[發明專利]一種調控晶面的釩磷氧催化劑制備方法及丁烷氧化應用

有效

• 申請號: 201910864323.8
• 申請日: 2019-09-12
• 公開（公告）號: CN112473707B
• 公開（公告）日: 2023-01-20
• 發明（設計）人: 羅勇;陳建峰;劉瑞霞;王保舉;江瀾;李自航;張瑞銳
• 申請（專利權）人: 北京化工大學;中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: B01J27/198
• 分類號: B01J27/198;C07D307/60;B01J19/10;B01J8/18;B01J8/22
• 代理公司: 北京志霖律師事務所 11575
• 代理人: 張文祎

本發明涉及調控晶面的釩磷氧催化劑制備方法及其應用，包括如下步驟：準備超重力循環裝置；將異丁醇和苯甲醇的混合溶劑加入到料液存放區中，再加入V₂O₅，加熱保溫，開啟電機、超聲探頭及液下泵，反應液經液下泵噴射到填料上，經過填料后返回到料液存放區，還原反應時間1?3小時；超重力循環裝置內降溫至85?95℃，加入濃磷酸，升溫至110?115℃；反應3?5h，得釩磷氧催化劑前驅體；所述釩磷氧催化劑前驅體在烘箱中110?130℃干燥8?15小時，然后350?450℃活化；本發明制得的催化劑的晶面取向發生了變化，主導晶面由現有制備釩磷氧催化劑(VO(HPO₄)·0.5H₂O)的130晶面轉化為001晶面。

技術領域

本發明涉及催化劑制備技術領域。更具體地，涉及一種調控晶面的釩磷氧催化劑制備方法及丁烷氧化應用。

背景技術

順丁烯二酸酐簡稱順酐，是一種重要的有機化工原料和精細化工產品，廣泛用于石油化工、食品加工、醫藥、建材等行業。順酐生產的三種基本路線有：苯氧化法、正丁烷氧化法、丁烯（C₄餾分）氧化法。自1974年Monsanto公司正丁烷氧化法制順酐工藝首次實現工業化，由于該工藝具有原料價廉，環境污染小，順酐制造成本低的優點，目前已經成為順酐生產的主要路線。正丁烷選擇氧化制順酐是目前唯一實現工業應用化的低碳烷烴選擇氧化反應，催化劑是工藝的關鍵，釩磷氧（VPO）催化劑是該反應最有效的催化劑。

釩磷氧催化劑選擇性氧化正丁烷反應是按氧化還原機理進行的一大類烴類選擇性氧化反應典型代表，化學反應的過程涉及14個電子的轉移，其中包括8個氫原子上電子的脫去和3個氧原子上電子的插入，其反應機理的探索一直是釩磷氧催化劑研究的熱點。目前，不同的學者對具體反應歷程還是有著不同的看法和見解，并未達到一致的共識。因此，釩磷氧催化劑是一類復雜的催化劑體系，它的物性和結構與制備方法有很大關系，其制備過程對催化性能有非常大的影響。目前還沒有單純通過改變反應器類型實現釩磷氧催化劑晶面的調控。

超重力技術是利用比地球重力加速度大得多的超重力環境對傳質和微觀混合過程進行強化的一種技術。該技術使反應物分子在超重力環境下產生流動接觸，巨大的剪切力使液體破碎成納米級的膜、絲和滴，產生巨大的和快速更新的新界面，是傳質過程得到極大的強化，可實現反應轉化率和選擇性的提高。另外與傳統工業設備相比，超重力裝置還具有體積小、重量輕、能耗低、易運轉、易維修、安全、可靠、靈活以及更能適應環境等優點。例如：中國專利CN 108722455 A提出用超重力反應器制備釩磷氧催化，但是沒有對超重力制備釩磷氧過程進行詳細介紹，制得的催化劑性質上和現有催化劑沒有改變。

發明內容

本發明要解決的第一個技術問題是提供一種調控晶面的釩磷氧催化劑制備方法。該制備方法制得的催化劑的晶面取向發生了變化，主導晶面由現有制備釩磷氧催化劑（VO(HPO₄)?0.5H₂O）的130晶面轉化為001晶面。

本發明要解決的第二個技術問題是提供上述制備方法制得的釩磷氧催化劑在丁烷氧化制備順酐上的應用。

為解決上述技術問題，本發明采用如下的技術方案：

一種調控晶面的釩磷氧催化劑制備方法，包括如下步驟：

S1、準備超重力循環裝置：

所述超重力循環裝置包括液下泵、填料、電機、超聲探頭、卸料口、加熱夾套、液體分布器、進料口和排氣口；所述電機的輸出軸穿過殼體上端面延伸到加熱夾套的空腔區域內，電機的輸出軸下端固定旋轉盤，旋轉盤內固定填料；所述超聲探頭穿過加熱夾套底部并延伸到加熱夾套的空腔區域底部；所述加熱夾套底部的料液存放區設有吸入管道與液下泵向連接；所述液下泵通過輸出管道通向液體分布器；所述卸料口設置在加熱夾套底部，所述進料口和排氣口設置在加熱夾套上端面殼體上；所述加熱夾套利用循環油浴加熱保溫；