CN103934021B - 乙炔法醋酸乙烯催化剂及醋酸乙烯的合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及乙炔法醋酸乙烯催化剂及醋酸乙烯的合成方法，主要解决现有技术中存在的催化剂活性低的问题。本发明通过采用乙炔法醋酸乙烯合成的催化剂，以活性炭为载体，所述催化剂中含有如下活性组分：醋酸锌，60‑180 g/L；二醚，1.0~10 g/L的技术方案，较好地解决了该问题，可用于乙炔法醋酸乙烯合成的工业生产中。

Description

乙炔法醋酸乙烯催化剂及醋酸乙烯的合成方法
技术领域
本发明涉及乙炔气相法醋酸乙烯催化剂、该催化剂的制备方法，以及醋酸乙烯的合成方法。
背景技术
乙炔法合成醋酸乙烯是指以乙炔和醋酸为原料在醋酸锌催化剂作用下反应生成醋酸乙烯。中国专利（CN 86107833A，一种用于醋酸乙烯合成的催化剂及其制备方法）报道了ZnO-ZnCl2/C催化剂其空时收率高于Zn(OAc)2/C催化剂约30%，但该催化剂制备过程中因使用了硝酸盐，分解时产生大量NOx而污染环境，且催化剂中加入了ZnCl2，Cl-对设备产生腐蚀性，限制了该催化剂的推广。
乙炔法醋酸乙烯催化剂采用的载体通常为活性炭，国内外许多学者试图用硅胶、氧化铝、硅酸铝和分子筛等代替活性炭载体的实验并未成功。同时，研究人员考虑对活性炭载体进行修饰，从而达到改善载体性能的目的。如文献（石油化工, 2004, 33(11): 1024）研究发现，经质量分数15%硝酸处理过的活性炭为载体制得的催化剂比未经处理的活性炭为载体制得的催化剂的活性提高5.36%。中国专利（CN 102029193A，一种作催化剂载体的活性炭及其处理方法和应用）选用双氧水对活性炭载体进行前处理，结果表明，采用该发明所述方法处理得到的活性炭制得的催化剂其催化活性提高2~15%。中国专利（CN 102284304A，一种乙炔法合成醋酸乙烯用高效催化剂的制备方法）除双氧水外、还选用硫酸、高锰酸钾和过硫酸铵等一系列氧化剂对活性炭进行前处理后用于合成醋酸乙烯催化剂的制备，该专利仅报道了产物中醋酸乙烯的百分含量，未说明该催化剂的活性数据。选用氧化剂对活性炭载体进行前处理虽能一定程度上提高催化剂的活性，但经酸或者其他氧化剂处理后的活性炭大多需经长时间洗涤、提取使活性炭呈中性，且干燥时间长，增加了催化剂的生产时间和成本。另外，近来部分研究人员采用其它衍生碳作为醋酸乙烯催化剂的载体代替煤质活性炭。如中国专利（CN 101402052A，乙炔法生产醋酸乙烯工艺的催化剂及制备方法）选用造纸酸析木质素为原料制备活性炭载体，负载醋酸锌后制成醋酸乙烯催化剂，在制备醋酸乙烯的反应中具有良好的活性。而中国专利（CN 101439302A，乙炔法生产醋酸乙烯的催化剂及制备方法和催化剂的应用）选用树脂基衍生碳，即以悬浮聚合法制备的聚偏氯乙烯微球为前体，或是直接将聚偏氯乙烯树脂经机械造粒形成所需成型粒度的聚偏氯乙烯树脂为前体，经炭化、洗涤、干燥得到催化剂载体。但上述现有技术提供的催化剂活性较低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是现有技术中存在的催化剂活性低的问题，提供一种新的醋酸乙烯催化剂，该催化剂具有活性高的特点。
本发明所要解决的技术问题之二，是提供一种与上述技术问题之一相对应的催化剂的制备方法。
本发明所要解决的技术问题之三，是提供一种采用上述技术问题之一所述催化剂的醋酸乙烯的合成方法。
为解决上述技术问题之一，本发明采用的技术方案如下：乙炔法醋酸乙烯合成的催化剂，以活性炭为载体，所述催化剂中含有如下活性组分：醋酸锌，60-180 g/L；二醚，1.0~10 g/L。
