Катализатор для очистки отходящих промышленных газов по реакции клауса

 

Катализатор для очистки серусодержащих промышленных газов по способу Клауса и имеет следующий состав, мас.%: Mg₄ ± yV₂ ± xO₉2-15 , где y = 0 ± 0,5, x = 0 + 0,25, носитель остальное, при этом носитель представляет собой диоксид титана анатазной модификации с добавками оксида, гидроксида или сульфата алюминия, диоксид кремния, алюмосиликатов, глины или сульфатов щелочно-земельных металлов, при этом содержание диоксида титана 10 - 99,5 мас.%, отальное - добавки. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к катализаторам для очистки отходящих серусодержащих газов по способу Клауса и может найти применение в процессах очистки отходящих газов на предприятиях газовой, нефтяной, химической промышленности, черной и цветной металлургии. Цель изобретения состоит в создании нового катализатора с повышенной активностью при проведении реакции Клауса в присутствии кислорода. Для достижения указанной цели готовят катализатор, состоящий из соединения ванадия и магния, нанесенного на носитель. Причем носитель в своем составе содержит диоксид титана. Соединение ванадия и магния характеризуется составом Мg_{4 ± y} V_{2 ± х} О₉ и в количестве 2-15 вес.% нанесено на носитель. В этом соединении y=0-0,5, а х=0-0,25. Носитель, в свою очередь, в своем составе наряду с диоксидом титана может содержать оксид, гидроксид, сульфат алюминия, диоксид кремния, алюмосиликаты, глины, сульфаты щелочноземельных элементов. Содержание диоксида титана анатазной модификации в носителе от 10 до 99,5%, остальное добавки. Предлагаемый катализатор готовят следующим образом: носитель из диоксида титана с добавками подвергают пропитке смесью нитратов Мg (II) и ванадила по влагоемкости из расчета, чтобы в конечном продукте содержалось от 2 до 15% соединения Мg_{4 ± y} V_{2 ± х} О₉, где y=0-0,5, а х=0-0,25. Образец после подпитки сушат и прокаливают на воздухе при температуре 250-600^оС в течение 1-5 ч. Таким образом, отличительным признаком предлагаемого катализатора является его новый состав и содержание ингредиентов. Предлагаемый катализатор для переработки серусодержащих газов по реакции Клауса является новым по отношению к известному уровню техники в этой области по составу. Предлагаемый катализатор содержит соединение, которое на встречалось в известных катализаторах процесса Клауса, в других катализаторах переработки газовой серы, в патентах и научной литературе. Если приготовить катализатор с содержанием соединения магния и ванадия менее 2% , то катализатор не дает существенных преимуществ по сравнению с прототипом. Если содержание соединения будет более 15%, то это приведет к увеличению стоимости катализатора. Если в соединении значение у будет более 0,5, то в катализаторе появится свободный оксид магния, а последнее приведет к отложению сульфатов на поверхности катализатора и снижению его активности; или появится свободная пятиокись ванадия, что тоже отрицательно скажется на свободных катализаторах. Если содержание в носителе оксида титана менее 10 мас.%, то наблюдается резкое снижение активности катализатора в реакции Клауса. Соединение магния и ванадия изучали, используя метод ЯМР на ядрах, 51V. Эти спектры записывали на спектрометре Брукер СХР-300 на частоте 78,8 МГц в частотном диапазоне 150 кГц, при длительности импульса 1 мкс, задержке между импульсами 0,1 с. Сдвиги измеряли относительно VОСl. Для сужения линий использовали методику МАS - вращения образца под магическим углом. Спектр наблюдаемого катализатора характеризуется параметрами σ_l =330-370 м, σ_ll=1170 м, и узкой линией с хим. сдвигом - 570 м. Вращение образца под магическим углом сужает эту линию, без изменения параметра хим.