CN106268963B - 一种使用寿命长的合成氯乙烯用无汞触媒及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种使用寿命长的合成氯乙烯用无汞触媒,所述无汞触媒,原料包括铂金、四氯化锡、氯化亚铜、甲基三氧化铼、四三苯基膦钯、三苯基膦氯化铑、载体;本发明还提供上述无汞触媒的制备方法;本发明无汞触媒,铂金含量为0.4‑0.6%,四氯化锡含量为3.2‑3.5%、氯化亚铜含量为1.5‑1.9%,甲基三氧化铼含量为1.1‑1.5%,四三苯基膦钯含量为0.9‑1.2%,三苯基膦氯化铑含量为0.8‑1.0%,载体补足100%;本发明无汞触媒,用于氯乙烯合成反应,得到的氯乙烯粗产物中,氯乙烯的纯度达96.5‑96.8v%,氯乙烯的收率达97.5‑97.9%,氯乙烯的选择性达99.98‑100%。

Description

一种使用寿命长的合成氯乙烯用无汞触媒及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种使用寿命长的合成氯乙烯用无汞触媒及其制备方法,属于催化剂技术领域。
背景技术
目前世界上的氯乙烯合成技术有两大类,即乙烯氧氯化法和乙炔氢氯化法,乙炔法合成氯乙烯工业上仍采用以活性炭为载体的氯化汞催化剂,然而我国汞资源比较匮乏,且汞催化剂易升华流失形成污染。工业上使用的催化剂有高汞催化剂和低汞触媒,高汞催化剂的氯化汞含量10-12%,低汞触媒的氯化汞含量4-6.5%。不管是高汞催化剂,还是低汞催化剂,均含有汞,现在在逐步被淘汰。
2009年末中国石油化工协会、中国氯碱工业协会、中国化工环保协会共同起草了“关于加强聚氯乙烯行业汞污染防治的指导意见”制定的工作目标是:2015年聚氯乙烯行业全部使用低汞触媒,废汞触媒回收率达100%。如不能如期实现上述目标,在国际公约和国内环境政策的约束下,电石法聚氯乙烯将面临无资源可用或者面临国际限汞潮的巨大压力,中国特色的电石法聚氯乙烯行业将无法继续存活下去,。电石乙炔法聚氯乙烯的最终出路在于无汞触媒的问世。
现有的无汞触媒,存在以下不足:
(1)用于氯乙烯合成反应,得到的氯乙烯粗产物,氯乙烯的纯度低,氯乙烯的收率低,对氯乙烯的选择性低;
(2)催化剂使用寿命短,催化剂容易发生积碳现象,导致催化剂失活;
(3)催化剂的催化活性低。
发明内容
本发明为解决现有技术存在的不足,提供一种使用寿命长的合成氯乙烯用无汞触媒及其制备方法,以实现以下发明目的:
(1)本发明无汞触媒,铂金含量为0.4-0.6%,四氯化锡含量为3.2-3.5%、氯化亚铜含量为1.5-1.9%,甲基三氧化铼含量为1.1-1.5%,四三苯基膦钯含量为0.9-1.2%,三苯基膦氯化铑含量为0.8-1.0%,载体补足100%。
(2)本发明无汞触媒,用于氯乙烯合成反应,得到的氯乙烯粗产物中,氯乙烯的纯度达96.5-96.8v%,氯乙烯的收率达97.5-97.9%,氯乙烯的选择性达99.98-100%。
(3)本发明无汞触媒,用于氯乙烯合成反应,对氯乙烯粗产物进行精馏后,得到氯乙烯的纯度达99.999v%,乙炔小于0.0001v%%。
(4)本发明制备的无汞触媒,催化剂使用寿命长。
(5)本发明制备的无汞触媒,催化活性高。
为解决以上技术问题,本发明采用以下技术方案:
一种使用寿命长的合成氯乙烯用无汞触媒,所述无汞触媒,原料包括铂金、四氯化锡、氯化亚铜、甲基三氧化铼、四三苯基膦钯、三苯基膦氯化铑、载体。
以下是对上述技术方案的进一步改进:
所述无汞触媒,以重量份计,包括以下原料组分:铂金0.4-0.6份、四氯化锡3.2-3.5份、氯化亚铜1.5-1.9份、甲基三氧化铼1.1-1.5份、四三苯基膦钯0.9-1.2份、三苯基膦氯化铑0.8-1.0份、载体不足100份。
一种使用寿命长的合成氯乙烯用无汞触媒的制备方法,所述方法,包括载体吸附铂金、吸附水溶性活性成分、吸附水不溶性活性成分。
