CN109225180A - 氧化铝载体及其制备方法、乙烯环氧化反应用银催化剂及乙烯环氧化制备环氧乙烷的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及乙烯环氧化反应领域,提供了一种氧化铝载体及其制备方法、乙烯环氧化反应用银催化剂及乙烯环氧化制备环氧乙烷的方法。所述氧化铝载体的制备方法包括:1)向固体混合物中加入粘结剂进行捏合、挤出成型,得到样品生坯;2)将样品生坯进行干燥、焙烧,制得所述氧化铝载体;所述固体混合物包含:a)5~50重量%的粒度为25~300μm的三水α‑A12O3;b)10~35重量%的粒度小于75μm的假一水A12O3;c)5~45重量%的粒度为20~100μm的α‑A12O3等。所制备的氧化铝载体具有均衡的强度和孔结构参数,用在乙烯环氧化银催化剂时,银催化剂显示出较高的环氧乙烷选择性。

Description

氧化铝载体及其制备方法、乙烯环氧化反应用银催化剂及乙 烯环氧化制备环氧乙烷的方法
技术领域
本发明涉及乙烯环氧化反应领域,具体地,本发明提供了一种氧化铝载体的制备方法,由该方法制备得到的氧化铝载体,本发明还提供了一种乙烯环氧化反应用银催化剂,以及一种乙烯环氧化制备环氧乙烷的方法。
背景技术
在银催化剂的作用下,乙烯主要发生环氧化反应,生成环氧乙烷(EO),同时发生副反应生成二氧化碳和水,其中活性、选择性和稳定性是银催化剂的主要性能指标。活性是指环氧乙烷生产过程达到一定反应负荷时所需的反应温度,反应温度越低,催化剂的活性越高;选择性是指反应中乙烯转化成环氧乙烷的摩尔数和乙烯的总反应摩尔数之比;稳定性则表示为活性和选择性的下降速率,下降速率越小,催化剂的稳定性越好。
目前银催化剂有三种:一是高活性银催化剂,这类催化剂活性高、稳定性好,初始选择性80~82%,使用寿命在2~5年,适用于所有环氧乙烷/乙二醇(EO/EG)生产装置;二是高选择性银催化剂,这类催化剂初选择性达88%以上,但要求反应器进口反应气中CO2浓度在1.0%以下,适用于新建的、时空产率相对较低的EO/EG生产装置;三是中等选择性银催化剂(活性和选择性介于前二者之间的银催化剂),这类催化剂的选择性可以达到83~85%,要求反应器进口的反应气中CO2浓度在3%以下。不同类型银催化剂的选择性可根据反应气中CO2浓度和出口EO浓度相应调整。近年来,高选择性银催化剂和中等选择性的银催化剂广泛应用于工业生产中并取代了原有的高活性银催化剂。
银催化剂的性能除了与催化剂的组成及制备方法有重要关系外,还与催化剂使用的载体性能和制备方法有重要关系。对于以α-Al2O3为主要组分的载体而言,所关注的载体物性通常包括抗压强度、孔隙率、比表面及孔分布等。其中,较高的孔隙率可降低反应物与产物气体在反应条件下扩散阻力;载体比表面要求有最低值,以保证催化活性组分能均匀负载到载体上;抗压强度是衡量载体物理完整性的一个参数,对于催化剂经受较苛刻的操作条件并保证较长的使用寿命是至关重要的。然而,载体具有较好的比表面和孔隙率,抗压强度可能会降低;相反,抗压强度高,会降低比表面和孔隙率。不同物性之间的平衡对于载体是非常重要的,这也成为银催化剂载体的主要研究方向之一。
