CN102039204A - 乙苯脱氢制苯乙烯催化剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于乙苯脱氢制苯乙烯催化剂的制备方法,主要解决以往技术中存在的催化剂初活性较低、诱导期较长的问题。本发明先选取所需量的铈源和所需量的铁源、钾源、钼源或钨源及其混合物、碱土金属氧化物以及制孔剂混合均匀,成型、干燥、焙烧后成催化剂前体I;采用浸渍法将剩余铈源量负载在催化剂前体I上,干燥、焙烧后得所需催化剂的技术方案较好地解决了该问题,可用于乙苯脱氢制苯乙烯的工业生产中。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于乙苯脱氢制苯乙烯催化剂的制备方法。
背景技术
目前工业上乙苯脱氢制备苯乙烯催化剂的基本组成包括主催化剂、助催化剂和制孔剂和粘结剂等。早期的催化剂为Fe-K-Cr体系,如已公开的美国专利4467046和欧洲专利0296285A1。虽然该类催化剂的活性和稳定性较好,但由于催化剂含Cr的氧化物,对环境造成一定的污染,已被逐渐淘汰。之后演变为Fe-K-Ce-Mo系列,用Ce替代了Cr,可较好地改善催化剂的活性和稳定性,同时又克服了Cr毒性大,污染环境的弊端。Ce的加入可以大幅提高催化剂的活性,如已公开的美国专利4804799、5190906和5376613等,这类催化剂活性和选择性较高,稳定性较好。但是这些文献中催化剂的制备方法一般都采用将所有组分固相混合制得催化剂,而且没有涉及到催化剂初活性和诱导期的数据。由于现在乙苯脱氢制备苯乙烯装置日益大型化,如果催化剂的初活性高,诱导期短,则可以缩短装置开车时的活化时间,达到节能增效的目的。研究中发现,催化剂制备过程中活性组分的加入方式对催化剂的性能影响极大。为此,寻找合适的制备方法来提高催化剂的初活性、缩短催化剂的诱导期是研究人员努力的目标。本发明通过将活性组分铈采用两步法引入到催化剂中的制备方法,可以达到上述目的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是以往技术中存在的催化剂初活性较低、诱导期较长的问题,提供一种新的用于乙苯脱氢制苯乙烯催化剂的制备方法。用该方法制得的催化剂初活性高,诱导期短,能较快达到高催化活性的特点。
为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案如下:一种用于乙苯脱氢制苯乙烯催化剂的制备方法,包括以下步骤:
1)以重量百分比计,将70~95%所需量铈源和所需量的铁源、钾源、钼源或钨源及其混合物、碱土金属氧化物以及制孔剂混合均匀,加入水,制成有粘性、适合挤条的面团状物,经挤条、成型、干燥后,于500~1000℃下焙烧0.5~24小时,得催化剂前体I;
2)采用浸渍法以硝酸铈溶液的方式将剩余铈量负载于催化剂前体I上,然后经干燥,于350~800℃下焙烧0.5~24小时得所需催化剂。
上述技术方案中,催化剂所有组分以重量百分比计包括以下组成:62~81%的Fe2O3、8~14%的K2O、5~15%的CeO2、0.5~5%的Mo2O3或WO3及其混合物、0.5~7%的碱土金属氧化物;催化剂前体I中的Fe2O3由氧化铁红和氧化铁黄所组成、所用K以钾盐或氢氧化物形式加入、所用Ce以铈盐形式加入、所用Mo或W以它的盐或氧化物形式加入、碱土金属以其盐或氧化物形式加入;制孔剂为石墨、聚苯乙烯微球、甲基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素中的一种或几种,其加入量为催化剂总重量的2~6%;催化剂前体I中所需量铈源的优选范围为80~90%;步骤1)中干燥温度为50~120℃,干燥时间为2~12小时;步骤1)中焙烧温度优选为650~850℃,焙烧时间优选为4~12小时;步骤2)中浸渍的时间为2~24小时;步骤2)中干燥的温度为80~150℃,干燥时间为2~12小时;步骤2)中焙烧温度优选为450~650℃,焙烧时间优选为4~10小时。
本发明制得的催化剂颗粒可以为实心圆柱形、空心圆柱形、三叶形、菱形、梅花形、蜂窝型等各种形状,其直径和颗粒长度也没有固定的限制,推荐催化剂采用直径为3毫米、长5~10毫米的实心圆柱形颗粒。制备方法中的浸渍方式可以采用等体积浸渍、过量浸渍、多次浸渍等方式,推荐采用等体积浸渍方法。
制得的催化剂在等温式固定床中进行活性评价,对乙苯脱氢制苯乙烯催化剂活性评价而言,过程简述如下:
