本發(fā)明涉及醋酸乙烯催化劑及其制備方法。
背景技術(shù):
醋酸乙烯是重要的化工原料,廣泛用于制造聚乙烯醇、乙烯基共聚樹脂、粘結(jié)劑、涂料、紡織品加工、紙張涂層等方面。醋酸乙烯的生產(chǎn)工藝路線主要有乙烯法和乙炔法兩種,其中乙烯法由于工藝性、經(jīng)濟(jì)性好而占據(jù)主導(dǎo)的地位,采用該方法的醋酸乙烯生產(chǎn)能力占總生產(chǎn)能力的82%。美國(guó)已在1983年完成了全部采用乙烯法路線的轉(zhuǎn)換。目前,大多數(shù)國(guó)家增加醋酸乙烯產(chǎn)量的方法是對(duì)原裝置進(jìn)行改擴(kuò)建及催化劑的更新?lián)Q代,乙烯法路線的發(fā)展趨勢(shì),歸納起來有幾個(gè)方面:(1)生產(chǎn)裝置規(guī)模趨向大型化。如美國(guó)USI公司七十年代初期生產(chǎn)裝置規(guī)模為13.6-15.9萬噸/年,1990年裝置規(guī)模達(dá)到36萬噸/年,還有以上所述Hoechst公司VAC裝置的擴(kuò)能;(2)乙烯法VAC流程雖然比較成熟,但仍在改進(jìn),以降低單耗與能耗;目前最先進(jìn)的乙烯法工藝是Amoco公司的Leap工藝和Celanese公司的Vantage工藝。乙炔法工藝裝置投資較高,環(huán)保難度較大,但隨著原油價(jià)格的走高,在一定時(shí)期內(nèi)仍將保持相當(dāng)?shù)母?jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),并直接促進(jìn)C1化學(xué)法的研究和發(fā)展。
當(dāng)今世界上生產(chǎn)醋酸乙烯的主要方法是以乙烯、氧氣和醋酸為原料,以鈀-金-醋酸鉀/二氧化硅作催化劑,通過氣相催化反應(yīng)來生產(chǎn),生成醋酸乙烯、水和副產(chǎn)物二氧化碳,還生成微量的醋酸乙酯、乙醛和另外的乙酰氧基化產(chǎn)物。該反應(yīng)的反應(yīng)器殼側(cè)的溫度可為約100至約180℃,而反應(yīng)壓力為約0.5-1.0MPa,氣體體積空速為約500至約3000hr-1。
赫徹斯特人造絲公司的專利(CN1226188A)提供一種制備負(fù)載有主催化劑貴金屬、助催化劑金屬和堿金屬或堿土金屬化合物的催化劑的制備方法。該方法得到的催化劑活性和選擇性都比較低。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之一是現(xiàn)有技術(shù)中醋酸乙烯催化劑活性和選擇性低的問題,提供一種醋酸乙烯催化劑,該催化劑具有活性和選擇性高的特點(diǎn)。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之二是提供上述技術(shù)問題之一所述催化劑的制備方法。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之二,是提供一種采用上述催化劑的醋酸乙烯的合成方法。
為解決上述技術(shù)問題之一,本發(fā)明的技術(shù)方案如下:醋酸乙烯催化劑,以SiO2、Al2O3 或其混合物為載體,負(fù)載活性組分包括金屬鈀、金屬金、堿金屬醋酸鹽以及如下式所示的化合物1和化合物2中的至少一種樹枝狀大分子化合物,催化劑中鈀的含量為1~12g/L、金的含量為0.1~10g/L、堿金屬醋酸鹽的含量為10~100g/L、樹枝狀大分子化合物含量為0.1~2.0g/L;
其中Et1~Et16獨(dú)立選自C1~C3的烷基;
所述樹枝狀大分子化合物是在催化劑的制備過程中浸漬鈀化合物和金化合物之后并且在還原步驟之前加入。
