CO气相氧化偶联合成草酸酯工艺用钯催化剂的再生方法与流程

本发明涉及一种失活贵金属催化剂的再生方法，具体涉及煤制乙二醇合成工艺中CO气相氧化偶联合成草酸二甲酯工艺用催化剂失活后的再生方法。

背景技术：

截止2016年1月，我国煤制乙二醇主要生产企业总产能统计为220万吨/年，未来几年里会有多套100kt/a以上的乙二醇工业装置陆续投产。

煤制乙二醇技术分为三个重要工艺，第一步为煤合成气中的CO在脱氢催化剂的作用下将氢气脱除至100ppm以下得到精制CO，简称脱氢工艺；第二步为精制CO在羰基合成催化剂的作用下氧化偶联合成草酸酯(简称DMO)，简称合成工艺；第三步为草酸酯在加氢催化剂的作用下加氢得到乙二醇，简称加氢工艺。其中合成工艺中所用的催化剂为贵金属钯催化剂，反应所使用的装置为固定床反应器，要求催化剂具有较长的寿命，需要催化剂在反应管内长期参与反应。

合成工艺的CO气相氧化偶联合成草酸二甲酯反应的主产物是草酸二甲酯，副产物有甲酸甲酯、二甲氧基甲烷、甲醛、甲醇和碳酸二甲酯等，反应温度130℃左右，长时间的催化反应容易造成Pd活性物种的迁移团聚，以及局部的热点引起有机物种在载体上的碳化堵塞载体的孔道，导致催化剂的催化性能严重下降甚至失活。

贵金属钯催化剂由于高效优异的催化性能，被广泛的用于各类重要化学反应。相关的钯催化剂的再生方法也有很多相关的报道。如专利CN103191759A公开了一种Pd/C催化剂的再生方法，将失活的催化剂在空气氛围中于50～140℃的温度下干燥氧化，存在的缺点是较低的焙烧温度无法将催化剂上吸附或者生成的杂质完全脱除。专利CN104190441A公开了一种煤制乙二醇过程失活钯催化剂在线再生方法，将失活的催化剂在固定床反应器内在高温水蒸气、氧气和氢气等氛围下，将催化剂活化再生，存在的缺点是较高温度的蒸汽处理方式容易导致催化剂的永久失活。专利03122844.5公开了一种钯催化剂的再生方法，将失活的催化剂在超临界状况下的二氧化碳中萃取掉吸附在钯催化剂上的有机杂质，使得催化剂再生，存在的缺点是苛刻的超临界条件需要更高的处理成本。

目前，针对煤制乙二醇合成工艺中CO气相氧化偶联合成草酸二甲酯催化剂失活后的再生方法鲜有报道，因此，在煤制乙二醇技术快速发展之际，提出一种新型高效的钯催化剂的再生方法，保证贵金属的高效循环使用，对降低整个煤制乙二醇工业化成本具有长远的意义。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种CO气相氧化偶联合成草酸酯工艺用钯催化剂失活后的再生方法。

本发明采用的技术方案是，先将CO气相氧化偶联合成草酸酯工艺用钯催化剂Pd/a-Al2O3高温焙烧，去除负载在载体上的有机物和碳等杂质，并使催化剂上的钯变成氧化钯；再将该催化剂与酸反应，使氧化钯生成可溶性钯盐；将溶液和载体一起干燥、焙烧使钯物种在载体上重新分布和负载；再经还原处理获得再生的钯催化剂Pd/a-Al2O3。

本发明提供的钯催化剂Pd/a-Al2O3的再生方法，具体步骤如下：

A.将失活的催化剂Pd/a-Al2O3放入马弗炉于600～800℃下焙烧4～8h；

B.将经焙烧后的催化剂加到酸性溶液中，其中酸性溶液体积与催化剂的质量比值为0.5～1.0ml/g，密封后于60～80℃下浸泡2～3小时，滤出，于100～200℃干燥12～24h，再放入马弗炉400～600℃下焙烧4～8h；用去离子水充分洗涤，并放入烘箱中充分干燥；

