Катализатор для окисления диоксида серы

 

Использование: производство серной кислоты. Сущность изобретения: катализатор содержит 6,0 - 10,0 мас.% пятиокиси ванадия БФ V₂O₅ , 8,0 - 12 мас. % окиси калия БФ K₂O , 8,0 - 20,0 мас.% соединения серы, в пересчете на трехокись серы, БФ SO²₄^- , носитель остальное. В качестве носителя катализатор содержит пылевидный кремнеземный отход производства кремния. 1 табл.

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^оС 90,2-91% при 420^оС 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.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является ванадий-калиевый катализатор на носителе диатомите для окисления диоксида серы, содержащий мас. V₂O₅ 6-7 K₂O 9-10 Сульфаты в пересчете на SO₃^2- 18-19 Диатомит Остальное Активность катализатора составляет 84-86% при 485^оС, 18-22% при 420^оС 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.

Недостатком данного катализатора является сравнительно невысокая активность в области низких температур и необходимость использования в качестве носителя дефицитного природного материала диатомита.

Настоящая разработка позволяет заменить дефицитное природное сырье и повысить активность в области низких температур.

Это достигается за счет использования в качестве носителя пылевидного кремнеземного отхода при следующем содержании компонентов в катализаторе, мас. V₂O₅ 6-10 K₂O 8-12 Сульфаты (в пересчете на SO₃^2-) 8-20 Носитель 58-78 Сущность изобретения заключается в том, что в качестве носителя используется пылевидный силикатный отход, содержащий микродобавки MgO, P₂O₅, K₂O и Na₂O, которые являются промотирующими составляющими сернокислотных контактных масс, особенно в области низких температур. Указанный отход обладает стабилизированной высокоразвитой поверхностью. Что касается микроструктуры, то она также сохраняется в процессе термообработки пропитанных образцов. Это способствует в дальнейшем созданию термостабильного катализатора, структура которого устойчива к воздействию высоких температур.

Указанный носитель заменяет дефицитный диатомит Кисатибского месторождения (Грузия). Аналогичного материала на территории России нет, это, во-первых, и, во-вторых, т.к. диатомит является природным сырьем, то для обеспечения соответствующего качества носителя необходимо отбирать его из определенных пластов "породы". В противном случае качество катализатора не может быть гарантировано. Этот недостаток устраняется при использовании стандартизованных силикатных отходов.

Таким образом, сочетание определенного химсостава предлагаемого носителя с его сформованной при высоких температурах (>1000^оС) макро- и микроструктурной обеспечивает высокую активность как в области низких (420^оС), так и высоких (485^оС) температур, а также достаточную термостабильность с учетом того, что все фазовые превращения, которые могут происходить с носителем при прокалке катализатора, уже в большей своей части произошли.

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 420^оС 32-35% при 485^оС 85-87% Прочность катализатора на раздавливание 1-2 МПа.

Катализатор готовят следующим образом.

Сухой порошкообразный кремнеземный отход, содержащий в виде примесей оксиды алюминия (≈0,004 мас.), магния (≈0,0035 мас.), кальция (≈0,006 мас.), натрия (≈0,0035 мас.), калия (≈0,0015 мас.) и фосфора (≈0,92 мас.), смешивают с порошком пентоксида ванадия.

Полученная шихта добавляется в предварительно подготовленную смесь едкого кали и серной кислоты из расчета получения бисульфата 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 поддерживают при 100-120^оС в течение 2-4 ч и прокаливают 1-2 ч при 500-600^оС.

Полученный указанным образом катализатор содержит в пересчете на оксиды, мас. V₂O₅ 6-10 K₂O 8-12 Сульфаты (в пересчете на SO₃^2-) 8-20 Носитель 58-78 Прочность катализатора на раздавливание 1-2 МПа.

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. Изд. "Химия", 1979, с. 324).

П р и м е р. К 100 г пылевидного кремнеземного отхода добавляют 12 г пентаксида ванадия. Шихту тщательно перемешивают, 60,3 г 40%-ного раствора H₂SO₄ смешивают с 22,3 г раствора 45% КОН. Перемешивают получившийся раствор и всыпают в него шихту кремнеземного отхода с пентаксидом ванадия, вводят 4,0 г пластификатора поверхностно-активного вещества марки ОП-7. Тщательно перемешанную контактную массу формуют в виде гранул цилиндрической формы диаметром 5 мм и длиной 10-15 мм.

Гранулы сушат при 110^оС 3 ч и прокаливают при 550^оС в течение 1,5 ч.

Синтезированный катализатор содержит, мас. V₂O₅ 8 K₂O 10 Сульфаты (в пересчете на SO₃^2-) 14 Носитель (кремнеземный отход) 68 Степень окисления диоксида серы на данном катализаторе при указанных условиях испытания составляет: при 420^оС 35% при 485^оС 87% Прочность гранул на раздавливание 20 МПа.

В таблице представлены характеристики химического состава, активности и механической прочности катализаторов.

Как видно из таблицы, предлагаемый катализатор по активности в области низких температур превосходит известный на 13-14% и не уступает последнему по этому показателю при 485^оС.

Создание катализатора с использованием в качестве сырья отходов производства целесообразно и чрезвычайно важно с точки зрения проблем экологии.

Формула изобретения

КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ОКИСЛЕНИЯ ДИОКСИДА СЕРЫ, содержащий пятиокись ванадия, окись калия, соединения серы и кремнеземный носитель, отличающийся тем, что в качестве носителя катализатор содержит пылевидный кремнеземный отход производства кремния при следующем содержании компонентов, мас.

Пятиокись ванадия 6,0 10,0
Окись калия 8,0 12,0
Соединения серы в пересчете на трехокись серы 8,0 20,0
Указанный носитель Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1