катализатор для окисления диоксида серы

Формула изобретения

Катализатор для окисления диоксида серы, содержащий пятиокись ванадия, оксид калия, соединения серы и кремнеземный носитель, отличающийся тем, что в качестве носителя катализатор содержит смесь диатомита и пылевидного кремнеземного отхода производства кремния в соотношении соответственно 0,2 - 0,4 0,6 0,8 при следующем соотношении компонентов, мас.

Пятиокись ванадия 6 10

Оксид калия 8 12

Соединения серы (в пересчете на SO²₃^-) 8 20

Носитель Остальноес

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к катализаторам для окисления диоксида серы и может быть использовано в производстве серной кислоты при переработке газовых смесей с обычным и повышенным содержанием диоксида серы.

Известен катализатор для окисления диоксида серы, состоящий из пятиокиси ванадия с добавками щелочных промоторов соединений натрия, калия, рубидия и (или) цезия на носителе диатомите, содержащем SiO₂, CaO.

Смесь щелочных промоторов в пересчете на окислы содержит, мас. Na₂O 5-30; Rb₂O и (или) Cs₂O 15-35; K₂O 8-35.

Активность катализатора при 485^oC 90,2-91% при 420^oC 57,8-59,7% при испытании в следующих условиях: V 4000 ч^-1, содержание диоксида серы в исходной газовой смеси 7 об. остальное воздух. Механическая прочность на раздавливание 1-2 МПа [1]

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является ванадий-калиевый катализатор на носителе диатомите для окисления диоксида серы, содержащей, мас.

V₂O₅ 6-7

K₂O 9-11

Сульфаты в пересчете на SO²₃^- 18-19

Диатомит Остальное

Активность катализатора составляет 84-86% при 485^oC, 18-22% при 420^oC при испытании в стандартных условиях: V 4000 ч^-1, содержание диоксида серы в исходной газовой смеси 10 об. остальное воздух. Механическая прочность на раздавливание 1,0-1,4 МПа [2]

Недостатком данного катализатора является необходимость использования в качестве носителя дефицитного природного материала диатомита и более низкая активность и прочность.

Настоящая разработка позволяет заменить дефицитное природное сырье, повысить активность и прочность катализатора.

Это достигается за счет использования в качестве носителя смеси диатомита и пылевидного кремнеземного отхода производства кремния в соотношении соответственно (0,2-0,4) (0,6-0,8) при следующем содержании компонентов в катализаторе, мас.

V₂O₅ 6-10

K₂O 8-12

Сульфаты (в пересчете на SO²₃^-) носитель Остальное

Сущность изобретения заключается в том, что в качестве носителя используется смесь диатомита и пылевидного силикатного отхода, т.е. частично заменяется дефицитный диатомит Кисатибского месторождения (Грузия). Аналогичного материала на территории России нет.

При этом очень важно соблюсти определенное количество вносимого в носитель диатомита. Это связано с тем, что диатомит содержит Al₂O₃, который по сравнению с SiO₂ значительно более термостоек. Благодаря этому "тормозится" процесс трансформации пористой структуры. Последний происходит за счет того, что соединения кремния и ванадия при высоких температурах (прокалка) образуют эвтектический расплав, который по механизму твердожидкостного спекания изменяет глобулярную структуру носителя (катализатора) и соответственно пористость.

Присутствие в силикатном отходе микродобавок MgO, P₂O₅, K₂O и Na₂O, которые являются промотирующими составляющими сернокислотных контактных масс, способствует росту активности катализатора.

Таким образом, благодаря определенному химсоставу силикатного отхода и количественному соотношению между ним и диатомитом в носителе обеспечивается увеличение активности и механической прочности катализатора.

Предложенный катализатор активен в процессе окисления диоксида серы. Степень превращения SO₂ при V 4000 ч^-1 на газовой смеси состава: 10 об. SO₂, остальное воздух, составляет при 485^oC 85-87%

Прочность катализатора на раздавливание 1,5-2,2 МПа.

Термостабильность катализатора (степень дезактивации) 16-18%

Катализатор готовят следующим образом. Сухой порошкообразный кремнеземный отход, содержащий в виде примесей оксиды алюминия (примерно 0,004 мас.), магния (примерно 0,0035 мас. ), кальция (примерно 0,006 мас.), натрия (примерно 0,0035 мас. ), калия (примерно 0,0015 мас.) и фосфора (примерно 0,92 мас.), смешивают с диатомитом и порошком пентаксида ванадия. Полученная шихта добавляется в предварительно подготовленную смесь едкого кали и серной кислоты из расчета получения бисульфита калия. Контактную массу после введения в нее пластифицирующей добавки тщательно перемешивают и формуют в виде частиц цилиндрической формы с диаметром 4-5 мм и длиной 10-15 мм. Затем контактную массу подсушивают при 100-120^oC в течение 2-4 ч и прокаливают 1-2 ч при 500-600^oC.

