[发明专利]一种用于1,2-二氯乙烷裂解制氯乙烯的非金属催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种用于1,2‑二氯乙烷裂解制氯乙烯的非金属催化剂，所述非金属催化剂为活性炭载体担载改性氮化碳，其制备方法为：首先利用浸渍法将合成氮化碳所需前驱体负载到活性炭上，经干燥后，再于含氧气氛和一定温度下对其进行一定时间的预氧化处理，最后于惰性气氛和一定温度下进行焙烧处理。该催化剂可在固定床反应器中通过气固相反应催化1,2‑二氯乙烷裂解制备氯乙烯。与现有的1,2‑二氯乙烷裂解制氯乙烯的非金属催化剂相比，本发明提供的催化剂具有显著的性能优势，在保持优异的氯乙烯选择性的同时(99％以上)，1,2‑二氯乙烷的转化率更高(可达98％)，以及良好的抗积炭性能和稳定性表现(100h)。

技术领域

本发明涉及1,2-二氯乙烷裂解制氯乙烯催化剂技术领域，具体涉及一种用于1,2-二氯乙烷裂解制氯乙烯的非金属催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

聚氯乙烯是世界五大工程塑料之一，被广泛应用于现代工业的各个领域。氯乙烯是合成聚氯乙烯的唯一单体。目前氯乙烯的合成主要分为电石法和平衡法。前者通过电石法制备乙炔，再与氯化氢发生氢氯化反应可以得到氯乙烯。电石法依赖于煤炭资源，我国主要采用该法生产氯乙烯。平衡法是基于石油化工路线生产氯乙烯的方法，即利用乙烯直接氯化或氧氯化反应首先得到1,2-二氯乙烷，后者再发生热裂解获得氯乙烯单体。

工业上1,2-二氯乙烷裂解工艺通常在裂解炉中进行，反应温度在450～550℃，压力2.0～2.5MPa。该工艺存在以下不足：首先是能耗较高。由于1,2-二氯乙烷裂解是个吸热反应，升高温度对化学反应不利，表现为1,2-二氯乙烷的平衡转化率下降。实际上，目前工艺条件下1,2-二氯乙烷的单程转化率只有50～60％，因而能耗较高。另一个不足之处在于结焦和副产物的生成，特别是在高温反应条件下更为严重，氯乙烯的选择性仅为97％左右。上述不足增加了产品的制造成本，同时也反映出氯碱行业对1,2-二氯乙烷裂解新工艺的期待。

现有的研究表明，多相催化剂的参与能够显著提升1,2-二氯乙烷的裂解性能。例如，当采用活性炭担载金属盐或者氮、磷、硼等元素修饰的碳材料作为催化剂时，1,2-二氯乙烷的裂解反应可以在较低的反应温度下(230～300℃)获得不错的活性以及99％以上的氯乙烯选择性。天津大学张金利等在申请号为201510051586.9的中国发明专利中公开了一种以尿素为前驱体制备的氮修饰的活性炭催化剂，在250℃和常压反应条件下得到40％的1,2-二氯乙烷转化率，氯乙烯选择性大于99.5％；以三聚氰胺为前驱体制备的氮修饰的活性炭催化剂，在200℃和0.2MPa反应条件下得到43％的1,2-二氯乙烷转化率，氯乙烯选择性大于99.5％。中国科学院上海高等研究院姜标在申请号为201410534741.8的中国发明专利中公开了一种以三聚氰胺为前驱体制备的氮修饰的活性炭催化剂，在260℃和87h^-1空速下得到47.2％的1,2-二氯乙烷转化率和大于98％氯乙烯选择性。

上述应用于1,2-二氯乙烷裂解反应的碳基非金属催化剂显示出一定的应用潜力，但催化剂的活性仍比较低。此外，这些催化剂的稳定性仍需要进一步验证。目前亟待开发一种更加高效的低温、高活性和高稳定性的非金属碳基裂解催化剂。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于1,2-二氯乙烷裂解制氯乙烯的非金属催化剂及其制备方法和应用，以解决当前用于1,2-二氯乙烷裂解反应的碳基非金属催化剂活性较低以及稳定性不足等问题。

本发明采用以下技术方案：

一种用于1,2-二氯乙烷裂解制氯乙烯的非金属催化剂，非金属催化剂载体为活性炭，活性组分为改性氮化碳；

非金属催化剂由如下步骤制备得到：首先利用浸渍法将合成氮化碳所需前驱体负载到活性炭上，经干燥后，再于含氧气氛和一定温度下对其进行一定时间的预氧化处理，最后于惰性气氛和一定温度下进行焙烧处理。

进一步地，浸渍法采用的溶剂为去离子水，合成氮化碳所需前驱体包括尿素、氰胺或双氰胺。