催化剂及其制备方法_2

文档序号:9898871阅读:来源:国知局
还原态或氧化态或还原和氧化态的组 合的硫的硫化合物的形式存在于催化剂中,例如以硫代硫酸根离子的形式存在于催化剂 中。所述硫可以以不是络合到金上的配体的硫化合物的形式存在。然而,优选地,硫以能够 与金物种形成络合物的配体或与金物种络合的含硫化合物形式存在。更优选地,所述含硫 配体能够使得正氧化态的金稳定。合适的含硫配体是含有正氧化态的硫的氧化性配体,尤 其是提供氧的配体,或提供硫的配体。不期望受到理论的限制,认为这种配体对于稳定Au 3+ 和/或Au+物种是有效的,从而改进了催化剂。优选的含硫化合物包括硫酸盐、磺酸盐、硫代 硫酸盐、硫氰酸盐、硫脲、亚硫酰氯、硫代丙酸和硫代苹果酸。
[0020] 在新鲜催化剂中硫的量优选为干燥催化剂的约0.005~15重量%,更优选0.03~7 重量%,尤其高达约5重量%。在本发明的金络合物为金-硫代硫酸根络合物的一个实施方 案中,在络合物中S对Au的摩尔比优选为约3:1~约8:1。在含有优选量的金的这种实施方案 中,在催化剂中硫的量可以为0.03~1.50重量%。源自含S络合物以外的源的一部分硫也可 存在于催化剂中,例如并入载体材料中。在用于方法中期间,存在于催化剂中的硫的量减 少。例如,在炔烃氢氯化反应过程中可推断,当催化剂与HCl反应时,在预活化步骤中或在与 炔烃反应期间,氯化物形成金与硫物种的混合络合物。硫在所述方法中看来随时间而发生 损失,可能是因为形成了硫-氧化合物。可能的是,在通过利用含硫化合物进行处理以用于 方法中之后,金催化剂可至少部分被再活化。使用卤化物如HCl或烷基卤化物如甲基碘的其 他再活化程序是已知的且可用于使用本发明催化剂的方法中。
[0021] 所述催化剂可另外包含不同于金的金属或任意一种形成载体化合物的金属。与用 于氢氯化反应的金催化剂一起使用的已知助催化剂包括钴、铜或镧的化合物且这些金属可 存在于本发明的催化剂中或存在于用于本发明方法中的催化剂中。已经发现,也可将1族和 2族金属有利地并入本发明的催化剂中。因此,除了金之外,所述催化剂可还包含选自钴、 铜、镧、铈、锂、钠、钾、铷、铯、镁、钙、锶和钡中的金属或金属的化合物。所述另外的金属可以 作为助催化剂存在或在催化剂或其制备中具有另一种功能。例如,认为诸如钙的一些金属 可抑制在催化剂上形成碳沉积物并因此能够用于帮助保持催化剂随时间而延长的活性。因 此,即使金属的存在不会在短期内提高催化剂的活性,但是如果在其用于反应期间具有降 低催化剂失活的趋势或对催化剂的实际使用具有另外的有利影响,则仍认为是助催化剂。
[0022] 使用本领域中所通常已知的各种催化剂制备技术如浸渍、优选使用初始润湿法、 沉积、沉淀及其这些技术的组合,可制备催化剂。在根据本发明制造催化剂的方法中,优选 通过利用金与含硫配体的络合物的溶液对载体进行浸渍来制备所述催化剂。因此,优选的 络合物易溶于可获得的溶剂中,以带来较少的环境危害。优选的溶剂是水。优选的浸渍用溶 液包括金的硫酸盐、磺酸盐、硫代硫酸盐、硫氰酸盐、硫脲、亚硫酰氯、硫代丙酸和硫代苹果 酸的水溶液。在一个优选实施方案中,本发明的方法包括利用含有金的化合物和含有硫代 硫酸根离子的化合物的水溶液对微粒碳载体进行浸渍,随后如果需要,分离过量的溶液并 然后对经浸渍的材料进行干燥。优选的是,通过初始润湿或"填充孔"的方法实施浸渍,其中 计算刚好填充载体的孔所使用的溶液的量。我们认为,金的化合物和含有硫代硫酸根离子 的化合物一起形成金-硫代硫酸根络合物。典型地,使用浸渍的初始润湿法,所使用的溶液 的量为测得(或计算)的载体的孔体积的100% ±高达约20%。通常通过滚动将载体与溶液 混合或通过滴加或喷雾在一定时间内向载体的搅动床添加溶液。作为替代方案,可利用含 有金化合物和/或含硫化合物或三氯异氰酸盐的溶液并使用过量溶液对催化剂载体进行浸 渍,以使得通过吸附或通过离子交换反应将金、硫化合物和/或三氯异氰酸盐沉积到催化剂 载体上。作为另外的替代方案,可使用沉积-沉淀法。催化剂制造领域的技术人员知晓这种 通过利用活性金属化合物的溶液对载体材料进行浸渍来制备催化剂的方法。
