一种结构化催化剂上过氧化氢的生产方法技术

技术编号:20878669 阅读:40 留言:0更新日期:2019-04-17 12:15
本发明专利技术涉及一种结构化催化剂上过氧化氢的生产方法,该方法以具有三维连通网络结构、高热导率、高强度的泡沫碳化硅作为载体,在其表面负载二次载体,浸渍贵金属活性组分所构成的结构化催化材料作为催化剂,在固定床反应器上,通过蒽醌加氢法制备过氧化氢。本发明专利技术解决现有颗粒堆积固定床蒽醌加氢技术催化效率低、副产物高、催化剂磨损和脱钯等问题。同时,解决蜂窝结构固定床蒽醌加氢技术中,气液两相混合效果较差,入口效应明显、径向传热、传质效果差,为保证泰勒流使流体流量受限的问题。将泡沫碳化硅基结构化催化剂用于蒽醌加氢过程,气液相混合效果好,催化剂活性高、选择性高、蒽醌消耗少,双氧水时空收率大,氢化效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种结构化催化剂上过氧化氢的生产方法
本专利技术涉及一种结构化催化剂上过氧化氢的生产方法,具体地说,在以具有三维连通网络结构、高热导率、高强度的泡沫碳化硅作为载体,在其表面负载二次载体,浸渍贵金属活性组分所构成的结构化催化材料上,在固定床反应器上,通过蒽醌加氢法制备过氧化氢的方法。
技术介绍
过氧化氢(H2O2)又名双氧水,是一种重要的无机化工原料,主要应用在纺织品、竹制品和纸浆的漂白和三废处理等领域,此外在无机及有机高分子等化学品的合成,在电子、食品、医药和冶金工业等方面也有广泛的应用,目前国内总产能约900万吨/年。随着社会对环境保护的重视以及绿色化学合成的研究进展,过氧化氢作为理想的绿色化学品,其应用领域和市场需求量必将越来越大。中国从20世纪70年代开发千吨级蒽醌法生产过氧化氢装置成功后,通过催化剂、溶剂及工艺的改进,到90年代逐步建成万吨级装置。在利用国内技术建成的过氧化氢生产装置中,均采用固定床蒽醌氢化技术。蒽醌加氢过程是一个三相、强放热反应,虽然蒽醌加氢催化剂经历了雷尼镍催化剂、钯黑催化剂到颗粒状载体钯催化剂的发展历程,但由于颗粒堆积固定床固有的原料分布不均匀,床层局部温度过高,催化剂扩散距离长,催化剂磨损、结块等问题,直接导致蒽醌加氢过程效率低、寿命短、副产物高,导致目前国内固定床主要生产工业级过氧化氢,高纯、高浓度的深加工产品尚在起步阶段。二十世纪九十年代荷兰AkzoNobel开发出基于蜂窝结构化载体的整体钯催化剂固定床氢化工艺。该工艺利用具有的规整平行直孔道的蜂窝陶瓷作为载体,在其表面负载二次载体、浸渍活性组分。利用蜂窝结构载体压降低、外表面积大、孔道结构规整、无需进行产物与催化剂分离的特点,实现蒽醌加氢过程的传质强化,提高催化效率。目前已有六套,产能超过30万吨/年的整体钯催化剂固定床工业装置正在运行。双氧水时空收率在100~140kg(100%H2O2)/m3cat·h。近年来,国内也有许多研究单位进行蜂窝整体蒽醌加氢催化剂研究,如:中国科学院大连化物所王树东研究院课题组。研究结果也表明,采用蜂窝结构整体催化剂可以显著提高反应效率,蒽醌加氢效率为颗粒催化剂的3倍以上,双氧水时空收率在20.93~82.21kg/m3cat·h。以上实验室研究和工业生产结果表明,基于蜂窝结构的固定床蒽醌加氢工艺可以显著提高氢化效率,是一种结合了固定床和流化床工艺特点的有发展前途的新工艺。但是,基于蜂窝结构的固定床工艺由于蜂窝结构化载体的结构特征和材料本征理化性能限制,影响了该工艺特点的发挥。具体表现在:(1)蜂窝结构化载体在三相反应中入口效应尤其明显,原料进入催化剂床层前需要进行良好的混合和分配,必须保证每个直孔道中物料是一致的,且是气液混合良好的。而在实际生产中,良好的混合和均匀的分布是很难做到的;(2)由于蜂窝结构载体,孔道之间是相互独立的系统,因而反应是在绝热状态下进行,反应产生的热量全部要靠流体带走,这样不可避免的还会引起床层局部飞温;(3)为了保证在反应物与催化剂之间具有良好的传质,需要控制流速,保证孔道中气液两相保持泰勒流。泰勒流的控制限制了反应物的流量,影响了蜂窝结构化催化剂的产能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种结构化催化剂上过氧化氢的生产方法,解决现有颗粒堆积固定床蒽醌加氢技术催化效率低、副产物高、催化剂磨损和脱钯等问题。同时,解决蜂窝结构固定床蒽醌加氢技术中,气液两相混合效果较差,入口效应明显、径向传热、传质效果差,为保证泰勒流使流体流量受限的问题。为了实现上述问题,本专利技术采用的技术方案为:一种结构化催化剂上过氧化氢的生产方法,该方法以具有三维连通网络结构、高热导率、高强度的泡沫碳化硅作为载体,在其表面负载二次载体,浸渍贵金属活性组分所构成的结构化催化材料作为催化剂,在固定床反应器上,通过蒽醌加氢法制备过氧化氢。