Катализатор для газо-жидкофазных окислительно-восстановительных реакций Советский патент 1977 года по МПК B01J23/42 

I

Изобретение относится к области катализаторов, в частности, для газо-жидкофазных окислительно-восстановительных реакций.

Известны катализаторы для газо-жидкофазпых реакций, которые состоят из активных компонентов, нанесенных на инертные носители 1. Известен, например, катализатор для гидрирования а-метилстирола, представляющий собой сферические гранулы из окиси алюминия с осажденным на иих 1% палладия

ft Б;

ближайшим к предлагаемому является таблетированный катализатор, каждая таблетка которого имеет три слоя - два внешних активных тонких (до 0,5 мм) и один внутренний, который состоит из инертного наполнителя- графита толщиной I-3 мм. Объемный процент неактивной массы 70-90% 3. Активный компонент - платина.

Однако удельная производительность этого катализатора недостаточно высока, например, в реакции восстановления Се ($04) г она сос„ ri 1 СМЗ/МИН

тавляет 9,01 .

г

Целью изобретения является увеличение удельной производительности катализатора.

Указанная цель достигается тем, что катализатор содержит в качестве инертного компонента несмачиваемое жидким реагентом вещество, например фторопласт с размером частиц 0,01 -100 мкм, распределенное в объеме гранулы и/или расположенное в виде слоя толщиной 0,1-1 мм с одной из сторон гранулы при следующем содержании компонентов,

об. %: инертный компонент 0,5-50, активный компонент остальное.

При проведении газо-жидкофазных реакций через слой катализатора прямотоком или противотоком пропускают реагенты - газ и жидкость. На эффективность использования катализатора влияют процессы массопереноса газа в порах катализатора. Катализаторы (на носителях или без них) обычно хорошо смачиваются жидкими реагентами или растворами реагентов, поэтому гранула работающего катализатора полностью затоплена и покрыта пленкой жидкости. Чтобы вступить в реакцию, газ, растворенный в жидкости, должен иродиффундировать ио жидкой фазе сначала

через пленку жидкости, окружающую гранулу, а потом по затоплеииым порам в глубь гранулы. Так как концентрация газа, растворенного в жидкости, обычно в раз меньше концентрации жидкого реагента, то

скорость реакции, а следовательно и эффективность использования катализатора ограничиваются подводом растворенного газа в зону реакции. Изобретение позволяет избавиться от этого ограничения. Несмачиваемый компоцент распределен в мелкодисперсном состояНИИ (размер частиц не более 0,1 мм) по объему грануоТЫ (таблетки) и/или в виде пористого слоя расположен с одной из сторон таблетки. Такая структура обеспечивает присутствие внутри таблетки (гранулы) как жидкого, так и газообразного реагентов. Газ, нигде не переходя в жидкую фазу, по порам, образованным иесмачиваемым компонентом, непосредствеппо поступает в зону реакции, и, поскольку коэффициент диффузии газа в порах жидкого реагента в раз выше, чем газа, растворенного в жидкости, подвод газа перестает лимитировать процесс. Несмачиваемый пористый слой (его толщина порядка 0,1 - 1 мм, а пористость не ниже 15%), расположенный с одной из сторои таблетки, препятствует образованию с этой стороны пленки л идкости, что также способствует проникновению газа в таблетку.

Таким образом, существенно повыщается эффективность использования катализатора, что приводит к увеличению удельной производительности катализатора на едипицу его веса и на единицу объема гранулы (или реакционного аппарата).

Пример. Сравнение таблеток, содержащих и не содержащих несмачиваемый компонент, проводили па реакциях, идущих в водпых растворах па платиновом катализаторе. В качестве несмачиваемых компопентов применяли фторопласт, полиэтилен и другие. Сравнивали таблетки диаметром 2 см, приготовленные следующим образом.

A.Сравнительная гидрофильная однослойная таблетка: 0,8 г платиповой черни (с поверхностью около 20 ) прессуют под давлением 1500 кг/см, таблетку термообрабатывают ка воздухе при 360°С в течение 15 мин (аналогичную термообработку проводят для всех таблеток). Толщина таблетки 1 мм.

Б. Сравнительная гидрофильная трехслойная таблетка: при прессовании в пресс-форму пасыпают сначала слой платины, потом слой неактивного графита, потом опять слой платипы. Давление прессования 1500 кг/см. Толщина каждого слоя платины около 0,05 мм, вес платины 0,14 г, толщина слоя графита 0,9 мм, общая толщина таблетки 1 мм.