US5384302采用两种不同粒度的α-Al2O3及三水和一水氧化铝作为原料,同时加入含钛助剂、造孔剂及陶瓷粘结剂等制备载体,经1500℃煅烧后,载体具有较好的抗压强度和孔隙率,由此载体制得的催化剂性能较好。US7060651公开了一种高硅载体,其中氧化硅的含量在70%以上,比表面为0.5~3.0m2/g,催化剂以铂、钯、银、钼、钛、锆及铜等金属组份中的至少一种或其氧化物为活性组分,其含量以金属计不大于2%,活性组分以溶液形式于40~200℃浸渍并负载在载体上,再经热处理制得催化剂,该催化剂可用于乙烯或丙烯环氧化反应。US7825062以不同粒度的α-氧化铝为原料,添加含锆、钛及含硅助剂,经1400~1550℃高温焙烧后制得载体,该载体的比表面在1.3~5.0m2/g,孔容为0.25~0.8mL/g,其中0.1~10μm孔占总孔容80%以上,平均孔径在0.8~2μm。CN1217233A阐述了采用不同粒度的三水α-氧化铝及一定比例的假一水氧化铝、造孔剂、助熔剂、矿化剂和助剂等经高温1300~1500℃焙烧制备载体,由该载体制备的催化剂具有较高的选择性;CN1634652A公开了载体制备过程中不加造孔剂,采用直接将50~500目的三水α-氧化铝和一定比例的假一水氧化铝、助熔剂、矿化剂和助剂等经高温1250~1550℃焙烧制备载体。CN103372466A采用将不同比例的三水α-氧化铝、假一水氧化铝、矿化剂、碱土金属化合物助剂及可燃尽润滑材料等混合均匀,经捏合、挤条成型及高温煅烧制备载体,其中,矿化剂可使氧化铝转晶温度降低,氧化铝晶片呈片状交叉分布,载体具有较高的强度。US8791280公开了一种低表面α相氧化铝载体的制备方法,其中α相氧化铝含量大于90重量%,硅含量小于6重量%;该载体的制备方法是将α相氧化铝和/或过渡相氧化铝、粘结剂及固体造孔剂以及水溶性钛化合物经干混后加入水挤出成型、干燥,再于1150~1600℃焙烧;载体孔容为0.2~0.8mL/g,更适宜在0.25~0.6mL/g,比表面为0.4~4.0m2/g,更适宜为0.6~1.5m2/g,压碎强度大于8磅,更适宜为大于10磅。
上述专利文献公开了采用不同的方法制备银催化剂载体,且为了获得理想的孔结构会选择不同的原料搭配使用。然而,这些方法制备的载体形成的乙烯环氧化用银催化剂的综合性能仍有待提高。因此,为了促进乙烯环氧化反应的进一步发展,该领域仍需要研究新的银催化剂载体。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题,本发明提供了一种氧化铝载体的制备方法,由该方法制备得到的氧化铝载体,以及一种乙烯环氧化反应用银催化剂和一种乙烯环氧化制备环氧乙烷的方法。
根据本发明的第一方面,本发明提供了一种氧化铝载体的制备方法,该制备方法包括:1)向固体混合物中加入粘结剂进行捏合、挤出成型,得到样品生坯;2)将所述样品生坯进行干燥、焙烧,制得所述氧化铝载体;其中,以所述固体混合物的总重量为基准,所述固体混合物包含:
a)5~50重量%的粒度为25~300μm的三水α-A12O3
b)10~35重量%的粒度小于75μm的假一水A12O3
c)5~45重量%的粒度为20~100μm的α-A12O3
d)10~20重量%的粒度为3~8μm的α-A12O3
e)2~15重量%的可燃尽润滑材料;
f)0.01~1.5重量%的含锆化合物;
g)0.01~0.5重量%的含硅化合物;
h)0.05~1重量%的硼酸。
根据本发明的第二方面,本发明提供了所述制备方法制备得到的氧化铝载体,所述氧化铝载体的压碎强度为40~100N;比表面为0.8~1.5m2/g,优选0.9~1.4m2/g;孔容为0.37~0.55mL/g,优选0.38~0.54mL/g;以总孔容计,1.0~5.0μm孔占50~73.5%,载体中α-A12O3的含量在97.5重量%以上。
根据本发明的第三方面,本发明提供了一种乙烯环氧化反应用银催化剂,该银催化剂包含:
a)所述的氧化铝载体;
b)银;
c)碱金属,所述碱金属选自锂、钠、钾、铷和铯中的至少一种;
d)碱土金属,所述碱土金属选自钙、镁、锶和钡中的至少一种;
e)铼助剂及其可选的共助剂。