所述吸附水溶性活性成分,将四氯化锡、甲基三氧化铼溶于480-520倍重量的脱盐水中,制成吸附液a;将吸附铂金后的载体,放入到上述配制的吸附液a中,氯化亚酮用4.8-5.5份浓盐酸充分溶解后,以0.015-0.024份/min的速度加入到吸附液a中。
所述吸附水溶性活性成分,以1.8-2.2℃/min的温度进行升温,升高至57-63℃,保持0.9-1.2h,再以2.7-3.3℃/min的温度进行升温,升高至85-95℃,保持1.5-2.5小时,再以1.4-1.6℃/min的温度降低至43-47℃,保持0.9-1.1小时。
所述吸附水溶性活性成分,将吸附完四氯化锡、甲基三氧化铼、氯化亚酮的载体烘干至水份小于0.2%。
所述吸附水不溶性活性成分,包括第一阶段真空吸附,所述第一阶段真空吸附,达到-0.018~-0.022MPa压强后保持55-65s。
所述吸附水不溶性活性成分,包括第二阶段真空吸附;所述第二阶段真空吸附,达到-0.025~-0.029MPa压强后保持38-43s。
所述吸附水不溶性活性成分,包括第三阶段真空吸附;所述第三阶段真空吸附,达到-0.035~-0.039MPa,保持18-22s。
所述吸附水不溶性活性成分,经过三阶段真空吸附后,于常压下浸泡吸附2h;然后取出过滤,将过滤所得固体进行升温干燥,梯度为50℃保持2小时,70℃保持3h,85℃保持2h,100℃保持2小时,得本发明无汞触媒;
所述吸附水不溶性活性成分,将四三苯基膦钯、三苯基膦氯化铑,先用适量乙醇溶解,再加入脱盐水,制成吸附液b,将步骤(5)得到的含催化剂活性成分的载体放入吸附液b中,进行真空吸附;
所述四三苯基膦钯、三苯基膦氯化铑的总量与乙醇的质量比为1:10。
所述四三苯基膦钯、三苯基膦氯化铑的总量与脱盐水的质量比为1:600。
采用以上技术方案,本发明的有益效果为:
(1)本发明制备的无汞触媒,铂金含量为0.4-0.6%,四氯化锡含量为3.2-3.5%、氯化亚铜含量为1.5-1.9%,甲基三氧化铼含量为1.1-1.5%,四三苯基膦钯含量为0.9-1.2%,三苯基膦氯化铑含量为0.8-1.0%,载体补足100%。
(2)本发明制备的无汞触媒,用于氯乙烯合成反应,得到的粗产物,经色谱分析,氯乙烯的纯度为96.5-96.8v%,氯乙烯的收率为97.5-97.9%,氯乙烯的选择性为99.98-100%。
(3)本发明制备的无汞触媒,用于氯乙烯合成反应,对氯乙烯粗产物进行精馏后,得到氯乙烯的纯度为99.999v%,乙炔小于0.0001v%%。
(4)本发明制备的无汞触媒,催化剂在连续使用25000小时的时间后,用于氯乙烯合成反应,得到的粗产物,经色谱分析,氯乙烯的纯度为95.8-96.0v%,氯乙烯的收率为96.4-96.8%,氯乙烯的选择性为99.90-99.2%。
(5)本发明制备的无汞触媒,催化活性高,每g无汞触媒可催化生产得到1.78kg氯乙烯;现有技术中每g低汞触媒可催化生产得到1.25kg氯乙烯。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例1一种使用寿命长的合成氯乙烯用无汞触媒的制备方法
包括以下步骤:
(1)载体的选择
以活性炭为载体,所述活性炭碘值1256mg/g,亚甲基蓝值117mg/g,四氯化碳吸附值为130%、水份2%、灰份1.3%、机械强度97.7%、堆积密度387g/L、比表面积为1573m2/g,平均孔径为3.3-3.4nm,载体平均粒径为50μm。
(2)载体的处理
用高纯盐酸和脱盐水配制质量分数为2.4%的盐酸溶液500公斤,常温放置,备用;
将精选的100公斤活性炭放入到上述盐酸溶液中浸泡80分钟,期间使用循环泵使盐酸溶液不断流动,然后取出过滤或用离心机甩干脱水滤干、在200℃的温度条件下干燥至含水2%以下。
