一種含鋁助催化劑的製作方法
2023-11-11 18:34:07 1
一種含鋁助催化劑的製作方法
【專利摘要】一種含鋁助催化劑，用作為有機矽單體合成反應，優選為二甲基二氯矽烷合成反應中銅基催化體系中的助催化劑，其中所述鋁均勻分布且結合在載體上，一是有利於鋁在流化床中與矽等均勻混合；二是消除矽粉及觸體表面的氧化膜，改善矽粉及觸體的反應活性；三是減少了工業生產中鋁的不必要損耗。本發明與現有技術使用顆粒狀金屬鋁粉將鋁加入到流化床反應體系中的方法對比，所述一種含鋁助催化劑，使得鋁組元中有害雜質含量低，純度高，用於有機矽單體合成時可將鋁助催化組元均勻添加於合成反應體系中，提高鋁的利用效率，能更好地消除矽粉及觸體表面的氧化膜，以及有利於合成反應活性的改善，提高了流化床的時空產率，降低工業生產的成本，經濟效益顯著。
【專利說明】一種含鋁助催化劑
【技術領域】
[0001]本發明涉及有機矽單體合成反應，特別是二甲基二氯矽烷的合成反應中銅基催化體系中的助催化劑領域，更具體的，涉及一種含鋁助催化劑。
【背景技術】
[0002]二甲基二氯矽烷，工業上又稱為二甲或M2，是一種最重要的有機矽單體，其用量佔到整個單體總量的90%以上，是製備有機矽的下遊產品，例如矽油、矽橡膠、矽樹脂以及矽烷偶聯劑等的重要原料。
[0003]二甲基二氯矽烷是由金屬矽粉、氯甲烷在加入催化劑(含主催化劑和助催化劑)，並在300°C左右的條件下於流化床中化學合成的，其合成反應屬於氣-固-固多相接觸催化放熱反應，其反應機理複雜，除包含生成二甲的主反應外，還同時存在多種副反應。
[0004]二甲基二氯矽烷的合成反應過程的影響因素，包括流化床結構、原料矽粉、氯甲烷、催化劑(含主催化劑及助催化劑)及催化體系、工藝參數(如流化床溫度及溫度均勻性、氣速及流化狀態等)等等。其中，主催化劑和助催化劑的有效搭配使用對單體合成反應二甲的選擇性、矽粉轉化率及時空產率等將會產生重要的影響。
[0005]有機矽單體合成反應中，雖然助催化劑的用量很小，但其對抑制二甲基二氯矽烷合成反應中副反應的發生，提高單體合成反應二甲的選擇性，以及改善反應活性等方面都起著非常重要的作用。
[0006]銅基催化體系是目前有機矽單體合成反應中普遍採用的催化體系，有相關研究表明，銅加入反應體系後，在一定的溫度和有氯甲烷存在的條件下會與矽形成有催化作用的矽-銅合金觸體，該矽-銅合金觸體對甲基氯矽烷，特別是二甲的生成起到至關重要的作用。
[0007]銅基催化劑體系又主要分為金屬基片狀純銅粉，例如片狀金屬純銅粉，複合銅粉，例如銅及銅_鋒-錫等合金片狀粉末，以及二兀銅粉，例如Cu-Cu2O-CuO 二種物相組成的銅氧化物催化劑三類。其中，片狀金屬純銅粉及三元銅粉催化體系中，需另外增加助劑鋅(Zn)、錫(Sn)、磷(P)等助催組元，同樣的，複合銅粉催化劑體系中，也要根據反應的需要添加鋅(Zn)、錫(Sn)、磷(P)等助催組元。
[0008]此外，為了消除矽粉及觸體表面氧化膜，提高矽粉活性及觸體活性，往往還需往催化體系中加入適量的助催組元鋁(Al)。
[0009]現有技術中，銅基催化劑體系中的助催化劑鋁通常是以單質顆粒狀Al (或稱金屬Al)的形式加入到流化床的反應體系中。由於在流化床反應體系中添加的鋁的量本來就不多，又因為這些加入到工業化流化床的鋁與矽粉、銅粉往往難於實現很均勻的混合，助催化劑鋁組元很難充分發揮助催化作用，造成流化床中的合成反應無法達到最佳的狀態，特別是當矽粉活性欠佳，需加Al來提高觸體活性時，這種情況更為常見。另外，在工業流化床的狀態出現不穩定時，部分鋁粉，特別是鋁粉中的超細顆粒易於從局部溝流帶出或在床內分布不均勻，這都將使反應無法達到最佳效果，無法充分發揮鋁作為助催化劑的作用。