上述技术方案中所述二醚优选为烷基二醚与芳香二醚中的至少一种，更优选为烷基二醚与对位芳香二醚的混合物；所述烷基二醚优选为二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚或二乙二醇甲乙醚中的至少一种；所述对位芳香二醚优选为对苯二酚二甲醚、对苯二酚二乙醚或对苯二酚甲乙醚中的至少一种；以重量计所述烷基二醚与对位芳香二醚之比优选为1: 0.1~10；所述活性炭优选为煤质柱状炭，比表面积为1000~1300 cm2/g，吸附总孔容为0.6~0.8 cm3/g。
为解决上述技术问题之二，本发明采用的技术方案如下：如上所述催化剂的制备方法，包括以下步骤：
（a）浸渍液的配制：将所需量的醋酸锌和二醚溶解于溶剂中制成浸渍液，所述溶剂以重量百分比计组成为：甲醇50~100 wt%，水0~50 wt%；
（b）载体的浸渍：将所需量的载体与上述浸渍液混合；
（c）干燥得到催化剂。
为解决上述技术问题之三，本发明采用的技术方案如下：醋酸乙烯合成的方法，在技术问题之一任一项技术方案所述催化剂存在下，以摩尔比计原料组成为乙炔:醋酸=5~12: 1，反应压力为0.1~0.5 atm, 反应温度为160~220 ℃，原料体积空速为250~350 h-1。
本发明所述反应压力均为表压。
与现有技术选用醋酸锌负载活性炭制得醋酸乙烯催化剂相比，本发明加入了二醚作为助催化剂，与醋酸锌和/活性炭载体相互作用起到提高催化剂活性的较好效果。更进一步，本发明选用烷基二醚和芳香二醚混合物作为助催化剂，在提高了催化剂的活性方面具有协同作用，而这种协同作用在烷基二醚和对位芳香二醚之间的协同作用尤为明显。实验结果表明，本发明催化剂的时空收率为3.38 t/m3·d，催化剂活性同比目前工业应用Zn(OAc)2/C催化剂提高了51.6%，取得了较好的技术效果。
具体实施方式
【实施例1】
（1）催化剂制备
（a）浸渍液的配制：将0.9 g二乙二醇二甲醚和18.0 g Zn(OAc)2于50℃溶解于甲醇与水混合溶剂中（以重量百分比计甲醇75 wt%，水25 wt%）制成180 ml浸渍液，其中Zn(OAc)2含量为100 g/L，二醚含量为5.0 g/L；
（b）载体的浸渍：所选活性炭为煤质圆柱状炭（直径2.4 mm，长2 cm），比表面积为1200 cm2/g，吸附总孔容为0.7 cm3/g。将100 ml该活性炭载体加入到上述浸渍液中，在70℃条件下进行浸渍4 h，过滤；
（c）干燥：在105℃条件下干燥6 h得催化剂，所得催化剂在装入反应器后可进行催化剂性能评价。
（2）物性表征
使用电感耦合等离子光谱仪（ICP）测量催化剂中Zn含量，通过液相色谱浸渍前后浸渍液中醚含量，从而得到催化剂中醚含量。催化剂的制备条件列于表1。
（3）催化剂性能评价
用固定床反应器评价，具体条件为：
催化剂装填体积：30 ml；
反应原料组成（以摩尔比计）：乙炔:醋酸 = 6:1；
反应原料体积空速：300 h-1；
反应压力：0.3 atm；
反应温度：180℃；
反应时间：100 h。
反应100 h，用气相色谱法分析反应产物中各组分的含量，计算该催化剂的时空收率。为便于比较把主要条件列于表2。
【实施例2】至【实施例6】
除改变催化剂制备过程中助催化剂二醚的种类以外，其它操作步骤及评价条件均与实施例1相同。为便于比较将催化剂制备条件列于表1，催化剂评价条件，表征评价结果列于表2。
【实施例7】
（1）催化剂制备
（a）浸渍液的配制：将0.45 g二乙二醇二甲醚、0.45 g对苯二酚二甲醚和18.0 gZn(OAc)2在50℃条件下溶解于甲醇与水混合溶剂中（以重量百分比计甲醇75 wt%，水25wt%）制成180 ml浸渍液，其中Zn(OAc)2含量为100 g/L，二醚含量为5.0 g/L；
（b）载体的浸渍：所选活性炭为煤质圆柱状炭（直径2.4 mm，长2 cm），比表面积为1200 cm2/g，吸附总孔容为0.7 cm3/g。将100 ml该活性炭载体加入到上述浸渍液中，在70℃条件下进行浸渍4 h，过滤；