上述技術(shù)方案中,Et1~Et16優(yōu)選為乙基。
上述技術(shù)方案中,所述堿金屬醋酸鹽優(yōu)選為醋酸鉀。
上述技術(shù)方案中,作為優(yōu)選的技術(shù)方案,所述樹枝狀大分子包括化合物1和化合物2,此時(shí)兩種所述大分子化合物在提高選擇性方面具有協(xié)同作用。更優(yōu)選化合物1和化合物2質(zhì)量比為1:(0.05~20)。
為解決上述技術(shù)問題之二,本發(fā)明的技術(shù)方案如下:上述技術(shù)問題之一所述催化劑的制 備方法,包括以下步驟:
(a)在溶解有含鈀化合物和含金化合物的溶液中,加入載體浸漬,制得催化劑前體I;
(b)用堿性化合物溶液處理催化前體I得到催化劑前體II;
(c)在含有化合物1和化合物2中的至少一種樹枝狀大分子化合物的溶液中,加入催化劑前體II浸漬,得到催化劑前體III;
(d)催化劑前體III干燥后,用還原劑將化合態(tài)的鈀和化合態(tài)的金還原為單質(zhì),得到催化劑前體IV;
(e)用堿金屬醋酸鹽溶液浸漬催化劑前體IV,干燥后制得所述催化劑。
上述技術(shù)方案中,所述含鈀化合物可以為氯鈀酸或氯鈀酸鹽,含金化合物可以為氯金酸或氯金酸鹽。
上述技術(shù)方案中,所述含鈀化合物和含金化合物的溶液中鈀含量?jī)?yōu)選為0.9g/L~12g/L,金含量?jī)?yōu)選為0.1g/L~11g/L。
上述技術(shù)方案中,所述含有樹枝狀大分子化合物的溶液中樹枝狀大分子的濃度優(yōu)選為0.09g/L~2.0g/L,浸漬溫度優(yōu)選為20~80℃。
上述技術(shù)方案中,所述還原劑優(yōu)選為氫氣,還原溫度優(yōu)選為100~300℃。
上述技術(shù)方案中,所述樹枝狀大分子化合物的溶液對(duì)溶劑沒有特別限制,只要能夠把所述大分子溶解即可,最經(jīng)濟(jì)的是水。本發(fā)明具體實(shí)施方式中的樹枝狀大分子化合物的溶液都是樹枝狀大分子化合物的水溶液。
為解決上述技術(shù)問題之三,本發(fā)明的技術(shù)方案如下:醋酸乙烯的合成方法,在上述技術(shù)問題之一的技術(shù)方案中任一項(xiàng)所述催化劑存在下,以摩爾比計(jì)原料氣組成為氧氣:乙烯:氮?dú)猓捍姿幔?:(5~7):(4~8):(1~2),反應(yīng)壓力為0.5~0.9MPa,反應(yīng)溫度為130~200℃,反應(yīng)得到醋酸乙烯。
上述技術(shù)方案中,所述原料氣體積空速優(yōu)選為1600~3000hr-1。
催化劑在工業(yè)應(yīng)用因貴金屬晶?;钚渣c(diǎn)位過少導(dǎo)致催化劑活性和選擇性不足,采用本發(fā)明方法的醋酸乙烯催化劑,在貴金屬晶粒表面采用樹枝狀大分子化合物進(jìn)行修飾,能夠增多貴金屬晶粒的活性點(diǎn)位,并且通過修飾后,催化劑的選擇性也所提高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,反應(yīng)壓力為0.7MPa,反應(yīng)溫度140℃,反應(yīng)氣體以摩爾比計(jì)氧氣:乙烯:氮?dú)猓捍姿幔?:6.8:7.2:1.7時(shí),本發(fā)明的催化劑的對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)催化劑空時(shí)收率由315g/L提高到465g/L,選擇性由93.5%提高到98.5%,取得了較好的技術(shù)效果。
具體實(shí)施方式
【實(shí)施例1】
(1)催化劑制備
步驟(a):取氯鈀酸氯金酸混合水溶液1200ml,其中溶液中鈀的含量為2.75g/L,金的含量為0.625g/L,加入體積為1100ml直徑為4~6mm的球形二氧化硅載體,得到催化劑載體I;
