用于混合金属氧化物氨氧化催化剂的预煅烧添加剂的制作方法_3

文档序号:9220827阅读:来源:国知局

[0038] 铋源化合物可包括氧化物或在煅烧时产生氧化物的盐。优选易于分散,在热 处理时却形成稳定的氧化物的水溶性盐。在一个实施方案中,铋源化合物为硝酸铋, Bi(N03)3*5H20〇
[0039] 铈源化合物可包括氧化物或在煅烧时产生氧化物的盐。优选易于分散,在热 处理时却形成稳定的氧化物的水溶性盐。在一个实施方案中,铈源化合物为硝酸铈铵, (NH4)2Ce (NO3)6O
[0040] 铁源化合物可由铁的任何化合物获得,其在煅烧时产生氧化物。对于其它的元素, 优选水溶性盐类,因为以此它们可易于均匀分散在催化剂内。最优选硝酸铁。
[0041] 剩余元素的源化合物可衍生自任何适合的源。例如,可使用硝酸盐将钴、镍和镁引 入到催化剂中。此外,可作为在热处理时产生氧化物的不溶性碳酸盐或氢氧化物将镁引入 到催化剂中。可作为碱金属盐或碱土金属盐或铵盐,将磷引入到催化剂中,但是优选作为磷 酸引入。
[0042] 可作为氧化物或作为在煅烧时产生氧化物的盐,将催化剂的碱性组分的源化合物 引入到催化剂中。
[0043] 除水以外,可用于制备本发明的混合金属氧化物的溶剂包括但不限于醇例如甲 醇、乙醇、丙醇、二醇(例如乙二醇、丙二醇等),有机酸例如乙酸,以及本领域已知的其它极 性溶剂。金属源化合物至少部分地可溶于所述溶剂。
[0044] 如上说明,本发明的催化剂可担载或未担载地使用(即所述催化剂可包含载体)。 适合的载体为二氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化钛或它们的混合物。可在催化剂前体浆料干 燥之前的任何时候添加载体。可在元素、沉淀浆料或催化剂前体浆料的任意混合物制备期 间或之后的任何时候添加载体。此外,在单一点或步骤中无需添加载体(即,可在制备的多 个点添加载体)。在一个实施方案中,在含水催化剂前体浆料的制备期间,载体与其它成分 组合。在一个实施方案中,载体添加到沉淀浆料中(即,在制备沉淀浆料之后)。在一个实 施方案中,在钼源化合物与催化剂中剩余元素的源化合物组合以形成上述"第二混合物"之 前,将载体与钼源化合物组合。
[0045] 催化剂前体浆料经干燥和脱氮(即去除硝酸盐)以产生催化剂前体。在一个实施 方案中,催化剂前体浆料经干燥形成催化剂颗粒。在一个实施方案中,催化剂前体浆料经喷 雾干燥为微球催化剂颗粒。在一个实施方案中,喷雾干燥器出口温度为110°C -350°c的干 燥器出口温度,优选为110°C -250°C,最优选为110°C -180°C。在一个实施方案中,喷雾干 燥器为并流流动喷雾干燥器(即,颗粒并流喷雾至气流)。在另一个实施方案中,喷雾干燥 器为逆流流动(即,颗粒逆流喷雾至气流)。在另一个实施方案中,喷雾干燥器为压力喷嘴 型喷雾干燥器。在这些喷雾-干燥方法中,含水固相颗粒经喷雾与热气体(通常为空气) 接触以蒸发水。通过气体温度和颗粒与气体接触行走的距离来控制干燥。通常不期望调节 这些参数来获得过快干燥,因为在部分干燥的固相颗粒上,这会导致形成干燥表皮的趋势, 随后因为在颗粒内吸着的水蒸发并试图逃脱而破裂。出于同样的原因,期望提供具有尽可 能少的吸着水的形式的催化剂。因此,当使用流化床反应器和需要微球颗粒时,建议考虑没 有颗粒破裂地实现完全干燥,来选择喷雾-干燥条件。然后,干燥催化剂材料经加热以去除 任何剩余的硝酸盐。脱氮温度可为l〇〇°C -500°C,优选250°C -450°C。
