專利名稱：一種順丁烯二酸酐的生產方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種順丁烯二酸酐的生產方法。
背景技術：
順丁烯二酸酐(簡稱順酐、又稱馬來酸酐)是重要的有機化工原料，它已成為僅次于苯酐的第二大有機酸酐。目前，順酐主要用于生產合成樹脂、食品、農藥、醫(yī)藥、造紙、涂 料、紡織等工業(yè)，市場對順酐的需求日益增長。生產順酐主要以苯、正丁烷或丁烯為原料，目前以苯為原料生產順酐占國內順酐總產量的60%。為了能使工業(yè)上更有效的通過氣相催化氧化苯的方法來生產順酐，首先要求有高選擇性和長期耐用的催化劑，近年來，在要求生產過程節(jié)能和提高生產效率的同時，對催化劑還附加要求其具有能以較少量的空氣催化氧化大量苯的能力，換句話說，即使生產過程是在提高進料氣中苯濃度的情況下進行時，仍然要求催化劑具有很好的選擇性和耐用性。以苯為原料的現(xiàn)代順酐生產主要采取固定床反應的形式進行，其中所使用的催化劑以負載型催化劑為主要類型，一般采用V-Mo系負載型催化劑，即以V2O5和MoO3為催化活性物質，并添加含Na、P、Ni或稀土元素等的化合物作為催化劑助劑，用惰性無孔材料作為載體，將催化活性物質與催化劑助劑一同負載到載體上而制得。以固定床反應器進行順酐的生產多采用兩段床催化劑或三段床催化劑，例如日本觸媒化學公司的專利申請?zhí)枮閆L86102873的發(fā)明，其中，提出了一種馬來酸酐的生產方法，主要技術特征為(1)采用雙段床技術，反應器進口側氧化物為V205、MoO3> Na2O及P2O5或其他鉀、銫、銣等一些助劑，其中通過減少P的量或者增加助劑鉀、銫、銣等助劑來調節(jié)活性，而出口側同樣通過調節(jié)P2O5或者助劑鉀、銫、銣的量來調節(jié)，不過是采用增加P2O5的量或者減少助劑鉀、銫、銣等量來調節(jié)，其余與進口段相同；(2)催化劑雙段床按氣體進口側方向裝填，其中進口段高度占總床高的30-70%，出口段占總床高的70-30% ； (3)催化劑所用載體為Al2O3和SiC的混合物(4)反應評價采用內徑25mm，長3. 6m的反應管，總床高2. 5米，鹽浴溫度350-365°C，催化劑熱點溫度過高，達到480-500°C以上，進料苯濃度在50_70g/Nm3，順酐重量收率96-98% (以苯計)，苯轉化率未知。唐澄漢等人在CN1250050A中提供了一種順酐的高負荷生產方法，具體如下(I)采用三段床催化劑生產順酐，其中從進口段到出口段分別為A、B、C三段，催化劑以V205、MoO3> Na2O及P2O5為主要活性組分，其中B段降低P2O5含量或者添加助劑Cs2O來提高選擇性，C段則以增加P2O5含量來提高活性；(2)催化劑的三段床高為A段占總床高的5-20%，B段占總床高的60-35%，C段占總床高的35-45% ； (3)催化劑評價采用直徑25mm，長3. 2m的反應管進行，總床高2. 6m,鹽浴溫度350-360°C，進料中苯的濃度在40_60g/Nm3，順酐收率95-98重量％ (以苯計)，苯的轉化率為98%
發(fā)明內容
本發(fā)明首次提供了一種采用四段催化劑床層的固定床反應器、能夠在高濃度氣相苯條件下，得到高收率的順丁烯二酸酐的生產方法。本發(fā)明提供的順丁烯二酸酐的生產方法，該方法包括在氧化條件下，使含有苯和氧化性氣體的混合氣體與催化劑床層接觸，所述催化劑床層由一種催化劑經活化后形成，所述催化劑包括載體和活性物質，所述活性物質含有含釩化合物、含鑰化合物、含鈉化合物、含磷化合物和含鎳化合物，以含有苯和氧化性氣體的混合氣體的進料方向為基準，所述催化劑床層依次分為催化劑床層A、催化劑床層B、催化劑床層C和催化劑床層D，催化劑床層A催化劑床層B、催化劑床層C和催化劑床層D中，所述含釩化合物以V2O5計、所述含鑰化合物以MoO3計、所述含鈉化合物以Na2O計、所述含磷化合物以P2O5計、所述含鎳化合物以NiO計，所述含釩化合物所述含鑰化合物所述含鈉化合物所述含磷化合物所述含鎳化合物的摩爾比為 I 0. 3-1. I 0. 001-0. 3 0. 002-0. 25 0. 001-0. 5，其中，所述催化劑床層A、催化劑床層B、催化劑床層C和催化劑床層D中含鑰化合物與含釩化合物的摩爾比的比例為I : 0.5-1 0. 4-0. 9 0. 25-1、含磷化合物與含釩化合物的摩爾比的比例為I : 0.1-0. 8 0. 1-0. 8 0. 1-0. 8、含鎳化合物與含釩化合物的摩爾比的比例為I 0.4-0. 8 0.3-0. 7 0.25-0. 6，且所述含鑰化合物與含釩化合物的摩爾比、含磷化合 物與含釩化合物的摩爾比、含鎳化合物與含釩化合物的摩爾比均按照催化劑床層A、催化劑床層B、催化劑床層C和催化劑床層D的順序依次減小。