綠色革命：高性能金基催化劑促進(jìn)PVC無汞化生產(chǎn)獲一等獎
核心提示：近日，陜西省人民政府印發(fā)《關(guān)于2023年度陜西省科學(xué)技術(shù)獎勵的決定》，32項(xiàng)石油和化工行業(yè)類的技術(shù)成果獲得2023年度陜西省科學(xué)技
近日，陜西省人民政府印發(fā)《關(guān)于2023年度陜西省科學(xué)技術(shù)獎勵的決定》，32項(xiàng)石油和化工行業(yè)類的技術(shù)成果獲得2023年度陜西省科學(xué)技術(shù)獎，涵蓋油氣勘探開發(fā)、煤化工、精細(xì)化工、新材料、化工裝備等領(lǐng)域。
由西安凱立新材料股份有限公司（以下簡稱凱立新材）、陜西金泰氯堿神木化工有限公司、內(nèi)蒙古鄂爾多斯電力冶金集團(tuán)股份有限公司氯堿化工分公司聯(lián)合開發(fā)的“乙炔法合成氯乙烯用高性能金基催化劑的創(chuàng)制與應(yīng)用”，攻克了乙炔法合成氯乙烯用高性能金基催化劑制備、再生與回收再利用等“卡脖子”技術(shù)難題，并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，對實(shí)現(xiàn)乙炔法PVC無汞化綠色生產(chǎn)具有重大現(xiàn)實(shí)意義。近日，該技術(shù)成果獲得陜西省科技獎科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎一等獎。
1、PVC的毒污染
PVC可分軟質(zhì)塑料和硬質(zhì)塑料。軟質(zhì)的主要制成薄膜，作包裝材料、防雨用品、農(nóng)用育秧膜等，還能作電纜、電線的絕緣層、人造革制品。硬質(zhì)的一般制成管材和板材，管材用作水管和輸送耐腐蝕性流體管，板材用作各種貯槽的襯里和地板。PVC，堪稱毒塑料中的戰(zhàn)斗機(jī)，其從生產(chǎn)制作、消費(fèi)使用，到最后廢置處理，都在危害環(huán)境與人體健康。
聚氯乙烯塑料制品從原料的氯、生產(chǎn)過程的中間產(chǎn)物EDC（二氯乙烷）、到由EDC制成的VCM（氯乙烯，是用來聚合形成PVC的單體）。
然后是PVC合成后要制成各種產(chǎn)品時(shí)所需添加的穩(wěn)定劑（如鉛、鎘）與增塑劑（鄰苯二甲酸酯類，如DEHP）。
以及廢棄后燃燒產(chǎn)生的鹽酸與世紀(jì)之毒二噁英，個個都是來頭不小的有害物質(zhì)。
中國有色金屬工業(yè)協(xié)會副會長兼秘書長賈明星稱，“我國年產(chǎn)量幾千萬噸PVC的生產(chǎn)離不開汞觸媒”。
我國由于石油資源缺乏，大多采用電石法生產(chǎn)PVC，電石法氯乙烯生產(chǎn)工藝中的汞觸媒是汞污染的主要來源，并以各種各樣的方式流向環(huán)境中[2]。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國消耗了全球20%的汞，其中大約60%的汞用于電石法PVC生產(chǎn)。[4]
另一方面PVC的生產(chǎn)屬于高耗能產(chǎn)業(yè)，并涉及多種有毒化學(xué)物質(zhì)，包括二氯乙烷、氯乙烯、汞污染等，一旦發(fā)生爆炸或泄露，對氯乙烯廠的工人與附近民眾的健康威脅極大。
二氯乙烷為無色、油狀液體，經(jīng)國際癌癥組織（IARC）確認(rèn)為2B類致癌物，若吸入、攝取或皮膚吸收會中毒。
氯乙烯單體是生產(chǎn)PVC的主要原料，為1類致癌物，可導(dǎo)致肝癌，還能引發(fā)手指彎曲、皮膚有斑點(diǎn)等病理現(xiàn)象。
2、四項(xiàng)創(chuàng)新成果