[0046] 最终,干燥和脱氮的催化剂前体经煅烧以形成最终催化剂。在一个实施方案中, 在空气中实现煅烧。在另一个实施方案中,在惰性气氛中实现煅烧。在一个实施方案中, 在氮中煅烧催化剂前体。煅烧条件包括以下温度范围:约300°C -约700°C,更优选为约 350°C -约650°C,和在一些实施方案中,可在约600°C下煅烧。在一个实施方案中,可以多段 增温来完成煅烧。在一个实施方案中,第一煅烧步骤在约300°C -约450°C的温度下进行, 随后,第二煅烧步骤在约500°C -约650°C的温度下进行。
[0047] 可热分解的含氮化合物 如本文所用,可热分解的含氮化合物为在等于或低于催化剂的煅烧温度分解的任何含 氮化合物。可热分解的含氮化合物不是作为催化剂中助催化剂金属的源化合物添加到催化 剂制备中的金属硝酸盐或金属亚硝酸盐。在一个实施方案中,可热分解的含氮化合物不包 含任何金属。在一个实施方案中,可热分解的含氮化合物释放氨(NH3)。
[0048] 适合的可热分解的氮化合物选自烷基铵、胺化合物、酰胺化合物、硝基苯甲酸化合 物和环状有机氮化合物。在一个实施方案中,可热分解的含氮化合物为氢氧化铵或烷基氢 氧化铵。在一个实施方案中,可热分解的含氮化合物为选自以下的铵盐:硝酸铵、亚硝酸铵、 一、二、三和四烷基硝酸铵、和一、二、三和四烷基亚硝酸铵。在一个实施方案中,可热分解的 含氮化合物为选自以下的胺化合物:一、二、和三烷基胺、一、二、和三芳基胺。在一个实施方 案中,可热分解的含氮化合物为酰胺化合物。在一个实施方案中,可热分解的含氮化合物为 尿素。在一个实施方案中,可热分解的含氮化合物为硝基苯甲酸化合物。在一个实施方案 中,可热分解的含氮化合物为硝基苯。在一个实施方案中,可热分解的含氮化合物为选自吡 啶、吡咯、吡咯烷和哌啶的环状有机氮化合物。在一个实施方案中,可热分解的含氮化合物 为肼。
[0049] 在催化剂制备期间,可热分解的含氮化合物的添加 本发明的关键特征为在催化剂的制备过程期间在煅烧步骤之前添加至少一种可热分 解的含氮化合物。这还可发生在所述过程中的任一点,其中含氮化合物不会妨碍形成催化 剂活性相的金属的反应和/或组合。
[0050] 可热分解的含氮化合物添加的量小于或等于0. 4重量的添加剂/催化剂重量 (即,0〈添加剂重量/催化剂重量< 0. 4)。在一个实施方案中,可热分解的含氮化合物添加 的量小于或等于〇. 3重量的添加剂/催化剂重量(即,0〈添加剂重量/催化剂重量< 0. 3)。 在一个实施方案中,可热分解的含氮化合物添加的量大于或等于〇. 01重量的添加剂/催化 剂重量。在一个实施方案中,可热分解的含氮化合物添加的量大于或等于0. 03重量的添加 剂/催化剂重量。在一个实施方案中,添加的可热分解的含氮化合物的量在以下范围内: 0. 025 <添加剂重量/催化剂重量< 0. 3。如本文所用,"添加剂重量"为除任何溶液或溶剂 以外添加剂化合物的重量。如本文所用,"催化剂重量"为最终催化剂的重量,包括任何催化 剂载体的重量并包括添加剂的重量。
[0051] 可热分解的氮化合物可添加到形成催化剂浆料的金属源化合物的混合物中。在一 个实施方案中,在催化剂制备期间,可热分解的氮化合物可添加到预形成的含钼-铋-铈氧 化物的溶液或浆料中。在一个实施方案中,在干燥之前将可热分解的含氮化合物添加到催 化剂前体中。在一个实施方案中,在煅烧之前,将可热分解的含氮化合物添加到由干燥催化 剂前体形成的催化剂颗粒中。
