CN112169846A - 一种甲醇合成脱羰基铁镍保护剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种甲醇合成脱羰基铁镍保护剂的制备方法,属于催化剂技术领域。预先引入新制备的修饰粒子,并控制载体制备过程中的中和条件和老化条件,从而得到具有适宜表面酸碱性吸附,适用于甲醇合成脱羰基铁镍保护剂。主要是将碱液加入到含有修饰改性粒子,不含S、Cl杂质的可溶性铝盐溶液中,中和至pH控制终点,经老化、去离子水洗涤后制得保护剂载体。载体直接与含有Cu/Zn碱式碳酸盐母料混合,经洗涤、过滤、烘干、焙烧、成型工序制成脱羰基铁镍保护剂。本发明保护剂制备工艺绿色环保,应用于甲醇合成生产装置中,出口原料气铁镍含量低于0.1ppm,适用于含有CO、CO2和H2合成气制甲醇,尤其适用于大型化甲醇生产装置中使用。
Description
技术领域
本发明属于催化剂技术领域,具体涉及一种甲醇合成脱羰基铁镍保护剂的制备方法。
背景技术
甲醇合成催化剂保护剂就是用CuO或ZnO预处理合成气以脱除羰基金属,从而对主催化剂起保护作用。
丹麦托普索公司开发的MG901甲醇合成催化剂保护剂主要用于在甲醇催化剂温度下分解Fe(CO)5和Ni(CO)4,使用空速可达10000-20000h-1。
湖北化学研究院开发的ET-7、ET-8型甲醇催化剂保护剂可将合成气中的羰基铁、羰基镍脱除至0.1×10-6以下。目前该方法已成功应用于5家生产企业。
齐鲁石化研究院研制开发了QMG-01甲醇保护剂,考察了大量金属氧化物,特别是各种过渡金属氧化物分解羰基铁和羰基镍的活性,研究了保护剂的载体的性能,小试和工业侧线试验表明,QMG-01保护剂的性能达到了MG-901的水平。
西北化工研究院经过对我国甲醇工艺的研究,并根据目前我国甲醇装置工艺特点,开发了应用于不同工艺条件下的羰基金属吸附剂,吸附剂分常温型和高温型2种。常温型吸附剂可装置在甲醇合成塔前的净化塔中,在25-100℃、空速3000-10000h-1、压力不限的条件下可将合成气中的羰基铁、羰基镍质量分数脱除到0.1×10-6以下。高温型吸附剂则可装在甲醇合成塔的上部,在合成甲醇条件下分解吸附铁、镍,保证合成气中的羰基铁、羰基镍质量分数小于0.1×10-6,达到保护甲醇催化剂的目的。
中石化南京化工研究院研究的Cu-Zn-Al体系的净化剂能有效的脱除Fe(CO)5和Ni(CO)4,同时也能起到脱S的作用。
CS,N0187947报道了含有CuO/ZnO固相催化剂从合成气中脱除Fe(CO)5,结果表明,合成气入口的Fe浓度从7mS/m降低到5.7~6mS/m。
USA-3433841采用阳离子交换树脂经氧化还原反应脱除羰基金属杂质。CAA-1041026发现羰基金属容易吸附在活性氧化铝上,而在所述工艺中原料气必须是冷却的,最好在5-15℃范围内。
专利CN1236667A以铝酸钙水泥为活性组分脱除羰基铁,该吸附剂在常温下具有良好的吸附铁的性能,吸附率达到95%。
专利CN102218295A通过采用以铜或其氧化物为主金属组分、以碱金属镁、钾、钙或其氧化物及其混合物为助金属组分的脱除剂脱除合成气中羰基铁和羰基镍,该脱除剂在合成气制C2以上含氧化物的反应过程中,目的产物C2以上含氧化合物的收率高,催化剂使用寿命长。
US6165428l18采用一种疏水性多孔吸附剂在硫化氢或水存在下脱除合成气气流中的羰基金属物,考察了不同的吸附剂且具有不同的硅铝比,孔径的大小的吸附效果。最佳吸附剂脱羰基铁的能力可达到小于0.01mg/kg。
在现有的甲醇合成催化剂保护剂研究中,主要集中在分解或吸附类型保护剂相关方向。保护剂分为常温型和高温型,急需开发一种耐热性能好,使用温区宽、铁容镍容高的保护剂,来满足大型化甲醇生产装置对保护剂的要求。
发明内容
发明目的:本发明的目的在于提出一种甲醇合成脱羰基铁镍保护剂的制备方法。
技术方案:本发明的目的通过下述技术方案实现。
本发明的主要特点是通过在载体制备过程中,预先引入新制备的修饰粒子,并控制载体制备过程中的中和条件和老化条件,从而得到具有适宜表面酸碱性吸附,适用于甲醇合成脱羰基铁镍保护剂。
