[发明专利]一种醋酸制丙酮的催化剂及其合成方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于一种催化剂及其合成方法与应用，具体涉及用于醋酸制丙酮的催化剂及其合成方法与应用。 

技术背景

醋酸是一种重要的化学试剂，可以用来制造聚对苯二甲酸乙二酯、醋酸纤维以及在食品工业中作为酸度调节剂。然而随着醋酸产能的不断扩大，到2015年预计国内总产能将突破1000万吨/年，可见将醋酸严重过剩，导致醋酸行业持续低迷。鉴于此，开发醋酸下游产品具有重要的实际意义。 

丙酮是重要的有机合成原料，可用于合成环氧树脂、有机玻璃、医药和农药，同时也是优质的溶剂，用于涂料、粘结剂等，在化工行业有着广泛的应用。丙酮的制备方法包括异丙醇法、异丙苯法、发酵法、乙炔水合法和丙烯直接氧化法。目前世界上丙酮工业生产以异丙苯法为主，而国内丙酮产量中发酵法的占的比重较大，当前国内丙酮自给率不足，仍需进口。 

可见，采用醋酸生产丙酮，一方面有利于缓解醋酸行业的低迷状态，另一方面能够提高国内丙酮的自给率，因此具有重要的意义。此外，通过醋酸制备丙酮，相比异丙苯法成本低，且丙酮产物中不含苯。 

关于醋酸制丙酮的研究较少，如朱容海等人(醋酸裂化制丙酮，江苏师院学报，1961年，21-23)以普通木炭为催化剂，在440-480℃的高温下，使醋酸裂化制丙酮，产物中丙酮含量达到7.19%-59.61%，但没有提供选择性和催化剂稳定性数据。R.Martinez等人(Ketonization of acetic acid on titania-functionalized silica monoliths, Journal of Catalysis,2004,222:404-409)采用TiO₂-SiO₂作为催化剂，研究了该催化剂对醋酸合成丙酮反应的性能，取得了较好的结果，丙酮的选择性达到75%；然而该反应过程中采用He作为稀释气体，大工业应用时大量He的循环带来较大的能耗。Kulamani Parida等人(Catalytic ketonisation of acetic acid over modified zirconia 1. Effect of alkali-metal cations as promoter)采用Li、Na、K、Cs、Mg、Ni、Cu、Ce等改性ZrO₂作为催化剂，用于醋酸制丙酮反应，取得了较高产物选择性的好结果，然而该过程使用了大量N₂稀释气体（N₂携带室温下饱和的醋酸蒸汽，经计算N₂的含量达到98.4%）。另外，ZrO₂作为催化剂载体，其成本无疑较高。 

发明内容

本发明的目的是提供一种催化剂制备过程简单可控，选择性好，活性高，成本低，反应工艺条件温和的为了达到上述目的醋酸制丙酮的催化剂及其合成方法与应用。 

本发明的催化剂重量组成为： 

载体：90%-98%，活性组分：2%-10%。

所述载体为SiO₂和高纯铝酸钙水泥的复合物，其质量分数为：SiO₂=30%-60%，高纯铝酸钙水泥=40%-70%。 

活性组分为ZrO₂、La₂O₃、CeO₂中一种。 

如上所述的高纯铝酸钙水泥的生产厂家为开封和成特种耐火材料有限公司，规格型号为高纯CA-75。主要指标为：Al₂O₃≥74%，CaO≤26%，Fe₂O₃≤0.5%，MgO ≤0.5%，TiO₂≤0.5%，SiO₂≤0.5%，比表面积≥6000cm²/g。 

本发明的制备方法如下： 

（1）按照SiO₂和高纯铝酸钙水泥比例称取两种组分，经粉碎机粉碎混合，然后进行球磨6-10h，所得粉体采用挤条或打片成型，最后在300℃-500℃下焙烧3-5h得到复合物载体；

（2）以活性组分的硝酸盐水溶液为浸渍液，按照催化剂组成，采用等体积浸渍法，将活性组分硝酸盐水溶液浸渍到载体上，经100-120℃干燥12-24h，350℃-500℃焙烧3-6h后，得成品催化剂。