[0052] 在一个实施方案中,可热分解的含氮化合物添加到由喷雾干燥催化剂前体形成的 催化剂颗粒中,其通过将催化剂颗粒与包含可热分解的含氮化合物的溶液接触,以形成浸 渍有可热分解的含氮化合物的催化剂颗粒,然后将用可热分解的含氮化合物浸渍的催化剂 颗粒干燥。包含可热分解的含氮化合物的溶液可包含水性溶剂或非水性溶剂或它们的混合 物。该接触可通过本领域已知的任何初湿浸渍技术或方法进行,包括将催化剂浸入在包含 可热分解的含氮化合物的溶液中或将包含可热分解的含氮化合物的溶液喷雾在催化剂颗 粒上。当催化剂颗粒与包含可热分解的含氮化合物的溶液接触时,溶液吸收进颗粒的孔内。 在接触之后,颗粒用包含可热分解的含氮化合物的溶液"润湿"或"变湿"。在用包含可热分 解的含氮化合物的溶液接触或浸渍之后,润湿的颗粒经干燥以去除用于包含可热分解的含 氮化合物的溶液的有机溶剂或水性溶剂。通过在升高的温度下加热来干燥润湿的催化剂, 经过足以去除溶剂的时间。在一个实施方案中,经浸渍的催化剂在氮气氛中干燥。通常,润 湿的颗粒在l〇〇°C -300°c下干燥2小时-5小时。在一个实施方案中,润湿的颗粒在约200°C 下干燥约3小时。
[0053] 在一个实施方案中,可热分解的含氮化合物添加到由催化剂前体喷雾干燥形成的 微球催化剂颗粒中,其通过将微球催化剂颗粒与包含可热分解的含氮化合物的溶液接触以 形成用可热分解的含氮化合物浸渍的微球催化剂颗粒,然后将用可热分解的含氮化合物浸 渍的微球催化剂颗粒干燥。
[0054] 氨氧化方法 本发明的催化剂可用于氨氧化方法,所述氨氧化方法用于将选自丙烯、异丁烯或它们 的混合物的烯烃分别转化为丙烯腈、甲基丙烯腈和它们的混合物,通过在蒸汽相中在升高 的温度和压力下,所述烯烃与包含分子氧的气体和氨在催化剂存在下反应。本发明的催化 剂还可用于甲醇氨氧化为氰化氢和乙醇氨氧化为乙腈。在使用本文描述的催化剂的一个实 施方案中,甲醇和/或乙醇可共进料到丙烯、异丁烯或它们的混合物氨氧化为丙烯腈、甲基 丙烯腈或它们的混合物的过程中,以便提高这些方法产生的氰化氢和/或乙腈共产物的产 量。
[0055] 优选地,在流化床反应器中实施氨氧化反应,但预想其它类型的反应器例如运输 线反应器。流化床反应器,用于现有技术中所熟知的丙烯腈的制造。例如,美国专利号 3, 230, 246中阐述的反应器设计是适合的,其通过引用并入本文。
[0056] 氨氧化反应发生的条件也为现有技术所熟知的,如美国专利号5, 093, 299 ; 4, 863, 891 ;4, 767, 878和4, 503, 001中所证实;其通过引用并入本文。通常,通过在氨和氧 的存在下,在升高的温度下将丙烯或异丁烯与流化床催化剂接触实施氨氧化方法,以产生 丙烯腈或甲基丙烯腈。可使用氧的任何源。因为经济原因,然而,优选使用空气。在进料中, 氧与烯烃的通常的摩尔比为0. 5:1-4:1,优选1:1-3:1。
[0057] 在反应进料中氨与烯烃的摩尔比可在0. 5:1-2:1之间变化。氨-烯烃比率实际上 没有上限,但是因为经济原因通常没有理由超过2:1的比率。本发明用于丙烯生产丙烯腈 的催化剂所用的适合的进料比为:氨与丙烯的比率为0.9:1-1. 3:1,和空气与丙烯比率为 8.0:1-12.0:1。本发明的催化剂在相对低的约1:1-约1.05:1的氨与丙烯进料比下能提供 丙烯腈的高产率。这些"低氨条件"帮助减少反应器流出物中未反应的氨,是称为"氨贯穿" 的条件,其随后帮助减少工艺废物。具体地,在回收丙烯腈之前,未反应的氨必须由反应器 流出物中去除。未反应的氨通常通过以下去除:将反应器流出物与硫酸接触以产生硫酸铵 或将反应器流出物与丙烯酸接触以产生丙烯酸铵,在两种情况下产生经处理和/或经处置 的工艺废物流。
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