【發明內容】
[0010]本發明針對現有技術中，有機矽單體合成反應中添加鋁作為助催化仍然存在的上述具體問題，本發明提供了一種含鋁助催化劑。
[0011]本發明的一種含鋁助催化劑，其中鋁均勻分布且結合在載體上。
[0012]對本發明作出進一步的限定，如下，
[0013]所述載體包括但不限於單質金屬銅與銅氧化物中一種或多種的任意組合，例如Cu, CuO, Cu2O, Cu-CuO, Cu-Cu2O, CuO-Cu2O, Cu-Cu2O-CuO 等等；
[0014]所述載體包括但不限於金屬矽粉；
[0015]所述載體還包括單質金屬銅與銅氧化物、金屬矽粉的混合物；
[0016]根據所述載體中Si的含量，所述一種含鋁助催化劑中主要成分的物相的質量百分比例:
[0017](I)當載體中不含Si (係指含Si低於10ppm時)，或者含Si很少時(係指含Si低於100ppm)時，所述一種含鋁助催化劑中:
Cu(5 ?99.0% ), Al (0.05 - 60.0% )，含氧(0.05 ~ 20.0% )，鉛等有害雜質含量較低，例如:Pb ( 500ppm,Fe ( 100ppm,其他各金屬雜質含量單項< 60ppm,其他各項非金屬雜質單項彡10ppm ；
[0018](2)當載體中含Si時，所述一種含鋁助催化劑中:
Cu(5 ?99.0% ) ,Al (0.05 ?60.0% ) ,Si (I ?99.0% )，含氧 0.05 ?19.0%，鉛等有害雜質含量較低，例如:Pb ( 500ppm, Fe ^ 0.5%, Ca ^ 0.2%，其他各金屬雜質含量單項(500ppm,其他各項非金屬雜質單項< 10ppm ；
[0019]根據所述載體的成分，所述一種含鋁助催化劑中主要成分的物相的質量百分比例:
[0020](I)載體為金屬銅和/或銅氧化物粉時，如Cu，CuO，Cu20, Cu-CuO，Cu_Cu20，Cu0-Cu20, Cu-Cu20-Cu0時，所述一種含鋁助催化劑中:
Cu (5 ?99.0% )，Cu2O(0.05 ?90.0% )，CuO(0.05 ?85.0% )，單質 Al 和 / 或含 Al的合金、和/或含Al的化合物0.05?60.0% ;
[0021](2)載體為金屬矽(Si)粉時，所述一種含鋁助催化劑中:
Si (I?99.0% )，單質Al和/或含Al的合金、和/或含Al的化合物0.05?60.0%;
[0022](3)載體為金屬銅和/或銅氧化物粉、金屬矽(Si)粉的混合物時，所述一種含鋁助催化劑中:
Cu (5 ?95.0% )，Cu2O (0.05 ?85.0% )，CuO (0.05 ?80.0% ), Si(l ~ 98.0% )，單質Al和/或含Al的合金、和/或含Al的化合物0.05?60.0% ;
[0023]所述的一種含鋁助催化劑，其中所述鋁可來源於包括但不限於單質金屬鋁、含鋁合金、含鋁化合物中的一種或多種的任意組合，其中所述含鋁的合金包括但不限於銅鋁合金(Cu-Al)，鋁錫合金(Al-Sn)，銅-鋅-鋁合金(Cu-Zn-Al)，銅-鋁-錫合金(Cu-Al-Sn)中的一種或多種的任意組合；其中所述含鋁的化合物包括但不限於鋁的氧化物如Al2O3，鋁的氫氧化物，鋁的碳酸鹽，鋁的齒化物，鋁的硝酸鹽，鋁的脂肪酸鹽以及鋁的有機化合物中的一種或多種的任意組合。
[0024]較佳地，所述一種含鋁助催化劑的粒度，其D5tl = I?180 μ m，D9tl = 8?1000 μ m ；
[0025]較佳地，所述一種含鋁助催化劑顆粒的表面含有少量處理劑，保護所述顆粒不氧化及起分散作用，其質量百分含量在0.05?1.5%之間；
[0026]所述一種含鋁助催化劑，其顆粒形貌包括但不限於如不規則形狀、類球狀、球狀、片狀、上述一種或多種顆粒形貌的任意組合。