電石法PVC汞催化劑的生產(chǎn)、使用和回收等過程中存在大量的汞流失，給生態(tài)環(huán)境和人類健康帶來威脅。突破乙炔法合成氯乙烯用高效無汞催化劑關(guān)鍵技術(shù)并盡快實(shí)現(xiàn)工業(yè)化刻不容緩。
面對國家重大需求，凱立新材結(jié)合在貴金屬催化劑研究領(lǐng)域的優(yōu)勢，于2011年圍繞金基催化劑替代氯乙烯合成用汞催化劑開展立項(xiàng)攻關(guān)。
“在氯乙烯合成反應(yīng)條件下，金基催化劑的轉(zhuǎn)化效率和綜合經(jīng)濟(jì)性、回收性更好。”凱立新材技術(shù)帶頭人曾利輝告訴記者，他們歷經(jīng)10多年持續(xù)自主創(chuàng)新，從高性能金基催化劑的結(jié)構(gòu)理性設(shè)計(jì)出發(fā)，瞄準(zhǔn)載體活性位點(diǎn)的構(gòu)筑、催化活性組分的配位穩(wěn)定與高度分散、助劑調(diào)變和工業(yè)生產(chǎn)的過程強(qiáng)化等核心技術(shù)，先后攻克了改性復(fù)合載體合成、高價(jià)態(tài)金穩(wěn)定與分散、催化劑工業(yè)化生產(chǎn)放大效應(yīng)等技術(shù)難題，形成了一批理論研究成果。
具體而言，一是發(fā)明了有機(jī)氮氧浸滲摻雜活性炭制備方法，合成了含氮氧富電子摻雜的生物質(zhì)活性炭載體，催化劑反應(yīng)活性大大提高。二是發(fā)明了配位絡(luò)合與助劑調(diào)變協(xié)同調(diào)控高價(jià)態(tài)金活性物種的催化劑制備方法，金含量降至0.1%，有效解決了氯乙烯工業(yè)生產(chǎn)中的金被還原導(dǎo)致催化劑易失活、穩(wěn)定性差等問題。三是發(fā)明了氮氧摻雜活性炭負(fù)載絡(luò)合金催化劑的制備技術(shù)及其專用設(shè)備。四是運(yùn)用臨氧裂解技術(shù)對失活金基催化劑進(jìn)行離線再生，達(dá)到了原位催化氧化消除積碳的目的。
3、無汞化發(fā)展任重道遠(yuǎn)
伴隨著我國電石法氯乙烯合成無汞化步伐的不斷加快，凱立新材開發(fā)的金基催化劑實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)，年產(chǎn)能從百噸級躍升為千噸級規(guī)模，還建成了廢催化劑回收裝置，形成了催化劑規(guī)模化制備、再生、廢催化劑回收及再利用全流程技術(shù)服務(wù)體系。
近3年來，該公司金基催化劑銷量突破270噸，累計(jì)帶動下游PVC企業(yè)新增銷售收入38.01億元、利潤2.23億元。
富煤、少油、缺氣的能源結(jié)構(gòu)和資源稟賦，決定了我國電石法未來仍將是PVC生產(chǎn)的主要工藝。據(jù)有關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測，未來幾年我國電石法合成氯乙烯用無汞催化劑的需求量將超過7000噸/年，市場潛力巨大。
盡管前景廣闊，但在凱立新材總經(jīng)理萬克柔看來，金基催化劑替代汞催化劑尚處于工業(yè)應(yīng)用初期，其性能還需要與氯乙烯合成工藝更好匹配和優(yōu)化，氯乙烯無汞化生產(chǎn)工藝也需不斷完善，才能充分發(fā)揮金基催化劑的潛能。同時(shí)，與汞催化劑相比，金基催化劑的成本偏高，需進(jìn)一步優(yōu)化提升性能，提高催化劑的活性恢復(fù)率，降低黃金損耗，延長復(fù)用時(shí)間。
針對金基催化劑成本較高問題，凱立新材未雨綢繆，將轉(zhuǎn)化率同樣較高的銅基催化劑作為研究方向，目前正在研究攻關(guān)低含量銅基催化劑并進(jìn)行萬噸級工業(yè)轉(zhuǎn)化器試驗(yàn)。
