CN100569368C - 一种氧氯化催化剂及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于催化剂制备及应用范围的一种氧氯化催化剂及其应用。该催化剂包括铜、磷、碱金属、稀土金属的盐和/或氧化物和惰性载体,其中铜元素的含量占催化剂重量的2~15wt%、磷元素含量占1~10wt%、碱金属元素含量占1~10wt%、稀土金属元素含量占0~5wt%,剩余为惰性载体。采用本发明所述的催化剂,可以用于氯化氢催化氧化制氯气、乙烯或乙烷等氧氯化等过程。该催化剂具有活性高、选择性好、寿命长等优点。
Description
技术领域
本发明属于催化剂制备技术及应用范围,特别涉及一种氧氯化催化剂及其应用,具体地说,涉及用于氯化氢氧化制氯气、乙烯氧氯化制二氯乙烷和乙烷氧氯化制氯乙烯的催化剂及其应用。
背景技术
在氯碱工业中,氯和烧碱是氯碱工业的两大主要产品,这两种产品的产量有着密切的联系。当市场对含氯产品的需求增加时,烧碱的产量也将上升。如果不能够处理好两者的关系,使得氯和烧碱的需求量呈现不平衡发展,则将对氯碱工业的经济效益和持续发展产生不良影响。目前,含氯产品的需求不断增长,单纯靠发展氯碱工业来补充氯的供给不足势必导致烧碱的过剩,因此,化学工业氯碱消耗平衡的问题十分重要。
工业上许多过程以氯气为原料产生氯化氢副产物,而副产氯化氢是一种价格便宜、需求量小、腐蚀性强、很难处理的化学品。因此,人们希望找到一种既经济又安全的氯化氢制氯气过程。这不仅能够解决氯化氢对环境的污染问题,而且在一定程度上还会满足工业上对氯气不断增长的需求。在许多文献和专利中报导了氯化氢制备氯气的方法,主要有电解法、无机氧化剂直接氧化法、催化剂空气/氧气氧化法(如Deacon过程)。电解法能耗太大,成本高;无机氧化剂直接氧化法的缺点是设备比较复杂,产物分离困难,同时能耗较大。
氯化氢催化氧化制氯气,催化剂通常采用含铜的氧化物和/或氯化物或其混合物,也可以采用含铬氧化物的催化剂(CN 95118842.9)和含其他金属(Fe、Ru、Ce、Bi、Ni、Co、Ca、Ni)的催化剂(CN 03803294.5)。含铜催化剂通常还包括碱金属盐(如氯化钾)、其他稀土元素和载体组成。由于氯化氢催化氧化制氯气需要在较高的温度下进行,而在较高的温度下活性组分铜容易流失,因此,上述含铜催化剂难以得到工业应用。
与氯化氢催化氧化制氯气过程类似,氯乙烯生产所涉及的乙烯或乙烷氧氯化过程,通常也采用含铜催化剂,特别是乙烷氧氯化过程通常也在较高的温度下进行,也存在活性组分铜的流失问题。美国的Monsanto公司提出了一种采用含氯化铜、磷酸钾和少量铂系金属的负载型催化剂乙烷氧氯化过程(US 4,300,005),该过程在400℃-650℃下进行,催化剂稳定性较现有的乙烯氧氯化催化剂好,但该催化剂含贵金属,价格较高。
基于上述背景,本发明提出了一种氧氯化催化剂,用于氯化氢氧化制氯气、乙烯氧氯化制二氯乙烷和乙烷氧氯化制氯乙烯等过程。
发明内容
本发明的目的是针对现有含铜催化剂的不足,提供一种含惰性载体、铜、磷、碱金属和稀土金属的催化剂,该催化剂用于氯化氢催化氧化制氯气过程,具有活性高、稳定性好的优点。
本发明的技术方案如下:
一种氧氯化催化剂,包括铜、碱金属、稀土金属的盐和/或氧化物、含磷的化合物以及惰性载体,其特征在于铜元素的含量占催化剂重量的2~15wt%、磷元素含量占1~10wt%、碱金属元素含量占1~10wt%,稀土金属元素含量占0~5wt%,剩余为惰性载体。
所述惰性载体为氧化铝、矾土、硅藻土、沸石和二氧化硅中的一种。
所述铜的氧化物为氧化铜、氧化亚铜或它们的混合物。
所述铜盐为铜的氯化物选自CuCl或CuCl2、或它们的混合物。
所述含磷的化合物是以磷酸、焦磷酸、多聚磷酸、偏磷酸、亚磷酸,磷酸盐、焦磷酸盐、多聚磷酸盐、偏磷酸盐、亚磷酸盐、磷的氧化物或它们任意两种及两种以上的混合物形式存在。
优选的所述催化剂中含磷化合物以磷酸、磷的氧化物、亚磷酸、可溶性亚磷酸盐和/或可溶性磷酸盐形式加入到催化剂中。
优选的催化剂中所述含磷元素以铜、稀土金属元素、和/或碱金属元素的磷酸盐和/或它们亚磷酸盐形式加入到氧氯化催化剂之中。
所述碱金属是钠、钾中的一种。优选的碱金属以氯化物和/或磷酸盐形式存在。
优选的催化剂中稀土金属为选自镧系金属中的至少一种,以氯化物和/或氧化物形式加入到催化剂之中。
所述催化剂的应用于氯化氢氧化制氯气、乙烯氧氯化制二氯乙烷和乙烷氧氯化制氯乙烯的过程中。
本发明催化剂与现有的含铜乙烯氧氯化催化剂技术相比,磷元素加入有利于提高催化剂的稳定性;与美国的Monsanto公司乙烷氧氯化催化剂(US 4,300,005)相比,碱金属和稀土元素有利于增加催化剂的稳定性和活性。因此,本发明综合了现有含铜氧氯化催化剂的优点,主要优点及有益效果是催化剂稳定性好,长期使用活性基本不变,因此,无需经常更换催化剂,催化剂成本低,生产过程可长期连续稳定运行。