(3)催化剂原料的选择
所述催化剂,以重量份计,包括以下原料组分:铂金0.45份、四氯化锡3.4份、氯化亚铜1.7份、甲基三氧化铼1.3份、四三苯基膦钯1.1份、三苯基膦氯化铑0.9份、载体89.3份。
按照上述配方,称取催化剂各原料。
(4)吸附铂金
按照常规工艺,采用载体吸附铂金。
(5)吸附水溶性活性成分
将四氯化锡、甲基三氧化铼溶于500倍重量的脱盐水中,制成吸附液a;将步骤(4)制备的吸附铂金的载体,放入到上述配制的吸附液a中,氯化亚酮用5份浓盐酸充分溶解后,以0.02份/min的速度加入到吸附液a中;
以2℃/min的温度进行升温,升高至60℃,保持1h,再以3℃/min的温度进行升温,升高至90℃,保持2小时,再以1.5℃/min的温度降低至45℃,保持1小时,期间使用循环泵使吸附溶液不断流动,然后取出过滤,得含催化剂活性成分的载体,在300GHz微波下烘干至水份小于0.2%。
(6)吸附水不溶性活性成分
将四三苯基膦钯、三苯基膦氯化铑,先用适量乙醇溶解,再加入脱盐水,制成吸附液b,将步骤(5)得到的含催化剂活性成分的载体放入吸附液b中,进行真空吸附。
所述四三苯基膦钯、三苯基膦氯化铑的总量与乙醇的质量比为1:10,
所述四三苯基膦钯、三苯基膦氯化铑的总量与脱盐水的质量比为1:600,
将含有载体的吸附液b,再放入不锈钢真空罐中,用真空泵抽真空,包括三个阶段的真空吸附过程;
第一阶段真空吸附:达到-0.020MPa压强后保持60s;
第二阶段真空吸附:达到-0.027MPa压强后保持40s;
第三阶段真空吸附:再继续抽真空,达到-0.037MPa,保持20s;
再恢复至常压,再于常压下浸泡吸附2h,然后取出过滤,将过滤所得固体进行升温干燥,梯度为50℃保持2小时,70℃保持3h,85℃保持2h,100℃保持2小时,得本发明无汞触媒。
实施例2 一种使用寿命长的无汞触媒在氯乙烯合成反应中的应用
包括以下步骤:
(1)装填催化剂触媒
装填催化剂触媒前检查反应器内外无漏点,列管内壁是干净、干燥、无杂物的;将本发明催化剂打开包装后立即装入到反应器的各列管中,装填催化剂要在0.5h内完成,谨防潮湿。
(2)预热
通入90~100℃的干燥HCl,控制速率5m3/h,连续15h,期间每隔2h由反应器底部放酸一次。
(3)合成氯乙烯反应
将乙炔、氯化氢的摩尔比例控制在1:0.87(100%纯度)、经预热温度达90℃以上的混合气体通入反应器,培养期1个月,根据反应器冷却能力调节乙炔气体通入量,控制温度在105~110℃之间;
培养期结束后,根据反应器冷却能力调节乙炔气体通入量为65h-1,乙炔和氯化氢的摩尔比控制在1:0.87,反应温度为107℃,反应压力为0.035MPa;
本发明实施例1所述无汞触媒,用于氯乙烯合成反应,得到的粗产物,经色谱分析,氯乙烯的纯度达96.8v%,氯乙烯的收率达97.9%,氯乙烯的选择性达100%;
对氯乙烯粗产物进行精馏后,得到氯乙烯的纯度达99.999v%,乙炔小于0.0001v%%。
本发明实施例1所述无汞触媒,催化剂在连续使用25000小时后,用于氯乙烯合成反应,得到的粗产物,经色谱分析,氯乙烯的纯度为95.8-96.0v%,氯乙烯的收率为96.4-96.8%,氯乙烯的选择性为99.90-99.2%。
催化剂的催化活性高,每g无汞触媒可催化生产得到1.78kg氯乙烯;现有技术中每g低汞触媒可催化生产得到1.25kg氯乙烯。
实施例3 催化剂成分中铜化合物的筛选
采用实施例1所述的无汞触媒的制备方法,只改变步骤(3)催化剂原料的选择中,铜化合物的种类,同时改变步骤(5)中溶解相应铜化合物的溶剂,保证相应的铜化合物充分溶解,进行单因素分析实验,将制备的无汞触媒,采用实施例2所述的应用方法进行实验,实验结果见表1。
表1催化剂成分中铜化合物的筛选