使用本發(fā)明提供的方法生產順丁烯二酸酐，能夠提高進料混合氣體中苯的濃度，增加固定床反應器的苯負荷量并且充分使苯轉化，使得最終順丁烯二酸酐的收率高。例如按照實施例I的方法生產順丁烯二酸酐，含有苯與氧化性氣體的混合氣體以體積空速2500-2800^1進入固定床反應器，在混合氣體中苯的濃度為85g/m3的條件下，苯的轉化率為98. 4-99. 0%、順酐的收率為108-112重量％ (以苯的重量計)。而對比例I中在相同操作條件下，苯的轉化率為98.0-98. 5%、順酐的收率為101-105重量％ (以苯的重量計)。
具體實施例方式以下對本發(fā)明的具體實施方式
進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式
僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。本發(fā)明提供一種順丁烯二酸酐的生產方法，該方法包括在氧化條件下，使含有苯和氧化性氣體的混合氣體與催化劑床層接觸，所述催化劑床層由一種催化劑經活化后形成，所述催化劑包括載體和活性物質，所述活性物質含有含釩化合物、含鑰化合物、含鈉化合物、含磷化合物和含鎳化合物，以含有苯和氧化性氣體的混合氣體的進料方向為基準，所述催化劑床層依次分為催化劑床層A、催化劑床層B、催化劑床層C和催化劑床層D，催化劑床層A、催化劑床層B、催化劑床層C和催化劑床層D中，所述含釩化合物以V2O5計、所述含鑰化合物以MoO3計、所述含鈉化合物以Na2O計、所述含磷化合物以P2O5計、所述含鎳化合物以NiO計，所述含釩化合物所述含鑰化合物所述含鈉化合物所述含磷化合物所述含鎳化合物的摩爾比為 I 0. 3-1. I 0. 001-0. 3 0. 002-0. 25 0. 001-0. 5，其中，所述催化劑床層A、催化劑床層B、催化劑床層C和催化劑床層D中含鑰化合物與含釩化合物的摩爾比的比例為I : 0.5-1 0. 4-0. 9 0. 25-1、含磷化合物與含釩化合物的摩爾比的比例為I : 0.1-0. 8 0. 1-0. 8 0. 1-0. 8、含鎳化合物與含釩化合物的摩爾比的比例為I : 0.4-0.8 0.3-0.7 0.25-0. 6，且所述含鑰化合物與含釩化合物的摩爾比、含磷化合物與含釩化合物的摩爾比、含鎳化合物與含釩化合物的摩爾比均按照催化劑床層A、催化劑床層B、催化劑床層C和催化劑床層D的順序依次減小。在優(yōu)選的情況下，所述催化劑床層A、催化劑床層B、催化劑床層C和催化劑床層D中含鑰化合物與含釩化合物的摩爾比的比例為I : 0.7-1 0. 5-0. 8 0. 3-0. 7、含磷化合物與含釩化合物的摩爾比之間的比例為I : 0.3-0. 7 0. 3-0. 7 0. 1-0. 5、含鎳化合物與含釩化合物的摩爾比之間的比例為I : 0.4-0. 7 0. 3-0. 6 0.3-0. 6。通過控制催化劑床層A、催化劑床層B、催化劑床層C和催化劑床層D中的含鑰化合物、含磷化合物和含鎳化合物的含量在上述范圍內，能夠使催化劑床層A、催化劑床層B、催化劑床層C和催化劑床層D中的催化劑對苯的氧化反應有很高的選擇性且獲得更高的順丁烯二酸酐收率。所述含釩化合物可以是本領域常規(guī)使用的各種含釩化合物，如偏釩酸銨、五氧化二釩、三氯化釩、釩酸鈉中的一種或多種。所述含鑰化合物可以是本領域常規(guī)使用的各種含鑰化合物，如鑰酸銨、三氧化鑰、鑰酸鈉中的一種或多種。 所述含鈉化合物可以是本領域常規(guī)使用的各種含鈉化合物，如磷酸鈉、碳酸鈉、硝酸鈉、硫酸鈉中的一種或多種。所述含磷化合物可以是本領域常規(guī)使用的各種含磷化合物，如磷酸二氫銨、磷酸、五氧化二磷中的一種或多種。所述含鎳化合物可以是本領域常規(guī)使用的各種含鎳化合物，如硝酸鎳、碳酸鎳、硫酸鎳、氧化鎳、氯化鎳中的一種或多種。根據本發(fā)明所述的順丁烯二酸酐的生產方法，為了使該方法獲得更好的催化劑活性以及更高的苯的轉化率，所述催化劑床層A、催化劑床層B、催化劑床層C和催化劑床層D中的任意一個或多個還可以含有Al和/或A2，優(yōu)選所述催化劑床層A、催化劑床層B、催化劑床層C和催化劑床層D均還含有Al和A2。其中，所述Al可以選自含有除鈉元素以外的堿金屬元素的化合物、含有第IB族過渡金屬元素的化合物、含有第IIB族過渡金屬元素的化合物、含有除了鑭系和錒系以外的第IIIB族過渡金屬元素的化合物、含有第IVB族過渡金屬元素的化合物、含有除釩元素以外的第VB族過渡金屬元素的化合物、含有除鑰元素以外的第VIB族過渡金屬元素的化合物、含有第VIIB族過渡金屬元素的化合物、含有除鎳元素以外的VIII族過渡金屬元素的化合物中的一種或多種。