B.Гидрофобизированная однослойная таблетка: 0,8 г платиновой черни смептивают с суспензией фторопласта 4Д с дисперсностью частиц 0,1-10 мкм (0,14 г сухого фтороцласта); после высущивания прессуют при давлении 170 кг/см таблетку толщиной около 1 мм. Содержание фторопласта 20% от объема таблетки.

Г. Гидрофобизированная двухслойная таблетка: 0,24 г порощка фторопласта прессуют в таблетку под давлением 250 кг/см (толщина 0,5 мм, пористость 307о)- К пей припрессовывают слой, полностью аналогичный однослойной гидрофобизированпой таблетке с содержанием фторопласта 20% от объема слоя. Общая толщина таблетки 1,5 мм.

Д. Гидрофобизнрованная однослойная таблетка: 0,8 г платиповой черни смешивают с суспензией фторопласта 4Д с дисперсностью частиц 0,1 -10 мкм (0,58 г сухого фторопласта) ; после высушивания прессуют таблетку. Толщииа таблетки 1,6 мм, содержание фторопласта 52% от объема таблетки. В качестве ииертного компонента также используют 0,25 г порошка полиэтилена с дисперсностью частиц 1 -100 мкм. Толщина таблетки 1,7 мм,

содержание полиэтилена 48 об. % (ДОЕ. Гидрофобизированная однослойная таблетка: 0,8 г платиновой черни смешивают с 0,4 г фторопласта с дисперсностью частиц 0,01 мкм. После высущивания прессуют таблетку. Толщипа таблетки 1 мм, содержание фторопласта 0,6% от объема таблетки. В качестве ииертного компонента также используют раствор парафина в бензоле с дисперсностью частиц 0,01 мкм. Толщина таблетки

1 мм, содержание парафина 0,6 об. % (Ei).

Па таблетках проводят следующие реакции.

Восстановление Се (804)2 молекулярным водородом в водном растворе серной кислоты

при 25°С и давлении водорода Рн, 1 атм. Состав исходного раствора 1,5М Ce(S04)2 + + 1 п. П2504.

Окисление FeSO4-7H20 молекулярным кислородом в водном растворе серной кислоты при 25°С и давлении кислорода РО, 1 атм. Состав исходного раствора Зн. EeS04-71 20 + -f 1 н. П25О4. Окисление (СМ)б ЗП2О молекулярным кислородом в водном растворе серной кислоты при 25°С и давлении кислорода PO, I атм. Состав исходного раствора 0,5 М (СМ)б ЗНгО + 1 и. H2SO4.

Таблетки помещают в лабораторную камеру, заполненную раствором реагента. Водород барботировал. через жидкость снизу к таблетке, перемещивая раствор. Скорость подачи водорода (или кислорода) и барботировапия его через жидкость поддерживают одинаковой

во всех случаях. Скорость реакции определяют по разности скоростей потоков водорода (или кислорода) па входе и выходе из камеры. Результаты испытаний приведены в таблице.

Удельная производительность для всех представленных реакцш на гидрофобизированных таблетках (В-EI) существенно выще, чем па трехслойной гидрофильной таблетке (Б), содержащей инертный компонент, и чем

на однослойной гидрофильной таблетке катализатора (А).

Использование изобретения позволяет значительно увеличить эффективность использовапия поверхности формованного катализатора для газо-жидкофазных каталитических реакций и, следовательно, повысить удельную производительность формоваппого катализатора на единицу веса и объема. Кроме того,

так как в качестве несмачиваемых компонентов, например гидрофобизаторов, удобно применять такие полимеры, как фторопласт, полиэтилен, которые одновременно могут выполСкорость реакции в зависимости от типа таблетки катализатора

нять функцию связующего, то облегчается полз чеиие прочных таблеток (гранул) катализатора.

Формула изобретения

Катализатор для газо-жидкофазных окислительно-восстановительных реакций, выполненный в виде гранул и содержащий активный, например платину, и инертный компонент, отличающийся тем, что, с целью увеличения удельной производительности, катализатор содержит в качестве инертного компонента несмачиваемое жидким реагентом вещество, например фторопласт с размером частиц 0,01 -100 мкм, распределенное в объеме гранулы и/или расположенное в виде слоя толщиной 0,1 - 1 мм с одной из сторон гранулы нри следующем содержании компонентов, об. %: инертный компонент 0,5-50, активный компонент остальное.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

I.e. N. Satterfield. Mass Transfer in Heterogeneous Catalysis, M. I, I Press, Cambridge, 1970, c. 92.

in a Trickle-Bed Reactor, 15, № 2, c. 226, 1969.

3.Авторское свидетельство № 62015, M. Кл.2 В OIJ 37/00, 1940.