[0027]本發明的發明點及有益效果在於，鋁均勻分布且結合在載體上，一是有利於鋁在流化床中與矽等均勻混合，提高反應效率；二是消除矽粉及觸體表面的氧化膜，改善矽粉及觸體的反應活性；三是減少了工業生產中鋁的不必要損耗。
[0028]本發明的有益效果是針對現有技術的弊端和仍然存在的不足體現的，本發明與現有技術使用顆粒狀金屬鋁粉將鋁加入到流化床反應體系中的方法對比，所述一種含鋁助催化劑，使得鋁組元有害雜質含量低，純度高，用於有機矽單體合成時可將鋁助催化組元均勻添加於合成反應體系中，提高鋁的利用效率，能更好地消除矽粉及觸體表面的氧化膜，以及有利於合成反應活性的改善，提高了流化床的時空產率，降低工業生產的成本，經濟效益顯著。
具體實施例
[0029]具體實施例1
[0030]所述一種含鋁助催化劑中主要成分的物相的質量百分比例:
較佳地，所述一種含鋁助催化劑中:
Cu (18.7 % ), Cu2O (51.8 % ), CuO (25.6 % ), Al (2.8 % ),氧含量(11.1 % )，其中，Pb (32ppm), Fe (210ppm),其他各金屬雜質單項< 50ppm ；
較佳地，所述一種含鋁助催化劑，其顆粒表面處理劑使用質量百分量(0.8% )，其他各非金屬雜質單項< 50ppm ；
較佳地，所述一種含鋁助催化劑，其粒度D50 = 25.6 μ m, D90 = 123.5 ym；
較佳地，所述一種含鋁助催化劑，其顆粒形貌為不規則形狀和片狀的一種或兩種的任意組合。
[0031]具體實施例2
[0032]所述一種含鋁助催化劑中主要成分的物相的質量百分比例:
較佳地，所述一種含鋁助催化劑中:
Cu(10.5% ) ,Cu20(25.0% ) ,Cu0(19.6% ) ,Si (23.5%), Al (20.2%)，氧含量(7.1%),其中，Pb (35ppm)，Fe (0.13% ),其他各金屬雜質單項< 50ppm ；
較佳地，所述一種含鋁助催化劑，其顆粒表面處理劑使用質量百分量(0.9% )，其他各非金屬雜質單項< 50ppm ；
較佳地，所述一種含鋁助催化劑，其粒度D5tl = 34.6 μ m, D90 = 208.5 ym；
較佳地，所述一種含鋁助催化劑，其顆粒形貌為不規則形狀和捲曲片狀的一種或兩種的任意組合。
[0033]具體實施例3
[0034]所述一種含鋁助催化劑中主要成分的物相的質量百分比例:
較佳地，所述一種含鋁助催化劑中:
Cu (42.2 % ), Si (21.5 % ), Al (35.2 % ),氧含量(0.4 % ),其中，Pb (36ppm)，Fe (0.14% ),其他各金屬雜質單項< 50ppm ;
較佳地，所述一種含鋁助催化劑，其顆粒表面處理劑使用質量百分量(1.0% )，其他各非金屬雜質單項< 50ppm ；
較佳地，所述一種含鋁助催化劑，其粒度D5tl = 45.6 μ m, D90 = 260.2 ym；
較佳地，所述一種含鋁助催化劑，其顆粒形貌為不規則形狀和捲曲片狀的一種或兩種的任意組合。
[0035]以上所述的僅是本發明專利的較佳的實施例，需要說明的是，對於本領域的技術人員來說，在不脫離本發明結構及思路的前提下，仍然存在作出若干變形和改進的餘地，這些都將不會影響本發明實施的效果和專利的實用性及覆蓋範圍。
【權利要求】
1.一種含鋁助催化劑，其特徵在於鋁均勻分布且結合在載體上。
2.根據權利要求1所述的一種含鋁助催化劑，其特徵在於所述載體包括但不限於是單質金屬銅、銅氧化物中一種或多種的任意組合。
3.根據權利要求1所述的一種含鋁助催化劑，其特徵在於所述載體包括但不限於金屬矽粉。