所述的酸性溶液为硝酸、盐酸、硫酸、甲酸和乙酸中的任一种，较佳的是硝酸或盐酸；其中酸的质量分数为1～25％，优选2～20％；

C.按照还原溶液体积与催化剂的质量比值为0.1～5ml/g，较好的是0.5～2ml/g；将步骤B处理后的催化剂加入还原溶液中，在40～60℃下静置2～4h，滤出，用去离子水充分洗涤，于烘箱中充分干燥即完成催化剂的再生。

所述的还原溶液是将还原剂溶入碱性溶液中配制的，所述的还原剂是硼氢化钠或硼氢化钾；还原剂的浓度为0.1～3.0g/L；所述的碱性溶液为氢氧化钠、碳酸氢钠、碳酸钠、氢氧化钾或碳酸钾的水溶液中一种，其浓度为1-20mg/L，优选10～20mg/L。

根据图1和图2的XRD谱图对比可知，四角星代表a-Al2O3的衍射峰，图2在34.5°左右的位置有一较为明显的PdO宽化包峰，可以确定催化剂焙烧后生成了PdO；从图3图4的TEM照片对比可以发现，失活催化剂相对于新鲜催化剂的活性组分Pd团聚明显，颗粒尺寸明显长大，是催化剂失活的主要原因；从图5、图6和图7的TEM照片可以发现，催化剂的活性组分Pd尺寸小且分布均匀，能够恢复到新鲜催化剂的水平，确保再生的催化剂具有优异的催化性能。

本发明与现有催化剂再生方法相比，具有以下显著效果：

1.本发明采用的高温焙烧方法，能够有效的去除载体上的有机物和碳等杂质，可以避免在除碳过程中因高温蒸汽带来的永久催化剂失活现象发生。

2.本发明采用的酸化方法，能够实现钯物种在载体上重新均匀分布和负载，再生催化剂的活性指标优异。

3.本发明采用的再生方法，安全性好、工艺简单、易于工业化操作。

附图说明

图1为空白a-Al2O3载体的XRD谱图；

图2为实施例1中失活催化剂在600℃下焙烧后的XRD谱图；

图3为新鲜催化剂的透射电镜图片；

图4为实施例1中失活催化剂的透射电镜图片；

图5为实施例1中再生后催化剂的透射电镜照片；

图6为实施例2中再生后催化剂的透射电镜照片；

图7为实施例3中再生后催化剂的透射电镜照片。

具体实施事例方式

以下用实例进一步阐明本发明，但本发明不限于实例。

实施例1：

(1)催化剂的再生

将15g失活的Pd/a-Al2O3催化剂放入马弗炉中600℃下焙烧4h，焙烧处理后的催化剂加入质量分数为5％体积为15ml的盐酸溶液中，密封后放入烘箱60℃下静置2d；将静置后的催化剂放入烘箱150℃下干燥12h，再放入马弗炉500℃下焙烧4h；将焙烧后的催化剂用去离子水充分洗涤，并放入烘箱充分干燥。干燥后的催化剂加到体积为15ml硼氢化钠的氢氧化钠溶液中，其中硼氢化钠的浓度为0.8g/L，氢氧化钠浓度为10mg/L；浸泡3h后过滤；将上述所得的催化剂用去离子水充分洗涤并放入烘箱中充分干燥即得再生催化剂样品。

实施例2：

在实施例1中，将盐酸改为质量分数10％的硝酸，还原液中硼氢化钠浓度改为1.2g/L，氢氧化钠改为浓度为15mg/L碳酸氢钠。

实施例3：

在实施例1中，将还原液中硼氢化钠改为浓度为1.0g/L的硼氢化钾，氢氧化钠改为浓度为12mg/L氢氧化钾。

对比例

分别用实施例1、实施例2、实施例3再生后的催化剂与新鲜催化剂进行应用性能对比实验。

具体方法是，采用固定床反应器，反应管直径15mm，三段控温。装填催化剂10ml(堆体积)，上层为惰性磁环整流预热，分别以150ml/min、100ml/min、150ml/min通入一氧化碳、亚硝酸甲酯和氮气，反应气体空速为2400h^-1条件下，控制加热温度为130℃进行反应评价考察催化剂时空收率，待反应稳定2h后开始计时，连续反应4h，得草酸二甲酯产品后称重，换算催化剂的时空收率。结果列于表1

表1实施例再生催化剂与新鲜催化剂的性能对比。

由表1数据可知，再生后的催化剂能够恢复到新鲜催化剂的催化性能指标。