图1)与本发明催化剂的SEM图像(图2)。

因此，本发明提供用于烯烃环氧化的催化剂，其中该催化剂显示出改进的稳定性。这种改进源于初始浸渍过程中混入镍化合物与其它促进剂。这与在US 5,380,885中公开的现有技术形成对比，在该专利中镍“必须在所有其它催化剂组分都已经添加之后并且在催化剂已经至少部分地干燥到足以容许促进量的镍混入至催化剂上的程度之后沉积在催化剂上”(参见该‘885专利第5栏第39-46行)。本发明好于现有技术的混入，因为在本发明中可以采用水性浸渍法以添加镍。在‘885专利中，用溶剂添加镍化合物是必要的，而且‘885专利教导了必须避免任何水性浸渍。

本发明还提供制备环氧化催化剂的方法，其包括在α-氧化铝载体上沉积银、选自碱金属和铼的促进剂和镍化合物、然后干燥和煅烧该催化剂。

本发明还提供烯烃环氧化方法，其包括使烯烃与氧气在按照本发明制备的环氧化催化剂存在下反应。