[发明专利]一种用于电石法制氯乙烯的催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供一种用于电石法制氯乙烯的催化剂及其制备方法，其制备方法包括：制备含氮活性炭、配置吸附液、制备催化剂；所述制备含氮活性炭，包括：活性炭的选取、酸洗、浸渍。本发明的催化剂，具有好的低温反应活性和选择性；在反应温度仅为100℃时，乙炔空速为30‑40h^‑1条件下，其乙炔初始转化率大于99.0%，氯乙烯选择性大于99.5%；所述催化剂在使用1600小时后，其催化性能与新催化剂的催化性能无明显区别；所述催化剂成分配比简洁，成本低廉，对环境危害小；能够适用于大规模工业生产。

技术领域

本发明属于催化剂领域，尤其是涉及一种用于电石法制氯乙烯的催化剂及其制备方法。

背景技术

聚氯乙烯是世界上主要通用塑料之一，广泛应用于工业制品、建材、管材、装饰材料、电线电缆，在包装材料、密封材料、纤维等方面也有广泛的应用。

中国聚氯乙烯行业主要以电石法和乙烯法两种工艺并存。受国内富煤、贫油、少气的能源现状限制，我国西部地区聚氯乙烯行业以电石法为主。随着全球对重金属污染防治的要求，电石法聚氯乙烯所用的催化剂已成为本行业发展的瓶颈问题，其催化剂亟待开发及应用。

目前关于电石法聚氯乙烯催化剂的研究主要包括贵金属催化剂、非贵金属催化剂以及非金属催化剂。其中，贵金属催化剂有较高的催化活性及稳定系，英国卡迪夫大学Graham.J.Hutchings教授在Au（金）催化乙炔氯化氢气固相反应进行了深入的研究，提出了Au催化剂的催化机理及失活机理，并进行了工业化测试，测试结果效果优于有害重金属催化剂，但催化剂价格昂贵，大幅增加聚氯乙烯的生产成本，不具有经济可行性。

非金属催化剂催化活性较金属催化剂低，制备所需能耗较高，且步骤繁琐，无法达到大规模工业化应用的要求。

非贵金属催化剂主要研究方向为锡、铜、钡、锌、钼、铋等，相较于贵金属催化剂，成本低，对环境危害小，且催化活性较高，能够达到工业化应用的条件。

申请人发现，现有的非贵金属催化剂在应用过程中，稳定性存在缺陷，对温度、毒物、机械力、化学侵蚀、结焦积污等的抵抗能力有待进一步提高。进一步的，申请人还发现，现有的非贵金属催化剂，对非极性分子的吸附能力不佳，催化反应活性有待进一步提高。

同时，目前的制备电石法氯乙烯用催化剂，在低温（100℃左右）反应条件下，催化剂活性不佳，反应速率不理想，乙炔转化率和氯乙烯选择性也难以提升至理想水平。为追求较好的催化剂活性、较高的反应速率、较理想的乙炔转化率和氯乙烯选择性，现有技术往往是通过提高反应温度来实现。申请人发现，提高反应温度后，副反应增多、催化剂活性炭孔道堵塞的现象频发；并且较高的反应温度条件下，催化剂有效成分的流失严重。本领域技术人员一直无法平衡反应温度与催化效能之间的矛盾关系，只能以牺牲催化剂的方式，保证反应顺利进行。由此，研发一种在低反应温度下，仍能够保持优秀催化活性、反应效果以及稳定性的催化剂就尤为重要。

申请号为201610882150.9的中国发明专利公开了一种以铜盐、铵盐和磷酸或铜盐、铵盐和磷酸盐为活性组分，通过浸渍到活性炭载体后，烘干制得催化剂。采用该专利的催化剂对乙炔氯氢化反应进行催化，在反应温度130℃，乙炔空速60h^-1条件下，所述氯氢化反应的初始转化率为93.25-96.70%，氯乙烯选择性为99.0-99.2%；并且催化剂1000h后乙炔转化率为85.20-89.32%，均小于90%。申请人试验发现，采用该催化剂进行催化时，反应初期，其乙炔转化率和氯乙烯选择性与其所述的技术效果参数一致；但是反应进行一段时间之后，出现反应副产物增加、催化剂活性降低、反应转化率降低，以及催化剂活性炭孔道堵塞的现象，无法始终保持理想且稳定的反应效果。进一步的，该催化剂采用的混合溶液浸泡活性炭载体制备催化剂的方法，其催化活性成分负载率不高，催化活性成分与活性炭结合不够紧密，存在有流失、失效现象；该催化剂1000h后乙炔转化率下降约7.1-11.9%，其长期稳定性有待进一步提高。进一步的，申请人经试验发现，该催化剂对非极性分子的吸附能力偏弱，成为催化剂反应活性提高的短板。