活化过程对正丁烷氧化制顺酐钒磷氧系催化剂性能影响的研究

本文在丁烷/空气气氛下,系统地考察了活化过程对正丁烷氧化制顺酐钒磷氧系催化剂性能的影响.活化前后的催化剂用XRD、IR、SEM、EPMA、TEM和比表面进行了较全面地表征,并与催化剂的活性进行了关联.结果表明:活化过程对催化剂相转变、比表面积、表面磷钒比(P/V)等有明显的影响.活化前后催化剂的形貌基本不变.实验证明(VO)_2P_2O_7是正丁烷选择性生成顺酐的活性相.催化剂活性防活化时间的增加而增长,并趋于稳定,但活性诱导期随之缩短.通过研究找到了工业催化剂的适宜活化条件,在该条件下活化的催化剂具有活性高、选择性好、活性诱导期短的特点.     

丁烷氧化制顺酐VPO催化剂的制备研究

重点介绍了丁烷氧化制顺酐流化床催化剂的制备工艺：以及催化剂的流化床活性评价装置,还考察了对催化剂的催化性能有重要影响的酸浓度对催化剂催化活性的影响。     

正丁烷氧化制顺酐催化剂的制备及其催化性能

采用有机相法制备了具有优异催化性能的正丁烷氧化制顺酐钒磷氧(VPO)催化剂。通过X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、氮气吸附脱附、X射线光电子能谱(XPS)、热重分析(TG)等方法对催化剂的制备过程进行了研究,分析了催化剂在整个制备过程中物相、价态、形貌和比表面积的变化。在固定床反应器上对正丁烷氧化制顺酐的反应条件进行研究,考察了反应温度、正丁烷浓度和反应空速等条件对催化剂性能的影响。结果表明,催化剂前驱体的主要物相为VOHPO4·0.5H2O。经活化后的催化剂活性相包括(VO)2P2O7(V4+)、VOPO4(V5+)和钒磷云母相(V4+和V5+混合相)。催化剂呈规则的片层结构,具有较高的比表面积,可以达到24.08 m2/g。催化剂在制备过程中需要经过干燥、焙烧和气氛活化,对催化剂的形成具有至关重要的作用。最佳的反应条件:反应温度为395℃,正丁烷摩尔分数为1.4%~1.5%,反应空速为2 000 h-1,此时正丁烷转化率为85%~87%,顺酐收率可达到59%~60%。     

丁烷氧化制顺丁烯二酸酐催化剂活性相的研究

通过活性测试及催化剂表征研究了用于丁烷氧化制顺酐VPO催化剂的反应控制步骤-脱氢反应的机理,分析了(VO)2P2O7(020)面的催化脱氢过程,同时对β—VOPO4相在催化脱氢过程中的作用进行了研究。丁烷氧化制顺酐VPO催化剂中,最重要的活性相是(VO)2P2O7,而(020)面是(VO)2R2O7的活性面。与此同时,β—VOPO4相也是重要的活性相,只有在β—VOPO4相与(VO)2R2O7协同作用下,方可对丁烷分子进行较适当地活化,使脱氢作为控制步骤能够顺利进行。     

焙烧条件对正丁烷选择性氧化制顺酐VPO催化剂性能的影响

采用有机相还原法制备正丁烷选择性氧化制顺酐VPO催化剂,考察不同焙烧条件对催化剂性能的影响,在固定床反应器上评价催化剂性能,确定催化剂最佳的焙烧条件。结果表明,在反应气氛460 ℃焙烧2 h条件下,正丁烷转化率和顺酐选择性分别为80.9%和71.2%,顺酐收率最高达到57.6%。     

丁烷氧化制顺酐VPO催化剂前躯体的研究进展

综述了正丁烷选择性氧化制顺酐VPO催化剂的制备方法和催化机理的研究进展,分析了制备过程中溶剂和还原剂种类、磷钒原子比、还原温度及时间、添加助剂、老化条件、干燥条件及载体添加对催化剂性能的影响,介绍了VPO催化剂选择氧化丁烷制顺酐的反应机理,并展望了VPO催化剂未来的发展方向。     

顺酐生产用VPO催化剂的研究进展

综述了正丁烷选择性氧化制顺酐VPO催化剂的研究进展,介绍了催化剂制备过程中添加载体及助剂对催化剂性能的影响,讨论了正丁烷选择氧化制顺酐的反应机理,并结合国内外研究现状对VPO催化剂未来的发展方向作了展望.     

