一种高浓度乙炔选择加氢制乙烯的石墨烯基催化剂的合成及应用方法技术

一种高浓度乙炔选择加氢制乙烯的石墨烯基催化剂的合成及应用方法，该石墨基催化剂中采用主活性组分为Pd，助活性组分为Ag，并以氮甲基吡咯烷酮NMP为溶剂，在非水条件下合成。催化剂配比为乙酰丙酮钯:醋酸银:石墨烯:NMP＝0.01～0.1g:0.05～0.5g:35g:0.1L，浸渍后在pH＝9‑12的碱性条件下，通过硼氢化钾对固体物质进行还原，即可得到所需催化剂。该催化剂应用到高浓度乙炔选择催化制备乙烯反应体系中，其中乙炔气来源于电石法，并采用浆态床反应器在高空速下合成乙烯。在本发明专利技术中，催化剂具有乙炔转化率高、乙烯的选择性好、寿命长等特点。

Synthesis and application method of graphene base catalyst for selective hydrogenation of high concentration acetylene to ethylene

A selection of graphene based catalysts for hydrogenation of high concentration acetylene ethylene synthesis and application of the catalyst in the Shi Moji method, the main active component is Pd, auxiliary active components are Ag, and N methyl pyrrolidone NMP as solvent synthesis in non-aqueous conditions. The catalyst composition for palladium acetylacetonate: silver acetate: graphene: NMP = 0.01 ~ 0.1g:0.05 ~ 0.5g:35g:0.1L = 9 alkaline conditions after impregnation of 12 in pH, the solid material was reduced by potassium borohydride, the catalyst can be obtained. The catalyst was applied to the selective reaction of acetylene with high concentration acetylene to prepare ethylene reaction system, in which acetylene gas was derived from acetylene and the slurry reactor was used to synthesize ethylene at high altitude. The catalyst has the advantages of high acetylene conversion rate, good ethylene selectivity, long service life and the like.

【技术实现步骤摘要】
一种高浓度乙炔选择加氢制乙烯的石墨烯基催化剂的合成及应用方法
本专利技术涉及一种高浓度乙炔选择催化加氢的催化剂的合成方法以及在制备乙烯过程中的应用，属于催化剂制备

