[發明專利]使用修飾型鐵催化劑催化乙烷氧化的方法

有效

• 申請號: 201611043809.8
• 申請日: 2016-11-24
• 公開（公告）號: CN106582269B
• 公開（公告）日: 2019-04-30
• 發明（設計）人: 席燕燕;肖健美;嚴巍寧;李杰;林旭鋒
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: B01D53/86
• 分類號: B01D53/86;B01D53/72;B01J23/745
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種使用修飾型鐵催化劑催化乙烷氧化的方法，其特征在于，包括修飾型鐵催化劑的制備，修飾型鐵催化劑催化乙烷氧化的反應體系準備，以及乙烷催化氧化的反應條件控制三個部分；其中修飾鐵催化劑的制備過程包含以下幾個步驟：

步驟一、原料準備；包括以下原料：

初始負載型鐵催化劑，含有催化劑載體與活性金屬組分；催化劑載體的化學成分為氧化鋁；活性金屬組分為鐵或者鐵氧化物；初始負載型鐵催化劑中鐵的負載量為0.5～10wt％；初始負載型鐵催化劑的比表面積大于100m²/g；初始負載型鐵催化劑為顆粒狀，顆粒大小范圍在10～200目以內；

第一混合液，其具體配制方法是將醇與正硅酸酯兩類物質混合，其中后者的質量是前者的0.2～15倍；其中正硅酸酯指的是正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯三者中的一個，或者它們的任意比例混合物；其中醇指的是甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇中的一個，或者它們的任意比例混合物；所制得的混合液稱為第一混合液；

氨水，指的是含NH₃質量百分比超過3％的水溶液；

第一焙燒氣源，具體指的是壓縮空氣、氧氣、氮氣、氬氣、氦氣，或者上述這些氣體任意比例混合氣；

步驟二、第一混合液浸泡；具體方法如下：

將步驟一所述的初始負載型鐵催化劑完全浸泡于第一混合液中；完全浸泡時間為20min～48h；浸泡完成之后，將多余的第一混合液過濾掉，留下負載型鐵催化劑顆粒；

步驟三、堿催化水解；具體方法如下：

準備兩個容器，分別稱為第一容器與第二容器；第一容器為一個敞口的容器；第二容器為一個帶蓋的密閉容器，密閉狀態下可以容下整個第一容器；在第二容器敞開狀態下，放入一定量的氨水，其質量是初始負載型鐵催化劑質量的5～1000倍；將完成步驟二所得到的負載型鐵催化劑放入第一容器內，并將第一容器放入第二容器；其中氨水與第一容器放入第二容器的時間順序為任意順序；將第二容器的蓋子蓋上形成密閉容器；蓋上蓋子后，保持4～48h；取出第一容器內的負載型鐵催化劑；

步驟四、催化劑焙燒；具體方法如下：

將經過步驟三處理所得到的負載型鐵催化劑暴露在空氣中，或者暴露在第一焙燒氣源所形成的氣氛下焙燒；焙燒時間為30min～24h，焙燒溫度為200～750℃；

步驟五、多次循環操作。

2.根據權利要求1所述的使用修飾型鐵催化劑催化乙烷氧化的方法，其特征在于，修飾鐵催化劑制備過程的步驟五，具體方法如下：

使用完成步驟四所得到的負載型鐵催化劑，替代步驟一“原料準備”中所述的“初始負載型鐵催化劑”原料，進行新一次循環操作；其中每“一次循環操作”指的是步驟一至步驟四所述的全部操作；循環操作執行的總次數為1～15次；

在步驟五中，任意一次新的循環操作中所涉及的液體組成、氣體組成、焙燒溫度、焙燒時間、浸泡時間這些操作參數，可以與其前一次循環操作的參數相同，也可以不同；參數選擇落在上述步驟一至步驟四所描述的范圍內即可；

經過上述步驟一至步驟五之后，步驟一“原料準備”中所述的“初始負載型鐵催化劑”變成為“修飾型鐵催化劑”。

3.根據權利要求1所述的使用修飾型鐵催化劑催化乙烷氧化的方法，其特征在于，其中修飾型鐵催化劑催化乙烷氧化的反應體系準備，使用乙烷氧化固定床反應裝置，包括：主反應管，主反應管具有主反應管進氣口、主反應管出氣口；氧氣氣源，提供純氧氣；乙烷氣源，提供純乙烷氣體；惰性氣體氣源，提供N₂氣、He氣、Ar氣中的一種或者多種氣體的混合物；氧氣氣源、乙烷氣源、惰性氣體氣源的流量分別通過第一流量控制器、第二流量控制器和第三流量控制器來控制；氧氣氣源通過第一流量控制器后、乙烷氣源通過第二流量控制器后、惰性氣體氣源通過第三流量控制器后合并成一路，成為乙烷氧化的原料氣；原料氣流入主反應管進氣口，從主反應管出氣口流出；催化劑可填裝于主反應管內形成催化劑床層；所有流經催化劑床層的氣體最終都從主反應管出氣口流出，形成產物氣；

將上述“修飾型鐵催化劑”填裝于主反應管內形成催化劑床層，催化劑床層充滿主反應管的截面；填裝的修飾型鐵催化劑總質量記為m_cat。