在優(yōu)選的情況下，所述Al為含有Li、K、Rb、Cs、Nb、Mn、Fe、Co、Ag的化合物中一種或多種，具體可以為硝酸銣、氧化鈮、氧化錳、硝酸鈷、硝酸銀、硝酸鐵、硝酸鉀、硝酸銫中的一種或多種。所述A2可以選自鑭系金屬化合物中的一種或多種。在優(yōu)選的情況下，所述A2為Ce的化合物、Eu的化合物、Ho的化合物、Er的化合物、Dy的化合物、Yb的氧化物中的一種或多種，具體可以為氧化鉺、氧化欽、氧化銪、氧化鐠、硝酸鋪、氧化鏑、氧化釹、氧化鐿、氧化秘等一種或多種。所述Al和A2的含量可以在較大范圍內任意選取，通過研究發(fā)現(xiàn)，所述Al、A2均以金屬氧化物計，所述含釩化合物、所述含鑰化合物、所述含鈉化合物、所述含磷化合物、所述含鎳化合物、Al、A2的摩爾比為 I : 0. 3-1. I 0. 001-0. 3 0. 002-0. 25 0. 001-0. 5 0. 0001-0. 2 0. 0001-0. 01時，得到的催化劑具有較好的催化性能。在優(yōu)選的情況下，所述含釩化合物、所述含鑰化合物、所述含鈉化合物、所述含磷化合物、所述含鎳化合物、A1、A2的摩爾比為I : 0.4-1 0.01-0.25 0. 005-0. 15 0.005-0.25 0. 0005-0. I 0. 0001-0. 001。在此需要說明，當所述Al
和/或A2由多種化合物組成，計算含釩化合物、含鑰化合物、含鈉化合物、含磷化合物、含鎳化合物、A1、A2的摩爾比時，所述Al的摩爾數(shù)為以金屬氧化物計的多種選自Al的化合物的摩爾數(shù)加和，所述A2的摩爾數(shù)為以金屬氧化物計的多種選自A2的化合物的摩爾數(shù)加和。根據本發(fā)明所述的順丁烯二酸酐的生產方法，為了獲得更高的苯負荷、提高催化劑床層A中催化劑對苯氧化反應的選擇性、并提高催化劑床層B、催化劑床層C和催化劑床層D中催化劑的活性，優(yōu)選所述催化劑床層A、催化劑床層B、催化劑床層C和催化劑床層D均含有Al。所述催化劑床層A的Al可以為Rb和/或Ag的氧化物。同時催化劑床層B、催化劑床層C和催化劑床層D的Al可以為Co、Nb、Mn的氧化物中的一種或多種。根據本發(fā)明所述的順丁烯二酸酐的生產方法，所述載體可以為常規(guī)的用于生產順丁烯二酸酐的催化劑中的各種載體，例如，所述載體可以為含有碳化硅和/或氧化鋁的載體，所述載體均可以通過商購得到。在優(yōu)選的情況下，以所述載體的總重量為基準，碳化硅 的含量為80-99. 9重量％，氧化鋁的含量為0. 1-20重量％。所述載體的形狀通?？梢詾榍驙?、環(huán)狀或三葉狀。為了使活性物質更均勻地負載在載體上，并且能夠使順酐生產中的反應物料苯與使用該載體的催化劑有更大的接觸面積，優(yōu)選地使用環(huán)狀載體，該載體的外徑可以為6毫米、內徑可以為5毫米、高度可以為4至5毫米，所述載體的堆密度可以為0. 7-0. 8克/暈升°根據本發(fā)明所述的順丁烯二酸酐的生產方法，負載在載體上的所述活性物質的含量可以在很大范圍內任意選取，例如，以催化劑床層中的催化劑的總重量為基準，所述活性物質的含量為3-30重量％，在該范圍內負載在載體上的所述活性物質能夠很好地催化苯的氧化反應；在優(yōu)選的情況下，以催化劑床層中的催化劑的總重量為基準，所述活性物質的含量為10-24重量％。根據本發(fā)明所述的順丁烯二酸酐的生產方法，上述催化劑床層A、催化劑床層B、催化劑床層C和催化劑床層D中的催化劑可以采用各種公知的用于順丁烯二酸酐生產的催化劑的制備方法。例如，可以將活性物質含釩化合物、含鑰化合物、含鈉化合物、含磷化合物、含鎳化合物與溶劑混合；所述溶劑只要對活性物質有一定的溶解性即可，所述溶劑可以選自碳原子數(shù)I至4的醇(例如可以甲醇、乙醇、乙二醇、正丙醇、異丙醇、甘油、正丁醇、異丁醇中的一種或多種)、氨水、鹽酸(質量濃度小于37. 5重量％ )、水中的一種或多種，從工業(yè)生產的角度出發(fā)，優(yōu)選所述溶劑為水。含有活性物質的溶液以100-300°C (優(yōu)選以200-3000C )涂覆至載體的表面，經過干燥等步驟后得到負載型催化劑。上述活性物質、載體、溶劑等均可以商購得到。根據本發(fā)明所述的順丁烯二酸酐的生產方法，該方法將固定床反應器分為催化劑床層A、催化劑床層B、催化劑床層C和催化劑床層D，催化劑床層A、催化劑床層B、催化劑床層C和催化劑床層D的高度可以在較大范圍內選取。優(yōu)選情況下，以催化劑床層的總高度為基準，所述催化劑床層A占30-50 %，所述催化劑床層B占10-20 %，所述催化劑床層C占30-40%，所述催化劑床層D占10-20%。