步驟(b):將27.5g九水合硅酸鈉配成100ml水溶液加于催化劑前體I中,混合均勻,靜置24hr,然后在80℃干燥8hr,制得催化劑前體II;
步驟(c):取含有濃度為0.12g/L的化合物1的溶液1200ml,加入催化劑前體II浸漬,得到催化劑前體III;
步驟(d):將催化劑前體III在氫氣氣氛中還原,氫氣流速為0.2ml/min,壓力為0.5MPa,還原溫度為200℃,得到催化劑前體IV;
步驟(e):浸漬醋酸鉀水溶液,使醋酸鉀含量為30g/L,干燥制得成品催化劑。
為了便于比較,將催化劑的制備條件列于表1。
(2)催化劑表征
使用電感耦合等離子光譜發(fā)生儀(ICP)測(cè)量催化劑中各金屬元素的含量,使用X射線熒光光譜(XRF)分析催化劑中樹枝狀大分子的含量,所得分析表征數(shù)據(jù)列于表2。
(3)催化劑評(píng)價(jià)
用固定床反應(yīng)器評(píng)價(jià),具體條件為:
催化劑裝填體積:400ml;
反應(yīng)原料組成(以摩爾比計(jì)):氧氣:乙烯:氮?dú)猓捍姿幔?:6.8:7.2:1.7;
反應(yīng)原料進(jìn)料空速:2000hr-1;
反應(yīng)壓力:0.7MPa;
反應(yīng)溫度:140℃;
反應(yīng)時(shí)間:500hr;
用氣相色譜法分析反應(yīng)產(chǎn)物中各組分的含量,然后計(jì)算催化劑對(duì)乙烯選擇性,所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)列于表2。
【實(shí)施例2】
(1)催化劑制備
步驟(a):取氯鈀酸氯金酸混合水溶液1200ml,其中溶液中鈀的含量為2.75g/L,金的含量為0.625g/L,加入體積為1100ml直徑為4~6mm的球形二氧化硅載體,得到催化劑載體I;
步驟(b):將27.5g九水合硅酸鈉配成100ml水溶液加于催化劑前體I中,混合均勻,靜置24hr,然后在80℃干燥8hr,制得催化劑前體II;
步驟(c):取含有濃度為0.12g/L的化合物2的溶液1200ml,加入催化劑前體II浸漬,得到催化劑前體III;
步驟(d):將催化劑前體III在氫氣氣氛中還原,氫氣流速為0.2ml/min,壓力為0.5MPa,還原溫度為200℃,得到催化劑前體IV;
步驟(e):浸漬醋酸鉀水溶液,使醋酸鉀含量為30g/L,干燥制得成品催化劑。
催化劑表征和評(píng)價(jià)條件與實(shí)施例1相同,為了便于比較將催化劑的制備條件、催化劑的物性數(shù)據(jù)、催化劑對(duì)乙烯選擇性列于表1和表2。
【實(shí)施例3】
(1)催化劑制備
步驟(a):取氯鈀酸氯金酸混合水溶液1200ml,其中溶液中鈀的含量為2.75g/L,金的含量為0.625g/L,加入體積為1100ml直徑為4~6mm的球形二氧化硅載體,得到催化劑載體I;
步驟(b):將27.5g九水合硅酸鈉配成100ml水溶液加于催化劑前體I中,混合均勻,靜置24hr,然后在80℃干燥8hr,制得催化劑前體II;
步驟(c):取含有濃度為0.12g/L的化合物1和化合物2的溶液1200ml,其中化合物1和化合物2的質(zhì)量比為1:1,加入催化劑前體II浸漬,得到催化劑前體III;
步驟(d):將催化劑前體III在氫氣氣氛中還原,氫氣流速為0.2ml/min,壓力為0.5MPa,還原溫度為200℃,得到催化劑前體IV;
步驟(e):浸漬醋酸鉀水溶液,使醋酸鉀含量為30g/L,干燥制得成品催化劑。
催化劑表征和評(píng)價(jià)條件與實(shí)施例1相同,為了便于比較將催化劑的制備條件、催化劑的物性數(shù)據(jù)、催化劑對(duì)乙烯選擇性列于表1和表2。
