CN102671698A - 一种超声波制备乙炔气相合成醋酸乙烯催化剂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明旨在提供一种超声波制备乙炔气相合成醋酸乙烯催化剂的方法,尤其适应于化工业中生产醋酸乙烯领域。与普通催化剂方法不同的是在醋酸锌用浸渍法制备时引用了超声波技术,利用超声波产生的能量促使活性炭负载醋酸锌催化剂在结构上和功能上得到优化。制得的催化剂具有工艺简单,制备周期短,催化剂活性组分分散均匀,活性较高的特点。
Description
技术领域
本发明是一种超声波制备乙炔气相合成醋酸乙烯催化剂的方法,具体涉及催化乙炔气相合成醋酸乙烯催化剂,尤其适应于化工业中生产醋酸乙烯领域。
背景技术
醋酸乙烯(Vinyl Acetate ,以下简称VAC)全称醋酸乙烯酯,作为世界上产量最大的50种化工有机原料之一,是一种极其重要的化工原料。VAC通过自身的聚合或与其他单体共聚,可以生成聚乙烯醇(PVA)、共聚树脂(EVA)或醋酸乙烯-乙烯共聚乳液(VAE)、聚醋酸乙烯(PVAC)、醋酸乙烯-氯乙烯共聚物(EVC)和聚丙烯腈变形体等有机衍生物。聚丙烯腈变形体可以改进聚丙烯腈的染色性和降低软化点。醋酸乙烯-氯乙烯共聚物可以用于制造人造革、地板砖、磁带及其它用途的胶黏剂、涂料、油墨、塑料印花浆等。聚醋酸乙烯可以用于乳胶漆、纸张图层等。醋酸乙烯-乙烯共聚乳液性能优越可以广泛地应用于涂料、织物加工、纸加工、建筑、包装等。醋酸乙烯在化工界的广泛应用给人类生活带来了很大的利益,但是量大质优地生产醋酸乙烯一直以来是工业上的一个难题。
从国内外研究情况看,早在1960年英国的ICI公司和美国的Calanese公司和日本合成化学公司都曾有乙烯液相法生产醋酸乙烯,但是由于工艺对设备的严重腐蚀不得不停产。后来1969年左右美国的National Distillers公司及其子公司USI公司、德国的Bayer 公司和Hochest公司三家联合开发了乙烯气相法和恒醋酸乙烯的工艺。经过几十年的发展,虽然乙烯气相法应用在了世界上很大部分国家,但是包括西欧的许多国家和东欧的一些国家,朝鲜等都一直采用乙炔气相法来生产醋酸乙烯。鉴于我国煤炭资源,天然气资源比较丰富,在我国采用乙炔气相法生产醋酸乙烯仍占主导地位。因此,研究制备性能良好的乙炔气相法所用的催化剂,以此提高醋酸乙烯的产率,具有现实意义。
目前,对于乙炔气相合成醋酸乙烯,汞、锌、镉等都具有较好的催化剂效用。由于一般汞形成的化合物具有毒性,而镉又是一种价格昂贵的金属,因此工业上能大量应用的当属以锌形成的化合物为活性组分,活性炭为载体制备催化剂。工业醋酸锌/活性炭催化剂是采用流化床喷洒浸渍法制备的,但是,喷洒法容易导致活性组分醋酸锌的负载不均,使生产的催化剂具有活性较差,寿命短,问题亟待解决。
中国专利CN102218340A所涉及的一种乙炔气相合成醋酸乙烯催化剂的制备方法,是将配制好的醋酸锌溶液通过装填干燥活性炭的浸渍干燥塔中,封闭浸渍,使醋酸锌尽可能地浸渍到活性炭中,完成浸渍后利用重力使多余的溶液和游离水流出,然后用导热油或热水间接加热将水分蒸干带走,完成催化剂的干燥,从而制得催化剂。此催化剂虽然传热系数高,干燥时间短,减少了活性炭的破碎,但是催化剂制备过程较为复杂。