通过上述单因素分析实验,可知,实施例1是优选实施例,即催化剂成分中铜化合物,优选为氯化亚酮。
实施例8催化剂成分中四三苯基膦钯加入比例的筛选
采用实施例1所述的无汞触媒的制备方法,只改变步骤(3)催化剂原料的选择中,四三苯基膦钯加入比例,进行单因素分析实验,将制备的无汞触媒,采用实施例2所述的应用方法进行实验,实验结果见表2。
表2催化剂成分中四三苯基膦钯加入比例的筛选
通过上述单因素分析实验,可知,实施例1是优选实施例,即催化剂成分中四三苯基膦钯加入比例,优选为1.1份。
实施例14催化剂成分中铂金加入比例的筛选
采用实施例1所述的无汞触媒的制备方法,只改变步骤(3)催化剂原料的选择中,铂金加入比例,进行单因素分析实验,将制备的无汞触媒,采用实施例2所述的应用方法进行实验,实验结果见表3。
表3催化剂成分中铂金加入比例的筛选
通过上述单因素分析实验,可知,实施例1是优选实施例,即催化剂成分中铂金加入比例,优选为0.45份。
实施例19 吸附水不溶性活性成分工艺优选
采用实施例1所述的无汞触媒的制备方法,只改变步骤(6)吸附水不溶性活性成分中,第三阶段吸附的真空度以及保持时间,将制备的无汞触媒,采用实施例2所述的应用方法进行实验,实验结果见表4。
表4吸附水不溶性活性成分工艺优选
通过上述优选实验,可知,步骤(6)吸附水不溶性活性成分中,第三阶段吸附的真空度以及保持时间优选为,真空度达-0.037MPa,保持20s。
除非另有说明,本发明中所采用的百分数均为重量百分数,本发明所述的比例,均为质量比例。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种使用寿命长的合成氯乙烯用无汞触媒,其特征在于:所述无汞触媒,原料包括铂金、四氯化锡、氯化亚铜、甲基三氧化铼、四三苯基膦钯、
三苯基膦氯化铑、载体;
所述无汞触媒,以重量份计,包括以下原料组分:铂金0.4-0.6份、四氯化锡3.2-3.5份、氯化亚铜1.5-1.9份、甲基三氧化铼1.1-1.5份、四三苯基膦钯0.9-1.2份、三苯基膦氯化铑0.8-1.0份、载体补足100份;
所述无汞触媒的制备方法,包括载体吸附铂金、吸附水溶性活性成分、吸附水不溶性活性成分;
所述吸附水溶性活性成分,将四氯化锡、甲基三氧化铼溶于480-520倍重量的脱盐水中,制成吸附液a;将吸附铂金后的载体,放入到上述配制的吸附液a中,氯化亚铜用4.8-5.5份浓盐酸充分溶解后,以0.015-0.024份/min的速度加入到吸附液a中;以1.8-2.2℃/min的温度进行升温,升高至57-63℃,保持0.9-1.2h,再以2.7-3.3℃/min的温度进行升温,升高至85-95℃,保持1.5-2.5小时,再以1.4-1.6℃/min的温度降低至43-47℃,保持0.9-1.1小时;
将吸附完四氯化锡、甲基三氧化铼、氯化亚铜的载体烘干至水份小于0.2%;
所述吸附水不溶性活性成分,将四三苯基膦钯、三苯基膦氯化铑,先用适量乙醇溶解,再加入脱盐水,制成吸附液b;
所述四三苯基膦钯、三苯基膦氯化铑的总量与乙醇的质量比为1:10;
所述四三苯基膦钯、三苯基膦氯化铑的总量与脱盐水的质量比为1:600;
将吸附水溶性活性成分后得到的载体放入吸附液b中,进行真空吸附;
所述真空吸附的过程为:
第一阶段真空吸附,达到-0.018~-0.022MPa压强后保持55-65s;
第二阶段真空吸附,达到-0.025~-0.029MPa压强后保持38-43s;
第三阶段真空吸附,达到-0.035~-0.039MPa,保持18-22s;
经过三阶段真空吸附后,于常压下浸泡吸附2h;然后取出过滤,将过滤所得固体进行升温干燥,梯度为50℃保持2小时,70℃保持3h,85℃保持2h,100℃保持2小时,得无汞触媒。
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