[发明专利]使用修饰型铁催化剂催化乙烷氧化的方法

权利要求书

1.一种使用修饰型铁催化剂催化乙烷氧化的方法，其特征在于，包括修饰型铁催化剂的制备，修饰型铁催化剂催化乙烷氧化的反应体系准备，以及乙烷催化氧化的反应条件控制三个部分；其中修饰铁催化剂的制备过程包含以下几个步骤：

步骤一、原料准备；包括以下原料：

初始负载型铁催化剂，含有催化剂载体与活性金属组分；催化剂载体的化学成分为氧化铝；活性金属组分为铁或者铁氧化物；初始负载型铁催化剂中铁的负载量为0.5～10wt％；初始负载型铁催化剂的比表面积大于100m²/g；初始负载型铁催化剂为颗粒状，颗粒大小范围在10～200目以内；

第一混合液，其具体配制方法是将醇与正硅酸酯两类物质混合，其中后者的质量是前者的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个，或者它们的任意比例混合物；其中醇指的是甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇中的一个，或者它们的任意比例混合物；所制得的混合液称为第一混合液；

氨水，指的是含NH₃质量百分比超过3％的水溶液；

第一焙烧气源，具体指的是压缩空气、氧气、氮气、氩气、氦气，或者上述这些气体任意比例混合气；

步骤二、第一混合液浸泡；具体方法如下：

将步骤一所述的初始负载型铁催化剂完全浸泡于第一混合液中；完全浸泡时间为20min～48h；浸泡完成之后，将多余的第一混合液过滤掉，留下负载型铁催化剂颗粒；

步骤三、碱催化水解；具体方法如下：

准备两个容器，分别称为第一容器与第二容器；第一容器为一个敞口的容器；第二容器为一个带盖的密闭容器，密闭状态下可以容下整个第一容器；在第二容器敞开状态下，放入一定量的氨水，其质量是初始负载型铁催化剂质量的5～1000倍；将完成步骤二所得到的负载型铁催化剂放入第一容器内，并将第一容器放入第二容器；其中氨水与第一容器放入第二容器的时间顺序为任意顺序；将第二容器的盖子盖上形成密闭容器；盖上盖子后，保持4～48h；取出第一容器内的负载型铁催化剂；

步骤四、催化剂焙烧；具体方法如下：

将经过步骤三处理所得到的负载型铁催化剂暴露在空气中，或者暴露在第一焙烧气源所形成的气氛下焙烧；焙烧时间为30min～24h，焙烧温度为200～750℃；

步骤五、多次循环操作。

2.根据权利要求1所述的使用修饰型铁催化剂催化乙烷氧化的方法，其特征在于，修饰铁催化剂制备过程的步骤五，具体方法如下：

使用完成步骤四所得到的负载型铁催化剂，替代步骤一“原料准备”中所述的“初始负载型铁催化剂”原料，进行新一次循环操作；其中每“一次循环操作”指的是步骤一至步骤四所述的全部操作；循环操作执行的总次数为1～15次；

在步骤五中，任意一次新的循环操作中所涉及的液体组成、气体组成、焙烧温度、焙烧时间、浸泡时间这些操作参数，可以与其前一次循环操作的参数相同，也可以不同；参数选择落在上述步骤一至步骤四所描述的范围内即可；

经过上述步骤一至步骤五之后，步骤一“原料准备”中所述的“初始负载型铁催化剂”变成为“修饰型铁催化剂”。

3.根据权利要求1所述的使用修饰型铁催化剂催化乙烷氧化的方法，其特征在于，其中修饰型铁催化剂催化乙烷氧化的反应体系准备，使用乙烷氧化固定床反应装置，包括：主反应管，主反应管具有主反应管进气口、主反应管出气口；氧气气源，提供纯氧气；乙烷气源，提供纯乙烷气体；惰性气体气源，提供N₂气、He气、Ar气中的一种或者多种气体的混合物；氧气气源、乙烷气源、惰性气体气源的流量分别通过第一流量控制器、第二流量控制器和第三流量控制器来控制；氧气气源通过第一流量控制器后、乙烷气源通过第二流量控制器后、惰性气体气源通过第三流量控制器后合并成一路，成为乙烷氧化的原料气；原料气流入主反应管进气口，从主反应管出气口流出；催化剂可填装于主反应管内形成催化剂床层；所有流经催化剂床层的气体最终都从主反应管出气口流出，形成产物气；

将上述“修饰型铁催化剂”填装于主反应管内形成催化剂床层，催化剂床层充满主反应管的截面；填装的修饰型铁催化剂总质量记为m_cat。