根据本发明的第四方面,本发明提供了一种乙烯环氧化制备环氧乙烷的方法,该方法包括:使乙烯在所述乙烯环氧化反应用银催化剂的存在下进行环氧化反应。
本发明在以三水α-氧化铝和假一水氧化铝为原料制备载体的过程中,通过添加不同粒度的微米级α-Al2O3粉既可降低水合氧化铝转晶成α-Al2O3的煅烧温度同时又可增加载体的孔隙率,所制备的载体孔分布中,1.0~5.0μm孔占总孔容的50~73.5%,使包含所述氧化铝载体的银催化剂的选择性得到改进,且银催化剂具有良好的综合性能。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细描述。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明,并不用于限制本发明。
根据本发明的第一方面,本发明提供了一种氧化铝载体的制备方法,该制备方法包括:1)向固体混合物中加入粘结剂进行捏合、挤出成型,得到样品生坯;2)将所述样品生坯进行干燥、焙烧,制得所述氧化铝载体;其中,以所述固体混合物的总重量为基准,所述固体混合物包含:
a)5~50重量%的粒度为25~300μm的三水α-A12O3
b)10~35重量%的粒度小于75μm的假一水A12O3
c)5~45重量%的粒度为20~100μm的α-A12O3
d)10~20重量%的粒度为3~8μm的α-A12O3
e)2.0~15重量%的可燃尽润滑材料;
f)0.01~1.5重量%的含锆化合物;
g)0.01~0.5重量%的含硅化合物;
h)0.05~1重量%的硼酸。
在本发明的制备方法中,所述氧化铝载体(也称为α-氧化铝载体)特别适合用作乙烯环氧化反应用银催化剂的载体。
在制备载体的过程中,所述粘结剂与所述固体混合物中的假一水A12O3反应生成铝溶胶,把各组分粘结在一起,成为可挤出成型的膏状物。所述粘结剂为挤出成型制备氧化铝载体的常规选择,通常选自酸,例如硝酸、甲酸、乙酸、丙酸和盐酸等。优选所述粘结剂为硝酸的水溶液,其中硝酸与水的重量比可以为1︰1.25~10。
优选地,相对于100重量份的所述固体混合物,所述粘结剂的用量为15~40重量份。
另外,所述粘结剂和假一水A12O3也可以用铝溶胶全部或部分代替。
在制备载体的过程中,所述三水α-A12O3在高温焙烧过程中脱水转晶成α-A12O3;假一水A12O3在加酸捏合过程中与酸反应,转化成溶胶,起粘结作用,其在高温焙烧过程中也转化成稳定的α-A12O3,成为α-A12O3载体的一部分;两种不同粒度的α-A12O3搭配使用,可增加载体的孔隙率;另外,所述粒度为3~8μm的α-A12O3因其粒度小还可降低水合氧化铝转化为α-A12O3的转晶温度,并减小α-A12O3载体的晶体尺寸。
优选情况下,以所述固体混合物的总重量为基准,所述粒度为25~300μm的三水α-A12O3的用量为10~45重量%,进一步优选为20~40重量%。
优选情况下,以所述固体混合物的总重量为基准,所述粒度为20~100μm的α-A12O的用量为5~40重量%,进一步优选为10~30重量%。
在本发明的制备方法中,所述含锆化合物的作用在于提高载体的孔容,所述含锆化合物优选选自锆的硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐和氧化物中的至少一种,更优选为二氧化锆。
优选地,以所述固体混合物的总重量基准,所述含锆化合物的用量为0.1~0.8重量%。
在本发明的制备方法中,所述含硅化合物可使载体中的小孔增多,从而增加所述氧化铝载体的比表面。所述含硅化合物可选自碱金属、碱土金属的硅酸盐以及硅的氧化物中的至少一种,优选选自碱土金属的硅酸盐。