4.根據權利要求1所述的一種含鋁助催化劑，其特徵在於所述載體可為單質金屬銅、銅氧化物、金屬矽粉中的一種或多種的任意組合。
5.根據權利要求1所述的一種含鋁助催化劑，其特徵在於根據所述載體中Si的含量，所述一種含鋁助催化劑中主要成分的物相的質量百分比例: (1)當載體中不含Si(係指含Si低於10ppm時)，或者含Si很少時(係指含Si低於100ppm)時，所述一種含鋁助催化劑中: Cu(5 ?99.0% ), Al (0.05 - 60.0% )，含氧(0.05 - 20.0% )，鉛等有害雜質含量較低，例如:Pb ( 500ppm,Fe ( 100ppm,其他各金屬雜質含量單項< 60ppm,其他各項非金屬雜質單項彡10ppm ； (2)當載體中含Si時，所述一種含鋁助催化劑中:
Cu(5 ?99.0% ) ,Al (0.05 ?60.0% ) ,Si (I ?99.0% )，含氧 0.05 ?19.0%，鉛等有害雜質含量較低，例如:Pb ( 500ppm, Fe ^ 0.5%, Ca ^ 0.2%，其他各金屬雜質含量單項(500ppm,其他各項非金屬雜質單項< lOOppm。
6.根據權利要求1所述的一種含鋁助催化劑，其特徵在於根據所述載體的成分，所述一種含鋁助催化劑中主要成分的物相的質量百分比例: (1)載體為金屬銅和/或銅氧化物粉時，如Cu，CuO,Cu20, Cu-CuO, Cu_Cu20，Cu0_Cu20，Cu-Cu20-Cu0時，所述一種含鋁助催化劑中:
Cu (5 ?99.0% )，Cu2O(0.05 ?90.0% )，CuO(0.05 ?85.0% )，單質 Al 和 / 或含 Al的合金、和/或含Al的化合物0.05?60.0% ; (2)載體為金屬矽(Si)粉時，所述一種含鋁助催化劑中: Si (I?99.0% )，單質Al和/或含Al的合金、和/或含Al的化合物0.05?60.0%; (3)載體為金屬銅和/或銅氧化物粉、金屬矽(Si)粉的混合物時，所述一種含鋁助催化劑中:
Cu (5 ?95.0% )，Cu2O (0.05 ?85.0% )，CuO (0.05 ?80.0% ), Si(l ~ 98.0% )，單質Al和/或含Al的合金、和/或含Al的化合物0.05?60.0%。
7.根據權利要求1所述的一種含鋁助催化劑，其特徵在於所述鋁可來源於包括但不限於單質金屬鋁、含鋁合金、含鋁化合物中的一種或多種的任意組合，其中所述含鋁的合金包括但不限於銅鋁合金(Cu-Al)，鋁錫合金(Al-Sn)，銅-鋅-鋁合金(Cu-Zn-Al)，銅-鋁-錫合金(Cu-Al-Sn)中的一種或多種的任意組合；其中所述含鋁的化合物包括但不限於鋁的氧化物如Al2O3，鋁的氫氧化物，鋁的碳酸鹽，鋁的齒化物，鋁的硝酸鹽，鋁的脂肪酸鹽以及鋁的有機化合物中的一種或多種的任意組合。
8.根據權利要求1所述的一種含鋁助催化劑，其特徵在於所述一種含鋁助催化劑的粒度，其 D50 = I ?180 μ m, D90 = 8 ?1000 μ m。
9.根據權利要求1所述的一種含鋁助催化劑，其特徵在於其顆粒的表面含有少量處理齊U，保護所述顆粒不氧化及起分散作用，其質量百分含量在0.05?1.5%之間。
10.根據權利要求1所述的一種含鋁助催化劑，其特徵在於其顆粒形貌包括但不限於不規則形狀、類球狀、球狀、片狀、上述一種或多種顆粒形貌的任意組合。
【文檔編號】B01J23/72GK104190420SQ201410392344
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月5日 優先權日:2014年8月5日
【發明者】張擁軍, 莫文劍 申請人:湖南省天心博力科技有限公司