根據本發(fā)明所述的順丁烯二酸酐的生產方法，該方法可以采用公知的用于順丁烯二酸酐生產的各種裝置和操作條件。為了防止混合氣體中苯的濃度過高引起爆炸，通常順丁烯二酸酐的生產中，所述混合氣體中苯的濃度為30-90g/m3 ;在優(yōu)選的情況下，所述混合氣體中苯的濃度為70-90g/m3。本發(fā)明中，除非特別說明，氣體的體積均指標準狀態(tài)下氣體的體積。為保證所述苯能夠被充分地氧化成為順酐，所述苯與氧化性氣體的體積比可以為0. 012-0. 078 I ;在優(yōu)選的情況下，所述苯與氧化性氣體的體積比為0.015-0. 02 1，所述氧化性氣體為氧氣或空氣。在保證本發(fā)明的催化劑床層中催化劑能夠發(fā)揮良好的催化效率下，所述混合氣體的體積空速可以為1500-35001^ ;在優(yōu)選的情況下，所述混合氣體的體積空速為2000-300( '為了獲得較高的苯的轉化率和順酐收率，所述接觸的溫度可以為300-5000C ;在優(yōu)選的情況下，所述接觸的溫度為330-460°C。本發(fā)明對生產順丁烯二酸酐的裝置不做特別地加壓或減壓操作，通常所述裝置采用常壓操作，所述裝置內的壓力可以為 0.07-0. IlMPa0根據本發(fā)明所述的順丁烯二酸酐的生產方法，對上述催化劑床層中的催化劑進行活化可以采用各種公知的催化劑活化方法。在優(yōu)選的情況下，所述活化包括將催化劑依次以40-70°C /小時的速度升溫至300±5°C和以25_40°C /小時的速度升溫至400-500°C，并在400-500°C下維持4-12小時，優(yōu)選地，以25-40°C /小時的速度升溫至420_460°C，并在420-460°C下維持4-8小時；然后降溫至25±5°C，本發(fā)明對該降溫速度不作特別地限定，優(yōu) 選以70-150°C /小時的速度降溫。采用上述優(yōu)選方法對催化劑進行活化能夠有效地發(fā)揮催化劑的活性和選擇性，更好地提高催化劑的性能。以下通過實施例對本發(fā)明作詳細的說明。除非特別說明，本發(fā)明的實施例和應用例中所用試劑均可以通過商購得到。下列實施例和對比例中固定床反應器采用鹽浴加熱，固定床反應器內的壓力均為0. 1±0. OlMPa ;催化劑床層中催化劑在反應中溫度的最高值稱為催化劑的熱點溫度，使用溫度傳感器進行測定。苯負荷指每單位時間、單位體積的催化劑能夠催化氧化苯的重量。下述操作條件包括含有苯與氧化性氣體(在此為空氣)的混合氣體進入固定床反應器的體積空速、所述混合氣體中苯的濃度和鹽浴溫度。下述實施例與對比例所用環(huán)狀載體參照ZL94107337. 8中實施例I的原料配比制成，不同的是，制成環(huán)狀載體，載體的外徑為6毫米、內徑為5毫米、高度為4至5毫米。苯的轉化率(％ )=(單位時間苯進料的物質的量-單位時間反應器出口苯的物質的量)/單位時間苯進料的物質的量X100%通過化學滴定法測定反應后得到的產品順酐的重量，通過下式計算順酐收率順酐收率(重量％ )=單位時間產品順酐的重量/單位時間苯進料的重量 X 100%實施例I(I)催化劑床層A中催化劑的制備將97. 2g草酸、67. 6g偏釩酸銨、40. 8g鑰酸銨、5. 09g磷酸鈉、4. 02g硝酸鎳、
2.25g磷酸二氫銨、0. 15g硝酸銣、0. 068g氧化鉺與380ml水混合得到漿液，將所得漿液以200-3000C噴涂于置于轉速為13-20轉/分鐘的包衣機中的420g環(huán)狀載體，噴涂結束后干燥涂覆漿液的所述環(huán)狀載體，完全干燥至質量恒定得到485. 5g催化劑A-1，其中以催化劑A-I的總重量為基準，活性物質的含量為13. 5重量％ ；(2)催化劑床層B中催化劑的制備按照步驟(I)的方法制備催化劑床層B中催化劑B-1，不同的是鑰酸銨的重量為34. 5g、磷酸鈉的重量為4. 96g、加入0. 13g碳酸鈉、硝酸鎳的重量為2. 42g、以I. 62g硝酸鈷代替0. 15g硝酸銣、以0. 042g氧化欽代替0. 063g氧化鉺、不加入磷酸二氫銨，得到催化劑B-1，其中以催化劑B-I的總重量為基準，活性物質的含量為14. 3重量％ ；(3)催化劑床層C中催化劑的制備按照步驟(2)的方法制備催化劑床層C中催化劑C-1，不同的是鑰酸銨的重量為