【實(shí)施例4】
(1)催化劑制備
步驟(a):取氯鈀酸氯金酸混合水溶液1200ml,其中溶液中鈀的含量為2.75g/L,金的含量為0.625g/L,加入體積為1100ml直徑為4~6mm的球形二氧化硅載體,得到催化劑載體I;
步驟(b):將27.5g九水合硅酸鈉配成100ml水溶液加于催化劑前體I中,混合均勻,靜置24hr,然后在80℃干燥8hr,制得催化劑前體II;
步驟(c):取含有濃度為0.12g/L的化合物1和化合物2的溶液1200ml,其中化合物1和化合物2的質(zhì)量比為1:0.05,加入催化劑前體II浸漬,得到催化劑前體III;
步驟(d):將催化劑前體III在氫氣氣氛中還原,氫氣流速為0.2ml/min,壓力為0.5MPa,還原溫度為200℃,得到催化劑前體IV;
步驟(e):浸漬醋酸鉀水溶液,使醋酸鉀含量為30g/L,干燥制得成品催化劑。
催化劑表征和評(píng)價(jià)條件與實(shí)施例1相同,為了便于比較將催化劑的制備條件、催化劑的物性數(shù)據(jù)、催化劑對(duì)乙烯選擇性列于表1和表2。
【實(shí)施例5】
(1)催化劑制備
步驟(a):取氯鈀酸氯金酸混合水溶液1200ml,其中溶液中鈀的含量為2.75g/L,金的含量為0.625g/L,加入體積為1100ml直徑為4~6mm的球形二氧化硅載體,得到催化劑載體I;
步驟(b):將27.5g九水合硅酸鈉配成100ml水溶液加于催化劑前體I中,混合均勻,靜置24hr,然后在80℃干燥8hr,制得催化劑前體II;
步驟(c):取含有濃度為0.12g/L的化合物1和化合物2的溶液1200ml,其中化合物1和化合物2的質(zhì)量比為1:20,加入催化劑前體II浸漬,得到催化劑前體III;
步驟(d):將催化劑前體III在氫氣氣氛中還原,氫氣流速為0.2ml/min,壓力為0.5MPa,還原溫度為200℃,得到催化劑前體IV;
步驟(e):浸漬醋酸鉀水溶液,使醋酸鉀含量為30g/L,干燥制得成品催化劑。
催化劑表征和評(píng)價(jià)條件與實(shí)施例1相同,為了便于比較將催化劑的制備條件、催化劑的物性數(shù)據(jù)、催化劑對(duì)乙烯選擇性列于表1和表2。
【實(shí)施例6】
(1)催化劑制備
步驟(a):取氯鈀酸氯金酸混合水溶液1200ml,其中溶液中鈀的含量為0.92g/L,金的含量為0.105g/L,加入體積為1100ml直徑為4~6mm的球形二氧化硅載體,得到催化劑載體I;
步驟(b):將27.5g九水合硅酸鈉配成100ml水溶液加于催化劑前體I中,混合均勻,靜置24hr,然后在80℃干燥8hr,制得催化劑前體II;
步驟(c):取含有濃度為0.092g/L的化合物1和化合物2的溶液1200ml,其中化合物1和化合物2的質(zhì)量比為1:1,加入催化劑前體II浸漬,得到催化劑前體III;
步驟(d):將催化劑前體III在氫氣氣氛中還原,氫氣流速為0.2ml/min,壓力為0.5MPa,還原溫度為200℃,得到催化劑前體IV;
步驟(e):浸漬醋酸鉀水溶液,使醋酸鉀含量為30g/L,干燥制得成品催化劑。
催化劑表征和評(píng)價(jià)條件與實(shí)施例1相同,為了便于比較將催化劑的制備條件、催化劑的物性數(shù)據(jù)、催化劑對(duì)乙烯選擇性列于表1和表2。
【實(shí)施例7】
(1)催化劑制備
步驟(a):取氯鈀酸氯金酸混合水溶液1200ml,其中溶液中鈀的含量為11g/L,金的含 量為10.5g/L,加入體積為1100ml直徑為4~6mm的球形二氧化硅載體,得到催化劑載體I;
步驟(b):將27.5g九水合硅酸鈉配成100ml水溶液加于催化劑前體I中,混合均勻,靜置24hr,然后在80℃干燥8hr,制得催化劑前體II;
