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CN102000613B - 一种铁系催化剂失活再生的方法 - Google Patents

一种铁系催化剂失活再生的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种铁系催化剂失活再生的方法,所述铁系催化剂为催化2,6-二甲基苯酚生产聚苯醚所用的催化剂,其含有Fe2O3、In2O3。本发明的方法包括如下步骤:取失活的催化剂,通入空气在450-500℃下焙烧除去催化剂中的结焦碳,然后粉碎,用10-63%的硝酸或硝酸与盐酸的混合液在60-150℃下热溶解,对酸化的反应液进行检测,根据检测结果计算,相应的补加所需的硝酸铬、硅酸钠和铟。

Description

一种铁系催化剂失活再生的方法
技术领域
本发明涉及一种催化剂失活再生的方法,具体涉及含有Fe2O3、In2O3的铁系催化剂失活再生的方法。 
背景技术
2,6-二甲基苯酚是生产聚苯醚的重要单体,其中生产用的催化剂经过使用后,催化剂由于堆积较严重而失活,目前生产中失活的催化剂往往被作为废渣处理。 
本发明所使用的催化剂是以铁铟系为主体的铁系催化剂,主要成分为Fe2O3、In2O3。因此,在失活催化剂中含有较多的Fe2O3、In2O3,还含有少量的氧化硅、氧化铬,以及氧化钙等物质。其中,In2O3是较贵重金属,又是催化剂的主要成分,从节省资源,减少污染等方面来说,都必须对失活催化剂进行回收利用。 
《工业催化》2000.1中的《苯酚气相甲基化催化剂单管放大及再生试验研究》提出:在480℃下,向反应设备中通入空气焙烧失活的催化剂。该方法虽有一定的效果,但需经四次再生催化剂,如仅一两次再生,则再生催化剂寿命较短,经评价不超过一月;另外,再生过于频繁,不利于大生产;第三,通空气焙烧设备空间过小,有爆炸隐患存在。 
另外相关的《Fe2O3催化甲基化合成2,3,5-三甲基苯酚及其失活的研究》、《从合成甲醇废催化剂回收铜锌》、《废甲醇催化剂的回收》、《甲醇生产中废催化剂回收新工艺》均有不同的再生方法,但尚未发现针对催化2,6-二甲基苯酚生产聚苯醚所用的催化剂,用酸溶法对失活催化剂进行再生以及对其中各成分进行充分回收的方法。 
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明提供一种铁系催化剂失活再生的方法,所述铁系催化剂为催化2,6-二甲基苯酚生产聚苯醚所用的催化剂,其主要含有Fe2O3、In2O3,还含有少量的氧化硅、氧化铬,以及氧化钙等物质,其中各物质的摩尔比分别为Fe2O3∶In2O3∶Cr2O3∶SiO2∶CaO=100∶3.8∶1∶1∶0.2。 
本发明的方法包括如下步骤: 
1)取失活的催化剂,在反应设备中通入空气焙烧除去催化剂中的包括结焦碳的结焦物,然后粉碎; 
2)取粉碎的催化剂,加入溶解酸进行热溶解反应,所述溶解酸为硝酸与盐酸的混合液,优选王水,以再生催化剂使其转化为可溶性的硝酸盐和/或盐酸盐的溶液; 
3)当反应液中所述溶解酸的质量百分含量以硝酸计为14-16%时,继续搅拌反应1.5-2.5小时,然后静置46-50小时,过滤,得到滤液; 
4)检测步骤3)的滤液中铁、铬、钠和铟的含量,换算成硝酸铁、硝酸铬、硅酸钠和铟的质量百分含量,分别为a、b、c和d; 
5)将600/a克滤液、6-(600/a)×b克硝酸铬、5-(600/a)×c克硅酸钠,以及用30-37%盐酸溶解的6.4-(600/a)×d克铟加入到反应器中,搅拌,逐滴加入沉淀剂至中性,放置12-24小时,过滤,得到滤饼;6)烘干滤饼,然后焙烧2-6小时。 
优选地,步骤1)所述焙烧为在450-500℃下焙烧4-10小时;更优选地,在450-475℃下焙烧4-10小时。 
优选地,步骤2)所述热溶解为在60-150℃下溶解4-10小时;优选地,所述热溶解的温度为60-110℃;更优选地,所述热溶解的温度为80-100℃。 
优选地,步骤2)所述硝酸的浓度为10-63%,更优选地,所述硝酸的浓度为36%。 
优选地,步骤5)所述沉淀剂为10-25%氨水。 
优选地,步骤6)所述烘干的温度为100-200℃,所述焙烧的温度为400-600℃。 