30.73g、硝酸鎳的重量為I. 43g、磷酸鈉的重量為4. 87g、碳酸鈉的重量為0. 21g、以I. 77g氧化錳代替I. 62g硝酸鈷，以0. 023g氧化鐿代替0. 042g氧化欽，得到催化劑C-I，其中以催化劑C-I的總重量為基準，活性物質的含量為15. 0重量％ ；(4)催化劑床層D中催化劑的制備按照步驟(3)的方法制備催化劑床層D中催化劑D-1，不同的是鑰酸銨的重量為 23.93g、硝酸鎳的重量為I. 28g、磷酸鈉的重量為4. 40g、碳酸鈉的重量為0. 67g、以0. 072g氧化鈮代替I. 77g氧化錳，得到催化劑D-1，其中以催化劑D-I的總重量為基準，活性物質的含量為16. 2重量％ ；(5)催化劑的評價(即順丁烯二酸酐的生產)將上述催化劑A-1、B-U C-I和D-I各自獨立置于封閉容器中進行活化，首先以550C /小時的速度升溫至300°C，再以30°C /小時的速度升溫至450°C，在450°C下維持8小時；然后以100°C /小時的速度降溫至25°C ;將活化后的催化劑A-1、B-U C-I和D-I依次分層填充到固定床反應器(I根直徑25mm的管，管的長度為4000mm，下同)中，使得含有催化劑A-I的催化劑床層A占固定床反應器床層高度(管的長度)的40%，含有催化劑B-I的催化劑床層B占固定床反應器床層高度的20%，含有催化劑C-I的催化劑床層C占固定床反應器床層高度的30%，含有催化劑D-I的催化劑床層D占固定床反應器床層高度的10%，使苯和空氣的混合氣體通過該固定床反應器床層，操作條件與實驗結果(連續(xù)運行24小時開始取樣分析，每隔5-10小時取樣一次，共運行720小時，下同)如表I所示。對比例I(I)催化劑床層A中催化劑的制備與實施例I步驟⑴相同地得到催化劑床層A中催化劑A-I ；(2)催化劑床層B中催化劑的制備按照步驟(I)的方法制備催化劑床層B中催化劑B-D1，不同的是以1.62g硝酸鈷代替0. 15g硝酸銣、以4. 94g碳酸鈉和2. 2g五氧化二磷代替5. 09g磷酸鈉，不加入磷酸二氫銨，得到催化劑B-D1，其中以催化劑B-Dl的總重量為基準，活性物質的含量為14. I重量(3)催化劑床層C中催化劑的制備按照步驟(2)的方法制備催化劑床層C中催化劑C-D1，不同的是五氧化二磷的重量為I. 8g、以I. Hg氧化錳代替I. 62g硝酸鈷，得到催化劑C-Dl，其中以催化劑C-Dl的總重量為基準，活性物質的含量為14. 9重量％ ；(4)催化劑床層D中催化劑的制備按照步驟(3)的方法制備催化劑床層D中催化劑D-D1，不同的是五氧化二磷的重量為I. 26g、以0. 08g氧化鈮代替I. Hg氧化錳，得到催化劑D-Dl，其中以催化劑D-Dl的總重量為基準，活性物質的含量為15. 2重量％ ；(5)催化劑的評價
按照實施例I步驟(5)的方法進行評價，不同的是催化劑B-Dl代替催化劑B-1、催化劑C-Dl代替催化劑C-1、催化劑D-Dl代替催化劑D-1，實驗結果如表I所示。對比例2(I)催化劑床層A中催化劑的制備與實施例I步驟⑴相同地得到催化劑床層A中催化劑A-I。(2)催化劑床層B中催化劑的制備與實施例I步驟⑵相同地得到催化劑床層B中催化劑B-I。(3)催化劑床層C中催化劑的制備與實施例I步驟(3)相同地得到催化劑床層C中催化劑C-I。 (4)催化劑的評價將上述催化劑A-1、B-I和C-I各自獨立置于封閉容器中進行活化，首先以55°C /小時的速度升溫至300°C，再以30°C /小時的速度升溫至450°C，在450°C下維持8小時；然后以100°C /小時的速度降溫至25°C ;將活化后的催化劑A-1、B-1和C-I依次分層填充到固定床反應器中，使得含有催化劑A-I的催化劑床層A占固定床反應器床層高度(管的長度)的60%，含有催化劑B-I的催化劑床層B占固定床反應器床層高度的30%，含有催化劑C-I的催化劑床層C占固定床反應器床層高度的10%，操作條件與實驗結果如表I所示。實施例2(I)催化劑床層A中催化劑的制備按照實施例I步驟(I)的方法制備催化劑床層A中催化劑A-2，不同的是5. 9g硝酸銀代替0. 15g硝酸銣、0. 04g氧化銪代替0. 068g氧化鉺，得到催化劑A-2，其中以催化劑A-2的總重量為基準，活性物質的含量為13. 7重量％ ；(2)催化劑床層B中催化劑的制備按照步驟(I)的方法制備催化劑床層B中催化劑B-2，不同的是鑰酸銨的重量為
32.0g、硝酸鎳的重量為I. 96g、以0. 076g氧化鈮代替5. 9g硝酸銀、不加入磷酸二氫銨，得到催化劑B-2，其中以催化劑B-2的總重量為基準，活性物質的含量為14. 5重量％ ；(3)催化劑床層C中催化劑的制備按照步驟(2)的方法制備催化劑床層C中催化劑C-2，不同的是鑰酸銨的重量為28. 86g、硝酸鎳的重量為I. 48g、磷酸鈉的重量為4. 60g、加入硝酸鈉0. 76g、以I. 65g硝酸鈷代替0. 076g氧化鈮，得到催化劑C-2，其中以催化劑C-2的總重量為基準，活性物質的含量為14. 4重量％ ；(4)催化劑床層D中催化劑的制備按照步驟(3)的方法制備催化劑床層D中催化劑D-2，不同的是鑰酸銨的重量為25. 60g、硝酸鎳的重量為I. 29g、磷酸鈉的重量為4. 56g、硝酸鈉的重量為0. 82g、硝酸鈷的重量為0. 32g，得到催化劑D-2，其中以催化劑D-2的總重量為基準，活性物質的含量為17. 3