步驟(c):取含有濃度為1.84g/L的化合物1和化合物2的溶液1200ml,其中化合物1和化合物2的質(zhì)量比為1:1,加入催化劑前體II浸漬,得到催化劑前體III;
步驟(d):將催化劑前體III在氫氣氣氛中還原,氫氣流速為0.2ml/min,壓力為0.5MPa,還原溫度為200℃,得到催化劑前體IV;
步驟(e):浸漬醋酸鉀水溶液,使醋酸鉀含量為30g/L,干燥制得成品催化劑。
催化劑表征和評(píng)價(jià)條件與實(shí)施例1相同,為了便于比較將催化劑的制備條件、催化劑的物性數(shù)據(jù)、催化劑對(duì)乙烯選擇性列于表1和表2。
【實(shí)施例8】
(1)催化劑制備
步驟(a):取氯鈀酸氯金酸混合水溶液1200ml,其中溶液中鈀的含量為2.75g/L,金的含量為0.625g/L,加入體積為1100ml直徑為4~6mm的球形二氧化硅載體,得到催化劑載體I;
步驟(b):將27.5g氫氧化鈉配成100ml水溶液加于催化劑前體I中,混合均勻,靜置24hr,然后在80℃干燥8hr,制得催化劑前體II;
步驟(c):取含有濃度為0.12g/L的化合物1和化合物2的溶液1200ml,其中化合物1和化合物2的質(zhì)量比為1:1,加入催化劑前體II浸漬,得到催化劑前體III;
步驟(d):將催化劑前體III在氫氣氣氛中還原,氫氣流速為0.2ml/min,壓力為0.5MPa,還原溫度為200℃,得到催化劑前體IV;
步驟(e):浸漬醋酸鉀水溶液,使醋酸鉀含量為30g/L,干燥制得成品催化劑。
催化劑表征和評(píng)價(jià)條件與實(shí)施例1相同,為了便于比較將催化劑的制備條件、催化劑的物性數(shù)據(jù)、催化劑對(duì)乙烯選擇性列于表1和表2。
【實(shí)施例9】
(1)催化劑制備
步驟(a):取氯鈀酸氯金酸混合水溶液1200ml,其中溶液中鈀的含量為2.75g/L,金的含量為0.625g/L,加入體積為1100ml直徑為4~6mm的球形二氧化硅載體,得到催化劑載體I;
步驟(b):將27.5g九水合硅酸鈉配成100ml水溶液加于催化劑前體I中,混合均勻,靜置24hr,然后在80℃干燥8hr,制得催化劑前體II;
步驟(c):取含有濃度為0.12g/L的化合物1和化合物2的溶液1200ml,其中化合物1和化合物2的質(zhì)量比為1:1,加入催化劑前體II浸漬,得到催化劑前體III;
步驟(d):將催化劑前體III在氫氣氣氛中還原,氫氣流速為0.2ml/min,壓力為0.5MPa,還原溫度為100℃,得到催化劑前體IV;
步驟(e):浸漬醋酸鉀水溶液,使醋酸鉀含量為30g/L,干燥制得成品催化劑。
催化劑表征和評(píng)價(jià)條件與實(shí)施例1相同,為了便于比較將催化劑的制備條件、催化劑的物性數(shù)據(jù)、催化劑對(duì)乙烯選擇性列于表1和表2。
【實(shí)施例10】
(1)催化劑制備
步驟(a):取氯鈀酸氯金酸混合水溶液1200ml,其中溶液中鈀的含量為2.75g/L,金的含量為0.625g/L,加入體積為1100ml直徑為4~6mm的球形二氧化硅載體,得到催化劑載體I;
步驟(b):將27.5g九水合硅酸鈉配成100ml水溶液加于催化劑前體I中,混合均勻,靜置24hr,然后在80℃干燥8hr,制得催化劑前體II;
步驟(c):取含有濃度為0.12g/L的化合物1和化合物2的溶液1200ml,其中化合物1和化合物2的質(zhì)量比為1:1,加入催化劑前體II浸漬,得到催化劑前體III;
步驟(d):將催化劑前體III在氫氣氣氛中還原,氫氣流速為0.2ml/min,壓力為0.5MPa,還原溫度為300℃,得到催化劑前體IV;
步驟(e):浸漬醋酸鉀水溶液,使醋酸鉀含量為30g/L,干燥制得成品催化劑。