优选地,以所述固体混合物的总重量为基准,所述含硅化合物的用量为0.05~0.4重量%。
在本发明的制备方法中,硼酸的作用在于增大载体的抗压强度。优选地,以所述固体混合物的总重量为基准,硼酸的用量为0.15~0.85重量%。
在本发明的制备方法中,所述可燃尽润滑材料的加入是为了使捏合后的物料易于成型和造粒,同时在物料焙烧过程中发生氧化反应并生成气体逸出,在载体中留下较大的孔,在催化剂应用中起到传热作用。所述可燃尽润滑材料可以是粉末状或膏状,优选选自石油焦、碳粉、石墨和凡士林中的至少一种。
优选地,以所述固体混合物的总重量为基准,所述可燃尽润滑材料的用量为3~10重量%。
步骤1)中,所述固体混合物与所述粘结剂捏合得到膏状物,所述挤出成型的形状可以是环形、球形、柱形或多孔柱形。
步骤2)中,通过干燥可将所述样品生坯中的含水量控制在10%以下。所述干燥的温度可以为80~120℃,干燥的时间根据水分含量可控制在1~24小时。所述焙烧的温度可以为1350~1500℃;时间可以为1~20小时,优选为2~15小时。
在制备载体的过程中,三水α-A12O3在高温焙烧过程中脱水转晶成α-A12O3;假一水A12O3与粘结剂反应生成的铝溶胶在高温焙烧过程中也转化成稳定的α-A12O3,成为α-A12O3载体的一部分。另外,所述含锆化合物、硼酸在高温焙烧过程中分别转化成氧化锆、三氧化二硼。
根据本发明的第二方面,本发明提供了上述方法制备得到的氧化铝载体。对于乙烯环氧化反应而言,所述氧化铝载体具有理想的孔隙率、比表面和孔结构。具体地,所述氧化铝载体的压碎强度为40~100N,比表面为0.8~1.5m2/g,优选0.9~1.4m2/g;孔容为0.37~0.55mL/g,优选0.38~0.54mL/g;以总孔容计,1.0~5.0μm孔占50~73.5%;所述氧化铝载体中,α-A12O3的含量在97.5重量%以上。
所述氧化铝载体中,1.0~5.0μm孔的孔容优选为0.22~0.359mL/g,进一步优选为0.305~0.359mL/g。
在本发明中,载体的压碎强度采用DLⅡ型智能颗粒强度测定仪,选取载体样品,测定径向压碎强度后取平均值得到;比表面积采用氮气物理吸附BET方法测定;孔隙率、孔容及孔结构分布采用压汞方法测定。
根据本发明的第三方面,本发明提供了一种乙烯环氧化反应用银催化剂,该银催化剂包含:
a)本发明所述的氧化铝载体;
b)银;
c)碱金属,所述碱金属选自锂、钠、钾、铷和铯中的至少一种;
d)碱土金属,所述碱土金属选自钙、镁、锶和钡中的至少一种;
e)铼助剂以及其可选的共助剂。
一般地,以该银催化剂的总重量为基准,银的含量为5~37重量%,碱金属的含量为5~3000ppm,碱土金属的含量为100~3000ppm,铼的含量为10~1000ppm,共助剂含量以共助剂中的金属计为0~200ppm。
优选地,以该银催化剂的总重量为基准,银的含量为8~32重量%,碱金属的含量为10~2000ppm,碱土金属的含量为150~2500ppm,铼的含量为100~800ppm,共助剂含量以共助剂中的金属计为0~150ppm。
本发明中,所述银催化剂可按常规方式制备,例如通过用含银化合物、有机胺、碱金属助剂、碱土金属助剂及含铼助剂及其可选的共助剂组成的溶液浸渍所述的氧化铝载体来制备。
所述有机胺可以为适于制备环氧乙烷生产用银催化剂的任何有机胺化合物,只要该有机胺化合物能够与银化合物形成银胺络合物即可,例如选自吡啶、丁胺、乙二胺、1,3-丙二胺和乙醇胺中的一种或几种。优选所述有机胺为乙二胺和/或乙醇胺。
所述碱金属助剂选自对应碱金属(锂、钠、钾、铷或铯)的化合物;例如选自所述碱金属的硝酸盐、硫酸盐和氢氧化物中的一种或几种。
