[发明专利]一种前后台两段式组合催化剂及其应用

说明书

本发明提供了一种前后台两段式组合催化剂及其应用，属于催化剂技术领域。本发明中前台催化剂起到活化氯化氢的作用，能够为后台催化剂减轻负荷。本发明使用NM‑IL/S₂作为后台催化剂，其中离子液体能够增加贵金属的分散度，抑制贵金属流失；在本发明中，后台催化剂承担了主要的催化负荷，由于氯化氢已被前台催化剂活化，在进行二次催化反应时后台催化剂具有高催化效率，能够满足满足工业上乙炔转化率需达到97％以上的要求，同时，由于前台催化剂已经对氯化氢进行了活化，在后台催化剂进行催化乙炔转化为氯乙烯时，能够避免“飞温”现象，从而提高催化剂的使用寿命。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，特别涉及一种前后台两段式组合催化剂及其应用。

背景技术

聚氯乙烯(PVC)是第三大通用塑料，一般由其单体氯乙烯经聚合反应得到。由于我国富煤、贫油、少气的能源赋存特点，煤基电石乙炔法制备氯乙烯是我国聚氯乙烯生产的主流工艺。然而现有合成氯乙烯所用的催化剂为氯化汞、以金属氯化物为活性组分的无汞氯化物，由于汞触媒具有易升华容易升华、流失，其高毒性不仅对环境造成严重污染，而且也严重危害人们的身体健康。因此人们逐渐将研究重点放在了无汞催化剂的研发上。

目前在无汞催化剂的研发上主要从贵金属、非贵金属、非金属三个方面研究。文献报道金(ACS Catalysis.2018,8,8493-8505；Journal ofCatalysis.2018,365,153-162；Journal ofCatalysis.2017,350,149-158)、钯(Petroleum Science andTechnology.2010,28,1825-1833)、钌(RSC Advances.2013,3,21062；Applied CatalysisB:Environmental.2016,189,56-64)、铂(Nature Catalysis.3,376-385)贵金属可在较低的负载量下表现出超高的催化活性，但是由于其较高的反应温度、超高的催化活性导致的强放热效应，导致“飞温”现象，严重影响催化剂的稳定性，降低催化剂的使用寿命，不能满足工业上长时间稳定的需求，且其使用成本和回收成本均较高。

目前工业上催化生产氯乙烯采用的是前后台两段式生产工艺，前后两段装填相同的催化剂，前台第一段催化剂实现大部分乙炔的转化，后台第二段催化剂实现微量乙炔的转化，保证出口乙炔含量的稳定。从反应机理的角度来说，乙炔的吸附和活化较容易，而氯化氢的吸附和活化是反应的速率控制步骤。由于前台第一段催化剂需要转化90％以上的乙炔，其活性降低较快，当前台催化剂活性不足时，实际生产时会将前台催化剂和后台催化剂对调(即“倒台”)，从而节约催化剂的成本，但这样做会降低生产效率。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种前后台两段式组合催化剂及其应用，本发明提供的组合催化剂成本低，催化效率高、使用寿命长，且不需要“倒台”。

为了实现上述发明的目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种前后台两段式组合催化剂，包括用于第一段反应的前台催化剂和用于第二段反应的后台催化剂；

所述前台催化剂为非金属碳基材料、金属氧化物、铜基合金和化学组成为CM-H/S₁的催化剂中的一种或几种；

所述CM-H/S₁中CM为廉价金属化合物，H为非金属杂原子化合物，S为第一多孔固体载体；

所述非金属碳基材料为含有氮、氧、磷、硫、硼和氟元素中的一种或几种的碳基材料；

所述金属氧化物为氧化铬、氧化铈、氧化锰、氧化铝、氧化铜、和氧化钌中的一种或几种；

所述铜基合金为CuSn合金、CuIn合金、CuFe合金、CuBi合金、CuGa合金和CuGe合金中的一种或几种；