[发明专利]一种用于氯化氢氧化的改性Cu-Al水滑石催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种用于氯化氢氧化的改性Cu‑Al水滑石催化剂及其制备方法和应用。所述催化剂包括油酸根插层的Cu‑Al水滑石活性组分、助剂(稀土元素和碱金属元素)和含铝载体材料。该催化剂具有活性组分不易流失、磨耗小、水热稳定性好的优点。

技术领域

本发明属于催化剂领域，涉及一种用于氯化氢氧化制造氯气的催化剂及其制备方法，具体涉及一种用于氯化氢氧化的改性Cu-Al水滑石催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

氯气作为一类重要的基础化工原料，在精细化工、农业、食品、建筑、医药、能源等行业具有广泛的应用。目前工业上氯气的生产方法基本上均采用电解食盐水的方法得到。然而，该方法存在以下问题：(1)能耗较高，其耗电量高达2760kWh/吨，以致氯碱工业成为全国高耗电领域之一。(2)电解产生大量的烧碱，目前涉氯行业内普遍存在烧碱大量过剩的情况。(3)设备复杂，投资大。与此同时，在大多数耗氯行业中，氯原子的利用率都很低，最高只有50％，如在聚氨酯中间体如MDI、TDI等产品的生产过程中，氯原子作为光气化反应过程的载体，100％的氯原子最终都转化为氯化氢，而不进入目标产品中。副产得到的氯化氢市场利用价值低，运输和储存成本高，销售困难，并且由于腐蚀性强，过剩副产氯化氢后续使用中会产生大量废水排放，对环境造成严重污染。

对于过剩副产氯化氢，现有的一种处理方法是通过催化氧化制氯气。目前已报道的氯化氢氧化制氯气的催化剂相关研究中，催化剂的活性组分主要采用铜、钌、铬等金属元素。铬系催化剂因其具有较大的毒性而污染环境。钌系催化剂仍存在由于活性组分挥发和烧结以及催化剂硫中毒等原因造成的催化剂稳定性较差和催化剂成本较高的问题，特别是在运行相对较长时间之后，催化剂的活性会出现明显下降，在催化剂活性和长期稳定性方面仍有值得改进之处。而铜系催化剂则存在低温下活性较低，高温下活性组分易于流失从而使得催化活性降低等缺点。

因此，亟需寻找一种原子经济性好的绿色工艺，将副产的氯化氢直接氧化制备氯气，以实现“氯”的闭环式循环，既可以解决副产氯化氢的出路问题，又可以从根本上解决当前耗氯行业普遍存在的氯碱消耗平衡的问题。

发明内容

基于现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于：提出一种用于氯化氢催化氧化制氯气的铜系催化剂，其具有低磨耗、高活性、水热稳定性好、活性组分不易流失的优点。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种用于氯化氢氧化的改性Cu-Al水滑石催化剂，所述催化剂组成，以催化剂总重计，包括：

活性材料：油酸根插层的Cu-Al水滑石，含量为2～30％，优选2～20％；

助剂：稀土元素和碱金属元素，稀土元素(以稀土氧化物计)的含量为2～ 12％，优选7～10％，碱金属元素(以碱金属氧化物计)的含量为0.1～5％，优选为0.2～4％；

和含铝载体，其含量为53～95.9％，优选为66～90.8％。

本发明催化剂中，所述稀土元素、碱金属元素均以其氧化物形式存在。

优选地，本发明催化剂中，所述油酸根插层的Cu-Al水滑石，其Al与Cu 的摩尔比为1:0.01～5，更优选1：0.05～3；其油酸根含量为油酸根插层的Cu-Al 水滑石质量的1～10wt％。

本发明催化剂中，所述Cu-Al水滑石可以在本领域通常已知的任何条件下反应制备，以有效形成所述Cu-Al水滑石产物为目的。优选地，在一些实施方式中，本发明是在含铝载体材料表面通过原位合成方法制得的。

本发明进一步提供了上述用于氯化氢氧化的改性Cu-Al水滑石催化剂的制备方法，步骤包括：