CN1060410C - 丙烯腈流化床含锂催化剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及丙烯腈流化床含锂催化剂,它是在钼-铋-铁-钴-镍-钠为主的体系催化氧化物中,加入了碱金属元素锂。本发明的催化剂具有丙烯腈单程收率高的特点,可达到83%左右,可用于工业生产中。

Description

丙烯腈流化床含锂催化剂
本发明涉及丙烯氨氧化生产丙烯腈的流化床催化剂,特别是关于含碱金属锂的流化床催化剂。
丙烯腈是重要的有机化工原料,它是通过丙烯氨氧化反应生产的。为了获得高活性、高选择性的流化床催化剂,人们经过不断探索,作出了一系列改进。文献日本专利平1-265067中介绍了钼-铋-铁-镍体系的催化剂,在任选元素中含钠和锂,但该技术方案不含钴、锰等元素。该专利中报道的丙烯腈单程收率最高为83 2%,其数据是在常压下测定的,不能代表其催化剂的真实水平。文献US4978765中介绍了钼-铋-铁-锑-镍体系的催化剂,在任选元素中含有钠、锂,但该技术方案也不含钻、锰等元素。该专利中报道的丙烯腈单程收率最高可达86.2%,但其数据也是在常压下测得的,不能代表其催化剂的真实水平。文献US5134105中介绍了钼-铋-铁-钴-镍-铬体系的催化剂,其中在任选元素中可以有碱金属成份,但在其说明书中均无公开碱金属钠和锂的具体内容,其丙烯腈单程收率最高仅为80.2%。文献CN1021638C介绍了丙烯腈流化床催化剂,它是以钼-铋-铁-钴-镍-钠为催化体系,其丙烯腈单收仅79%左右。
为克服上述催化剂存在的缺点,本发明的目的是提供一种适于流化床,具有更高丙烯腈单程收率的催化剂。
本发明的目的是通过以下的技术方案来实现的:一种丙烯腈流化床含锂催化剂,含有钼、铋、铁、钴、镍、钠、锂的催化氧化物,并还可以含有钾、铷、铯、钐、铊、锰、镁、锶、钙、钡、镧、稀土元素、磷、砷、硼、铬、钨、钒中的一种或多元素的混合物,具有以下通式:
      AaBbCcNidCoeLifNagFehBiiMojOx
式中A为选自钾、铷、铯、钐、铊中的至少一种或它们的混合物;
    B为选自锰、镁、锶、钙、钡、镧、稀土元素中的至少一种或它们的混合物;
    C为选自磷、砷、硼、铬、钨、钒中的至少一种或它们的混合物。
其中a为0.001~1.5,b为0.01~3,c为0.01~8,d为0.01~8,e为0.01~12,f为0.01~0.8,g为0.01~0.7,h为0.01~8,i为0.01~6,j为8~16,为满足催化剂中各元素化合价所需的氧原子总数;
催化剂中载体物料是二氧化硅,含量为30~70%(重量)。
上述技术方案中,a的优选范围为0.01~0.8,b的优选范围为0.5~2,c的优选范围为0.1~4.0,d的优选范围为0.5~5,e的优选范围为0.5~8,f的优选范围为0.05~0.4,g的优选范围为0.2~0.5,h的优选范围为0.1~4,i的优选范围为0.1~4,j的优选范围为12~14,催化剂中载体二氧化硅含量优选范围为40~60%(重量)。
本发明的要点就是在原有的催化剂(中国专利90108811.0,CN1021638C)基础上加入锂元素。
本发明的催化剂制造方法可按常法进行。首先将催化剂各组份与载体和水混合成浆料,经喷雾干燥成型为微球状,最后焙烧制成催化剂。浆料的配制是将催化剂各组份的水溶液和载体按中国专利87103455.7(CN1005248B)所述的方法进行。
本发明催化剂中各组份所使用的原料为:
组份A类元素最好用硝酸盐、氢氧化物或可分解为氧化物的盐类。
组份B类元素可用氧化物或可分解为氧化物的盐类。
组份C类元素中的磷、砷和硼最好用相应的酸类或其铵盐。铬最好用三氧化铬(六价铬)、硝酸铬或二者的混合物。
组份钠可用硝酸钠、氢氧化钠、硅酸钠或任何可以分解的钠化合物。
组份锂可用硝酸锂、氢氧化锂、硅酸锂或任何可以分解的锂化合物。
组份镍、钴、铁、铋可用氧化物或分解为氧化物的盐类,所用的盐类最好是水溶性的硝酸盐。
组份中的钨可用氧化钨或钨酸铵,钒用偏钒酸铵。
组份钼可用氧化钼或钼酸铵。