本发明还提供一种评价采用上述方法再生的铁系催化剂活性的方法,该方法包括如下步骤:将所述催化剂压成Φ3mm-Φ5mm颗粒,装入带有熔盐(硝酸钾、硝酸钠、亚硝酸钠的混合物)加热的反应器中,与摩尔比为苯酚∶甲醇∶水=1∶1-5∶1-5的溶液反应,反应温度为330-380℃,液空速为0.7-0.9h-1,根据反应结果,评价再生催化剂的寿命、苯酚转化率和2,6-二甲基苯酚选择性(以气相色谱检测反应液中2,6-二甲基苯酚的含量,然后用其除以苯酚的转化率)。 
本发明的铁系催化剂失活再生的方法具有如下优点: 
1.工艺简单 
采用酸溶法对失活的催化剂进行再生,并且对失活催化剂中的有用成分铁、铬、铟以硝酸盐和盐酸盐混合液的形式进行回收,简化了再生和回收工艺;同时,在催化剂正常生产过程中必须将铁、铬、铟等原料处理成盐混合液,而本发明得到的硝酸盐和盐酸盐混合液可直接用于催化剂生产的中间过程,既简化了催化剂的制备工艺,又降低了催化剂的生产成本。 
2.回收率高 
Fe2O3、In,以及氧化铬的回收率均可达90%以上,氧化硅的含量能达到80%以上,有效地节省了铁、铬、铟等资源;回收率高、操作方便。 
3.安全无污染 
回收工艺安全可靠,在焙烧炉附有尾气吸收装置,用于吸收主要的废物排放,不会造成新的污染。 
4.经济效益 
再生时,所需要的主原材料少,只需补充相应量的硝酸铬、硅酸 钠和铟即可,成本只有催化剂制备成本的十分之一,是一种理想的再生催化剂方法。 
5.再生后的催化剂的寿命在三个月以上,与活性用合成制备的催化剂没有太大的区别。 
6.再生后的催化剂的粒径大小对催化剂的活性影响不大。 
以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。 
具体实施方式
实施例1 
取200克失活催化剂,放入马弗炉中,在475℃通入空气焙烧除去结焦物,保持空气的通入量为20L/h,保温4h。粉碎后备用。 
取143克上述粉碎的催化剂,放入带冷凝器搅拌及加热的2000ml三口瓶中,加36%的硝酸1000克30%盐酸300克,搅拌下升温,在100℃保温8小时。 
用酸碱中和的方法检测反应液中硝酸的含量,当含量达到15%,继续搅拌反应2小时。停止搅拌和加热,静置48小时。 
待温度冷却至室温,过滤,用原子吸收法检测滤液中铁、铬、钠和铟的含量,换算成硝酸铁、硝酸铬、硅酸钠和铟的质量百分含量。 
滤液中硝酸铁的含量为a(47.97%),硝酸铬的含量为b(0.45%),硅酸钠的含量为c(0.32%),铟含量为d(0.48%)。搅拌下,向带搅拌的20L的反应器中,加入1250克滤液、0.38克硝酸铬、1.0克硅酸钠。 
用60ml 30%盐酸溶解0.4克铟。溶解完后加入到上述混合的溶液中,搅拌0.5小时后,逐滴滴加15%氨水将溶液调节到中性。再搅拌0.5小时,放置24小时。过滤。 
在180℃下烘干滤饼,烘干后,用120克0.5%草酸钙浸渍,在480℃焙烧4小时,得到再生的催化剂。 
经计算,Fe2O3、In,以及氧化硅和氧化铬的回收率如下:Fe2O3为90%,In为93%,氧化铬为93%,氧化硅为80%。 
将再生的催化剂压成Φ3mm颗粒,装入到带有熔盐(硝酸钾、硝酸钠、亚硝酸钠的混合物)加热的单管反应器中,控制反应温度为330℃,常压,液空速0.9h-1,与摩尔比为苯酚∶甲醇∶水=1∶2∶1的溶液反应,评价催化剂的寿命、苯酚转化率和2,6-二甲基苯酚选择性,评价结果见表1。 
实施例2 
取200克失活催化剂,放入马弗炉中,在450℃通入空气焙烧除去结焦物,保持空气的通入量为20L/h,保温8h。粉碎后备用。取143克上述粉碎的催化剂,放入带冷凝器搅拌及加热的2000ml三口瓶中,加36%的硝酸1210克30%盐酸300克,搅拌下升温,在150℃保温4小时。 
用酸碱中和的方法检测反应液中硝酸的含量,当含量达到15%,继续搅拌反应1.5小时。停搅拌和加热,静置50小时。 
待温度冷却至室温,过滤,用原子吸收法检测滤液中铁、铬、钠和铟的含量,然后按照实施例1的方法补充相应的量,同法操作,得到再生的催化剂。 