文章來源： 中國化工報(bào)，無毒先鋒
原文鏈接：https://www.xianjichina.com/special/detail_551629.html
來源：賢集網(wǎng)
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由西安凱立新材料股份有限公司（以下簡稱凱立新材）、陜西金泰氯堿神木化工有限公司、內(nèi)蒙古鄂爾多斯電力冶金集團(tuán)股份有限公司氯堿化工分公司聯(lián)合開發(fā)的“乙炔法合成氯乙烯用高性能金基催化劑的創(chuàng)制與應(yīng)用”，攻克了乙炔法合成氯乙烯用高性能金基催化劑制備、再生與回收再利用等“卡脖子”技術(shù)難題，并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，對實(shí)現(xiàn)乙炔法PVC無汞化綠色生產(chǎn)具有重大現(xiàn)實(shí)意義。近日，該技術(shù)成果獲得陜西省科技獎科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎一等獎。
1、PVC的毒污染
PVC可分軟質(zhì)塑料和硬質(zhì)塑料。軟質(zhì)的主要制成薄膜，作包裝材料、防雨用品、農(nóng)用育秧膜等，還能作電纜、電線的絕緣層、人造革制品。硬質(zhì)的一般制成管材和板材，管材用作水管和輸送耐腐蝕性流體管，板材用作各種貯槽的襯里和地板。PVC，堪稱毒塑料中的戰(zhàn)斗機(jī)，其從生產(chǎn)制作、消費(fèi)使用，到最后廢置處理，都在危害環(huán)境與人體健康。
聚氯乙烯塑料制品從原料的氯、生產(chǎn)過程的中間產(chǎn)物EDC（二氯乙烷）、到由EDC制成的VCM（氯乙烯，是用來聚合形成PVC的單體）。
然后是PVC合成后要制成各種產(chǎn)品時(shí)所需添加的穩(wěn)定劑（如鉛、鎘）與增塑劑（鄰苯二甲酸酯類，如DEHP）。
以及廢棄后燃燒產(chǎn)生的鹽酸與世紀(jì)之毒二噁英，個個都是來頭不小的有害物質(zhì)。
中國有色金屬工業(yè)協(xié)會副會長兼秘書長賈明星稱，“我國年產(chǎn)量幾千萬噸PVC的生產(chǎn)離不開汞觸媒”。
我國由于石油資源缺乏，大多采用電石法生產(chǎn)PVC，電石法氯乙烯生產(chǎn)工藝中的汞觸媒是汞污染的主要來源，并以各種各樣的方式流向環(huán)境中[2]。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國消耗了全球20%的汞，其中大約60%的汞用于電石法PVC生產(chǎn)。[4]
另一方面PVC的生產(chǎn)屬于高耗能產(chǎn)業(yè)，并涉及多種有毒化學(xué)物質(zhì)，包括二氯乙烷、氯乙烯、汞污染等，一旦發(fā)生爆炸或泄露，對氯乙烯廠的工人與附近民眾的健康威脅極大。
二氯乙烷為無色、油狀液體，經(jīng)國際癌癥組織（IARC）確認(rèn)為2B類致癌物，若吸入、攝取或皮膚吸收會中毒。
氯乙烯單體是生產(chǎn)PVC的主要原料，為1類致癌物，可導(dǎo)致肝癌，還能引發(fā)手指彎曲、皮膚有斑點(diǎn)等病理現(xiàn)象。
2、四項(xiàng)創(chuàng)新成果
電石法PVC汞催化劑的生產(chǎn)、使用和回收等過程中存在大量的汞流失，給生態(tài)環(huán)境和人類健康帶來威脅。突破乙炔法合成氯乙烯用高效無汞催化劑關(guān)鍵技術(shù)并盡快實(shí)現(xiàn)工業(yè)化刻不容緩。