本发明甲醇合成脱羰基铁镍保护剂的制备方法,主要是将碱液加入到含有修饰改性粒子,不含S、Cl杂质的可溶性铝盐溶液中,中和至pH控制终点,经老化、去离子水洗涤后制得保护剂载体。
本发明甲醇合成脱羰基铁镍保护剂采用共沉淀制备方法,典型的制备方案如下:
在35~50℃温度下,将浓度为0.5~1.5mol/L的碱液加入到含有修饰粒子,不含S、Cl杂质的可溶性铝盐溶液中进行沉淀反应,控制终点pH值6.5~7.5,老化20~50min,去离子水洗涤后制得高性能载体。
所述载体直接与含有Cu/Zn碱式碳酸盐母料混合,经洗涤、过滤、烘干、焙烧、成型工序制成脱羰基铁镍保护剂。
所述的修饰粒子为Zn(OH)2、Ca(OH)2、Mg(OH)2、AgOH中的一种或几种混合物。
所述修饰粒子采用共沉淀制备方法,浓度为0.5~1.5mol/L的碱液加入到50~250g/L,含Zn、Ca、Mg、Ag中的一种或几种硝酸盐的水溶液中,沉淀物经去离子水洗涤至上层清液pH 6.5~7.5,获得修饰粒子水浆。
所述中载体中修饰粒子与铝的摩尔比为0.01~0.1。
有益效果
本发明方法制备的甲醇合成脱羰基铁镍保护剂,使用温区宽,铁容镍容大,脱除效率高效,保护床出口原料气中铁镍总含量低于0.1ppm,适用于含有CO、CO2和H2合成气制甲醇,尤其适用于大型化甲醇生产装置中。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明技术方案进行详细说明,但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
以下本发明实施例所使用的试剂均为市购。
实施例1
第一步将浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液加入到50g/L Mg(NO3)2水溶液中,沉淀物Mg(OH)2经去离子水洗涤至上层清液pH=7.0,获得修饰粒子水浆;
第二步将上述修饰粒子水浆导入120g/L醋酸铝水溶液中(控制溶液中Mg与Al摩尔比为0.1),45℃温度下,向上述溶液中滴加浓度为1mol/L的氢氧化钾溶液,控制终点pH值6.5~7.5,老化30min,去离子水洗涤后制得高性能载体;
第三步将载体直接与含有Cu/Zn碱式碳酸盐母料混合,经洗涤、过滤、烘干、焙烧、成型工序制成脱羰基铁镍保护剂Cat1。
实施例2
第一步将浓度为1.5mol/L的氢氧化钠溶液加入到120g/L(Mg(NO3)2+AgNO3混合物)水溶液中,沉淀物(Mg(OH)2+AgOH)经去离子水洗涤至上层清液pH=7.5,获得修饰粒子水浆;
第二步将上述修饰粒子水浆导入150g/L硝酸铝水溶液中(控制溶液中(Mg+Ag)与Al摩尔比为0.05),35℃温度下,向上述溶液中滴加浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液,控制终点pH值6.5~7.5,老化40min,去离子水洗涤后制得高性能载体;
第三步载体直接与含有Cu/Zn碱式碳酸盐母料混合,经洗涤、过滤、烘干、焙烧、成型工序制成脱羰基铁镍保护剂Cat2。
实施例3
第一步将浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液加入到100g/L(Ca(NO3)2+Zn(NO3)2)混合物)水溶液中,沉淀物(Ca(OH)2+Zn(OH)2)经去离子水洗涤至上层清液pH=6.5,获得修饰粒子水浆;
第二步将上述修饰粒子水浆导入100g/L硝酸铝水溶液中(控制溶液中(Ca+Zn)与Al摩尔比为0.01),55℃温度下,向上述溶液中滴加浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液,控制终点pH值6.5~7.5,老化40min,去离子水洗涤后制得高性能载体;
第三步载体直接与含有Cu/Zn碱式碳酸盐母料混合,经洗涤、过滤、烘干、焙烧、成型工序制成脱羰基铁镍保护剂Cat3。
实施例4
第一步将浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液加入到80g/LMg(NO3)2水溶液中,沉淀物Mg(OH)2经去离子水洗涤至上层清液pH=7.0,获得修饰粒子水浆;