将脱离子水和乙苯分别经计量泵输入预热混合器,预热混合成气态后进入反应器,反应器采用电热丝加热,使之达到预定温度。反应器内径为1″的不锈钢管,内可装填100毫升、粒径为3毫米的催化剂。由反应器流出的反应物经水冷凝后用气相色谱仪分析其组成。
乙苯转化率、苯乙烯选择性按以下公式计算:
本发明通过将活性组分铈采用两步法引入到催化剂中,CeO2能很好地分散在催化剂的表面上,大量的CeO2微晶会在催化剂表面与活性相KFeO2充分混杂,CeO2的晶格氧迁移性强,在两相边界附近形成众多的氧转移脱氧中心,增加催化剂的活性,明显提高了催化剂的初活性,缩短了催化剂的诱导期。通过上述方法制得的催化剂,在常压、液体空速1.0小时-1、温度620℃、水蒸气/乙苯(重量比)2.0条件下,催化剂的初活性可达71.5%,诱导期可缩短为48小时,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261.0克氧化铁红、151.0克氧化铁黄、70.0克碳酸钾、74.1克硝酸铈、8.2克钨酸铵、8.8克氧化镁、4.0克氧化钙、4.0克石墨、10.6克羧甲基纤维素在捏合机中搅拌1小时,加入脱离子水,再拌和半小时,取出挤条,挤成直径3毫米、长度5~10毫米的颗粒,放入烘箱,50℃烘2小时,100℃烘10小时,然后置于马福炉中,于800℃焙烧4小时得到半成品催化剂。称取1.64克硝酸铈溶于55.0毫升水中,将200.0克半成品催化剂在此溶液中浸渍2小时,之后于80℃烘12小时,接着于350℃焙烧24小时得成品催化剂。
将100毫升成品催化剂装入反应器,在常压、液体空速1.0小时-1、620℃、水蒸气/乙苯(重量比)2.0条件下进行活性评价,测试结果列于表1。
【实施例2】
将253.0克氧化铁红、100.0克氧化铁黄、60.0克碳酸钾、81.0克草酸铈、11.2克钼酸铵、15.5克氧化镁、11.8克碳酸钙、2.0克聚苯乙烯微球、16.5克羧甲基纤维素在捏合机中搅拌1小时,加入脱离子水,再拌和半小时,取出挤条,挤成直径3毫米、长度5~10毫米的颗粒,放入烘箱,50℃烘6小时,然后置于马福炉中,于650℃焙烧12小时得到半成品催化剂。称取3.84克硝酸铈溶于40.0毫升水中,将150.0克半成品催化剂在此溶液中浸渍10小时,之后于120℃烘6小时,接着于500℃焙烧6小时得成品催化剂。
按实施例1的评价条件进行活性评价,测试结果列于表1。
【实施例3】
将213.0克氧化铁红、90.0克氧化铁黄、73.0克碳酸钾、76.5克草酸铈、16.3克钼酸铵、9.8克氧化镁、5.0克碳酸钙、5.0克羟乙基纤维素、20.3克羧甲基纤维素在捏合机中搅拌1小时,加入脱离子水,再拌和半小时,取出挤条,挤成直径3毫米、长度5~10毫米的颗粒,放入烘箱,50℃烘2小时,100℃烘10小时,然后置于马福炉中,于1000℃焙烧0.5小时得到半成品催化剂。称取6.32克硝酸铈溶于40.0毫升水中,将150.0克半成品催化剂在此溶液中浸渍16小时,之后于130℃烘3小时,接着于560℃焙烧5小时得成品催化剂。
按实施例1的评价条件进行活性评价,测试结果列于表1。
【实施例4】
将190.0克氧化铁红、156.0克氧化铁黄、90.0克碳酸钾、100.1克草酸铈、14.8克钨酸铵、16.0克氧化镁、17.9克羧甲基纤维素在捏合机中搅拌1小时,加入脱离子水,再拌和半小时,取出挤条,挤成直径3毫米、长度5~10毫米的颗粒,放入烘箱,60℃烘3小时,100℃烘8小时,然后置于马福炉中,于780℃焙烧8小时得到半成品催化剂。称取10.66克硝酸铈溶于45.0毫升水中,将160.0克半成品催化剂在此溶液中浸渍24小时,之后于140℃烘2小时,接着于610℃焙烧4小时得成品催化剂
按实施例1的评价条件进行活性评价,测试结果列于表1。
【实施例5】
将240.0克氧化铁红、120.0克氧化铁黄、60.0克碳酸钾、86.3克草酸铈、16.2克钨酸铵、18.6克氧化镁、8.7克氧化钙、3.5克甲基纤维素、16.2克羧甲基纤维素在捏合机中搅拌1小时,加入脱离子水,再拌和半小时,取出挤条,挤成直径3毫米、长度5~10毫米的颗粒,放入烘箱,80℃烘2小时,120℃烘2小时,然后置于马福炉中,于500℃焙烧24小时得到半成品催化剂。称取12.17克硝酸铈溶于45.0毫升水中,将160.0克半成品催化剂在此溶液中浸渍20小时,之后于150℃烘2小时,接着于650℃焙烧4小时得成品催化剂
按实施例1的评价条件进行活性评价,测试结果列于表1。
【实施例6】