重量％ ；(5)催化劑的評價將上述催化劑A-2、B-2、C_2和D_2各自獨立置于封閉容器中進行活化，首先以650C /小時的速度升溫至300°C，再以25°C /小時的速度升溫至425°C，在425°C下維持10小時；然后以120°C /小時的速度降溫至25°C ;將活化后的催化劑A-2、B-2、C-2和D-2依次分層填充到固定床反應器中，使得含有催化劑A-2的催化劑床層A占固定床反應器床層高度的30%，含有催化劑B-2的催化劑床層B占固定床反應器床層高度的20%，含有催化劑C-2的催化劑床層C占固定床反應器床層高度的30%，含有催化劑D-2的催化劑床層D占固定床反應器床層高度的20%，操作條件與實驗結果如表I所示。實施例3(I)催化劑床層A中催化劑的制備按照實施例I步驟(I)的方法制備催化劑床層A中催化劑A-3，不同的是5. 9g硝酸銀代替0. 15g硝酸銣、加入0. 024g氧化鈮，得到催化劑A-3，其中以催化劑A-3的總重量為基準，活性物質的含量為14. 3重量％ ；(2)催化劑床層B中催化劑的制備
按照步驟(I)的方法制備催化劑床層B中催化劑B-3，不同的是鑰酸銨的重量為36. 8g、磷酸鈉的重量為4. 78g、加入0. 3g碳酸鈉、硝酸鎳的重量為2. 7g、以I. 86g氧化錳代替0. 024g氧化鈮和5. 9g硝酸銀、不加入磷酸二氫銨，得到催化劑B-3，其中以催化劑B-3的總重量為基準，活性物質的含量為15. 0重量％ ；(3)催化劑床層C中催化劑的制備按照步驟(2)的方法制備催化劑床層C中催化劑C-3，不同的是鑰酸銨的重量為
31.9g、硝酸鎳的重量為2. 06g、磷酸鈉的重量為4. 74g、碳酸鈉的重量為0. 34g、氧化錳的重量為I. 66g，得到催化劑C-3，其中以催化劑C-3的總重量為基準，活性物質的含量為16. 0
重量％ ；(4)催化劑床層D中催化劑的制備按照步驟(3)的方法制備催化劑床層D中催化劑D-3，不同的是鑰酸銨的重量為21. 87g、硝酸鎳的重量為I. 5g、磷酸鈉的重量為4. 28g、碳酸鈉的重量為0. 79g、以0. 64g硝酸鈷代替I. 77g氧化錳，得到催化劑D-3，其中以催化劑D-3的總重量為基準，活性物質的含量為15. 3重量；(5)催化劑的評價將上述催化劑A-3、B-3、C_3和D_3各自獨立置于封閉容器中進行活化，首先以400C /小時的速度升溫至300°C，再以40°C /小時的速度升溫至500°C，在500°C下維持5小時；然后以80°C /小時的速度降溫至25°C ;將活化后的催化劑A-3、B-3、C-3和D-3依次分層填充到固定床反應器中，使得含有催化劑A-3的催化劑床層A占固定床反應器床層高度的45%，含有催化劑B-3的催化劑床層B占固定床反應器床層高度的15%，含有催化劑C-3的催化劑床層C占固定床反應器床層高度的25%，含有催化劑D-3的催化劑床層D占固定床反應器床層高度的15%，操作條件與實驗結果如表I所示。實施例4(I)催化劑床層A中催化劑的制備將97. 2g草酸、67. 6g偏釩酸銨、38. 5g鑰酸銨、4. 9g磷酸鈉、3. 12g硝酸鎳、2. 25g磷酸二氫銨與420ml水混合得到漿液，將所得漿液以220-260°C噴涂于置于轉速為15-20轉/分鐘的包衣機中的環(huán)狀載體，噴涂結束后干燥涂覆漿液的所述環(huán)狀載體，得到催化劑A-4，其中以催化劑A-4的總重量為基準，活性物質的含量為14. 7重量％ ；(2)催化劑床層B中催化劑的制備
按照步驟(I)的方法制備催化劑床層B中催化劑B-4，不同的是鑰酸銨的重量為
31.5g、硝酸鎳的重量為I. 42g、不加入磷酸二氫銨，得到催化劑B-4，其中以催化劑B-4的總重量為基準，活性物質的含量為15. I重量％ ；(3)催化劑床層C中催化劑的制備按照步驟(2)的方法制備催化劑床層C中催化劑C-4，不同的是鑰酸銨的重量為28. 86g、硝酸鎳的重量為I. 32g、磷酸鈉的重量為4. 62g、加入0. 45g碳酸鈉，得到催化劑C-4，其中以催化劑C-4的總重量為基準，活性物質的含量為16. I重量％ ；(4)催化劑床層D中催化劑的制備按照步驟(3)的方法制備催化劑床層D中催化劑D-4，不同的是鑰酸銨的重量為 24.66g、硝酸鎳的重量為I. 28g、磷酸鈉的重量為4. 21g、碳酸鈉的重量為0. 