（c）干燥：在105℃条件下干燥6 h得催化剂，所得催化剂在装入反应器后可进行催化剂性能评价。
催化剂物性表征与实施例1相同，催化剂评价采用与实施例1相同的固体床催化剂评价装置与评价条件，为便于比较将催化剂制备条件列于表1，催化剂评价条件，表征评价结果列于表2。
【实施例8】至【实施例13】
除改变催化剂制备过程中烷基二醚和芳香二醚混合物种类和比例以外，其它操作步骤及评价条件均与实施例1相同。为便于比较将催化剂制备条件列于表1，催化剂评价条件，表征评价结果列于表2。
【实施例14】
（1）催化剂制备
（a）浸渍液的配制：将0.09 g二乙二醇二甲醚、0.09 g对苯二酚二甲醚和18.0 gZn(OAc)2在50℃条件下溶解于甲醇与水混合溶剂中（以重量百分比计甲醇75 wt%，水25wt%）制成180 ml浸渍液，其中Zn(OAc)2含量为100 g/L，二醚含量为1.0 g/L；
（b）载体的浸渍：所选活性炭为煤质圆柱状炭（直径2.4 mm，长2 cm），比表面积为1200 cm2/g，吸附总孔容为0.7 cm3/g。将100 ml该活性炭载体加入到上述浸渍液中，在70℃条件下进行浸渍4 h，过滤；
（c）干燥：在105℃条件下干燥6 h得催化剂，所得催化剂在装入反应器后可进行催化剂性能评价。
（2）物性表征
使用电感耦合等离子光谱仪（ICP）测量催化剂中Zn含量，通过液相色谱测量浸渍前后浸渍液中醚含量，从而得到催化剂中醚含量。催化剂的制备条件列于表1。
（3）催化剂性能评价
用固定床反应器评价，具体条件为：
催化剂装填体积：30 ml；
反应原料组成（以摩尔比计）：乙炔:醋酸 = 5:1；
反应原料体积空速：250 h-1；
反应压力：0.1 atm；
反应温度：160℃；
反应时间：100 h。
反应100 h，用气相色谱法分析反应产物中各组分的含量，计算该催化剂的时空收率。为便于比较把主要条件与表征评价结果列于表2。
【实施例15】
（1）催化剂制备
（a）浸渍液的配制：将0.9 g二乙二醇二甲醚、0.9 g对苯二酚二甲醚和18.0 g Zn(OAc)2在50℃条件下溶解于甲醇与水混合溶剂中（以重量百分比计甲醇75 wt%，水25 wt%）制成180 ml浸渍液，其中Zn(OAc)2含量为100 g/L，二醚含量为10.0 g/L；
（b）载体的浸渍：所选活性炭为煤质圆柱状炭（直径2.4 mm，长2 cm），比表面积为1200 cm2/g，吸附总孔容为0.7 cm3/g。将100 ml该活性炭载体加入到上述浸渍液中，在70℃条件下进行浸渍4 h，过滤；
（c）干燥：在105℃条件下干燥6 h得催化剂，所得催化剂在装入反应器后可进行催化剂性能评价。
（2）物性表征
使用电感耦合等离子光谱仪（ICP）测量催化剂中Zn含量，通过液相色谱测量浸渍前后浸渍液中醚含量，从而得到催化剂中醚含量。催化剂的制备条件列于表1。
（3）催化剂性能评价
用固定床反应器评价，具体条件为：
催化剂装填体积：30 ml；
反应原料组成（以摩尔比计）：乙炔:醋酸 = 8:1；
反应原料体积空速：250 h-1；
反应压力：0.2 atm；
反应温度：170℃；
反应时间：100 h。
反应100 h，用气相色谱法分析反应产物中各组分的含量，计算该催化剂的时空收率。为便于比较把主要条件与表征评价结果列于表2。
【实施例16】
（1）催化剂制备
（a）浸渍液的配制：将0.45 g二乙二醇二甲醚、0.45 g对苯二酚二甲醚和9.0 g Zn(OAc)2在50℃条件下溶解于甲醇与水混合溶剂中（以重量百分比计甲醇50 wt%，水50 wt%）制成180 ml浸渍液，其中Zn(OAc)2含量为50 g/L，二醚含量为5.0 g/L；
（b）载体的浸渍：所选活性炭为煤质圆柱状炭（直径2.4 mm，长2 cm），比表面积为1200 cm2/g，吸附总孔容为0.7 cm3/g。将100 ml该活性炭载体加入到上述浸渍液中，在70℃条件下进行浸渍4 h，过滤；