将190.0克氧化铁红、156.0克氧化铁黄、90.0克碳酸钾、100.1克草酸铈、14.8克钨酸铵、16.0克氧化镁、19.8克羧甲基纤维素在捏合机中搅拌1小时,加入脱离子水,再拌和半小时,取出挤条,挤成直径3毫米、长度5~10毫米的颗粒,放入烘箱,80℃烘2小时,120℃烘2小时,然后置于马福炉中,于810℃焙烧4小时得到半成品催化剂。称取18.25克硝酸铈溶于45.0毫升水中,将160.0克半成品催化剂在此溶液中浸渍24小时,之后于130℃烘3小时,接着于800℃焙烧0.5小时得成品催化剂
按实施例1的评价条件进行活性评价,测试结果列于表1。
所得催化剂的重量百分比组成如下:
【比较例1】
按实施例1制备半成品催化剂的方法制备催化剂,所不同的是铈全部通过干混法加入,催化剂中硝酸铈为78.0克。
按实施例1的评价条件进行活性评价,测试结果列于表1。
【比较例2】
按实施例2制备半成品催化剂的方法制备催化剂,所不同的是铈全部通过干混法加入,催化剂中草酸铈为90.0克。
按实施例1的评价条件进行活性评价,测试结果列于表1。
【比较例3】
按实施例3制备半成品催化剂的方法制备催化剂,所不同的是铈全部通过干混法加入,催化剂中草酸铈为90.0克。
按实施例1的评价条件进行活性评价,测试结果列于表1。
【比较例4】
按实施例4制备半成品催化剂的方法制备催化剂,所不同的是铈全部通过干混法加入,催化剂中草酸铈为125.1克。
按实施例1的评价条件进行活性评价,测试结果列于表1。
【比较例5】
按实施例5制备半成品催化剂的方法制备催化剂,所不同的是铈全部通过干混法加入,催化剂中硝酸铈为143.0克。
按实施例1的评价条件进行活性评价,测试结果列于表1。
【比较例6】
按实施例6制备半成品催化剂的方法制备催化剂,所不同的是铈全部通过干混法加入,催化剂中草酸铈铈为134.8克。
按实施例1的评价条件进行活性评价,测试结果列于表1。
表1催化剂的性能比较
备注:起始转化率即为初活性,达到稳定活性期时间即为诱导期.
以上实施例说明,活性组分铈采用两步法引入到催化剂中,能有效地提高催化剂的初活性和缩短催化剂的诱导期。
Claims (10)
1.一种用于乙苯脱氢制苯乙烯催化剂的制备方法,包括以下步骤:
1)以重量百分比计,将70~95%所需量铈源和所需量的铁源、钾源、钼源或钨源及其混合物、碱土金属氧化物以及制孔剂混合均匀,加入水,制成有粘性、适合挤条的面团状物,经挤条、成型、干燥后,于500~1000℃下焙烧0.5~24小时,得催化剂前体I;
2)采用浸渍法以硝酸铈溶液的方式将剩余铈量负载于催化剂前体I上,然后经干燥,于350~800℃下焙烧0.5~24小时得所需催化剂。
2.根据权利要求1所述用于乙苯脱氢制苯乙烯催化剂的制备方法,其特征在于催化剂所有组分以重量百分比计包括以下组成:
(a)62~81%的Fe2O3;
(b)8~14%的K2O;
(c)5~15%的CeO2;
(d)0.5~5%的Mo2O3或WO3及其混合物;
(e)0.5~7%的碱土金属氧化物。
3.根据权利要求1所述用于乙苯脱氢制苯乙烯催化剂的制备方法,其特征在于催化剂前体I中的Fe2O3由氧化铁红和氧化铁黄所组成、所用K以钾盐或氢氧化物形式加入、所用Ce以铈盐形式加入、所用Mo或W以它的盐或氧化物形式加入、碱土金属以其盐或氧化物形式加入。
4.根据权利要求1所述用于乙苯脱氢制苯乙烯催化剂的制备方法,其特征在于制孔剂为石墨、聚苯乙烯微球、甲基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素中的一种或几种,其加入量为催化剂总重量的2~6%。
5.根据权利要求1所述用于乙苯脱氢制苯乙烯催化剂的制备方法,其特征在于催化剂前体I中所需量铈源的优选范围为80~90%。
6.根据权利要求1所述用于乙苯脱氢制苯乙烯催化剂的制备方法,其特征在于步骤1)中干燥温度为50~120℃,干燥时间为2~12小时。
7.根据权利要求1所述用于乙苯脱氢制苯乙烯催化剂的制备方法,其特征在于步骤1)中焙烧温度优选为650~850℃,焙烧时间优选为4~12小时。
8.根据权利要求1所述用于乙苯脱氢制苯乙烯催化剂的制备方法,其特征在于步骤2)中浸渍的时间为2~24小时。
9.根据权利要求1所述用于乙苯脱氢制苯乙烯催化剂的制备方法,其特征在于步骤2)中干燥的温度为80~150℃,干燥时间为2~12小时。
10.根据权利要求1所述用于乙苯脱氢制苯乙烯催化剂的制备方法,其特征在于步骤2)中焙烧温度优选为450~650℃,焙烧时间优选为4~10小时。
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