作为载体的二氧化硅的原料可用硅溶胶,其质量要求符合中国专利87103455.7(CN1005248B)的规定。
配制好的浆料经过热处理后进行喷雾成型。喷雾干燥器可用压力式、两流式和离心转盘式,但以离心转盘式较好,能保证制成的催化剂具有良好的粒度分布范围。
催化剂的焙烧分为两个阶段,催化剂中各元素盐类的分解和高温焙烧。其分解阶段温度为200~400℃,时间为0.5~2小时,焙烧温度为450~800℃,最好是500~650℃。分解和焙烧在两个焙烧炉中分别进行,也可以在一个焙烧炉中分两个阶段进行,或者在连续式旋转焙烧炉内将分解和焙烧同时进行。但在催化剂分解和焙烧过程中,需注意焙烧炉内应有适量的空气流通。
采用本发明催化剂制造丙烯腈所需的丙烯、氨和分子氧的规格与使用其他催化剂的相同。虽然原料丙烯中低分子量饱和烃的含量对反应并无影响,但从经济观点考虑,丙烯浓度应大于85%(摩尔)。氨可用肥料级液氨。反应所需的分子氧从技术观点出发可用纯氧、富氧空气,但从经济、资源方便考虑,用空气作为分子氧源更为合理。
进入流化床反应器的氨与丙烯的摩尔比可在0.8∶1到1.5∶1之间变化,但最佳在1.0∶1到1.3∶1之间变化。空气与丙烯的实际摩尔比最好为8∶1到10∶1之间,这样低的配比是本发明催化剂的重要优点。如果由于某些原因须采用较高的空气比时,可以增大到11∶1,这对反应没有明显不利影响。但从安全角度考虑,反应气体中氧的体积含量不能大于7%,最好不大于4%。
在流化床反应器上采用本发明催化剂时,反应温度在420~490℃,最佳为440~460℃,反应压力一般为0.01~0.2兆帕,最佳为0.04~0.2兆帕。
催化剂的丙烯负荷(WWH)为0.04~0.20,最佳为0.05~0.10。
WWH的定义为:
WWH=丙烯进料重量/(催化剂重量×小时)
用本发明催化剂制造丙烯腈的产品回收精制工艺与一般方法相同,即流化床反应器流出气体经中和塔除去未反应氨,再用水在吸收塔中将全部有机物吸收。吸收液经萃取蒸馏,脱除氢氰酸和水得高纯度丙烯腈产品。
以下是本发明催化剂的实施例,其中丙烯转化率、丙烯腈选择性和单程收率的定义如下:
本发明通过在钼-铋-铁-钴-镍-钠体系催化剂中加入碱金属元素锂,使丙烯腈的单程收率在流化床及加压(0.08兆帕)条件下,最高达到了83.7%,取得了较好的效果。
【实施例1】
将10.8克重量浓度为20%的硝酸钾溶液,62.0克重量浓度为20%的硝酸铷溶液,8.5克重量浓度为20%的硝酸铯溶液和23.0克重量浓度为20%的硝酸钠溶液和3.0克重量浓度为20%硝酸锂溶液混合为物料(Ⅰ)。
将58.4克钨酸铵溶于100毫升重量浓度为5%的氨水,再与343.7克钼酸铵与300毫升50~95℃热水组成的溶液相混合得物料(Ⅱ)。
将70.0克硝酸铋、63.9克硝酸锰、132.4克硝酸铁、183.6克硝酸钴、148.3克硝酸镍和7.3克硝酸铬混合,加水70毫升,加热后溶解,得物料(Ⅲ)。
将物料(Ⅰ)与1250克重量浓度为40%的氨稳定无钠硅溶胶混合,在搅拌下加入5.1克重量浓度为85%的磷酸和物料(Ⅱ)和(Ⅲ),充分搅拌得浆料。按常法将制成的浆料在喷雾干燥器中成型为微球状,最后在内径为89毫米、长度为1700毫米(φ89×1700mm)的旋转焙烧炉中于670℃焙烧1小时,制成的催化剂组成为:
Mo10.8W1.2Bi0.8Fe1.8Co3.5Ni2.8Mn1.0Cr0.4P0.25Na0.3Li0.05K0.1Rb0.3Cs0.05+50%SiO2
制成的催化剂放入内径为38毫米的流化床反应器内,在反应温度为435℃、反应压力为0.08兆帕、丙烯∶氨∶空气=1∶1.2∶9.2(摩尔)、WWH为0.045的条件下进行活性评价,结果如下:
      丙烯转化率             96.2%
      丙烯腈选择性           85.5%
      丙烯腈单收             82.2%
此配比下丙烯投料量为245毫升/分,则丙烯腈生成量为:
      (245/22.4)×0.822×53=476.5克/分
如果将原料配比改为丙烯∶氨∶空气=1∶1.5∶10.5,其余工艺条件不变的情况下进行活性评价,结果如下:
      丙烯转化率             97.8%
      丙烯腈选择性           83.1%
      丙烯腈单收             81.3%
此配比下丙烯投料量为219毫升/分,则丙烯腈生成量为
(219/22.4)×0.813×53=420.9克/分【实施例2】
将实施例1所述方法制造催化剂,但物料(Ⅰ)用重量浓度均为20%的9.0克硝酸铷溶液,12.0克硝酸铯溶液,6.5克硝酸钐溶液和19.5克硝酸钠溶液和16.0克硝酸锂溶液相混的物料。
物料(Ⅱ)是用20.9克钨酸铵溶于300毫升重量浓度为5%的氨水和388.2克钼酸铵与350毫升50~95℃热水组成的溶液相混合而成的物料。
用90.1克硝酸铋、113.8克硝酸铁、54.9克硝酸锰、180.3克硝酸钻、42.4克硝酸锶、45.5克硝酸镍、4.7克硝酸铬和100毫升水配制而成物料(Ⅲ)。
与实施例1的制法相同,将上述物料与1000克重量浓度为40%的硅溶胶和8.8克重量浓度为85%的磷酸混合,成型,焙烧制成催化剂的组成为:
Mo14.2W0.5Bi1.2Fe1.8Sr1.3Co4.0Ni1.0Mn1.0Cr0.3P0.5Rb0.05Cs0.1Sm0.05Na0.3Li0.3+40%SiO2
催化剂活性的考察方法与实施例1相同,但丙烯∶氨∶空气=1∶1.2∶9.4(摩尔),其余工艺条件不变,活性评价的结果如下:
      丙烯转化率                98.5%
      丙烯腈选择性              85.0%
      丙烯腈单收                83.7%【实施例3】
按实施例1所述方法制造催化剂,物料(Ⅰ)用重量浓度均为20%的11.0克硝酸钾溶液,27.0克硝酸锂溶液,10.5克硝酸亚铊溶液和20.0克硝酸钠溶液混合制成。
物料(Ⅱ)是用42.克钨酸铵、3.7克偏钒酸铵溶于50毫升重量浓度为5%的氨水,再和356.0克钼酸铵与300毫升50~95℃热水组成的溶液混合制成。
用76.4克硝酸铋、160.8克硝酸铁、162.0克硝酸镍、91.7克硝酸钴、8.8克硝酸钙、83.7克硝酸锰,6.4克硝酸铬和70毫升水配制成物料(Ⅲ)。
与实施例1的制法相同,将上述各物料与1250克重量浓度为40%的硅溶胶和2.7克重量浓度为85%的磷酸及10毫升水中和含有9.7克硼酸溶液混合,成型,焙烧,制成催化剂的组成为:
Mo12.8W1.0V0.2Bi1.0Fe2.5Ca1.0Ni3.5Co2.0Mn1.5Cr0.4P0.15B1.0Na0.3Li0.5K0.1Tl0.05+50%SiO2
催化剂活性的考察方法与实施例1相同,但丙烯∶氨∶空气=1∶1∶8.9,其余工艺条件不变,活性评价的结果如下:
      丙烯转化率               96.8%
      丙烯腈选择性             83.9%
      丙烯腈单收               81.2%【实施例4】
按实施例1所述方法制造催化剂,但物料(Ⅰ)用重量浓度均为20%的8.5克硝酸铯溶液,15.0克硝酸钐溶液,23.5克硝酸亚铊溶液和22.5克硝酸钠和18.0克硝酸锂溶液混合制成。
物料(Ⅱ)是用93.9克钨酸铵、10.2克偏钒酸铵溶于100毫升重量浓度为5%的氨水溶液中,再和291.8克钼酸铵与300毫升50~95℃热水组成的溶液相混合而成的物料。
用84.4克硝酸铋、142.0克硝酸铁、61.6克硝酸锰、44.6克硝酸镁、202.5克硝酸钻、102.2克硝酸镍、3.6克硝酸铬和70毫升水配制成物料(Ⅲ)。
与实施例1的制法相同,将上述各物料与1250克重量浓度为40%的硅溶胶混合,成型,焙烧,制成催化剂的组成为:
Mo9.5W2.0V0.5Bi1.0Fe2.0Mg1.0Co4.0Ni2.0Mn1.0Cr0.2Cs0.05Sm0.1Tl0.1Na0.3Li0.3+50%SiO2
催化剂活性的考察方法与实施例1相同,但丙烯∶氨∶空气=1∶1.15∶9.5,其余工艺条件不变,活性评价的结果如下:
