КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ОКИСЛЕНИЯ ДИОКСИДА СЕРЫ Российский патент 1997 года по МПК B01J23/22 C01B17/69 

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 SO2-3

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 SO2-3

) 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 SO2-3

) 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 SO2-3

) 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.

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. Настоящая разработка позволяет заменить дефицитное природное сырье, повысить активность и прочность катализатора. Это достигается за счет использования в качестве носителя смеси диатомита и пылевидного кремнезема 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; соединения серы (в пересчете на SO2-3

) 8-20; носитель остальное. 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 - 86-88%. Прочность катализатора на раздавливание 1,5-2,2 МПа. 1 табл.

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 SO2-3

) 8 20
Носитель Остальноес