第二步将上述修饰粒子水浆导入80g/L硝酸铝水溶液中(控制溶液中Mg与Al摩尔比为0.05),50℃温度下,向上述溶液中滴加浓度为0.5mol/L的氢氧化钾溶液,控制终点pH值6.5~7.5,老化20min,去离子水洗涤后制得高性能载体;
第三步载体直接与含有Cu/Zn碱式碳酸盐母料混合,经洗涤、过滤、烘干、焙烧、成型工序制成脱羰基铁镍保护剂Cat4。
对比例1
强力搅拌下,将浓度为10%的氨水溶液加入到硝酸铝溶液中进行中和沉淀反应,控制中和终点的pH值为7.0,老化30min后制得载体,载体直接与含有Cu/Zn碱式碳酸盐母料混合,经洗涤、过滤、烘干、焙烧、成型工序制成脱羰基铁镍保护剂Cat5。
样品测试
活性检测
将保护剂样品破碎到20~40目颗粒状,装入保护剂反应器内,要求高径比>4,先用氮气升温到需要的温度和压力,保持稳定。在一定温度和压力下,羰基铁镍发生器通入合成气制取羰基铁镍,初期直接放空,稳定后通入保护剂反应器,等待保护剂吸收后,短路羰基铁镍发生器,切入常规合成气经过保护剂反应器进行活性检测,每2h分析1次合成气,当连续两次分析出口气中羰基铁、镍含量>0.1×10-6时,即认为保护剂样品穿透,停止试验,卸下保护剂样品进行分析。
试验介质:甲醇合成气中适当配入羰基铁和羰基镍,羰基铁、镍含量为(10~30)×l0-6;或采用羰基铁镍发生器(事先装有铁粉、镍粉)制取羰基铁镍。
分析方法:进出口气体中的羰基铁、镍分析采用分光光度法,样品中铁和镍含量的采用X衍射荧光仪检测。
保护剂本体铁镍容量结果如表1所示,其中样品cat1~cat4为本发明方法制备,样品cat5为常规方法制备的参比样。
表1 活性测试结果
保护剂 | Cat1 | Cat2 | Cat3 | Cat4 | Cat5 |
铁含量(g/L) | 0.51 | 0.60 | 0.48 | 0.65 | 0.36 |
镍含量(g/L) | 0.26 | 0.13 | 0.19 | 0.21 | 0.08 |
由表1可看出,采用本发明方法制备的保护剂用于甲醇合成催化剂保护床中,其铁镍容量均明显高于常规的沉淀载体制备的样品;助剂改性剂调变工艺技术及参数使得样品的热稳定性更好、使用温区更宽、铁镍容量更高,能满足大型化的甲醇工业生产需求。
本发明方法制备的甲醇合成脱羰基铁镍保护剂,适用于含有CO、CO2和H2的合成气制甲醇,尤其适用于合成大型化甲醇装置脱除原料气中羰基铁镍。
Claims (10)
1.一种甲醇合成脱羰基铁镍保护剂的制备方法,其特征是将碱液加入到含有修饰改性粒子,不含S、Cl杂质的可溶性铝盐溶液中,中和至pH控制终点,经老化、去离子水洗涤后制得保护剂载体。
2.根据权利要求1所述制备方法,其特征在于修饰改性粒子为Zn(OH)2、Ca(OH)2、Mg(OH)2、AgOH中的一种或几种混合粒子。
3.根据权利要求1或2所述制备方法,其特征在于,将碱液加入到50~250g/L,含Zn、Ca、Mg、Ag中的一种或几种硝酸盐的水溶液中,沉淀物经去离子水洗涤至上层清液pH 6.5~7.5,制得修饰粒子。
4.根据权利要求1所述制备方法,其特征在于修饰粒子与铝的摩尔比范围0.01~0.1。
5.根据权利要求1所述制备方法,其特征在于碱液是氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或两种混合溶液,浓度为0.5~1.5mol/L。
6.根据权利要求1所述制备方法,其特征在于可溶性铝盐溶液为硝酸铝或醋酸铝,浓度为50~250g/L。
7.根据权利要求1所述制备方法,其特征在于终点pH值控制在6.5~7.5。
8.根据权利要求1所述制备方法,其特征在于中和过程温度控制在35~50℃。
9.根据权利要求1所述制备方法,其特征在于老化时间为20~50min。
10.根据权利要求1所述制备方法,其特征在于载体直接与含有Cu/Zn碱式碳酸盐母料混合,经洗涤、过滤、烘干、焙烧、成型工序制成甲醇合成脱羰基铁镍保护剂。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
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