Катализатор для окисления хлористого водорода в хлор и способ получения хлора Советский патент 1987 года по МПК B01J23/86 C01B7/04 

Изобретение относится к катализаторам для газофазного окисления хлористого водорода кислородом или кислородсодержащим газом и может быть использовано для получения хлора.

Целью изобретения является повышение активности и устойчивости катализатора в агрессивных средах, содержащих хлор и хлористый водород, за счет содержания в качестве хромита металла хромита кобальта при определенном содержании компонентов, а также целью является повыщение выхода хлора за счет использования катализатора определенного состава и проведения процесса при определенных условиях.

Пример 1. .Для приготовления 100 г катализатора на основе хромита кобальта, содержащего 10% активной массы, в 40смЗ дистиллированной воды растворяют 8,8 г хромового ангидрида, затем к нему добавляют при тщательном перемещивании до полного растворения 1.2,8 г азотно-кислого кобальта. Полученным раствором при комнатной температуре пропитывают 90 г сухой у-окиси алюминия .марки ШН-2. Пропитанный носитель сушат при 110-120°С, а затем прокаливают в токе инертного газа при 425-450°С в течение 10 ч. Степень превращения НС1 на этом катализаторе при объемной скорости 1000 ч и 400°С в реакционной смеси, состоящей из 10 об. % НС1 в воздухе, составляет 56,6 /о.

Пример 2. Для приготовления 100 г катализатора, содержащего 15% активной массы, в 38 см дистиллированной воды растворяют 13,2 г хромового ангидрида и 19,2 г азотно-кислого кобальта, а затем пропитывают этим раствором 85 г сухой у -окиси алюминия марки ШН-2. Сушку и прокалку проводят так, как показано в примере 1. Конверсия HCI на э- ом катализаторе, измеренная в условиях, приведенных в примере 1, составляет 67,5%. )

Пример 3. Для приготовления 100 г катализатора, содержащего 20% активной массы, в 36 см дистиллированной воды растворяют 17,6 г хромового ангидрида и 25,6 г азотно-кислог о кобальта, а затем пропитывают этим растворо.м 80 гу - марки ШН-2. Сущку и прокалку проводят так, как показано в примере 1. конверсия HCI на этом катализаторе, измеренная в условиях, приведенных в примере 1, составляет 76,6%.

Пример 4. Для приготовления 100 г катализатора, содержап его 25% активной массы, в 33 см дистиллированной воды растворяют 22,0 г хромового ангидрида и 32,0 г азотно-кислого коба.чьта. Приготовленным раствором пропитывают 75 г сухой ТС АиОз марки ШН-2, а затем проводят сушку и прокалку так, как показано в примере 1. Конверсия НС1 на этом катализаторе, измеренная в условиях, приведенных в примере 1, составляет 70,5%.

Пример 5. Для приготовления 100 г катализатора, содержащего 30% активной 5 массы, в 31 см дистиллированной воды растворяют 26,0 г хромового ангидрида и 38,4 г азотно-кислого кобальта. Приготовленным раствором пропитывают 70 г сухой f -окиси алюминия марки ШН-2. Сущ- ,„ку и прокалку проводят так, как показано в примере 1. Конверсия НС1 на этом катализаторе, измеренная в условиях, приведенных в примере 1, составляет 62,0%.

В табл. 1 приведены величины конверсии хлористого водорода в присутствии дан- 5 ного катализатора (объемная скорость 1000 г , состав смеси 10 об. % в воздухе).

Для оценки актинносГи предлагаемого (на основе хромита кобальта) и известного (на основе хромита меди) катализаторов ,, были проведены их испытания в реакции окисления хлористого водорода в идентич.- ных условиях. Исследования были приведены при объемной скорости 1000 и 300- 400°С в реакционной смеси, состоящей из 10 об. % НС1 в воздухе. Контакты содержа- 5 ли 20% активной массы на у А1гОз марки ШН-2.

Результаты этих испытаний приведены в табл. 2.

На представленных данных видно, что в идентичных условиях при всех исследованиях температурах конверсия .хлористого водорода на предлагае.мом катализаторе вы- ще. Увеличение конверсии при 375-400°С составляет 33-38%.

О высокой устойчивости катализатора согласно изобретению свидетельствуют данные испытания катализаторов на основе хромитов кобальта и меди путем их прогрева в газовой смеси, состоящей из 3,0 об. % НС1 в гелии, при 100-400°С. Во всем исследованном температурном интервале вес 0 предлагаемого катализатора () практически остается постоянным, т. е. в указанных условиях он не изменяется. В отличие от этого известный катализатор (СиСггО) устойчив лишь до 300°С. При более высо- ких температурах под воздействием хлористого водорода он начинает разрушаться, о чем свидетельствует уменьшение его веса, который становится меньше исходного.

Вследствие низкой устойчивости катализатора на основе хромита меди его нельзя 0 использовать для конвертирования высококонцентрированных смесей хлористого водорода. При длительной работе (несколько сотен ч) на этом катализаторе могут быть

0

получены смеси, содержащие до 5--6 об./

/о

5

хлора. Использование данного катализатора на основе хро.мита кобальта позволяет проводить процесс с реакционными смесями стехиометрического состава

(80 об. % хлористого водорода и 20 об. % кислорода). В лабораторных условиях этот катализатор работал, не снижая активности, более 100 ч при 400-425°С в реакционной смеси, содержащей около 80 об. %. При этом концентрация хлора в конвертированной смеси превышала 50 об. %.