85g,得到催化劑D-4，其中以催化劑D-4的總重量為基準，活性物質的含量為16. 5重量％ ；(5)催化劑的評價按照實施例I步驟(5)的方法進行評價，不同的是催化劑A-4代替催化劑A-1、催化劑B-4代替催化劑B-I、催化劑C-4代替催化劑C-I、催化劑D-4代替催化劑D-I，操作條件與實驗結果如表I所示。對比例3(I)催化劑床層A中催化劑的制備與實施例4步驟⑴相同地得到催化劑床層A中催化劑A-4 ；(2)催化劑床層B中催化劑的制備按照步驟(I)的方法制備催化劑床層B中催化劑B-D2，不同的是不加入磷酸二氫銨，得到催化劑B-D2，其中以催化劑B-D2的總重量為基準，活性物質的含量為15. I重量(3)催化劑床層C中催化劑的制備按照步驟(2)的方法制備催化劑床層C中催化劑C-D2，不同的是磷酸鈉的重量為
4.62g、加入0. 45g碳酸鈉，得到催化劑C-D2，其中以催化劑C-D2的總重量為基準，活性物質的含量為16. I重量％ ；(4)催化劑床層D中催化劑的制備按照步驟(3)的方法制備催化劑床層D中催化劑D-D2，不同的是磷酸鈉的重量為4.21g、碳酸鈉的重量為0. 85g，得到催化劑D-D2，其中以催化劑D-D2的總重量為基準，活性物質的含量為16. 5重量％ ；(5)催化劑的評價按照實施例4步驟(5)的方法進行評價，不同的是催化劑催化劑B-D2代替催化劑B-4、催化劑C-D2代替催化劑C-4、催化劑D-D2代替催化劑D-4，操作條件與實驗結果如表I所示。實施例5(I)催化劑床層A中催化劑的制備與實施例I步驟⑴相同地得到催化劑床層A中催化劑A-I ；(2)催化劑床層B中催化劑的制備與實施例I步驟⑵相同地得到催化劑床層B中催化劑B-I ；(3)催化劑床層C中催化劑的制備
與實施例I步驟(3)相同地得到催化劑床層C中催化劑C-I ；(4)催化劑床層D中催化劑的制備與實施例I步驟⑷相同地得到催化劑床層D中催化劑D-I ；(5)催化劑的評價按照實施例I步驟(5)的方法進行評價，不同的是將上述催化劑A-1、B-1、C-1和D-I各自分別置于固定床反應器中進行活化，苯與空氣的混合氣體以體積空速200( -1通入固定床反應器，程序升溫(第一階段以100°C升溫至300°C，接著第二階段以50°C /小時升溫至420°C )并在420°C下保溫12-24小時，再降溫至25°C，操作條件與實驗結果如表I所
/Jn o 表I
權利要求
1.一種順丁烯二酸酐的生產方法，該方法包括在氧化條件下，使含有苯和氧化性氣體的混合氣體與催化劑床層接觸，所述催化劑床層由一種催化劑經活化后形成，所述催化劑包括載體和活性物質，所述活性物質含有含釩化合物、含鑰化合物、含鈉化合物、含磷化合物和含鎳化合物，以含有苯和氧化性氣體的混合氣體的進料方向為基準，所述催化劑床層依次分為催化劑床層A、催化劑床層B、催化劑床層C和催化劑床層D，催化劑床層A催化劑床層B、催化劑床層C和催化劑床層D中，所述含釩化合物以V2O5計、所述含鑰化合物以MoO3計、所述含鈉化合物以Na2O計、所述含磷化合物以P2O5計、所述含鎳化合物以NiO計，所述含釩化合物所述含鑰化合物所述含鈉化合物所述含磷化合物所述含鎳化合物的摩爾比為 I O. 3 -1. I O. 001-0. 3 0.002-0.25 O. 001-0. 5，其特征在于，所述催化劑床層A、催化劑床層B、催化劑床層C和催化劑床層D中含鑰化合物與含釩化合物的摩爾比的比例為I : 0.5-1 O. 4-0. 9 O. 25-1、含磷化合物與含釩化合物的摩爾比的比例為I : O. 1-0. 8 O. 1-0. 8 O. 1-0. 8、含鎳化合物與含釩化合物的摩爾比的比例為I O. 4-0. 8 O. 3-0. 7 O. 25-0. 6，且所述含鑰化合物與含釩化合物的摩爾比、含磷化合物與含釩化合物的摩爾比、含鎳化合物與含釩化合物的摩爾比均按照催化劑床層A、催化劑床層B、催化劑床層C和催化劑床層D的順序依次減小。
2.根據權利要求I所述的方法，其中，所述催化劑床層A、催化劑床層B、催化劑床層C和催化劑床層D中含鑰化合物與含釩化合物的摩爾比的比例為I O. 7-1 O. 5-0. 8 O. 3-0. 7、含磷化合物與含釩化合物的摩爾比之間的比例為I O. 3-0. 7 O. 3-0. 7 O. 1-0. 5、含鎳化合物與含釩化合物的摩爾比之間的比例為I O. 4-0. 7 O. 3-0. 6 O. 3-0. 6。