具体实施方式
下面实施例1~7为催化剂用于制氯气的例子
实施例1,
在固定床微型反应器中加入一定量的催化剂。催化剂中的主要活性组分为在氧化铝上负载的氯化铜和氯化钾。催化剂中铜的含量占催化剂重量的10wt%、碱金属钾含量占7wt%,其余为载体。
进料为氯化氢和氧气的摩尔比为1∶1;反应器中的温度为400℃,压力为0.1MPa;氯化氢进料的重量空速为0.8小时-1,产物氯气收率为38.4%。
实施例2催化剂用于氯化氢氧化制氯气,
在固定床微型反应器中加入一定量的催化剂。催化剂中的主要活性组分为在氧化铝上负载的氯化铜、氯化钾和氯化铈。催化剂中铜的含量占催化剂重量的10wt%、碱金属钾含量占7wt%、稀土金属铈含量占2wt%,其余为载体。
进料为氯化氢和氧气的摩尔比为1∶1;反应器中的温度为400℃,压力为0.1MPa;氯化氢进料的重量空速为0.8小时-1,产物氯气收率为78.8%。催化剂连续使用200小时后活性开始下降。
实施例3
在固定床微型反应器中加入一定量的催化剂。催化剂中的主要活性组分为在氧化铝上负载的氯化铜、氯化钾和氯化铈,然后用磷酸该负载型催化剂进行处理。磷酸处理后的催化剂中铜的含量占催化剂重量的10wt%、磷含量占8wt%、碱金属钾含量占7wt%、稀土金属铈含量占2wt%,其余为载体。
进料为氯化氢和氧气的摩尔比为1∶1;反应器中的温度为400℃,压力为0.1MPa;氯化氢进料的重量空速为0.8小时-1,产物氯气收率为80.1%。催化剂连续使用1000小时后活性不变。
实施例4
在流化床反应器中加入一定量的催化剂。催化剂中的主要活性组分为在氧化铝上负载的氯化铜、磷酸钾、氯化钾和氯化镧,其中铜的含量占催化剂重量的12wt%、磷含量占2wt%、碱金属钾含量占6wt%、稀土金属镧含量占3wt%。
进料为氯化氢和氧气的摩尔比为1∶1;反应器中的温度为390℃,压力为0.1MPa;氯化氢进料的重量空速为0.4小时-1。产物氯气收率为70.5%。
实施例5
在流化床反应器中加入一定量的催化剂。催化剂中的主要活性组分为在氧化铝上负载的氯化铜、亚磷酸钾、氯化钾和氯化镧,其中铜的含量占催化剂重量的12wt%、磷含量占2wt%、碱金属钾含量占6wt%、稀土金属镧含量占3wt%。
进料为氯化氢和氧气的摩尔比为1∶1;反应器中的温度为390℃,压力为0.1MPa;氯化氢进料的重量空速为0.4小时-1。产物氯气收率为68.2%。
实施例6
在流化床反应器中加入一定量的催化剂。催化剂中的主要活性组分为在氧化铝上负载的氯化铜、五氧化二磷、氯化钾和氯化镧,其中铜的含量占催化剂重量的12wt%、磷含量占2wt%、碱金属钾含量占6wt%、稀土金属镧含量占3wt%。
实施例7
在二段循环流化床反应器中加入一定量的催化剂。催化剂中的主要活性组分为在氧化铝上负载的氯化铜、焦磷酸钾、氯化钾和氯化铈,其中铜的含量占催化剂重量的5wt%、磷含量占1wt%、碱金属钾含量占3wt%、稀土金属铈含量占1wt%。
进料为氯化氢和氧气的摩尔比为1∶2;反应器中下段的温度为360℃,反应器中上段的温度为220℃,压力为0.1MPa;氯化氢进料的重量空速为0.1小时-1。产物氯气收率为95%。
Claims (8)
1.一种氧氯化催化剂,包括铜、磷、碱金属、稀土金属的盐和/或氧化物和惰性载体,其特征在于,铜元素的含量占催化剂重量的2~15wt%、磷元素含量占1~10wt%、碱金属元素含量占1~10wt%、稀土金属元素含量占0~5wt%,剩余为惰性载体。
2.根据权利要求1所述的氧氯化催化剂,其特征在于惰性载体为氧化铝、矾土、硅藻土、沸石和二氧化硅中的一种。
3.根据权利要求1所述的氧氯化催化剂,其特征在于,催化剂中所含磷元素以磷酸、焦磷酸、多聚磷酸、偏磷酸、亚磷酸,磷酸盐、焦磷酸盐、多聚磷酸盐、偏磷酸盐、亚磷酸盐、磷的氧化物或它们任意两种及两种以上的混合物形式存在。
4.根据权利要求3所述的氧氯化催化剂,其特征在于,所述磷酸盐为碱金属、铜、稀土元素的磷酸盐中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的氧氯化催化剂,其特征在于,碱金属是钠和/或钾。
6.根据权利要求1所述的氧氯化催化剂,其特征在于,催化剂中的稀土金属为选自镧系金属中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的氧氯化催化剂,其特征在于,所述铜的氧化物为氧化铜、氧化亚铜或它们的混合物。
8.根据权利要求1所述的氧氯化催化剂,其特征在于,所述铜的铜盐为氯化物,选自CuCl或CuCl2、或它们的混合物。
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