[0023] 计算金和硫化合物在浸渍溶液中的量以在最终的催化剂中提供需要量的金和硫。 金通常作为层存在于催化剂中。典型地,例如在3_的催化剂颗粒中,金存在于至多约300微 米厚的层中,该层从催化剂载体的表面向内延伸。然而,金可均匀分布在整个催化剂颗粒 内。
[0024] 通过分别向催化剂载体中添加含硫化合物和含金化合物,可制备催化剂。例如,利 用含硫化合物对载体进行处理,任选地进行干燥或加热并然后例如通过浸渍利用金化合物 进行处理,使得在添加金化合物时就地形成更高氧化态的金络合物。或者,利用含硫化合物 对包含催化剂载体和负载在其上的金化合物的材料进行处理。作为另外的替代方案,使用 包含含硫材料的催化剂载体以形成催化剂。可使用利用含硫化合物、尤其是硫化物如硫化 氢进行处理以在催化剂上沉积硫的方法。
[0025] 含有金化合物的浸渍溶液可含有另外的金属化合物,例如包括选自钴、铜、镧、铈、 锂、钠、钾、铷、铯、镁、钙、锶和钡中的金属的化合物。如果存在,则例如通过利用所述另外的 金属的化合物的溶液对含金的催化剂颗粒进行浸渍、或在向催化剂中添加金化合物之前利 用这种溶液对载体材料进行浸渍,可在分开的步骤中向催化剂中交替地添加另外的金属。
[0026] 当使用碳载体时,可在利用金的化合物进行浸渍之前进行酸洗,优选使用盐酸、硝 酸、磷酸或硫酸。例如通过将碳分散在盐酸中,任选地进行加热、可能加热至沸腾,排放、利 用蒸馏水或去离子水进行洗涤并在空气中进行干燥,可完成该酸洗。作为在制备催化剂中 使用酸洗程序的替代方案,可在当期望使用碳载体的酸洗形式时,从作为商业材料的碳载 体的制造商得到经预处理的或经酸洗的载体。
[0027] 在用于化学方法中之前,催化剂需要活化步骤。在这种情况中,更正确的是要提到 将经干燥、浸渍的催化剂载体称作催化剂前体,但为了简便,将这种材料称作催化剂,不管 其是否需要活化(或预活化)以实现其全部催化活性。
[0028] 本发明的优选化学方法包含通过乙炔的氢氯化反应制造氯乙烯的方法,包括在包 含在载体上的金和硫的催化剂的存在下将乙炔与HCl反应。优选地,催化剂为根据本发明的 催化剂和/或使用本发明的方法制备的催化剂。在高温、通常约150Γ~250Γ、更优选〈200 °C下实施所述方法。HCl和乙炔优选进行预混合且也优选预加热至反应温度。通常HCl以超 过化学计量反应所需要的量存在。所述催化剂以进料气体在催化剂床上传递或穿过所述催 化剂床的方式布置的催化剂颗粒的固定床的形式存在于反应器中。可使用替代的反应器布 置,包括流化床或其他移动床布置。或者,以单块或涂布在反应器容器壁上的形式提供催化 剂。所述催化剂床可提供有控制温度的装置以避免因放热反应而造成过热或根据需要升高 温度。优选的是,在用于所述方法中之前利用HCl对催化剂进行处理。典型地,通过在至少50 °C、尤其>100°C的温度下在催化剂上流过HCl并持续至少1小时的时间来进行这种处理。这 种预处理可通过在合适温度下用HCl流而不是乙炔流的条件下操作来在反应器中进行。
[0029] 本发明的实施方案包括:
[0030] 1. -种催化剂,包含在载体上的金与含硫配体的络合物。
[0031] 2.根据实施方案1的催化剂,其中所述含硫配体是含有正氧化态的硫的氧化性配 体。
[0032] 3.根据实施方案2的催化剂,其中所述含硫配体衍生自选自磺酸盐、硫代硫酸盐、 硫氰酸盐、硫脲、亚硫酰氯、硫代丙酸和硫代苹果酸中的化合物。
[0033] 4.根据实施方案1~3中任一项的催化剂,包含0.005~15重量%的硫。
[0034] 5.-种催化剂,包含在载体上的金或金化合物和三氯异氰尿酸或金属的二氯异氰 尿酸盐。
[0035] 6.根据上述实施方案中任一项的催化剂,基于全部催化剂的重量,含有0.01~10 重量%的金。
[0036] 7.根据上述实施方案中任一项的催化剂,其中所述载体包含碳。
[0037] 8.根据上述实施方案中任一项的催化剂,其中所述载体包含金属氧化物。
[0038] 9.根据上述实施方案中任一项的催化剂,其中所述载体为粉末、微粒或成形单元 的形式。
[0039] 10.根据上述实施方案中任一项的催化剂,其中至少一部分金处于正氧化态。
[0040] 11.根据上述实施方案中任一项的催化剂,还包含选自钴、铜、镧、铈、锂、钠、钾、 铷、铯、镁、钙、锶和钡
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