中国专利CN102039180A涉及的用于醋酸乙烯生产的催化剂制备法,方法是将质量分数为10%~70%的醋酸锌溶液加入到稀土醋酸盐/稀土硝酸盐/稀土氯化物中于50~100℃中熟化0.5~3小时,再经过10~50℃温度下结晶,脱水干燥制成的。此催化剂提高了醋酸乙烯的生产水平,但是催化剂制备周期较长。
中国专利CN101884920A涉及一种合成醋酸乙烯流化床催化剂的制备方法,是以SiO2为主体的材料作载体,在该载体经碱性物质的水溶液处理得前体I,然后在对水、对Pd化合物和Au化合物易溶但对上述碱性物质难溶的有机溶剂中将前体I浸渍Pd化合物和Au化合物得前体II,之后用还原剂处理前体II,将离子态的Pd转化为金属Pd,将离子态的Au转化为金属Au,除去溶剂,水洗,干燥得到前体III,前体III与KOAc水溶液混合,经干燥得成品催化剂。此方法虽然解决了以醋酸为溶液腐蚀性强的问题,但是催化剂的制备过程繁琐。
本发明与以上几种专利相比,以活性炭为载体,以醋酸锌溶液为浸渍液,利用超声波技术制备,工艺简单,制备周期短,环境污染小,制得的催化剂可在乙炔气相合成醋酸乙烯反应中表现出良好的活性。
发明内容
本发明的目的是提供一种超声波制备乙炔气相合成醋酸乙烯催化剂方法,具体是一种较高活性、较高选择性并且具有较长寿命的乙炔气相合成醋酸乙烯催化剂的制备方法,利用超声波技术制备,工艺简单,制备周期短,环境污染小,制得的催化剂可在乙炔气相合成醋酸乙烯反应中表现出良好的活性。
本发明的技术方案:是以活性炭为载体,以过量的醋酸锌溶液为浸渍液,并引入超声波技术,制备乙炔气相合成醋酸乙烯的催化剂。具体制备步骤如下:
按照固液比(g/ml)为0.07~0.08:1,将活性炭加入醋酸锌溶液,然后将盛有醋酸锌溶液的容器固定在注水的超声波仪中,将水温加热至40~50℃,调节超声波频率为30~40MHz,保持水温和超声频率震动下浸渍反应15~25分钟后,抽滤,干燥即得到乙炔气相合成醋酸乙烯的催化剂。
所述醋酸锌溶液的浓度为0.8~1mol/L。
所述活性炭的粒度为20~40目,普通市售。
本发明的原理:超声波能对催化剂结构进行调控及优化,使活性组分醋酸锌更加均匀的负载在载体上,以实现提高乙炔气相合成醋酸乙烯催化剂的活性和选择性的目的。超声波是指振动频率大于20000 Hz以上的声波,当超声波在液体中传播时,由于液体微粒的剧烈振动,会在液体内部产生小空洞。这些小空洞迅速胀大和闭合,会使液体微粒之间发生猛烈的撞击作用,从而产生很高的压强。微粒间这种剧烈的相互作用,使液体的温度升高,从而起到了很好的搅拌作用。正得益于这种搅拌作用会使醋酸锌充分的吸附在活性炭的表面,还可以避免醋酸锌在活性炭孔道的堵塞,不仅会提高醋酸锌的负载量,也会提高它的比表面,从而可能对其活性将有很大的提高帮助。
本发明所述的乙炔气相合成醋酸乙烯催化剂在浸渍时加入了超声波能量。
本发明的优点和积极效果:
(1)本方法制备的催化剂过程简单,加入超声波以后使活性炭上的醋酸锌负载更加均匀,负载量得以提高,达到了32.327%,较普通方法制备的催化剂(负载量为30%左右)提高了近8个百分点。
(2)此方法制备的催化乙炔气相合成醋酸乙烯的转化率较高,达到了25.57%,比目前工厂应用的转化率为24%左右的催化剂提高了近15个百分点。