优选地,所述碱金属助剂为硫酸锂、硫酸铯和硝酸铯中的一种或几种。
所述碱土金属助剂选自对应碱土金属(镁、钙、锶或钡)的化合物;例如选自所述碱土金属的氧化物、草酸盐、硫酸盐、醋酸盐和硝酸盐中的一种或几种。
所述碱土金属助剂优选选自钡和/或锶的化合物,更优选选自醋酸钡和/或醋酸锶。
另外,所述碱土金属助剂可在浸渍银之前、同时或之后施加到所述氧化铝载体上,也可以在所述银化合物被还原以后浸渍在载体上。
本发明中,所述铼助剂及其可选的共助剂可以改进银催化剂的活性、选择性以及活性和选择性的稳定性。
所述铼助剂可以选自铼的氧化物、高铼酸和高铼酸盐中的一种或几种,优选选自高铼酸和高铼酸盐,更优选选自高铼酸、高铼酸铯和高铼酸铵中的至少一种。
所述共助剂可以是元素周期表中任一过渡金属的化合物,或几种过渡金属化合物的混合物,所述共助剂中的金属优选选自VIB族和VIIB族元素,所述共助剂可以包括VIB族和VIIB族元素的含氧酸及其盐,进一步优选选自钨酸、钨酸铯、钼酸、钼酸铵和硫酸铈中的至少一种。
另外,所述铼助剂及其可选的共助剂可以在浸渍银之前、同时或之后施加到所述氧化铝载体上,也可以在银化合物被还原以后浸渍在载体上。
按照一种实施方式,所述银催化剂通过以下方法制得:
1)用含足够量的银化合物、有机胺、碱金属助剂、碱土金属助剂、含铼助剂及可选的共助剂的溶液浸渍上述的氧化铝载体;
2)滤去浸渍液,并干燥浸渍过的载体;和
3)在含氧混合气体中,对经浸渍过的载体进行活化,制得所述银催化剂。
步骤1)中,具体可以先用有机胺(例如乙二胺和/或乙醇胺)的水溶液溶解所述银化合物(例如草酸银),生成银胺络合物,再与上述的碱金属等助剂配成所述浸渍液。
步骤3)中,活化的目的在于将产物进行热分解制成成品银催化剂。其中,所述活化可以在空气流或氧含量不大于21%(如含氧8.0%)的氮氧混合气中进行,活化的温度通常为180~700℃,优选为200~500℃,活化的时间可以为0.5~120分钟,优选为1~60分钟。
根据本发明的第四方面,本发明提供了一种乙烯环氧化制备环氧乙烷的方法,该方法包括:使乙烯在所述乙烯环氧化反应用银催化剂的存在下进行环氧化反应。
该方法由于乙烯环氧化反应用银催化剂的使用,能够提高环氧乙烷的收率。另外,所述方法采用的反应装置可以为任何可以进行环氧化反应的装置。
下面结合实施例作进一步说明,但本发明的范围并不局限于这些实施例。
以下实施例和对比例的各种银催化剂用实验室反应器(以下简称“微反”)评价装置测试其初始性能和稳定性。微反评价装置使用的反应器是内径4mm的不锈钢管,反应器置于加热套中。催化剂的装填体积为1mL,下部有惰性填料,使催化剂床层位于加热套的恒温区。
银催化剂的活性和选择性的测定条件如下:
反应器进口的气体组成(mol%):乙烯(C2H4),28.0±1.0;氧(O2),7.4±0.2;二氧化碳(CO2),<1.0;致稳气(N2),余量;抑制剂二氯乙烷(适量),环氧乙烷(EO)浓度,2.50%。
反应压力,2.1MPa;空速,4500/h;时空产率,221kgEO/m3Cat./h。
当稳定达到上述反应条件后连续测定反应器入、出口气体组成。测定结果进行体积收缩校正后按以下公式计算选择性:
其中,ΔEO是出口气与进口气环氧乙烷浓度差,取10组以上试验数据的平均数作为当天的试验结果。
实施例1
本实施例用于说明本发明的氧化铝载体及其制备方法。
