[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

本發明屬于工業催化以及環境保護領域，提供一種使用修飾型鐵催化劑催化乙烷氧化的方法。該方法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；步驟二、第一混合液浸泡；步驟三、堿催化水解；步驟四、催化劑焙燒；步驟五、多次循環操作。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。通過乙烷催化氧化的反應條件控制，乙烷的轉化率可在90%以上。對于乙烷氧化而言，修飾型鐵催化劑與未修飾的鐵催化劑相比，可以得到明顯提高的乙烷轉化率以及完全氧化產物二氧化碳的產率。

技術領域

本發明屬于工業催化以及環境保護領域，涉及一種乙烷氧化的方法；具體地，涉及一種使用修飾型鐵催化劑催化乙烷氧化的方法，包含催化劑的制備方法，以及催化反應過程控制方法。

背景技術

小分子烷烴，如甲烷、乙烷、丙烷等是一類強溫室效應的氣體。例如甲烷的溫室效應是二氧化碳的25倍左右。小分子烷烴的排放將造成較大的大氣污染。小分子烷烴由于其化學結構飽和性，通常情況下化學性質不活潑，對其進行化學轉化通常需要較高的代價。從化學動力學原理上講，小分子烷烴的化學轉化通常需要較大的活化能。因此要在溫和條件下，通過氧化的方法除去小分子烷烴，需要高催化活性的催化劑。負載型催化劑是工業上經常使用的一種催化劑類型。

由于元素鐵的廣泛分布性與廉價，鐵常常被工業催化領域技術人員優先考慮用作催化活性金屬組分，或其中一種活性組分。由于催化劑的總體活性和制備手段密切相關，因此開發新的催化劑制備方法是催化領域技術人員一個持續的科技問題。關于負載型鐵催化劑的制備與催化性能的報道非常多，然而對于負載型催化劑的修飾方法，以及修飾后的效果研究卻非常少。

專利CN1431048A介紹了一種負載型鐵催化劑的制備方法以及其擁有烷烴氧化的效果。其發明人將Fe組分的前驅體和助劑的前驅體分別配成濃度為0.1～6mol/L的溶液，按比例將活性炭或γ-Al₂O₃浸漬入Fe前驅體和助劑前驅體的溶液中，浸漬后靜置18～36小時，110～120℃干燥4～6小時，在氮氣保護下于450～650℃，焙燒4～5小時，入干燥器。該發明的制備過程只含有鐵金屬組分的負載，而沒有包含后續的修飾工藝。催化劑在實際烷烴氧化過程中，溫度較高，活性組分處于不斷的氧化和還原循環中，導致活性組分容易在催化現場聚集，使催化活性明顯降低甚至失活。

文獻[Luyao Xu et al., Alumina-supported Fe catalyst prepared by vapordeposition and its catalytic performance for oxidative dehydrogenation ofethane, Materials Research Bulletin, 59 (2014) 254-260.]報道了一種負載型鐵催化劑的氣相沉積制備方法。該方法從原理上看相對于浸漬法等傳統方法可以提高鐵組分的分散程度，有望對于催化烷烴氧化等反應有催化性能上的改進。該文獻發現對于乙烷氧化來說，氣相沉積法制備的鐵催化劑與浸漬法制備的相同鐵含量的催化劑，其催化轉化活性提高約4倍。然而該文獻仍然不含有對于鐵組分負載后修飾工藝的報道。

綜上所述，本領域還存在進一步發展新型鐵催化劑修飾方法的技術需求，并需要進一步探索其在烷烴氧化中的應用前景。

發明內容

為了克服現有技術中所存在的不足，本發明提供一種使用修飾型鐵催化劑催化乙烷氧化的方法。本發明的技術方案力求避免使用有毒物質與昂貴設備，以使得整個工藝方法為一個低成本、已操作、環境友好的方法。

本發明采用下述方案：

一種使用修飾型鐵催化劑催化乙烷氧化的方法，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：