（c）干燥：在105℃条件下干燥6 h得催化剂，所得催化剂在装入反应器后可进行催化剂性能评价。
（2）物性表征
使用电感耦合等离子光谱仪（ICP）测量催化剂中Zn含量，通过液相色谱测量浸渍前后浸渍液中醚含量，从而得到催化剂中醚含量。催化剂的制备条件列于表1。
（3）催化剂性能评价
用固定床反应器评价，具体条件为：
催化剂装填体积：30 ml；
反应原料组成（以摩尔比计）：乙炔:醋酸 = 10:1；
反应原料体积空速：350 h-1；
反应压力：0.4 atm；
反应温度：200℃；
反应时间：100 h。
反应100 h，用气相色谱法分析反应产物中各组分的含量，计算该催化剂的时空收率。为便于比较把主要条件与表征评价结果列于表2。
【实施例17】
（1）催化剂制备
（a）浸渍液的配制：将0.45 g二乙二醇二甲醚、0.45 g对苯二酚二甲醚和27.0 gZn(OAc)2在50℃条件下溶解于甲醇中制成180 ml浸渍液，其中Zn(OAc)2含量为150 g/L，二醚含量为5.0 g/L；
（b）载体的浸渍：所选活性炭为煤质圆柱状炭（直径2.4 mm，长2 cm），比表面积为1200 cm2/g，吸附总孔容为0.7 cm3/g。将100 ml该活性炭载体加入到上述浸渍液中，在70℃条件下进行浸渍4 h，过滤；
（c）干燥：在105℃条件下干燥6 h得催化剂，所得催化剂在装入反应器后可进行催化剂性能评价。
（2）物性表征
使用电感耦合等离子光谱仪（ICP）测量催化剂中Zn含量，通过液相色谱测量浸渍前后浸渍液中醚含量，从而得到催化剂中醚含量。催化剂的制备条件列于表1。
（3）催化剂性能评价
用固定床反应器评价，具体条件为：
催化剂装填体积：30 ml；
反应原料组成（以摩尔比计）：乙炔:醋酸 = 12:1；
反应原料体积空速：350 h-1；
反应压力：0.5 atm；
反应温度：220℃；
反应时间：100 h。
反应100 h，用气相色谱法分析反应产物中各组分的含量，计算该催化剂的时空收率。为便于比较把主要条件与表征评价结果列于表2。
【比较例1】
（1）催化剂制备
（a）浸渍液的配制：将0.9 g二乙二醇单甲醚和18.0 g Zn(OAc)2在50℃条件下溶解于甲醇与水混合溶剂中（以重量百分比计甲醇75 wt%，水25 wt%）制成180 ml浸渍液，其中Zn(OAc)2含量为100 g/L，二乙二醇单甲醚含量为5.0 g/L；
（b）载体的浸渍：所选活性炭为煤质圆柱状炭（直径2.4 mm，长2 cm），比表面积为1200 cm2/g，吸附总孔容为0.7 cm3/g。将100 ml该活性炭载体加入到上述浸渍液中，在70℃条件下进行浸渍4 h，过滤；
（c）干燥：在105℃条件下干燥6 h得催化剂，所得催化剂在装入反应器后可进行催化剂性能评价。
催化剂物性表征与实施例1相同，催化剂评价采用与实施例1相同的固体床催化剂评价装置与评价条件，为便于比较将催化剂制备条件列于表1，催化剂评价条件，表征评价结果列于表2。
【比较例2】
（1）催化剂制备
（a）浸渍液的配制：将0.9 g对羟基苯甲醚和18.0 g Zn(OAc)2在50℃条件下溶解于甲醇与水混合溶剂中（以重量百分比计甲醇75 wt%，水25 wt%）制成180 ml浸渍液，其中Zn(OAc)2含量为100 g/L，对羟基苯甲醚含量为5.0 g/L；
（b）载体的浸渍：所选活性炭为煤质圆柱状炭（直径2.4 mm，长2 cm），比表面积为1200 cm2/g，吸附总孔容为0.7 cm3/g。将100 ml该活性炭载体加入到上述浸渍液中，在70℃条件下进行浸渍4 h，过滤；
（c）干燥：在105℃条件下干燥6 h得催化剂，所得催化剂在装入反应器后可进行催化剂性能评价。