将25~300μm的三水α-A12O3 300g,小于75μm的假一水A12O3 200g,粒度为20~100μm的α-A12O3 50g,3~8μm的α-A12O3 100g,石油焦50g,硅酸钙2.0g,二氧化锆2.5g,硼酸2.5g放入混料器中混合均匀,转入捏合机中,加入120mL稀硝酸(硝酸︰水=1︰3,重量比),捏合成可挤出成型的膏状物。挤出成型为外径8.0mm、长6.0mm、内径3.0mm的单孔柱状物,在80~120℃下烘干2小时以上,使游离含水量降低到10%以下。将上述捏合成型后的载体放入钟罩窑中,经33小时从室温升高到1350℃,在1350℃条件下煅烧5小时,得到白色α-A12O3载体。载体物性和孔结构分布数据分别如下表1所示。
实施例2
本实施例用于说明本发明的氧化铝载体及其制备方法。
将25~300μm的三水α-A12O3 250g,小于75μm的假一水A12O3 200g,粒度为20~100μm的α-A12O3 100g,3~8μm的α-A12O3 100g,石油焦50g,硅酸钙2.0g,二氧化锆2.5g,硼酸2.5g放入混料器中混合均匀,转入捏合机中,加入120mL稀硝酸(硝酸︰水=1︰3,重量比),捏合成可挤出成型的膏状物。挤出成型为外径8.0mm、长6.0mm、内径3.0mm的单孔柱状物,在80~120℃下烘干2小时以上,使游离含水量降低到10%以下。将上述捏合成型后的载体放入钟罩窑中,经34小时从室温升高到1400℃,在1400℃条件下煅烧4小时,得到白色α-A12O3载体。载体物性和孔结构分布数据分别如下表1所示。
实施例3
本实施例用于说明本发明的氧化铝载体及其制备方法。
将25~300μm的三水α-A12O3 200g,小于75μm的假一水A12O3 200g,粒度为20~100μm的α-A12O3 150g,3~8μm的α-A12O3 100g,石油焦50g,硅酸钙2.0g,二氧化锆2.5g,硼酸2.5g放入混料器中混合均匀,转入捏合机中,加入120mL稀硝酸(硝酸︰水=1︰3,重量比),捏合成可挤出成型的膏状物。挤出成型为外径8.0mm、长6.0mm、内径3.0mm的单孔柱状物,在80~120℃下烘干2小时以上,使游离含水量降低到10%以下。将上述捏合成型后的载体放入钟罩窑中,经34小时从室温升高到1400℃,在1400℃条件下煅烧4小时,得到白色α-A12O3载体。载体物性和孔结构分布数据分别如下表1所示。
实施例4
本实施例用于说明本发明的氧化铝载体及其制备方法。
将25~300μm的三水α-A12O3 150g,小于75μm的假一水A12O3 200g,粒度为20~100μm的α-A12O3 200g,3~8μm的α-A12O3 100g,石油焦50g,硅酸钙2.0g,二氧化锆2.5g,硼酸2.5g放入混料器中混合均匀,转入捏合机中,加入120mL稀硝酸(硝酸︰水=1︰3,重量比),捏合成可挤出成型的膏状物。挤出成型为外径8.0mm、长6.0mm、内径3.0mm的单孔柱状物,在80~120℃下烘干2小时以上,使游离含水量降低到10%以下。将上述捏合成型后的载体放入钟罩窑中,经34小时从室温升高到1430℃,在1430℃条件下煅烧4小时,得到白色α-A12O3载体。载体物性和孔结构分布数据分别如下表1所示。
实施例5
本实施例用于说明本发明的氧化铝载体及其制备方法。
将25~300μm的三水α-A12O3 100g,小于75μm的假一水A12O3 200g,粒度为20~100μm的α-A12O3 250g,3~8μm的α-A12O3 100g,石油焦50g,硅酸钙2.0g,二氧化锆2.5g,硼酸2.5g放入混料器中混合均匀,转入捏合机中,加入120mL稀硝酸(硝酸︰水=1︰3,重量比),捏合成可挤出成型的膏状物。挤出成型为外径8.0mm、长6.0mm、内径3.0mm的单孔柱状物,在80~120℃下烘干2小时以上,使游离含水量降低到10%以下。将上述捏合成型后的载体放入钟罩窑中,经35小时从室温升高到1450℃,在1450℃条件下煅烧4小时,得到白色α-A12O3载体。载体物性和孔结构分布数据分别如下表1所示。