Пример 6. В реактор помещают 2 civi катализатора с 20 мае. % хромита кобальта и через него пропускают со скоростью 1 л/ч реакционную смесь, состоящую из хлористого водорода и кислорода, в которой содержание последнего изменяют от 20 до 36 об. о/о.

Величины конверсии НС1 в реакции его

10

зующегося хлора невелика.

Формула изобретения

но, что изменение концентрации кислорода в реакционной смеси от 26 до 31 об. %. практически не влияет на протекание процесса.

Сопоставляя приведенные данные, можно заключить, что для получения высоко- ,концентрированных смесей хлора путем окисления хлористого водорода на ката/1изато- ре, содержащем 15-25 мае. % хромита кобальта, необходимо использовать газовые смеси с 26-31 об. % кисаорода, а процесс проводить при объемных скоростях 250- 500 ч и 400-425°С. При меньших объем- ных скоростях наблюдается низкий выход хлора с единицы объема катализатора, а окисления, на катализаторе с 20 мае. % 15 при более высоких - концентрация обра-, хромита кобалйта (объемная скорость 500 ) измеренные при 400 и 425°С, приведены в табл. 3.

Из приведенных данных видно, что кон1.Катализатор для окисления хлористого водорода в хлор, включающий хромит металла на носителе- J -оксиДе алюминия, отличающийся тем, что, с целью повышения активности и устойчивости катализатора в агрессивных средах, содержащих хлор и

газовую смесь, состоящую из 74 об. % 25 хлористый водород, катализатор в качестве НС1 и 26 об. % кислорода, и определяютхромита металла содержит хромит кобальта при следующем содержании компонентов, мае. %:

Хромит кобальта15-25

НосительОстальное

2.Способ получения хлора путем окисления хлористого водорода кислородом или кислородсодержащим газом в присутствии катализатора на основе хромита металла на носителе-Y-оксиде алюминия при повыдетельствуют о том, что при увеличении ,. шенной температуре, отличающийся тем, что объемной скорости газового потока конвер-с целью повышения выхода, используют

сия хлористого водорода у.меньшается, прикатализатор, содержащий в качестве хроэтом содержание образующегося хлора в .мита металла хромит кобальта при следую- реакционной смеси понижается. Вместе сщем содержании компонентов, мае. %:

версия хлористого водорода достигает мак- си.мального значения при содержании 26- 31 об. % кислорода в реакционной смеси.

Пример 7. Через реактор с 10 см катализатора, содержащего 20 мае. %. хромита кобальта, пропускают со скоростью 1 л/ч

конверсию хлористого водорода при 400, , 425 и 430°С. Затем повышают содержание в реакционной смеси кислорода до 28 об. % (72 об. % HCI), а потом до 31 об. о/о (69 об. % НС1) и измеряют- степень превращения хлористого водорода.

Полученные результаты приведены в табл. 4.

Приведенные в табл. 4 результаты свите.м выход хлора с единицы объема катализатора возрастает, достигая практически одинакового значения при объемных скоростях 500-650 ч . Вследствие этого проводить процесс при более высоких объемных скоростях нецелесообразно, так как в этих условиях выход хлора уменьшается, а его сидержание в образующихся газовых сме- ен небольшой. Из этих данных также вид40

Хромит кобальта15-25

НосительОстальное

процесс ведут при 400-425°С, объемной скорости 250-500 в смеси хлористого водорода с кислородом при следующем содержании реагентов, об. /Q:

45

Кислород Хлористый водород

26-31 Остальное

10

, 15

зующегося хлора невелика.

Формула изобретения

Сопоставляя приведенные дан но заключить, что для получени ,концентрированных смесей хлора п ления хлористого водорода на к ре, содержащем 15-25 мае. % кобальта, необходимо использоват смеси с 26-31 об. % кисаорода, проводить при объемных скорос 500 ч и 400-425°С. При меньш ных скоростях наблюдается низк хлора с единицы объема катали при более высоких - концентра

40

Хромит кобальта15-25

НосительОстальное

процесс ведут при 400-425°С, объемной скорости 250-500 в смеси хлористого водорода с кислородом при следующем содержании реагентов, об. /Q:

Кислород Хлористый водород

26-31 Остальное

Таблица 1

14,924,0

37,747.4

Продолжение табл. 1

33,0

42,8

61,1

69,2

6,6

Таблица 3

1326330

10

Продолжение табл. 4

Изобретение касается каталитической химии, в частиости катализатора (КТ) для окисления НС1 в хлор, и может быть использовано в хлорном производстве. Для повышения активности и устойчивости КТ в агрессивных средах в состав КТ вводят другой хромит - хромит кобальта (15-25мас.%) на-jf-AiOj-носителе. Получение хлора ведут окислением НС1 в присутствии указанного состава КТ при 400-425°С и объемной скорости смеси НС1 и Oj 250-500 ч- . Объемное содержание кислорода в смеси составляет 26-31%. В сравнении с известным КТ (хромит меди) новый КТ обеспечивает повышение конверсии НС1 с 52% (при 400°С) до 76,6°/о. 2 с.п. ф-лы, 4 табл. i (Л со to 05 со 00