сдвига. Этот спектр не похож на все известные. Сопоставляя химический анализ и спектр ЯМР, делаем вывод о составе нанесенного соединения. Каталитическую активность предлагаемого катализатора в реакции Клауса измеряли в лабораторной установке с реактором проточного типа, температура в реакторе 220^оС, время контакта - 0,08 с. Состав газовой смеси при проведении реакции в отсутствии кислорода Н₂S - 3%; SО₂ - 1,5%; Н₂О - 25-35%; N₂ - остальное, конверсию сероводорода на образцах измеряли в течение 6 ч работы. Затем в исходную реакционную смесь добавляли различные количества кислорода от 0,6 до 2,8% об. и также измеряли конверсию сероводорода. Анализ состава исходной смеси и смеси после реакторов проводили с помощью хроматографа ЛХМ-8МД и "Газохром" (O₂). Сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется следующими примерами. П р и м е р 1. Катализатор для очистки отходящих промышленных газов по реакции Клауса готовят путем добавления нитрата кальция в суспензию гидратированного диоксида титана, полученную после гидролиза раствора сульфата титанила и фильтрации по обычному способу сернокислотного травления ильменита и содержащую анионы сульфата в таком количестве, что обеспечивается массовое соотношение Sо₄²/ТiО₂= 0,08. Нитрат кальция добавляют из расчета привлечь в реакцию все сульфаты: массовое соотношение Ме²⁺/ТiО₂ в этом случае составляет 0,033. Суспензию сушат в течение 1 ч при 150^оС. Полученный порошок перемешивают в течение 2 ч с водой и экструдируют. Экструдированный продукт высушивают в течение 12 ч при 110^оС, затем прокаливают в течение 1 ч при 400^оС. 200 г экструдата пропитывают по влагоемкости водным раствором нитрата ванадила и нитрата магния из расчета содержания в готовом катализаторе 3,4% соединения Мg₄V₂О₉. Образец после пропитки сушат при комнатной температуре в течение 24 ч, а затем прокаливают при 350^оС в течение 4 ч. Результаты испытания каталитических свойств образца представлены в таблице. П р и м е р 2. Аналогично примеру 1, отличается низким содержанием активного компонента. П р и м е р 3. Аналогично примеру 1, 2, отличается высоким содержанием активного компонента. П р и м е р 4. Аналогично примерам 1, 2, 3 отличается составом активного компонента. П р и м е р 5. Аналогично примерам 1, 4, отличается составом активного компонента. П р и м е р 6. Аналогично примеру 1 отличается составом носителя. П р и м е р 7. Аналогично 1 и 6, отличается составом носителя. П р и м е р 8. Аналогично примеру 1, 7 отличается составом носителя. П р и м е р 9. Аналогично примерам 1, 7, отличается составом носителя. П р и м е р ы 10-13. Аналогично примерам 1,6-8, характеризуют разный состав носителя. П р и м е р 14. Аналогично примерам 6-13, характеризует состав носителя, отличается от прототипа тем, что на носитель близкого состава нанесен активный компонент. П р и м е р 15. Характеризует прототип. П р и м е р 16. Характеризует лучший импортный катализатор процесса Клауса СRS-31.

Формула изобретения

1. КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ГАЗОВ ПО РЕАКЦИИ КЛАУСА от соединений среды, включающий диоксид титана, отличающийся тем, что, с целью повышения активности катализатора при проведении реакции Клауса в присутствии кислорода, катализатор содержит соединение оксидов магния и ванадия общей формулы Mg₄±yV₂+xO₉, где y=0±0,5; x=0±0,25, и носитель, представляющий собой диоксид титана анатазной модификации с добавками оксида или гидроксида, или сульфата алюминия, или диоксида кремния, или алюмосиликата, или глины или сульфата щелочно-земельного металла, при следующем содержании компонентов, мас.%: Mg₄±yV₂+xO₉ - 2 - 15 Носитель - Остальное 2. Катализатор по п.1, отличающийся тем, что носитель компоненты в следующем соотношении, мас.%:
Диоксид титана - 10,0 - 99,5
Добавка - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1