      丙烯转化率                97.1%
      丙烯腈选择性              83.3%
      丙烯腈单收                80.9%【实施例5】
按实施例1所述方法制造催化剂,但物料(Ⅰ)用重量浓度均为20%的21.5克硝酸钠溶液,20.7克硝酸钾溶液,16.5克硝酸铯溶液,14.5克硝酸铷溶液,8.5克硝酸锂溶液混合制成。
物料(Ⅱ)是用9.1克钨酸铵和379.6克钼酸铵与300毫升50~95℃热水混合制成。
用73.3克硝酸铋、123.4克硝酸铁、109.4克硝酸亚铈、171.1克硝酸钴、29.8克硝酸锰、5.1克硝酸铬,98.7克硝酸镍与100毫升水配制成物料(Ⅲ)。
与实施例1的制法相同,将上述各物料与1250克重量浓度为40%的硅溶胶混合,成型,焙烧,制成的催化剂组成为:
Mo12.8W0.2Bi0.9Fe1.8Ce1.5Co3.5Ni2.0Mn0.5Cr0.3Na0.3Li0.15K0.2Cs0.1Rb0.15+50%SiO2
催化剂活性的考察方法与实施例1相同,但丙烯∶氨∶空气=1∶1.1∶9.4,其余工艺条件不变,活性评价的结果如下:
      丙烯转化率            97.8%
      丙烯腈选择性          82.2%
      丙烯腈单收            80.4%【实施例6】
按实施例1所述方法制造催化剂,但物料(Ⅰ)用重量浓度均为20%的21.5克硝酸钠溶液,10.8克硝酸钾溶液,14.5克硝酸钐溶液,5.0克硝酸铯溶液,11.5克硝酸锂溶液,11.5克硝酸亚铊溶液混合制成。
物料(Ⅱ)是用82.1克硝酸铋,138.2克硝酸铁,93.1克硝酸镧,147.8克硝酸钴,149.2克硝酸镍,60.0克硝酸锰,13.7克硝酸铬与80毫升水混合制成。
由298.9克钼酸铵,54.8克钨酸铵与300毫升热的(50~95℃)重量浓度为5%的氨水制成物料(Ⅲ)。
与实施例1的制法相同,上述各物料与1250克重量浓度为40%的硅溶胶混合,成型,焙烧,制成的催化剂组成为:Mo10.0W1.2Cr0.8Bi1.0Fe2.0La1.5Co3.0Ni3.0Mn1.0Na0.3Li0.2K0.1Cs0.03Tl0.05Sm0.1+50%SiO2催化剂活性的考察方法与实施例1相同,但丙烯∶氨∶空气=1∶1.15∶9.1,其余工艺条件不变,活性评价的结果如下:
      丙烯转化率               97.6%
      丙烯腈选择性             84.4%
      丙烯腈单收               82.4%

Claims (3)

1.一种丙烯腈流化床含锂催化剂,含有钼、铋、铁、钴、镍、钠、锂的催化氧化物,还含有钾、铷、铯、钐、铊、锰、镁、锶、钙、钡、稀土元素、磷、砷、硼、铬、钨、钒中的一种或多元素的混合物,具有以下通式:
AaBbCcNidCocLifNagFehBiiMojOx
式中A为选自钾、铷、铯、钐、铊中的至少一种或它们的混合物;
B为选自锰、镁、锶、钙、钡、镧、稀土元素中的至少一种或它们的混合物;
C为选自磷、砷、硼、铬、钨、钒中的至少一种或它们的混合物;
其中a为0.001~1.5,b为0.01~3,c为0.01~8,d为0.01~8,e为0.01~12,f为0.01~0.8,g为0.01~0.7,h为0.01~8,i为0.01~6,j为8~16,x为满足催化剂中各元素化合价所需的氧原子总数;
催化剂中载体物料是二氧化硅,含量为30~70%(重量)。
2.根据权利要求1所述的丙烯腈流化床含锂催化剂,其特征在于a为0.01~0.8,b为0.5~2,c为0.1~4.0,d为0.5~5,e为0.5~8,f为0.05~0.4,g为0.2~0.5,h为0.1~4,i为0.1~4,j为12~14。
3.根据权利要求1所述的丙烯腈流化床含锂催化剂,其特征在于催化剂中载体二氧化硅含量为40~60%(重量)。
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