实施例6
本实施例用于说明本发明的氧化铝载体及其制备方法。
将25~300μm的三水α-A12O3 50g,小于75μm的假一水A12O3 200g,粒度为20~100μm的α-A12O3 300g,3~8μm的α-A12O3 100g,石油焦50g,硅酸钙2.0g,二氧化锆2.5g,硼酸2.5g放入混料器中混合均匀,转入捏合机中,加入120mL稀硝酸(硝酸︰水=1︰3,重量比),捏合成可挤出成型的膏状物。挤出成型为外径8.0mm、长6.0mm、内径3.0mm的单孔柱状物,在80~120℃下烘干2小时以上,使游离含水量降低到10%以下。将上述捏合成型后的载体放入钟罩窑中,经35小时从室温升高到1480℃,在1480℃条件下煅烧4小时,得到白色α-A12O3载体。载体物性和孔结构分布数据分别如下表1所示。
对比例1
将25~300μm的三水α-A12O3 350g,小于75μm的假一水A12O3 150g,3~8μm的α-A12O3 100g,石油焦50g,硅酸钙2.0g,二氧化锆2.5g,硼酸2.5g放入混料器中混合均匀,转入捏合机中,加入12g凡士林和100mL稀硝酸(硝酸︰水=1︰3,重量比),捏合成可挤出成型的膏状物。挤出成型为外径8.0mm、长6.0mm、内径3.0mm的单孔柱状物,在80~120℃下烘干2小时以上,使游离含水量降低到10%以下。将上述捏合成型后的载体放入钟罩窑中,经33小时从室温升高到1350℃,在1350℃条件下煅烧5小时,得到白色α-A12O3载体。载体物性和孔结构分布数据分别如下表1所示。
实施例7~12
实施例7~12用于说明本发明的银催化剂及其制备方法。
将98g乙二胺溶于150g去离子水中,在搅拌下,将草酸银缓慢加入到该混合液中,温度保持在40℃以下,使草酸银全部溶解,草酸银的加入量为银催化剂中以银元素计的银含量为21重量%,再加入0.9g硝酸铯、0.78g醋酸锶、0.44g高铼酸、0.10g硫酸锂及去离子水使溶液总质量达到500g,配制成浸渍液待用。
分别取实施例1~6制备的氧化铝载体样品250g,放入能抽真空的容器中,抽真空至10mmHg以上,引入上述浸渍液,保持30min,沥滤去多余的溶液。浸渍后的载体在300℃的空气流中加热3min,冷却,即制成实施例7~12的银催化剂。
使用所述微反评价装置在前述工艺条件下评价催化剂样品的活性和选择性,评价结果列于下表2中。
对比例2
采用实施例7~12的方法制备银催化剂,所不同的是,用对比例1制备的氧化铝载体代替实施例1~6的载体,从而制得银催化剂。
使用所述微反评价装置在前述工艺条件下评价催化剂样品的活性和选择性,评价结果列于下表2中。
表1
表2
将表1和表2结合可以看出,与对比例2(采用对比例1的氧化铝载体)相比,实施例7~12(分别采用实施例1~6的氧化铝载体,载体中α-A12O3的含量均超过97.5重量%)的银催化剂在用于乙烯环氧化制备环氧乙烷反应中时,环氧乙烷的选择性较高,均在88%以上;且实施例8~10的银催化剂更是兼具更高的催化活性和选择性。与对比例2相比,实施例7~12的反应温度也在银催化剂允许使用的温度内(通常低于260℃),考虑到银催化剂选择性提高难度大,经分析可知,实施例7~12的银催化剂的综合性能优于对比例2。
以上已经描述了本发明的各实施例,上述说明是示例性的,并非穷尽性的,并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下,对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (12)

