[发明专利]基于致密管壁中空泡沫材料的乙炔氢氯化反应结构化催化剂及制备和应用

说明书

本发明涉及催化剂领域，具体地说是一种基于致密管壁中空泡沫材料的乙炔氢氯化反应结构化催化剂及其制备方法和应用。该结构化催化剂的第一载体含有致密管壁中空泡沫材料，该材料在宏观上由支撑骨架形成三维连通的开孔网孔，支撑骨架自身为三维连通的具有中空结构的微通道，微通道管壁为致密的。采用本发明所述的结构化催化剂的制备方法，制得基于致密管壁中空泡沫材料的结构化催化剂具有如下优点：利用中空泡沫材料的双尺度孔结构，乙炔氢氯化反应所用的催化活性组分、助催化组分、第二载体均可在中空泡沫的双尺度孔隙内实现均匀或非均匀可控负载，强化反应过程中的热量传递，延长催化剂使用寿命。

技术领域

本发明涉及催化剂领域，具体地说是一种基于致密管壁中空泡沫材料的乙炔氢氯化反应结构化催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

在氯乙烯生产工艺中，主要有电石乙炔法和乙烯平衡法两种。随着氯乙烯生产工艺的不断发展，石油资源丰富的发达国家已经基本以乙烯法淘汰乙炔法。但我国因受到富煤、贫油、少气的资源禀赋限制，氯乙烯单体的生产工艺主要以电石法为主，截至到2007年12月，电石法约占我国PVC总产能的70％以上，因此乙炔氢氯化制氯乙烯反应依然是我国氯碱工业中重要的环节之一。

目前，乙炔氢氯化反应所用的催化剂为HgCl/C颗粒催化剂。由于乙炔氢氯化反应为放热反应，催化剂床层温升与反应空速及床层传热条件高度相关，因此不可避免地面临着汞催化剂的热致失活与挥发流失的问题，造成了不可忽视的环境污染问题。随着我国汞资源的日益匾乏及汞触媒带来的严重污染，特别是我国已经加入了《水俣条约》已经使得乙炔法工艺路线的可持续发展受到严重的制约。因此，开发无汞催化剂催化乙炔氢氯化反应制氯乙烯的清洁化工艺路线显得迫在眉睫。迄今为止，催化乙炔氢氯化反应的无汞催化剂主要以金、钌及铂等稀贵金属为活性组分，可以得到较好的催化效果，但由于稀贵金属催化剂的温度敏感性更高，耐热冲击性能较差致使其更易失活，加之稀贵金属作为催化剂时用量大、成本高，因此一直无法工业化。

由此可见，乙炔氢氯化反应制氯乙烯生产中，面临着如下两个技术难题：(1)汞触媒催化剂因可能存在的局部床层温升过高而导致的汞流失；(2)正在研发的稀贵金属催化剂对温度的敏感性更高，急需对催化床层中的催化反应进行精确的传热过程调控，进而大幅提高催化剂稳定性和寿命以实现工业化应用。鉴于此，以蜂窝状整体催化剂、丝网编织类结构化催化剂、膜催化剂、开孔泡沫结构化催化剂为典型代表的传统结构化催化剂已无法对床层催化反应的热量进行精确调控。因此，需要研发新型的乙炔氢氯化反应结构化催化剂以满足更高传热要求的催化反应过程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于致密管壁中空泡沫材料的乙炔氢氯化反应结构化催化剂及其制备方法，解决现有技术中传热过程无法精细调控等问题。

本发明的技术方案是：

一种基于致密管壁中空泡沫材料的乙炔氢氯化反应结构化催化剂，该结构化催化剂的第一载体含有致密管壁中空泡沫材料，该材料的结构在宏观上由支撑骨架(a)三维连通以形成开孔(b)网络结构；其中，支撑骨架(a)本身具有尺寸可控的、中空的微通道(c)，该微通道(c)的内腔横断面为三角形、矩形、圆状、近圆状或椭圆状，中空微通道(c)的管壁本体为致密结构管壁。

所述的基于致密管壁中空泡沫材料的乙炔氢氯化反应结构化催化剂，结构化催化剂所含的中空泡沫材料的如下的一处部位或两处以上部位直接作为催化载体的具体承担部位用以负载催化活性组分和助催化组分：中空微通道管壁的内壁、中空微通道管壁的外壁、中空微通道管壁本体。

所述的基于致密管壁中空泡沫材料的乙炔氢氯化反应结构化催化剂，该结构化催化剂所含的中空泡沫材料，由支撑骨架三维连通以形成开孔网络结构的网孔尺寸(d1)为0.2mm～20mm；致密管壁中空微通道的外径尺寸(d2)为0.1mm～10mm，内径尺寸(d3)为0.02mm～9mm。

所述的基于致密管壁中空泡沫材料的乙炔氢氯化反应结构化催化剂，结构化催化剂含有第二载体，第二载体的存在形式为如下一种或两种以上方式：