(3)本方法制备出的催化剂较工厂制催化剂及普通浸渍制得的催化剂的比表面更高,达到了323.349 m2/g,几乎提高了近30个百分点。
(4)此方法下制备的催化剂强度高,环境污染小,制备工艺简单,催化剂性能较高。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步描述,但本发明不限于以下所述范围。
实施例1:
本实施例的乙炔气相合成醋酸乙烯的催化剂制备具体实施方法如下:
按照固液比: 0.08:1g/ml,将粒度为20~40目活性炭加入浓度为1mol/L的醋酸锌溶液,然后将盛有醋酸锌溶液的容器固定在注水的超声波仪中,将水温加热至45℃,调节超声波频率为36MHz,保持水温和超声频率震动下浸渍反应20min后,抽滤,干燥即得到乙炔气相合成醋酸乙烯的催化剂。
制备得到的催化剂与依次经过通过次氯酸钠洗气塔,氢氧化钠洗气塔,水洗气塔,并通过无水氯化钙,活性炭和变色硅胶干燥净化的电石和水反应生成的乙炔气在积分固定床管式反应器中在空速为270 mL/( mL·h) ,反应气组成为C2H2:HAc=5:1的反应条件进行反应。反应后采用色谱分析方法,用六通阀及时取气相样,分析气相组成。催化剂通过铬黑T作指示剂,测定其醋酸锌负载量,并用Builder公司生产的孔隙比表面积分析仪分析催化剂的比表面积、孔径分布、孔容积等参数。
本方法制备的催化剂过程简单,且催化乙炔气相合成醋酸乙烯的转化率较高,达到了25.57%,醋酸锌负载均匀,醋酸锌负载量为32.327%,催化剂的比表面为323.349 m2/g,比工厂制催化剂及普通浸渍制得的催化剂性能提高了近15个百分点,且制备周期短。
实施例2:
本实施例的乙炔气相合成醋酸乙烯的催化剂制备具体实施方法如下:
按照固液比:0.075:1g/ml,将粒度为20~30目活性炭加入浓度为0.8mol/L醋酸锌溶液,然后将盛有醋酸锌溶液的容器固定在注水的超声波仪中,将水温加热至40℃,调节超声波频率为30MHz,保持水温和超声频率震动下浸渍反应15min后,抽滤,干燥即得到乙炔气相合成醋酸乙烯的催化剂。
实施例3:
本实施例的乙炔气相合成醋酸乙烯的催化剂制备具体实施方法如下:
按照固液比:0.07:1g/ml,将粒度为30~40目活性炭加入浓度为0.9mol/L醋酸锌溶液,然后将盛有醋酸锌溶液的容器固定在注水的超声波仪中,将水温加热至50℃,调节超声波频率为40MHz,保持水温和超声频率震动下浸渍反应25min后,抽滤,干燥即得到乙炔气相合成醋酸乙烯的催化剂。
Claims (3)
1.一种超声波制备乙炔气相合成醋酸乙烯催化剂的方法,其特征在于具体制备步骤如下:按照固液比:0.07~0.08:1,将活性炭加入醋酸锌溶液,然后将盛有醋酸锌溶液的容器固定在注水的超声波仪中,将水温加热至40~50℃,调节超声波频率为30~40MHz,保持水温和超声频率震动下浸渍反应15~25min后,抽滤,干燥即得到乙炔气相合成醋酸乙烯的催化剂。
2.根据权利要求1所述的超声波制备乙炔气相合成醋酸乙烯催化剂的方法,其特征在于:所述活性炭的粒度为20~40目。
3.根据权利要求1所述的超声波制备乙炔气相合成醋酸乙烯催化剂的方法,其特征在于:所述醋酸锌溶液的浓度为0.8~1mol/L。
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