活化气氛对正丁烷选择性氧化制顺酐催化剂性能的影响

研究了正丁烷选择性氧化制顺酐钒磷氧催化剂的前驱体分别在空气、水蒸汽-空气、正丁烷-空气以及氮气4种活化气氛活化对催化剂性能的影响,采用BET、XRD和XPS等对活化后的催化剂进行表征。结果表明,采用水蒸汽-空气活化的VPO-2催化剂晶相组成较好,钒平均价态为4.19。丁烷氧化评价试验结果表明,VPO-2催化剂的催化性能较好,正丁烷转化率达92.47%,顺酐选择性达60.48%。     

VPO催化剂催化正丁烷氧化工艺条件的研究

采用有机相还原法制备了VPO催化剂,并将其用于正丁烷催化氧化合成顺酐。利用单因素实验考察反应温度、原料气组成和空速对催化反应的影响。结果表明,在反应温度420℃、正丁烷物质的量分数1.5%和体积空速1 800 h-1工艺条件下,正丁烷转化率83.23%,顺酐选择性70.59%。     

活化条件对碳四烃氧化制顺酐VPO催化剂的影响

以V2O5和磷酸为原料,异丁醇为还原剂,合成催化剂前体VOHPO4·0.5H2O,分别在正丁烷/空气、混合碳四/空气气氛中活化得催化剂VPDB和VPDC.采用X射线衍射(XRD)、氢气-程序升温还原实验(H2-TPR)和等离子发射光谱(ICP)等对催化剂进行表征,并考察其分别在正丁烷和混合碳四氧化制顺酐反应中的催化性能.结果表明,催化剂VPDB与VPDC的主要括性相均是(VO)2P2O7相,后者晶格氧的活性较高,比表面积相对较小,两者的钒平均价态分别为4.28和4.12.在相同反应条件下分别进行正丁烷和混合碳四催化氧化反应,VPDC的催化活性均高于VPDB,前者的顺酐选择性低于后者.在相同反应温度下,混合碳四的转化率远大于正丁烷,但混合碳四氧化产物顺酐的选择性较差,故混合碳四催化氧化的适宜反应温度低于正丁烷催化氧化.     

专利信息

厌氧生物法处理顺酐废水；流化床正丁烷氧化制顺酐催化剂的制备方法；顺酐气相加氢γ-丁内酯的催化剂；     

固定床正丁烷氧化制顺丁烯二酸酐助催化剂研究

本文以钒磷氧系催化剂为基础组分,引入统计序贯实验设计方法,添加了具有与V~(4 )离子半径相近的Fe、Co、Cu、Zn四种助剂,采用固定床反应器,对39种含有不同助剂水平的催化剂进行了活性评价。又通过X射线衍射等方法探索了添加助剂的效果与催化剂相组成及结构关系。实验结果表明统计序贯实验设计方法在助剂影响催化剂的实验中是非常有效的,正丁烷氧化制顺酐钒磷氧催化剂可以通过加入具有与V~(4 )离子半径相近的助剂来提高其活性和顺酐的质量收率。X射线衍射结果表明当催化剂主要由(VO)_2P_2O_7相和少量的VOPO_4相组成时,顺酐的质量收率较高。由本文得到的含助剂的催化剂其顺酐质量收率比未加助剂时约提高15—20％(质量)。     

正丁烷氧化制顺酐流化床催化剂的性能

考察了前驱体制备过程中磷酸含量对催化剂性能的影响。由较高含量制得的催化剂,其(VO)2P2O7相含量较多,正丁烷转化率较高。随着酸浓度的减小,δ-VOPO4相的含量逐渐增多,正丁烷转化率随之升高;而顺酐选择性开始时升高,达到最大值后逐渐降低。在酸质量分数为95 0%时制备的催化剂最佳,在丁烷体积分数为4 0%、空速为500h-1的反应条件下,顺酐收率可达45 49%。     

工业级原料制备正丁烷氧化制顺酐VPO催化剂及其催化性能

采用工业级原料制备正丁烷氧化制顺酐VPO催化剂,在固定床反应器中测试催化剂性能。采用粉末X射线衍射表征合成的催化剂样品。结果表明,在反应温度372℃、空速1 500 h~(-1)和反应压力0.11 MPa下,催化剂活性较好,正丁烷转化率达到86.27%,顺酐选择性73.27%,顺酐收率63.11%。长周期试验结果表明催化剂稳定性良好。     

