[发明专利]陶瓷纤维负载型高温反应催化剂的制备方法

说明书

本发明属于陶瓷纤维负载型高温反应催化剂的制备技术。

高温催化反应，如：烃类氧化、氧化脱氢、异构化、烃类的彻底氧化等所用的催化剂，在反应过程中，由于反应温度高，催化剂层的温度分布不均匀，往往造成烧结、积炭、催化剂的活性组分流失等现象，因此严重的影响了催化剂的寿命。特别是在甲烷氧化偶联高温催化反应中，所用的催化剂含有碱金属、碱土金属等，活性组分的流失更为严重。针对上述问题，我们经过反复实验，终于找到了耐高温性能好的陶瓷纤维做为固定床催化剂的载体，制成了陶瓷纤维负载型高温反应催化剂。本发明具有如下特点：

1.活性组分的用量只是原来催化剂用量的四分之一或更少，在650～750℃仍能保持或高于原有C₂活性、选择性。

2.减少了催化剂对反应设备的腐蚀性，抑制了活性组分的流失。

3.本发明是将催化剂负载在陶瓷纤维上，从而增加了反应气的接触面积，使催化剂相的活性点分布均匀，有利于催化反应。

4.陶瓷纤维本身耐高温，添加后仍保持其化学稳定性，所以不改变原来催化剂活性组分的性质。由于活性组分均匀分散在陶瓷纤维上，因此反应温度分布均匀，避免或减少了积炭，从而延长了催化剂的寿命。

5.制备工艺简单，降低了成本，提高了经济效益。

本发明是将原高温反应催化剂如：烃类氧化、氧化脱氢、异构化、烃类彻底氧化、甲烷氧化偶联等所用的催化剂，研成160目以下的粉末，用水浸湿与陶瓷纤维均匀混合。原催化剂与水的重量比例为1∶25～35。原催化剂与陶瓷纤维的重量比为：1∶3～5。陶瓷纤维的孔容积为7毫升/克左右，因此可使催化剂颗粒均匀负载在陶瓷纤维上，负载后的陶瓷纤维在110℃烘干2小时，在800℃下焙烧3小时以上即可得到陶瓷纤维负载型高温反应催化剂。甲烷氧化偶联合成乙烯、乙烷所用的陶瓷纤维负载型高温反应催化剂制备过程是：

首先，将碱金属如Li、Na、K，碱土金属如Mg、Ca、Ba、Sr的可溶性盐如硝酸盐、碳酸盐、硫酸盐、氯化物等浸渍在稀土氧化物如La₂O₃、CeO₃、Sm₂O₃等固体粉末上。碱金属、碱土金属和稀土氧化物的最佳摩尔比为：(0.5～15)∶(1～20)∶(20～50)。浸渍时间10分钟以上，最好是半小时左右，浸渍后呈润湿状，在110℃烘干2小时左右，再在450℃焙烧3小时左右，最后在800℃焙烧4小时以上。

其次，将上述焙烧好的催化剂活性组分研成160目以下的粉末，取1克加入30毫升水，浸湿后与4克陶瓷纤维混合，使催化剂活性组分均匀负载在陶瓷纤维上，然后在110℃烘干2小时，再在800℃焙烧3小时以上即得到陶瓷纤维负载型高温反应催化剂。

评价催化剂的反应与装置：采用固定床石英反应器，内径为6毫米，反应温度在500～800℃之间，原料气甲烷与氧气的体积配比为：(10～3)∶1，采用的催化反应为甲烷氧化偶联制乙烯、乙烷。

实施例

称取5克La₂O₃，研碎；将同La₂O₃的摩尔比为1∶36的Ba(NO₃)₂的水溶液浸渍在La₂O₃上之后在110℃烘干，再将同La₂O₃的摩尔比为：0.5∶36的K₂SO₄水溶液浸在Ba(NO₃)₂～La₂O₃固体上，然后在110℃烘干2小时，在800℃焙烧3小时以上即得K∶Ba∶La＝0.5∶1∶36的K₂SO₄-BaO-La₂O₃的催化剂。取上述制备的催化剂(无陶瓷纤维负载)0.2克，放入评价催化剂的装置中。反应气中，甲烷与氧气的体积比为7∶1，总流速为64毫升/分，反应温度650～750℃情况下，甲烷转化率，C₂烃收率(C₂＝C₂＝+C₂⁰，C²＝为乙烯，C₂⁰为乙烷)和C₂烃的选择性列于下表中：