1.一种氧化铝载体的制备方法,其特征在于,该制备方法包括:1)向固体混合物中加入粘结剂进行捏合、挤出成型,得到样品生坯;2)将所述样品生坯进行干燥、焙烧,制得所述氧化铝载体;其中,
以所述固体混合物的总重量为基准,所述固体混合物包含:
a)5~50重量%的粒度为25~300μm的三水α-A12O3
b)10~35重量%的粒度小于75μm的假一水A12O3
c)5~45重量%的粒度为20~100μm的α-A12O3
d)10~20重量%的粒度为3~8μm的α-A12O3
e)2~15重量%的可燃尽润滑材料;
f)0.01~1.5重量%的含锆化合物;
g)0.01~0.5重量%的含硅化合物;
h)0.05~1重量%的硼酸。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其中,相对于100重量份的所述固体混合物,所述粘结剂的用量为15~40重量份。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其中,以所述固体混合物的总重量为基准,所述粒度为25~300μm的三水α-A12O3的用量为10~45重量%,优选为20~40重量%。
4.根据权利要求1或3所述的制备方法,其中,以所述固体混合物的总重量为基准,所述粒度为20~100μm的α-A12O的用量为5~40重量%,优选为10~30重量%。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其中,所述含锆化合物选自锆的硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐和氧化物中的至少一种;以所述固体混合物的总重量为基准,所述含锆化合物的用量为0.1~0.8重量%。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其中,所述含硅化合物选自碱金属、碱土金属的硅酸盐以及硅的氧化物中的至少一种;以所述固体混合物的总重量为基准,所述含硅化合物的用量为0.05~0.4重量%。
7.根据权利要求1所述的制备方法,其中,以所述固体混合物的总重量为基准,硼酸的用量为0.15~0.85重量%。
8.根据权利要求1所述的制备方法,其中,所述可燃尽润滑材料选自石油焦、碳粉、石墨和凡士林中的至少一种;以所述固体混合物的总重量为基准,所述可燃尽润滑材料的用量为3~10重量%。
9.根据权利要求1所述的制备方法,其中,步骤2)中,所述焙烧的温度为1350~1500℃,焙烧的时间为1~20小时,优选为2~15小时。
10.权利要求1~9中任意一项所述制备方法制备得到的氧化铝载体,其中,所述氧化铝载体的压碎强度为40~100N,比表面为0.8~1.5m2/g,优选0.9~1.4m2/g;孔容为0.37~0.55mL/g,优选0.38~0.54mL/g;以总孔容计,1.0~5.0μm孔占50~73.5%;载体中α-A12O3的含量在97.5重量%以上;
更优选地,所述氧化铝载体中,1.0~5.0μm孔的孔容为0.22~0.359mL/g。
11.一种乙烯环氧化反应用银催化剂,其特征在于,该银催化剂包含:
a)权利要求10所述的氧化铝载体;
b)银;
c)碱金属,所述碱金属选自锂、钠、钾、铷和铯中的至少一种;
d)碱土金属,所述碱土金属选自钙、镁、锶和钡中的至少一种;
e)铼助剂及其可选的共助剂。
12.一种乙烯环氧化制备环氧乙烷的方法,该方法包括:使乙烯在权利要求11所述乙烯环氧化反应用银催化剂的存在下进行环氧化反应。
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