[发明专利]一种用于催化醋酸生产丙酮的催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及化工领域，尤其涉及一种复合氧化物催化剂，具体地，是一种用于催化醋酸生产丙酮的催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

丙酮，作为一种重要的基础化工原料，其结构简式为CH₃COCH₃，是饱和脂肪酮系列中最简单的酮，具有特殊气味，蒸气与空气混合可形成爆炸性混合物，爆炸极限为2.55％～12.8％(体积)。此外，丙酮的蒸气压为53.32(kPa，9.5℃)，燃烧热为1788.7(kJ/mol)；丙酮可与水混溶，也可混溶于乙醇、乙醚、氯仿、油类、丙醇、烃类等多数有机溶剂，可溶解许多有机产物如树脂、醋酸纤维、乙炔等，是优良的有机溶剂。在工业上，丙酮除作为溶剂用于炸药(制造硝化棉的溶剂)、塑料、橡胶、纤维、制革、油脂、喷漆等行业中，还可作为合成烯酮、醋酐、碘仿、聚异戊二烯橡胶、甲基丙烯酸、甲酯、氯仿、环氧树脂等物质的重要原料。

目前来看，丙酮在中国主要用于生产甲基丙烯酸甲酯(MMA)、双酚A、医药、防老剂等。以2015年为例，溶剂和双酚A分别占丙酮消费总量的34％和25％，丙酮氰醇/甲基丙烯酸甲酯(ACH/MMA)约占总消费量的12％。

现阶段，丙酮的生产方法主要有异丙醇法、异丙苯法(苯酚丙酮法)、乙炔水合法和丙烯直接氧化法(已基本淘汰)等。具体地：

(1)异丙醇法：丙烯水合生成异丙醇，异丙醇脱氢生成丙酮，其方程式如下：

(2)异丙苯法：丙烯和苯反应生成异丙苯，再氧化、分解生成苯酚和丙酮，其方程式如下：

其中，异丙醇法生产丙酮一般是以丙烯为起始原料，首先水合生成异丙醇，再脱氢生成丙酮。而异丙苯法是以丙烯和苯为原料，先生成异丙苯，再氧化、裂解生成苯酚和丙酮。当前世界上丙酮的工业生产以异丙苯法为主，该技术主要的专利生产商有Kellogg Brown&Root公司、三井化学公司和UOP公司。中国当前有80％以上的丙酮是经由异丙苯法生产的。以上两种方法，无论是哪个路径，生产一分子的丙酮，必消耗一分子的丙烯。从成本上计算，虽然以丙烯为原料直接生产丙酮是没有利润，但苯酚丙酮工艺依靠苯酚的高位价格拉动，该方法在当前依然有一定的经济效益。

由于当前中国丙酮的消耗量较大，但是自给率非常低，因此，国内产量不能满足国内需求，每年都需要大量进口丙酮。中国1996年进口丙酮10.1万吨；2004年达到25.4万吨，约占当年国内总消费量的50.8％；2005年进一步增加到33.7万吨，约占国内总消费量的54.5％；2012年进口为69.0万吨，约占国内总消费量的50.4％。2013、2014年全国化工市场萎缩，丙酮的年进口量依然将近为50万吨。其中，我国1998-2014年丙酮的年产量、进口量和表观消耗量以及自给率情况见表1。

表1我国1998～2014年丙酮的生产、进口和消耗量统计表

虽然，近年来中国国内主要苯酚、丙酮生产企业纷纷进行扩能改造及新建了生产装置，实现了丙酮年产量的逐年递增，已经由1998年的12万吨，增加到2004的22.5万吨和2014年的87.0万吨(产能159万吨，开工率54.7％)。但是自2010年起，由于建筑、汽车、电子、家电等苯酚的终端市场开始萎缩，致使苯酚产能过剩，市场竞争激烈，产品价格走低。而原料纯苯价格却不断上涨，在原料高成本和产品低价格的双重夹击下，苯酚利润大减。受此影响，苯酚丙酮装置开工率下降，造成丙酮供应紧张，并导致丙酮价格不断上扬。预计未来，随着苯酚市场的持续萎缩，苯酚丙酮的开工率将维持在低位，国内丙酮市场的自给率将维持在较低水平，价格也会在高位运行。

事实上，除了上述生产方法外，以醋酸为原料也可以生产丙酮，其方程式如下：