Катализатор можно синтезировать и по несколько видоизмененной схеме, а именно: используя раствор метаванадата калия с концентрацией 135-150 г/дм³ V₂O₅, предварительно приготовленный путем выщелачивания технической руды V₂O₅ раствором едкого кали с концентрацией 40-45% с последующим добавлением в раствор метаванадата калия определенного количества едкого кали и серной кислоты из расчета получения бисульфата калия. В полученную смесь всыпают шихту пылевидного кремнеземного отхода и диатомита, взятых в определенных соотношениях. Контактную массу после введения в нее пластифицирующей добавки тщательно перемешивают, формуют, сушат и прокаливают при вышеуказанных условиях.

Полученный указанным образом катализатор содержит в расчете на оксиды, мас.

V₂O₅ 6-10

K₂O 8-12

Сульфаты (в пересчете на SO²₃^-) 8-20

Носитель 58-78

Прочность катализатора на раздавливание 1,5-2,2 МПа. Термостабильность катализатора (степень дезактивации) составляет 16-18%

Катализатор испытывается на активность в процессе окисления диоксида серы на установке проточного типа по стандартной методике при объемной скорости газового потока 4000 ч^-1 и при содержании диоксида серы в исходной газовой смеси 10 об. остальное воздух.

Прочность гранул определяют в статических условиях на раздавливание по образующей по стандартной методике (Мухленов И.П. Технология катализаторов. Л. Химия, 1979, с. 324).

Термостабильность катализатора оценивается по экспрессной методике, включающей термообработку катализатора в течение 10 ч газовоздушной смесью, содержащей 15% диоксида серы и 15,75% кислорода при 700^oC, и измерении активности образца стандартным методом до и после термообработки. Термостабильность оценивается величиной степени дезактивации.

Пример 1.

К 70 г пылевидного кремнеземного отхода и 30 г диатомита добавляют 12 г пентаксида ванадия. Шихту тщательно перемешивают. 60,3 г 40%-ного раствора H₂SO₄ смешивают с 22,3 г раствора 45% KON. Перемешивают получившийся раствор и всыпают в него шихту кремнеземного отхода и диатомита с пентаксидом ванадия, вводят 4,0 г пластификатора поверхностно-активного вещества марки ОП-7. Тщательно перемешивают контактную массу, формуют в виде гранул цилиндрической формы диаметром 5 мм и длиной 10-15 мм. Гранулы сушат при 110^oC 3 ч и прокаливают при 550^oC в течение 1,5 ч.

Пример 2.

К 70 г пылевидного кремнеземного отхода добавляют 30 г диатомита и тщательно перемешивают шихту. В 30 г раствора метаванадата калия с концентрацией 150 г/дм³ V₂O₅ растворяют 11,7 г едкого кали (100% содержание целевого вещества), затем добавляют 20,3 г 93%-ной H₂SO₄. Перемешивают получившуюся смесь и всыпают в нее шихту кремнеземного отхода и диатомита, вводят 4,0 г пластификатора поверхностно-активного вещества марки ОП-7. Тщательно перемешивают контактную массу, формуют в виде гранул цилиндрической формы диаметром 5 мм и длиной 10-15 мм. Гранулы сушат при 110^oC 3 ч и прокаливают при 550^oC в течение 1,5 ч.

Синтезированный катализатор содержит, мас.

V₂O₅ 8

K₂O 10

Сульфаты (в пересчете на SO²₃^-) 14

Носитель (кремнеземный отход в смеси с диатомитом) 68

Степень окисления диоксида серы на данном катализаторе при вышеуказанных условиях испытаний составляет при 485^oC 88% Прочность гранул на раздавливание 2,2 МПа. Термостабильность катализатора 16%

В сводной таблице представлены характеристики химического состава, активности, механической прочности и термостабильности катализатора.

Как видно из таблицы, предлагаемый катализатор по активности и механической прочности превосходит известный.

Создание катализатора с использованием комбинированного носителя значительно расширяет сырьевую базу производства.