将再生的催化剂压成Φ4mm颗粒,装入到带有熔盐(硝酸钾、硝酸钠、亚硝酸钠的混合物)加热的单管反应器中,控制反应温度为380℃,常压,液空速0.9h-1,与摩尔比为苯酚∶甲醇∶水=1∶3∶1的溶液反应,评价催化剂的寿命、苯酚转化率和2,6-二甲基苯酚选择性,评价结果见表1。 
实施例3 
取200克失活催化剂,放入马弗炉中,在460℃通入空气焙烧除去结焦物,保持空气的通入量为20L/h,保温10h。粉碎后备用。 
取143克上述粉碎的催化剂,放入带冷凝器搅拌及加热的1500ml三口瓶中,加王水600克,搅拌下升温,在100℃保温8小时。 
用酸碱中和的方法检测反应液中王水的含量,当含量达到15%, 继续搅拌反应2.5小时。停搅拌和加热,静置46小时。 
待温度冷却至室温,过滤,用原子吸收法检测滤液中铁、铬、钠和铟的含量,然后按照实施例1的方法补充相应的量,同法操作,得到再生的催化剂。 
将再生的催化剂压成Φ5mm颗粒,装入到带有熔盐(硝酸钾、硝酸钠、亚硝酸钠的混合物)加热的单管反应器中,控制反应温度为350℃,常压,液空速0.9h-1,与摩尔比为苯酚∶甲醇∶水=1∶5∶1的溶液反应,评价催化剂的寿命、苯酚转化率和2,6-二甲基苯酚选择性,评价结果见表1。 
实施例4 
取200克失活催化剂,放入马弗炉中,在470℃通入空气焙烧除去结焦物,保持空气的通入量为20L/h,保温6h。粉碎后备用。 
取143克上述粉碎的催化剂,放入带冷凝器搅拌及加热的1500ml三口瓶中,加王水1500克,搅拌下升温,在100℃保温8小时。 
用酸碱中和的方法检测反应液中王水的含量,当含量达到15%,继续搅拌反应2小时。停搅拌和加热,静置48小时。 
待温度冷却至室温,过滤,用原子吸收法检测滤液中铁、铬、钠和铟的含量,然后按照实施例1的方法补充相应的量,同法操作,得到再生的催化剂。 
将再生的催化剂压成Φ3mm颗粒,装入到带有熔盐(硝酸钾、硝酸钠、亚硝酸钠的混合物)加热的单管反应器中,控制反应温度为330℃,常压,液空速0.9h-1,与摩尔比为苯酚∶甲醇∶水=1∶3∶1的溶液反应,评价催化剂的寿命、苯酚转化率和2,6-二甲基苯酚选择性,评价结果见表1。 
实施例5 
取200克失活催化剂,放入马弗炉中,在475℃通入空气焙烧除去结焦物,保持空气的通入量为20L/h,保温4h。粉碎后备用。 
取143克上述粉碎的催化剂,放入带冷凝器搅拌及加热的1500ml三口瓶中,加36%的硝酸1210克30%盐酸300克,搅拌下升温,在80℃保温10小时。 
用酸碱中和的方法检测反应液中硝酸的含量,当含量达到14%,继续搅拌反应2小时。停搅拌和加热,静置48小时。 
待温度冷却至室温,过滤,用原子吸收法检测滤液中铁、铬、钠和铟的含量,然后按照实施例1的方法补充相应的量,同法操作,得到再生的催化剂。将再生的催化剂压成Φ3mm颗粒,装入到带有熔盐(硝酸钾、硝酸钠、亚硝酸钠的混合物)加热的单管反应器中,控制反应温度为380℃,常压,液空速0.9h-1,与摩尔比为苯酚∶甲醇∶水=1∶5∶2的溶液反应,评价催化剂的寿命、苯酚转化率和2,6-二甲基苯酚选择性,评价结果见表1。 
实施例6 
取200克失活催化剂,放入马弗炉中,在475℃通入空气焙烧除去结焦物,保持空气的通入量为20L/h,保温4h。粉碎后备用。 
取143克上述粉碎的催化剂,放入带冷凝器搅拌及加热的1500ml三口瓶中,加36%的硝酸1210克和30%盐酸300克,搅拌下升温,在100℃保温8小时。 
用酸碱中和的方法检测反应液中硝酸的含量,当含量达到16%,继续搅拌反应2小时。停搅拌和加热,静置48小时。 
待温度冷却至室温,过滤,用原子吸收法检测滤液中铁、铬、钠和铟的含量,然后按照实施例1的方法补充相应的量,同法操作,得到再生的催化剂。 
将再生的催化剂压成Φ4mm颗粒,装入到带有熔盐(硝酸钾、硝酸钠、亚硝酸钠的混合物)加热的单管反应器中,控制反应温度为330℃,常压,液空速0.7h-1,与摩尔比为苯酚∶甲醇∶水=1∶5∶1的溶液反应,评价催化剂的寿命、苯酚转化率和2,6-二甲基苯酚选择性,评价 结果见表1。 
实施例7 
取200克失活催化剂,放入马弗炉中,在475℃通入空气焙烧除去结焦物,保持空气的通入量为20L/h,保温4h。粉碎后备用。 
取143克上述粉碎的催化剂,放入带冷凝器搅拌及加热的2000ml三口瓶中,加42%的硝酸1000克30%盐酸300克,搅拌下升温,在100℃保温8小时。 