不同P与V比的Mo/VPO催化剂物相组成及其催化性能

采用有机相法制备了不同P与V物质的量比的Mo掺杂VOHPO₄·0.5H₂O前驱体,并通过体积分数为50%空气-40%氮气-10%水蒸汽混合气氛活化得到Mo/VPO催化剂,采用固定床反应器评价其催化正丁烷氧化制顺酐的性能。结果表明,Mo/VPO催化剂催化活性随P与V物质的量比的增大而降低,但顺酐选择性与P与V物质的量比并不呈线性关系,P与V物质的量比为0.9的Mo/VPO催化剂具有最佳的催化性能。XRD分析表明,Mo/VPO催化剂催化正丁烷氧化制顺酐的主要活性物相为(VO)₂P₂O₇和钒磷云母相,形成的主要因素不是P与V物质的量比,而是由焙烧条件决定。低P与V物质的量比的Mo/VPO中存在的少量V₂O₅物相能够提升催化剂的活性和顺酐选择性,但含量过高会因深度氧化降低催化性能。催化剂中存在的钒磷云母相有利于缩短催化剂稳定时间并提升催化性能。     

正丁烷氧化制顺酐流化床催化剂的喷雾成型

对正丁烷氧化制顺酐流化床催化剂的颗粒成型进行了研究,在不同类型的粘合剂和喷雾成型的条件下,实验获得了不同颗粒尺寸和粒度分布的流化床催化剂。利用正交实验设计方法探讨了喷雾操作条件对催化反应活性的影响及其变化规律,同时确定了最佳喷零操作条件。研究发现,催化剂颗粒尺寸在20～200μm,平均粒径在70～80μm左右的催化剂对正丁烷流化床催化反应的效果最好。     

碱土金属醇类低共熔溶剂强化钒磷氧催化剂的制备及催化性能研究

钒磷氧(VPO)催化剂是目前实现正丁烷选择性氧化的唯一工业催化剂。利用金属助剂掺杂以及有机助剂强化是提高VPO催化剂性能的有效手段。本工作通过加入氯化镁醇类金属低共熔溶剂,实现了有机-金属助剂同时对VPO催化剂性能的调控。利用扫描电子显微镜(SEM)、BET全自动比表面与孔隙度分析仪(BET)、X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱仪(XPS)等表征手段,深入探讨了合成过程中加入不同氢键供体乙二醇(EG)、1-4丁二醇(BDO)和甘油(GL)的低共熔溶剂对VPO催化剂微观形貌、比表面积、物相、表面性质和晶相转变温度的影响,同时利用固定床反应器对VPO催化剂催化正丁烷氧化制备顺酐的性能进行了评价。结果表明,氯化镁乙二醇低共熔溶剂调控制备的VPO催化剂具有分散性良好、比表面积大、活性面(020)的数量多、表面P原子富集和表面V平均价态低等特点,在丁烷氧化选择性制顺酐反应中表现出了良好的催化性能,为VPO催化剂的制备提供了新思路。     

Ti/Zr助剂掺杂VPO催化正丁烷选择性氧化制顺酐

采用有机相法制备钒磷氧(VPO)催化剂,并在合成过程中加入Ti/Zr助剂,使用微型固定床反应器评价其催化正丁烷选择性氧化制顺酐的性能,考察了不同助剂元素及其化合物形式和添加量对催化剂性能的影响,分析了添加助剂对催化剂晶相及微观形貌的影响. 结果表明,加入助剂未改变催化剂的晶相结构,但促进了活性相(VO)2P2O7生成,且使反应后催化剂微观形貌发生改变,片层更破碎,活性相暴露,同时生成了利于反应的微量V5+;助剂金属Ti和Zr与V元素间的相互作用对催化剂表面P浓度及V价态都有一定影响;与不加助剂的VPO催化剂相比,相同反应条件下,Ti/Zr助剂修饰的VPO催化性能显著提高,摩尔比Zr/V为1.5%的Zr(NO3)4为助剂的催化剂的催化性能最佳,稳定状态下正丁烷的转化率高达99.1%,顺酐收率为54.4%.     

不饱和聚酯树脂单体—顺酐催化剂载体的选择

本文对苯氧化制顺酐催化剂载体的选择进行了专门论述,提出了载体的几何模型,进行了分析比较.通过计算确定载体的最佳颗粒度.讨论了载体的化学组成,并从载体的物性角度论述了载体的晶相、显气孔率、孔径及其分布等对顺酐催化剂性能的影响.     

正丁烷氧化制顺酐流化床催化剂性能

实验考察了以正戊醇为还原剂的前驱体制备过程中磷酸浓度对催化剂性能的影响.在较高的磷酸浓度范围内制得的催化剂,V⁴⁺相(VO)₂P₂O₇的量较大,正丁烷的转化率都较高.磷酸浓度减少,V⁵⁺相δ-VOPO₄的相对量逐渐增大,正丁烷的转化率随之升高,而对顺酐的选择性开始时升高,达到最大点后则逐渐降低.在最佳磷酸浓度101.7% 时制备出的催化剂,在进气丁烷浓度为4.0 %、空速为500h^-1的反应条件下,顺酐的最高收率为47.67%(mol).