面對國家重大需求，凱立新材結(jié)合在貴金屬催化劑研究領(lǐng)域的優(yōu)勢，于2011年圍繞金基催化劑替代氯乙烯合成用汞催化劑開展立項(xiàng)攻關(guān)。
“在氯乙烯合成反應(yīng)條件下，金基催化劑的轉(zhuǎn)化效率和綜合經(jīng)濟(jì)性、回收性更好。”凱立新材技術(shù)帶頭人曾利輝告訴記者，他們歷經(jīng)10多年持續(xù)自主創(chuàng)新，從高性能金基催化劑的結(jié)構(gòu)理性設(shè)計(jì)出發(fā)，瞄準(zhǔn)載體活性位點(diǎn)的構(gòu)筑、催化活性組分的配位穩(wěn)定與高度分散、助劑調(diào)變和工業(yè)生產(chǎn)的過程強(qiáng)化等核心技術(shù)，先后攻克了改性復(fù)合載體合成、高價(jià)態(tài)金穩(wěn)定與分散、催化劑工業(yè)化生產(chǎn)放大效應(yīng)等技術(shù)難題，形成了一批理論研究成果。
具體而言，一是發(fā)明了有機(jī)氮氧浸滲摻雜活性炭制備方法，合成了含氮氧富電子摻雜的生物質(zhì)活性炭載體，催化劑反應(yīng)活性大大提高。二是發(fā)明了配位絡(luò)合與助劑調(diào)變協(xié)同調(diào)控高價(jià)態(tài)金活性物種的催化劑制備方法，金含量降至0.1%，有效解決了氯乙烯工業(yè)生產(chǎn)中的金被還原導(dǎo)致催化劑易失活、穩(wěn)定性差等問題。三是發(fā)明了氮氧摻雜活性炭負(fù)載絡(luò)合金催化劑的制備技術(shù)及其專用設(shè)備。四是運(yùn)用臨氧裂解技術(shù)對失活金基催化劑進(jìn)行離線再生，達(dá)到了原位催化氧化消除積碳的目的。
3、無汞化發(fā)展任重道遠(yuǎn)
伴隨著我國電石法氯乙烯合成無汞化步伐的不斷加快，凱立新材開發(fā)的金基催化劑實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)，年產(chǎn)能從百噸級躍升為千噸級規(guī)模，還建成了廢催化劑回收裝置，形成了催化劑規(guī)模化制備、再生、廢催化劑回收及再利用全流程技術(shù)服務(wù)體系。
近3年來，該公司金基催化劑銷量突破270噸，累計(jì)帶動下游PVC企業(yè)新增銷售收入38.01億元、利潤2.23億元。
富煤、少油、缺氣的能源結(jié)構(gòu)和資源稟賦，決定了我國電石法未來仍將是PVC生產(chǎn)的主要工藝。據(jù)有關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測，未來幾年我國電石法合成氯乙烯用無汞催化劑的需求量將超過7000噸/年，市場潛力巨大。
盡管前景廣闊，但在凱立新材總經(jīng)理萬克柔看來，金基催化劑替代汞催化劑尚處于工業(yè)應(yīng)用初期，其性能還需要與氯乙烯合成工藝更好匹配和優(yōu)化，氯乙烯無汞化生產(chǎn)工藝也需不斷完善，才能充分發(fā)揮金基催化劑的潛能。同時(shí)，與汞催化劑相比，金基催化劑的成本偏高，需進(jìn)一步優(yōu)化提升性能，提高催化劑的活性恢復(fù)率，降低黃金損耗，延長復(fù)用時(shí)間。
針對金基催化劑成本較高問題，凱立新材未雨綢繆，將轉(zhuǎn)化率同樣較高的銅基催化劑作為研究方向，目前正在研究攻關(guān)低含量銅基催化劑并進(jìn)行萬噸級工業(yè)轉(zhuǎn)化器試驗(yàn)。
文章來源： 中國化工報(bào)，無毒先鋒
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來源：賢集網(wǎng)
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