[发明专利]一种乙醇酸甲酯催化胺化制甘氨酸甲酯及甘氨酸的催化剂及方法

说明书

本发明公开了一种乙醇酸甲酯催化胺化制甘氨酸甲酯及甘氨酸的催化剂及方法，具体涉及精细化工领域，包括活性组分和载体，其特征在于：其中所使用的活性成分(按重量百分比计)包括第VIII族金属10wt％‑35wt％、第IB族金属5wt％‑10wt％和第IIB族金属8wt％‑25wt％，所述载体包括耐水无机氧化物、分子筛和碳。本发明通过载体和活性组分制备催化剂，能够催化乙醇酸甲酯与氨气或氨气/水蒸气一步反应高活性、高选择性的制备甘氨酸甲酯和/或甘氨酸，不需要使用贵金属，并可按需调节反应产物比例。

技术领域

本发明实施例涉及精细化工领域，具体涉及一种乙醇酸甲酯催化胺化制甘氨酸甲酯及甘氨酸的催化剂及方法。

背景技术

甘氨酸又名氨基乙酸，是结构最简单的氨基酸，作为一种重要的精细化工中间体，广泛应用于农药、医药、食品、饲料、日化和电镀等领域。我国是世界上最大的甘氨酸生产和消耗国，甘氨酸市场规模超过35万吨。目前甘氨酸的工业化生产技术主要有改进的施特雷克法、直接海因法和氯乙酸氨解法。由于国外技术垄断，我国的甘氨酸生产仍沿用落后的氯乙酸法，此法相对于改进的施特雷克法和直接海因法，存在着生产成本高、产品质量差、环境污染重等缺点，急需淘汰。

近年来，随着人们对非常规和替代石油的乐观期待和相关研究的不断深入，合成气经草酸二甲酯制乙二醇工艺取得了重大进展，该过程的中间产物(或副产物)乙醇酸甲酯的开发利用引起了人们的关注。由乙醇酸甲酯制甘氨酸甲酯及甘氨酸是开发利用乙醇酸甲酯的重要路径，对提高合成气制乙二醇的资源利用效益及发展更为高效、绿色、环保的甘氨酸生产新路线及新工艺流程具有重要意义。

文献CN111018727A公开了一种以乙醇酸为原料，在高压釜反应器中于Ru基或Rh基负载贵金属催化剂作用下制取甘氨酸的方法，压力1-2.5MPa，温度100-170℃，但所得到的甘氨酸产率很低。在160℃、2.5MPa反应2小时仅得到38.9％的甘氨酸。此种基于贵金属的间歇方法显然不适用于工业放大，且后续的提纯精制也较为困难。而文献CN111495373A公开了以乙醇酸甲酯为原料、采用固定床反应器等方案实现甘氨酸甲酯连续生产的临氢氨化工艺，该专利申请所涉及的玻璃丝层状共熔体催化剂需经过高温(1800℃)特殊处理，使其能高选择性地获得甘氨酸甲酯(选择性95％)。

综合现有技术，乙醇酸甲酯直接制甘氨酸甲酯/甘氨酸的催化剂存在着加入铂族金属使成本增加或者催化剂制备方法以及反应工艺需要分步完成且难以直接高收率连续获得甘氨酸等问题。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种乙醇酸甲酯催化胺化制甘氨酸甲酯及甘氨酸的催化剂及方法，通过载体和活性组分制备催化剂，能够催化乙醇酸甲酯与氨气或氨气/水蒸气一步反应高活性、高选择性的制备甘氨酸甲酯和/或甘氨酸，不需要使用贵金属，并可按需调节反应产物比例，以解决现有技术中由于加入铂族金属使成本增加的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种催化剂，包括活性组分和载体，其特征在于：其中所使用的活性成分(按重量百分比计)包括第VIII族金属10wt％-35wt％、第IB族金属5wt％-10wt％和第IIB族金属8wt％-25wt％，所述载体包括耐水无机氧化物、分子筛和碳；

所述第VIII族金属设置为镍、钴和铁，所述第IB族金属设置为铜，所述第IIB族金属设置为锌，其中以催化剂的重量为基准，以元素计，钴的含量为5wt％-20wt％，镍的含量为5wt％-10wt％，铁的含量为0.5wt％-3wt％，铜的含量为5wt％-10wt％，锌的含量为8wt％-25wt％。

优选的，所述耐水无机氧化物选自氧化铝、氧化硅、氧化钛、氧化锆、氧化硅-氧化铝、氧化硅-氧化锆、氧化硅-氧化钛、氧化钛-氧化锆中的一种或几种。

优选的，所述分子筛选自Beta沸石、ZSM-5沸石、Y沸石、丝光沸石中的一种或几种。

优选的，所述碳选自活性碳、碳纳米管、碳纤维、炭黑、石墨烯中的一种或几种。