技术介绍
乙烯是石油化工中最重要的基础原料，目前其主要来源于石油或低碳链烷烃的催化裂解。随着石油资源日益枯竭，同时结合我国富煤贫油的能源特点，以煤为原料通过电石工艺制取乙炔，然后在选择性加氢催化剂作用下，通过加氢制备乙烯产品，可进一步拓展煤化工路线。电石生产传统工艺能耗较高，随着技术进步，采用蓄热式电石生产新工艺的技术使得电石生产的能耗、成本得到大幅降低，使得乙炔选择加氢制乙烯具有更好的经济价值。针对乙炔加氢研究，目前主要针对乙烯中除去少量乙炔的催化加氢技术开发，而对高浓度乙炔选择催化加氢制备乙烯的相关研究相对较少。
技术实现思路
本专利技术的第一目的是提供一种乙炔转化率高、乙烯选择性好、溶剂热稳定性高的高浓度乙炔加氢制乙烯的石墨烯基催化剂。本专利技术的第二目的是提供一种利用电石法产生的高浓度乙炔气为原料，采用浆态床反应器，采用第一专利技术目的催化剂进行高浓度乙炔选择催化加氢制乙烯反应的方法。为实现第一专利技术目的，提供这样一种石墨烯基催化剂，与现有技术相比，其改进之处是将载体改为石墨烯，并以氮甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂，在非水条件下合成。为实现第二专利技术目的，提供一种高浓度乙炔选择催化加氢制备乙烯的方法，与现有技术相比，其改进之处是，乙炔气来源于电石发生器，以NMP为溶剂，在浆态床反应器内，通过第一目的提供的催化剂作用来合成乙烯。为实现第一和第二目的，其具体步骤如下：步骤(1)：将乙酰丙酮钯、醋酸银、石墨烯、氮甲基吡咯烷酮(NMP)按一定配比在反应釜内进行浸渍组成混合液；步骤(2)：将步骤(1)中的混合液离心分离得到的固体物质用无水乙醇洗涤抽滤2～3次后干燥；步骤(3)：将氢氧化钾和硼氢化钾用去离子水配置成碱性溶液，将步骤(2)中的固体物质加入碱性溶液中在一定温度下持续搅拌，随后离心分离得到催化剂。进一步地，步骤(1)中乙酰丙酮钯、醋酸银、石墨烯、NMP的配比为0.01～0.1g:0.05～0.5g:35g:0.1L。进一步地，步骤(1)中浸渍方法在温度为80～120℃进行，常压下搅拌6～12h。进一步地，步骤(2)中干燥条件为200～220℃下维持2～6小时。进一步地，步骤(3)中搅拌条件为维持温度70～90℃，持续搅拌时间4～8小时。进一步地，步骤(3)中碱性溶液的pH值为9～12。一种由上述方法制备得到的石墨烯基催化剂。本专利技术还公开了上述石墨烯基催化剂的应用方法，包括以下步骤：步骤1)：将石墨烯基催化剂加入至装有NMP溶剂的浆态床反应器内，由浆态床反应器底部通入氮气鼓泡；步骤2)：通过通入氮气将溶液中空气赶净，并使浆态床反应器内为氮气气氛条件下，引入由电石发生器产生的乙炔气，乙炔气经净化后直接通入浆态床反应器内，乙炔体积浓度大于98.0％，同时引入体积浓度大于99.0％的氢气，气体由底部通入浆态床反应器中并在一定温度及压力下连续反应；步骤3)：收集浆态床反应器顶部流出的气相产物，即得到乙烯产品。进一步地，步骤2)中，氢气和乙炔摩尔比为4～8:1，操作空速为30000ml/(g-cat·h)，一定温度为120～150℃，压力为常压。从实现第一专利技术目的之方案中可以看出，本专利技术在传统的催化剂活性组分之中，采用了新的载体材料，在非水溶剂中合成了催化剂，同时经过硼氢化钾碱性溶液还原，使得催化剂在常温下就可实现还原，而非像传统催化剂，必须经固定床高温氢气还原后才能使用。本专利技术的催化剂使用方便，且偏碱性，可减少乙炔聚合，提高乙烯的选择性。按照实现第二专利技术目的之步骤来选择催化制备乙烯的实验验证表明，石墨烯基质的Pd和Ag催化剂，在NMP反应气氛下的浆态床反应器中，能够使活性组分分散更加均匀，溶剂热稳定性较强，催化剂活性提高，抑制了高聚物的产生，进一步提高了乙烯的转化率和选择性。下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步的说明。附图说明图1是高浓度乙炔选择加氢制乙烯的石墨烯基催化剂的合成步骤。具体实施方式以下实施例用于具体说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。实施例1一种高浓度乙炔选择加氢制乙烯的石墨烯基催化剂，其活性组分为Pd和Ag，其载体为石墨烯，并以氮甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂，在非水条件下合成，并在碱性条件下利用硼氢化钾对其进行还原，其合成制备方法具体步骤如下：在步骤S100所示的步骤(1)中，根据催化剂合成配比，分别称取或量取乙酰丙酮钯0.05g、醋酸银0.15g、石墨烯35g、NMP0.1L，在带有搅拌和加热装置的反应釜内进行浸渍，温度控制为100℃，常压，搅拌8h；在步骤S200所示的步骤(2)中，将上述混合液离心分离，取固体物质用无水乙醇洗涤抽滤2～3次后干燥，在220℃下维持4小时；在步骤S300所示的步骤(3)中，将氢氧化钾和硼氢化钾用去离子水配置成碱性溶液，PH值控制在9～12，其中硼氢化钾在溶液中的质量浓度为30％，将步骤(2)固体物质加入碱性溶液中，维持温度90℃8小时，并持续搅拌，完成后离心分离取固体物质，隔绝空气密闭保存以备用。