3.根據權利要求I所述的方法，其中，所述催化劑床層A、催化劑床層B、催化劑床層C和催化劑床層D中的任意一個或多個還含有Al和/或A2，其中，所述Al選自含有除鈉元素以外的堿金屬元素的化合物、含有第IB族過渡金屬元素的化合物、含有第IIB族過渡金屬元素的化合物、含有除了鑭系和錒系以外的第IIIB族過渡金屬元素的化合物、含有第IVB族過渡金屬元素的化合物、含有除釩元素以外的第VB族過渡金屬元素的化合物、含有除鑰元素以外的第VIB族過渡金屬元素的化合物、含有第VIIB族過渡金屬元素的化合物、含有除鎳元素以外的VIII族過渡金屬元素的化合物中的一種或多種；所述A2選自鑭系金屬化合物中的一種或多種；所述Al、A2均以金屬氧化物計，所述含釩化合物、所述含鑰化合物、所述含鈉化合物、所述含磷化合物、所述含鎳化合物、A1、A2的摩爾比為I : O. 3-1. I O. 001-0.3 O. 002-0. 25 O. 001-0. 5 O. 0001-0. 2 O. 0001-0· 01，優(yōu)選地，所述含釩化合物、所述含鑰化合物、所述含鈉化合物、所述含磷化合物、所述含鎳化合物、A1、A2的摩爾比為I :O.4-1 O. 01-0. 25 O. 005-0. 15 O. 005-0. 25 O. 0005-0. I O. 0001-0. OOl0
4.根據權利要求3所述的方法，其中，所述Al為含有Li、K、Rb、Cs、Nb、Mn、Fe、Co、Ag的化合物中一種或多種；所述A2為Ce的化合物、Eu的化合物、Ho的化合物、Er的化合物、Dy的化合物、Yb的氧化物中的一種或多種。
5.根據權利要求3或4所述的方法，其中，所述催化劑床層A、催化劑床層B、催化劑床層C和催化劑床層D均含有Al，且所述催化劑床層A的Al為Rb和/或Ag的氧化物；所述催化劑床層B、催化劑床層C和催化劑床層D的Al為Co、Nb、Mn的氧化物中的一種或多種。
6.根據權利要求I所述的方法，其中，所述載體為含有碳化硅和/或氧化鋁的載體，優(yōu)選地，以所述載體的總重量為基準，碳化硅的含量為80-99. 9重量％，氧化鋁的含量為0. 1-20重量所述載體的形狀為球狀、環(huán)狀或三葉狀，優(yōu)選地，所述載體的形狀為環(huán)狀；所述載體的堆密度為0. 7-0. 8ml/g。
7.根據權利要求I所述的方法，其中，以催化劑床層中的催化劑的總重量為基準，所述活性物質的含量為3-30重量％，優(yōu)選地，以催化劑床層中的催化劑的總重量為基準，所述活性物質的含量為10-24重量％。
8.根據權利要求I所述的方法，其中，以催化劑床層的總高度為基準，所述催化劑床層A占30-50%，所述催化劑床層B占10-20%，所述催化劑床層C占30-40%，所述催化劑床層 D 占 10-20% o
9.根據權利要求I所述的方法，其中，所述混合氣體中苯的濃度為30-90g/m3，優(yōu)選地，所述混合氣體中苯的濃度為70-90g/cm3 ;所述苯與氧化性氣體的體積比為0. 012-0. 078 1，優(yōu)選地，所述苯與氧化性氣體的體積比為0.015-0. 02 I ;所述混合氣 體的體積空速為1500-350( '優(yōu)選地，所述混合氣體的體積空速為2000-300( -1 ;所述接觸的溫度為300-500°C，優(yōu)選地，所述反應的溫度為330-460°C。
10.根據權利要求I所述的方法，其中，對所述催化劑進行活化的方法包括將催化劑依次以40-70°C /小時的速度升溫至300±5°〇和以25-401 /小時的速度升溫至400-500°C，并在400-500 V下維持4-12小時，優(yōu)選地，以25-40 V /小時的速度升溫至420-460 V，并在420-460°C下維持4-8小時；然后降溫至25±5°C。
全文摘要
本發(fā)明提供一種順丁烯二酸酐的生產方法，該方法使含有苯和氧化性氣體的混合氣體與催化劑床層A、B、C和D接觸，所述催化劑床層含有含釩化合物、含鉬化合物、含鈉化合物、含磷化合物和含鎳化合物，其中，所述催化劑床層A、催化劑床層B、催化劑床層C和催化劑床層D中含鉬化合物與含釩化合物的摩爾比的比例為1∶0.5-1∶0.4-0.9∶0.25-1、含磷化合物與含釩化合物的摩爾比的比例為1∶0.1-0.8∶0.1-0.8∶0.1-0.8、含鎳化合物與含釩化合物的摩爾比的比例為1∶0.4-0.8∶0.3-0.7∶0.25-0.6，且上述比例按照催化劑床層A、催化劑床層B、催化劑床層C和催化劑床層D的順序依次減小。使用該方法能夠提高進料混合氣體中苯的濃度，充分使苯轉化并使順丁烯二酸酐的收率高。
文檔編號C07D307/60GK102850308SQ20111018308
公開日2013年1月2日 申請日期2011年6月30日 優(yōu)先權日2011年6月30日
發(fā)明者陳雅萍, 黃鳳興, 賈雪飛 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司北京化工研究院