催化剂物性表征与比较例1相同，催化剂评价采用与比较例1相同的固体床催化剂评价装置与评价条件，为便于比较将催化剂制备条件列于表1，催化剂评价条件，表征评价结果列于表2。
【实施例3】
（1）催化剂制备
（a）浸渍液的配制：将0.45 二乙二醇单甲醚、0.45 g对羟基苯甲醚和18.0 g Zn(OAc)2在50℃条件下溶解于甲醇与水混合溶剂中（以重量百分比计甲醇75 wt%，水25 wt%）制成180 ml浸渍液，其中Zn(OAc)2含量为100 g/L，二醚含量为5.0 g/L；
（b）载体的浸渍：所选活性炭为煤质圆柱状炭（直径2.4 mm，长2 cm），比表面积为1200 cm2/g，吸附总孔容为0.7 cm3/g。将100 ml该活性炭载体加入到上述浸渍液中，在70℃条件下进行浸渍4 h，过滤；
（c）干燥：在105℃条件下干燥6 h得催化剂，所得催化剂在装入反应器后可进行催化剂性能评价。
催化剂物性表征与比较例1相同，催化剂评价采用与比较例1相同的固体床催化剂评价装置与评价条件，为便于比较将催化剂制备条件列于表1，催化剂评价条件，表征评价结果列于表2。
【比较例4】
（1）催化剂制备
（a）浸渍液的配制：将18.0 g Zn(OAc)2在50℃条件下溶解于甲醇与水混合溶剂中（以重量百分比计甲醇75 wt%，水25 wt%）制成180 ml浸渍液，其中Zn(OAc)2含量为100 g/L；
（b）载体的浸渍：所选活性炭为煤质圆柱状炭（直径为2.4 mm，长2 cm），比表面积为1200 cm2/g，吸附总孔容为0.7 cm3/g。将100 ml该活性炭载体加入到上述浸渍液中，在70℃条件下进行浸渍4 h，过滤；
（c）干燥：在105℃条件下干燥6 h得催化剂，所得催化剂在装入反应器后可进行催化剂性能评价。
催化剂物性表征与比较例1相同，催化剂评价采用与比较例1相同的固体床催化剂评价装置与评价条件，为便于比较将催化剂制备条件列于表1，催化剂评价条件，表征评价结果列于表2。
表1 催化剂制备条件
表2（待续）催化剂表征与评价条件数据
表2（续）催化剂表征与评价条件数据

Claims (6)

1.乙炔制备醋酸乙烯的催化剂，以活性炭为载体，所述催化剂中含有如下活性组分：
醋酸锌，60-180g/L；二醚，1.0～10g/L；
其中，所述二醚为烷基二醚与芳香二醚中的至少一种；所述烷基二醚选自二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚或二乙二醇甲乙醚中的至少一种；所述芳香二醚选自苯二酚二甲醚、苯二酚二乙醚或对苯二酚甲乙醚中的至少一种。
2.如权利要求1所述的催化剂，其特征在于所述二醚为烷基二醚与对位芳香二醚的混合物；所述对位芳香二醚选自对苯二酚二甲醚、对苯二酚二乙醚或对苯二酚甲乙醚中的至少一种。
3.如权利要求2所述的催化剂，其特征在于以重量计所述烷基二醚与对位芳香二醚之比为1:0.1～10。
4.如权利要求1所述的催化剂，其特征在于所述活性炭为煤质柱状炭，比表面积为1000～1300m2/g，吸附总孔容为0.6～0.8cm3/g。
5.权利要求1～4任一项所述催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(a)浸渍液的配制：将所需量的醋酸锌和二醚溶解于溶剂中制成浸渍液，所述溶剂以重量百分比计组成为：甲醇50～100wt％，水0～50wt％；
(b)载体的浸渍：将所需量的载体与上述浸渍液混合；
(c)干燥得到催化剂。
6.醋酸乙烯合成的方法，在如权利要求1～4中任一项所述催化剂存在下，以摩尔比计原料组成为乙炔:醋酸＝5～12:1，反应压力为0.1～0.5atm,反应温度为160～220℃，原料体积空速为250～350h-1。
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