用酸碱中和的方法检测反应液中硝酸的含量,当含量达到15%,继续搅拌反应2小时。停止搅拌和加热,静置48小时。 
待温度冷却至室温,过滤,用原子吸收法检测滤液中铁、铬、钠和铟的含量,然后按照实施例1的方法补充相应的量,同法操作,得到再生的催化剂。 
将再生的催化剂压成Φ5mm颗粒,装入到带有熔盐(硝酸钾、硝酸钠、亚硝酸钠的混合物)加热的单管反应器中,控制反应温度为330℃,常压,液空速0.8h-1,与摩尔比为苯酚∶甲醇∶水=1∶5∶1的溶液反应,评价催化剂的寿命、苯酚转化率和2,6-二甲基苯酚选择性,评价结果见表1。 
表1再生催化剂的评价 
Figure DEST_PATH_GSB00000704316100071
注:1.以上结果是用气相色谱检测,检测频率为2小时一次。 
2.苯酚的转化率=反应的苯酚/(未反应的苯酚+反应的苯酚); 
3.2,6-二甲酚的选择性=(产物中2,6-二甲酚苯酚含量)/苯酚的转化率 

Claims (10)

1.一种铁系催化剂失活再生的方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)取失活的催化剂,在反应设备中通入空气焙烧,粉碎;
2)取粉碎的催化剂,加入溶解酸进行热溶解反应,所述溶解酸为硝酸与盐酸的混合液;
3)当反应液中所述溶解酸的质量百分含量以硝酸计为14-16%时,继续搅拌反应1.5-2.5小时,然后静置46-50小时,过滤,得到滤液;
4)检测步骤3)的滤液中铁、铬、钠和铟的含量,换算成硝酸铁、硝酸铬、硅酸钠和铟的质量百分含量,分别为a、b、c和d;
5)将600/a克滤液、6-(600/a)×b克硝酸铬、5-(600/a)×c克硅酸钠,以及用30-37%盐酸溶解的6.4-(600/a)×d克铟加入到反应器中,搅拌,逐滴加入沉淀剂至中性,放置12-24小时,过滤,得到滤饼;
6)烘干滤饼,然后焙烧2-6小时;
其中,所述铁系催化剂为催化2,6-二甲基苯酚生产聚苯醚所用的催化剂,其含有Fe2O3、In2O3,还含有少量的氧化硅、氧化铬,以及氧化钙,其中各物质的摩尔比为Fe2O3∶In2O3∶Cr2O3∶SiO2∶CaO=100∶3.8∶1∶1∶0.2。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤1)所述焙烧为在450-475℃下焙烧4-10小时。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,步骤2)所述热溶解为在60-110℃下溶解4-10小时。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,步骤2)所述热溶解的温度为80-100℃。
5.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,步骤2)所述硝酸的浓度为10-63%。
6.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,步骤2)所述溶解酸为王水。
7.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,步骤5)所述沉淀剂为10-25%氨水。
8.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,步骤6)所述烘干的温度为100-200℃。
9.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,步骤6)所述焙烧的温度为400-600℃。
10.一种评价权利要求1-9所述方法再生的铁系催化剂活性的方法,其特征在于,按下述步骤进行:将所述催化剂压成Φ3mm-Φ5mm颗粒,装入带有熔盐加热的反应器中,与摩尔比为苯酚∶甲醇∶水=1∶1-5∶1-5的溶液反应,反应温度为330-380℃,液空速为0.7-0.9h-1,根据反应结果,评价再生催化剂的寿命、苯酚转化率和2,6-二甲基苯酚选择性。
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