所述的结构化催化剂上过氧化氢的生产方法,泡沫碳化硅具有三维联通网络结构,孔体积50~90%,孔径0.5~5mm,泡沫碳化硅的导热系数大于10W/mK,抗压强度大于10MPa。所述的结构化催化剂上过氧化氢的生产方法,二次载体包括Al2O3、SiO2、活性炭、ZrO2、TiO2、分子筛、CeO2、MgO、铈锆固溶体中的一种或两种以上,二次载体重量占整个结构化催化剂重量的5~40%。所述的结构化催化剂上过氧化氢的生产方法,所浸渍的贵金属为铂、铑、金、钯的一种或两种以上共晶,贵金属重量占整个结构化催化剂重量的0.05~0.5%。所述的结构化催化剂上过氧化氢的生产方法,蒽醌加氢反应是在装填有泡沫碳化硅基结构化催化剂的固定床反应器上进行。本专利技术具有如下优点及有益效果:(一)相对颗粒堆积固定床蒽醌加氢技术(1)泡沫碳化硅载体强度大、不易粉碎,可以有效解决颗粒催化剂磨损、脱钯的问题,有效延长催化剂寿命,并防止金属钯进入氧化系统,相对颗粒催化剂,安全性大幅提高;(2)外表面积大,孔隙率高,压降低,反应物处理量大;(3)泡沫碳化硅具有高导热系数,可以由平衡床层温度、迅速移走反应热,防止热点产生的作用。(二)相对蜂窝结构整体钯催化剂蒽醌加氢技术(1)径向传质、传热能力强,避免局部热点的产生;(2)泡沫碳化硅具有三维连通网络结构,强化气液两相的混合,产生均匀的流体流动和反应物分布,减小蜂窝结构固定床的入口效应;(3)蜂窝结构载体内必须保证流体为泰勒流才能传质效果最好,限制了液体流量。泡沫碳化硅载体内气液混合效果好,流型控制可能更容易,处理量更大。具体实施方式在具体实施方式中,本专利技术在以具有三维连通网络结构、高热导率、高强度的泡沫碳化硅作为载体,在其表面负载二次载体,浸渍贵金属活性组分所构成的结构化催化材料上,在固定床反应器上,通过蒽醌加氢法制备过氧化氢的方法。泡沫碳化硅基结构化催化剂用于蒽醌加氢过程,气液相混合效果好;催化剂活性高、选择性高,蒽醌消耗少;双氧水时空收率高,氢化效率高。其中:泡沫碳化硅具有三维联通网络结构,孔体积50~90%(优选为60~90%),孔径0.5~5mm(优选为1~5mm),泡沫碳化硅的导热系数大于10W/mK(一般为15~20W/mK),抗压强度大于10MPa(一般为10~20MPa)。泡沫碳化硅陶瓷材料可以使用中国专利技术专利申请(公开号:CN1600742A)中提到的一种高强度致密的泡沫碳化硅陶瓷材料及其制备方法。将泡沫塑料剪裁后,浸入料浆中,取出后,除去多余的料浆,半固化,然后高温、高压固化;将固化后的泡沫体热解,得到与原始泡沫形状一样的由碳化硅与热解碳组成的泡沫状碳骨架;磨开碳骨架中心孔,用压注方法将碳化硅料浆压注到碳骨架中心孔内并添满中心孔,然后热解;经过渗硅过程,碳骨架中的碳与气相或液相硅反应生成碳化硅,并与泡沫骨架中的原始碳化硅颗粒结合起来,从而得到高强度致密的碳化硅泡沫陶瓷,其陶瓷筋致密度高,显微组织均匀强度高。Al2O3涂层可以使用中国专利技术专利申请(公开号:CN1360974A)中提到的一种导电泡沫陶瓷上制备氧化铝活性涂层及三效催化剂的方法。该方法使用硅酸乙酯水解液将电加热泡沫陶瓷载体和氧化铝粉粘结在一起,使用自电加热泡沫陶瓷载体上挂载催化剂。其优点是:工艺方法简答,已于工业生产,成本低,应用范围广。TiO2涂层可以使用中国专利技术专利申请(本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种结构化催化剂上过氧化氢的生产方法,其特征在于:该方法以具有三维连通网络结构、高热导率、高强度的泡沫碳化硅作为载体,在其表面负载二次载体,浸渍贵金属活性组分所构成的结构化催化材料作为催化剂,在固定床反应器上,通过蒽醌加氢法制备过氧化氢。

【技术特征摘要】
1.一种结构化催化剂上过氧化氢的生产方法,其特征在于:该方法以具有三维连通网络结构、高热导率、高强度的泡沫碳化硅作为载体,在其表面负载二次载体,浸渍贵金属活性组分所构成的结构化催化材料作为催化剂,在固定床反应器上,通过蒽醌加氢法制备过氧化氢。2.按照权利要求1所述的结构化催化剂上过氧化氢的生产方法,其特征在于:泡沫碳化硅具有三维联通网络结构,孔体积50~90%,孔径0.5~5mm,泡沫碳化硅的导热系数大于10W/mK,抗压强度大于10MPa。3.按照权利要求1所述的结构化催化剂上过氧化氢的生产...

【专利技术属性】
技术研发人员:张劲松矫义来杨振明
申请(专利权)人:中国科学院金属研究所
类型:发明
国别省市:辽宁,21

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