催化劑表征和評(píng)價(jià)條件與實(shí)施例1相同,為了便于比較將催化劑的制備條件、催化劑的物性數(shù)據(jù)、催化劑對(duì)乙烯選擇性列于表1和表2。
【實(shí)施例10】
(1)催化劑制備
步驟(a):取含有氯鈀酸鉀和氯金酸鉀的溶液1200ml,其中溶液中鈀的含量為2.75g/L,金的含量為0.625g/L,加入體積為1100ml直徑為4~6mm的球形二氧化硅載體,得到催化劑載體I;
步驟(b):將27.5g九水合硅酸鈉配成100ml水溶液加于催化劑前體I中,混合均勻,靜置24hr,然后在80℃干燥8hr,制得催化劑前體II;
步驟(c):取含有濃度為0.12g/L的化合物1和化合物2的溶液1200ml,其中化合物1和化合物2的質(zhì)量比為1:1,加入催化劑前體II浸漬,得到催化劑前體III;
步驟(d):將催化劑前體III在氫氣氣氛中還原,氫氣流速為0.2ml/min,壓力為0.5MPa,還原溫度為200℃,得到催化劑前體IV;
步驟(e):浸漬醋酸鉀水溶液,使醋酸鉀含量為30g/L,干燥制得成品催化劑。
催化劑表征和評(píng)價(jià)條件與實(shí)施例1相同,為了便于比較將催化劑的制備條件、催化劑的 物性數(shù)據(jù)、催化劑對(duì)乙烯選擇性列于表1和表2。
【比較例1】
(1)催化劑制備
步驟(a):取氯鈀酸氯金酸混合水溶液1200ml,其中溶液中鈀的含量為2.75g/L,金的含量為0.625g/L,加入體積為1100ml直徑為4~6mm的球形二氧化硅載體,得到催化劑載體I;
步驟(b):將27.5g九水合硅酸鈉配成100ml水溶液加于催化劑前體I中,混合均勻,靜置24hr,然后在80℃干燥8hr,制得催化劑前體II;
步驟(c):將催化劑前體II在氫氣氣氛中還原,氫氣流速為0.2ml/min,壓力為0.5MPa,還原溫度為200℃,得到催化劑前體III;
步驟(d):浸漬醋酸鉀水溶液,使醋酸鉀含量為30g/L,干燥制得成品催化劑。
催化劑表征和評(píng)價(jià)條件與實(shí)施例1相同,為了便于比較將催化劑的制備條件、催化劑的物性數(shù)據(jù)、催化劑對(duì)乙烯選擇性列于表1和表2。
【比較例2】
(1)催化劑制備
步驟(a):取氯鈀酸氯金酸混合水溶液1200ml,其中溶液中鈀的含量為2.75g/L,金的含量為0.625g/L,在上述溶液中加入質(zhì)量為0.36g的所示化合物1和化合物2的混合物,其中化合物1和化合物2的質(zhì)量比為1:1,制備得浸漬液;
步驟(b)在上述浸漬液中加入體積為1100ml直徑為4~6mm的球形二氧化硅載體,得到催化劑前體I;
步驟(c):將27.5g九水合硅酸鈉配成100ml水溶液加于催化劑前體I中,混合均勻,靜置24hr,然后在80℃干燥8hr,制得催化劑前體II;
步驟(d):將催化劑前體II在氫氣氣氛中還原,氫氣流速為0.2ml/min,壓力為0.5MPa,還原溫度為200℃,得到催化劑前體III;
步驟(e):浸漬醋酸鉀水溶液,使醋酸鉀含量為30g/L,干燥制得成品催化劑。
催化劑表征和評(píng)價(jià)條件與實(shí)施例1相同,為了便于比較將催化劑的制備條件、催化劑的物性數(shù)據(jù)、催化劑對(duì)乙烯選擇性列于表1和表2。
通過上述實(shí)施例和比較例,發(fā)現(xiàn)采用化合物1和化合物2的混合物處理鈀金催化劑能夠更好提高催化劑的活性和選擇性。而在浸漬鈀化合物和金化合物之后并且在將化合態(tài)鈀和化合態(tài)金還原之前用化合物1和化合物2的混合物處理的話效果更佳。
表1.催化劑制備條件
表2 催化劑物性和評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)