实施例2一种高浓度乙炔选择加氢制乙烯的石墨烯基催化剂，其活性组分为Pd和Ag，其载体为石墨烯，并以氮甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂，在非水条件下合成，并在碱性条件下利用硼氢化钾对其进行还原，其合成制备方法具体步骤如下：在步骤S100所示的步骤(1)中，根据催化剂合成配比，分别称取乙酰丙酮钯0.01g、醋酸银0.05g、石墨烯35g、NMP0.1L，在带有搅拌和加热装置的反应釜内进行浸渍，温度控制为80℃，常压，搅拌6h；在步骤S200所示的步骤(2)中，将上述混合液离心分离，取固体物质用无水乙醇洗涤抽滤2～3次后干燥，在200℃下维持6小时。在步骤S300所示的步骤(3)中，将氢氧化钾和硼氢化钾用去离子水配置成碱性溶液，PH值控制在9～12，其中硼氢化钾在溶液中质量浓度为20％，将步骤(2)固体物质加入碱性溶液中，维持温度70℃，时间4小时，并持续搅拌，完成后离心分离取固体物质，隔绝空气密闭保存以备用；实施例3一种高浓度乙炔选择加氢制乙烯的石墨烯基催化剂，其活性组分为Pd和Ag，其载体为石墨烯，并以氮甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂，在非水条件下合成，并在碱性条件下利用硼氢化钾对其进行还原，其合成制备方法具体步骤如下：在步骤S100所示的步骤(1)中，根据催化剂合成配比，分别称取乙酰丙酮钯0.1g、醋酸银0.5g、石墨烯35g、NMP0.1L，在带有搅拌和加热装置的反应釜内进行浸渍，温度控制为120℃，常压，搅拌12h；在步骤S200所示的步骤(2)中，将上述混合液离心分离，取固体物质用无水乙醇洗涤抽滤2～3次后干燥，在210℃下维持2小时。在步骤S300所示的步骤(3)中，将氢氧化钾和硼氢化钾用去离子水配置成碱性溶液，PH值控制在9～12，其中硼氢化钾在溶液中质量浓度为40％，将步骤(2)固体物质加入碱性溶液中，维持温度80℃，时间6小时，并持续搅拌，完成后离心分离取固体物质，隔绝空气密闭保存以备用；实施例4一种高浓度乙炔选择加氢制乙烯的应用方法，它是以电石通过湿法制备净化后的高浓度乙炔为原料，通过催化剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高浓度乙炔选择加氢制乙烯的石墨烯基催化剂的合成方法，包括以下步骤：步骤(1)：将乙酰丙酮钯、醋酸银、石墨烯、氮甲基吡咯烷酮按一定配比在反应釜内进行浸渍组成混合液；步骤(2)：将步骤(1)中的所述混合液离心分离得到的固体物质洗涤干燥；步骤(3)：将氢氧化钾和硼氢化钾用去离子水配置成碱性溶液，将步骤(2)中的所述固体物质加入所述碱性溶液中在一定温度下持续搅拌，随后离心分离得到石墨烯基催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种高浓度乙炔选择加氢制乙烯的石墨烯基催化剂的合成方法，包括以下步骤：步骤(1)：将乙酰丙酮钯、醋酸银、石墨烯、氮甲基吡咯烷酮按一定配比在反应釜内进行浸渍组成混合液；步骤(2)：将步骤(1)中的所述混合液离心分离得到的固体物质洗涤干燥；步骤(3)：将氢氧化钾和硼氢化钾用去离子水配置成碱性溶液，将步骤(2)中的所述固体物质加入所述碱性溶液中在一定温度下持续搅拌，随后离心分离得到石墨烯基催化剂。2.如权利要求1所述的石墨烯基催化剂的合成方法，其特征在于，步骤(1)中所述乙酰丙酮钯、醋酸银、石墨烯、氮甲基吡咯烷酮的配比为0.01～0.1g:0.05～0.5g:35g:0.1L。3.如权利要求1所述的石墨烯基催化剂的合成方法，其特征在于，步骤(1)中所述浸渍在80～120℃下进行。4.如权利要求1所述的石墨烯基催化剂的合成方法，其特征在于，步骤(2)中所述干燥在200～220℃下进行。5.如权利要求1所述的石墨烯基催化剂的合成方法，其特征在于，步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：史东军，史雪君，刘周恩，余海鹏，吴黎阳，黄伟，苏二强，吴道洪，
申请(专利权)人：北京神雾环境能源科技集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11