[发明专利]一种正丁烷制备顺酐的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种正丁烷制备顺酐的方法，具体涉及一种在泡沫SiC存在下将正丁烷制备顺酐的方法，更具体说是以钒磷氧/泡沫SiC结构化催化剂为活性组元，以正丁烷为原料制取顺酐的方法。

背景技术

顺丁烯二酸酐简称顺酐，又名马来酸酐，是一种重要的有机化工原料，是仅次于苯酐和醋酐的世界第三大有机酸酐，广泛用于石油化工、食品加工、医药、建材等行业。目前，苯氧化法、正丁烷氧化法是顺酐生产的2种主要路线（苯酐副产和C₄馏分也可生产顺酐），其中苯氧化法是最早应用的工艺，其反应器及催化剂技术成熟，但原料苯价格相对昂贵，产生的环境污染也比后种工艺严重，已日渐显出其不足之处。近年来，正丁烷氧化法在催化剂研制及反应器设计方面有了突飞猛进的发展。该工艺具有原料价廉，污染相对较轻，碳原子利用率高，顺酐生产成本低等优点，逐渐成为顺酐生产的主要路线，并有逐步取代苯氧化法的趋势。在这种情况下，正丁烷氧化制顺酐技术受到了普遍关注。

钒磷氧催化剂应用于正丁烷选择氧化制顺酐是目前少有的已经工业化的烷烃选择氧化催化剂体系。虽然该催化剂体系复杂，其催化机理多有争议，但确实是目前正丁烷氧化制顺酐最有效的催化剂。而且，与苯法相比，正丁烷法氧化制顺酐更难以进行，反应条件也较为苛刻，所以采用高活性、高选择性的催化剂是该法的关键。自1974年VPO催化剂首次实现商业化应用以来，为了进一步提高VPO催化剂的活性和选择性，增强现有生产装置的经济效益，人们对其进行了广泛而深入的研究，取得了一定的进展。

在VPO催化剂上进行的正丁烷氧化制顺酐反应是比较复杂的烃类部分选择氧化反应，反应机理的探索一直是VPO催化剂研究的热点。其反应涉及到14个电子的转移，其中还有8个H原子的脱去和3个O原子的插入。该反应按照氧化还原机理进行，正丁烷选择性氧化生成顺酐是主反应，副反应为正丁烷深度氧化为CO_x。但迄今各国研究者对于VPO催化剂反应的机理认识仍不一致，甚至相互矛盾，并未达到一致的共识。但是，学者们普遍认为该反应体系为三角反应网络：一、正丁烷直接氧化成顺酐；二、正丁烷直接氧化成CO_x；三、顺酐二次氧化成CO_x。因而，作为中间产物的顺酐受催化剂的扩散和选择性影响很大。目前，钒磷氧催化剂研究主要集中在制备催化剂的母体所使用的溶剂的选择和还原剂种类的筛选，钒磷原子比（P/V）的调节及活化过程，已达到提高顺酐的转化率和选择性的目的。

经过多年的努力，虽然钒磷氧催化剂的传质能力和催化剂稳定性都取得了很大的提高，但是现在的研究大多集中在对催化剂的改性，有关强化催化剂传热和传质能力的一些重要问题始终没有解决。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种在泡沫SiC存在下将正丁烷制备顺酐的方法。

本发明提供了一种正丁烷制备顺酐的方法，包括：

在反应器中，以正丁烷和空气为原料气与以钒磷氧/泡沫SiC结构化催化剂为活性组分接触进行化学反应，得到所述顺酐产物。

在本发明的一个优选实施方式中，所述的钒磷氧/泡沫SiC结构化催化剂为将钒磷氧涂层和/或钒磷氧晶体负载于泡沫SiC载体上制成的结构化催化剂。

在本发明的一个优选实施方式中，所述的化学反应的反应温度为350～550℃，优选为400～500℃；反应压力为0～3.0MPa，优选为0～1.0MPa。

在本发明的一个优选实施方式中，所述钒磷氧/泡沫SiC结构化催化剂的钒磷氧涂层上的钒磷氧晶体尺寸为20～500nm，钒磷氧晶体的负载量为0.1～80重量％，晶体之间搭接形成的晶间孔体积占总孔体积的5～80％。

在本发明的一个优选实施方式中，所述钒磷氧/泡沫SiC结构化催化剂的钒磷氧晶体垂直于SiC晶粒表面生长，其中钒磷氧晶体尺寸在20～500nm，钒磷氧晶体的负载量为0.1～60重量％。

在本发明的一个优选实施方式中，正丁烷的体积空速（GHSV）为100～5000h^-1，优选为150～2000h^-1，原料气中正丁烷的体积分数0.1～10.0％，优选为0.5～2.5％。

在本发明的一个优选实施方式中，所述泡沫SiC包含50～100重量％的β型碳化硅。

所述泡沫SiC的孔径为300～5000μm，优选为1000～3000μm，开口孔隙为50～85％。

所述泡沫SiC可选择刚性泡沫SiC或被碾碎的泡沫SiC，具有三维连通网络状孔结构，装填在反应器管中的泡沫SiC有孔径梯度。