[发明专利]一种煤质活性炭及其制备方法与应用

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种煤质活性炭及其制备方法与应用，所述的煤质活性炭可作为载体应用于低汞触媒及无汞触媒催化剂的制备。

(二)背景技术

聚氯乙烯(PVC)作为世界五大通用塑料之一，被广泛应用于建材、家电、日用品等国民经济的各个领域。近年来，世界PVC树脂的需求量不断增加，尤其是我国2011年聚氯乙烯的表观消费量超过世界消费总量的五分之一，是世界第二大生产和消费大国。在目前工业化应用中，氯乙烯生产工艺主要有电石乙炔法和乙烯平衡法两种。随着氯乙烯生产工艺的不断发展，石油资源丰富的发达国家已经基本以乙烯法淘汰乙炔法。但我国因受到富煤、贫油、少气的资源禀赋限制，氯乙烯单体的生产工艺主要以电石法为主。2013年10月10日，联合国环境规划署通过了旨在控制和减少全球汞排放的《关于汞的水俣公约》。公约明确要求，2020年单位PVC生产的用汞量要比2010年减少50％，并且在缔约方大会确认技术经济可行的无汞催化剂5年后，最终淘汰汞的使用。国家工业和信息化部2010年发布的《部分落后工艺和产品淘汰目录》和国家发改委2011年发布的《产业结构调整指导目录》等文件中均将使用高汞催化剂的PVC生产列为需要淘汰的工艺。2010年工信部发布的《关于印发电石法聚氯乙烯行业汞污染综合防治方案的通知》(工信部节[2010]261号)、《高风险污染物削减行动计划》和2011年环境保护部发布的《关于加强电石法生产聚氯乙烯及相关行业汞污染防治工作的通知》(环发[2011]4号)等文件中要求在PVC生产行业全面推广使用低汞触媒，加大无汞触媒和无汞技术路线的研发力度。

近年来随着环境保护要求的日益提高，国内外活性炭的需求量越来越大，活性炭的发展也越来越迅速，尤其是煤质活性炭的发展，其原因一方面是由于煤炭资源的储量十分丰富，成本较低，另一方面是由于煤基活性炭技术的成熟和进步，使得以煤为原料来制备活性炭的研究也越来越突出。活性炭充当催化剂，或者作为载体负载活性组分制备活性炭负载型催化剂已经在催化领域得到了广泛的应用。相比于高汞触媒技术门槛低，制备工艺简单等特点，对活性炭载体的要求不高，随着低汞触媒和无汞触媒的研发，对活性炭载体的要求越来越高，例如低汞触媒，在负载量降低一半以上的条件下，还仍能达到高汞触媒一样的产能，需要大幅度提高了活性组分的分散度，同时还要提高氯化汞的热稳定性及活性，因此对活性炭的物理结构及表面性质都提出了较高的要求。目前活性炭市场上还没有针对低汞触媒的指标要求而生产的活性炭载体。

近年来，很多科研工作者对乙炔氢氯化反应的无汞催化剂进行了研究，以负载单组分金、钌、铂或者多种组分的贵金属无汞催化剂，性能和低汞催化剂相当，无论是单一配方还是复合配方的无汞催化剂，都是负载型催化剂，采用浸渍法制备，采用的载体材料为活性炭。但是活性炭由于来源、生产工艺不同导致其性质差异较大，制备得到的催化剂性能不稳定，一定程度上限制了无汞催化剂的产业化应用。无汞催化剂都存在成本较高的缺点，要想降低触媒的成本，唯一的途径就是降低贵金属的担载量，降低担载量除了从触媒的配方制备方法等方面进行调控之外，对载体的要求也非常苛刻，对活性炭的纯度及杂质含量等都提出了较高的要求。目前大部分研究都采用国外进口的椰壳活性炭，或者特殊制备的球形活性炭，例如文献[Catalysis Science&Technology,2015.5(2):1035-1040]采用孔径可调的介孔炭作为载体负载金作为乙炔氢氯化的催化剂，发现载体炭的较大的孔径有利于乙炔转化率的提高；文献[ChemCatChem,2014.6(8):2339-2344]采用氮掺杂的沥青基球形活性炭作为一种非金属的乙炔氢氯化催化剂，在T＝423K,GHSV_(C2H2)＝36h^-1,V_(HCl)/V_(C2H2)＝1.15的条件下表现出了比煤质活性炭和椰壳活性炭高的乙炔转化率；文献[RSC Advances,2015.5(12):9002-9008]则采用碳纳米管作为载体负载钌金属催化乙炔氢氯化反应，发现碳纳米管的独特的电子性能可以促进乙炔氢氯化反应的催化性能。然而，以上文献中的炭载体制备工艺相对复杂，成本高，基本仍处于实验室研究阶段，目前尚没有针对无汞触媒专用载体的生产技术。因此，开发无汞及低汞触媒专用的活性炭及其相关的制备工艺，对加速电石法生产氯乙烯的汞消耗具有重要的意义。

(三)发明内容