Способ получения катализатора дегидрирования алкилбензолов

 

Изобретение относится к производству катализаторов для дегидрирования алкилбензолов с целью получения мономеров, которые используются в производстве каучуков и пластмасс. В способе получения катализаторов дегидрирования алкилбензолов на основе оксида железа, заключающемся в смешении оксида железа и промотирующих добавок с водой с последующей формовкой и сушкой, в качестве оксида железа и части промотирующих добавок используют отработанный катализатор, который предварительно смешивают с водой в массовом соотношении 1: 0,7-1,5 при температуре 20-90^oС, обезвоживают до влажности 19-22 мас.% и добавляют недостающие промотирующие добавки до количеств, содержащихся в товарном катализаторе. Изобретение позволяет использовать отработанные катализаторы, возвращая их в производство, экономить дорогостоящее сырье и предотвратить загрязнение окружающей среды. 1 табл.

Изобретение относится к производству катализаторов для дегидрирования алкилбензолов с целью получения мономеров, которые используются в производстве каучуков и пластмасс.

В процессе получения мономеров в промышленности используют окисные железо-хромкалиевые катализаторы, модифицированные окислами меди, магния, ванадия, лития и др. [1] Все известные промышленные катализаторы обладают удовлетворительными свойствами, однако через 1-2 года эксплуатации они теряют активность и заменяются свежими. Отработанные катализаторы обработкой паром очищают от примесей углеводородов и вывозят в отвал. Поскольку в состав катализаторов входят соединения тяжелых металлов, то их вывоз приводит к загрязнению окружающей среды. Кроме того, теряется дорогостоящее и малодоступное сырье окислы металлов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ получения катализаторов дегидрирования алкилбензолов смешением в лопастном смесителе окиси железа, окиси хрома, углекислого калия и других промотирующих добавок с добавлением воды и с последующей формовкой, сушкой и прокаливанием [2] Известный способ также имеет вышеперечисленные недостатки.

Целью изобретения является возможность использования обработанных катализаторов и возврата их в производство с целью экономии дорогостоящего сырья и предотвращения загрязнения окружающей среды.

Это достигается тем, что в способе получения катализаторов дегидрирования алкилбензолов на основе оксида железа, заключающемся в смешении оксида железа и промотирующих добавок с водой с последующей формовкой и сушкой, в качестве оксида железа и части промотирующих добавок используют отработанный катализатор, который предварительно обрабатывают водой, в массовом соотношении 1: 0,7-1,5 при 20-90^oС, обезвоживают до влажности 19-22 мас. и добавляют недостающие промотирующие добавки до количеств, содержащихся в товарном катализаторе.

Качественный и количественный состав отработанного катализатора определяют методом атомно-абсорбционной спектроскопии (Уолтер Славин. Атомно-абсорбционная спектроскопия. М. Химия, 1971).

Качество катализаторов оценивают по прочности на истирание, активности и селективности, которые определяют по методам, описанным в технических условиях на соответствующие марки промышленных катализаторов (ТУ 38.10338.83, ТУ 38.303013-88, ТУ 38.40392-77).

П р и м е р 1. 1000 г отработанного катализатора дегидрирования этилбензола в стирол (КС-4) загружают в аппарат с мешалкой, добавляют 700 мл умягченной воды, смесь нагревают до 90^oС и перемешивают в течение 1 ч. Суспензию разделяют на вакуум-фильтре. Получают 1100 г осадка с влажностью 21,0 мас. следующего состава (в расчете на сухое вещество), мас. оксид железа 87,9; оксид хрома 1,94; оксид меди 1,23; оксид магния 2,77; оксид калия 6,16.

Полученную массу загружают в смеситель, добавляют недостающие модификаторы, г: оксид хрома 19,4; оксид меди 13,7; оксид магния 48,8; пятиокись ванадия 12,1; углекислый калий (в расчете на оксид калия) 366,6, перемешивают в течение 2,5 ч. Полученную пасту формуют, сушат при 110- 120^o С в течение 2,5 ч и прокаливают при 550^oС.

Полученный катализатор имеет следующий состав,мас. оксид железа 63; оксид хрома 3,0; оксид меди 2,0; оксид магния 6,0; пятиокись ванадия 1,0; оксид калия 25,0.

Свойства полученного катализатора приведены в таблице П р и м е р 2 (по прототипу). Для получения катализатора дегидрирования этилбензола в стирол КС-4 в лопастной смеситель загружают, г: оксид железа 1260; оксид магния 120; оксид меди 40; оксид хрома 60; пятиокись ванадия 20; углекислый калий 735; вода 400.

Смесь перемешивают в течение 2,5 ч, затем формуют в виде цилиндров диаметром 4 ± 1 мм. Катализатор сушат при 110-120^oС в течение 2,5 ч и прокаливают при температуре 550-570^oС.Полученный образец катализатора удовлетворяет требованиям ТУ 38.103308-83 и имеет следующий состав,мас. оксид железа 63,0; оксид хрома 3,0; оксид меди 2,0; оксид магния 6,0; пятиокись ванадия 1,0; углекислый калий (в пересчете на оксид калия) 25,0.

Свойства катализатора представлены в таблице.

П р и м е р 3. 1000 г отработанного катализатора (КС-4) загружают в аппарат с мешалкой, добавляют 700 мл умягченной воды, смесь нагревают до 60^oС и перемешивают в течение 1 ч. Суспензию разделяют на вакуум-фильтре. Получают 1100 г осадка с влажностью 20,5 мас. следующего состава (в расчете на сухое вещество), мас. оксид железа 87,5; оксид хрома 1,85; оксид меди 1,35; оксид магния 2,87; оксид калия 6,43.

Полученную массу загружают в смеситель, добавляют недостающие компоненты, г: оксид хрома 20,0; оксид меди 12,3 оксид магния 47,4; пятиокись ванадия 12,1; углекислый калий (в расчете на оксид калия) 360,7 и перемешивают в течение 2,5 ч. Полученную массу формуют, сушат и прокаливают в условиях, соответствующих прототипу. Получают катализатор следующего состава, мас. оксид железа 63,0; оксид хрома 3,0; оксид меди 2,0; оксид магния 6,0; пятиокись ванадия 1,0; оксид калия 25,0.

Свойства катализатора приведены в таблице.

П р и м е р 4. 1000 г отработанного катализатора КС-4 загружают в аппарат с мешалкой, добавляют 900 мл умягченной воды, нагревают до 60^oС и перемешивают в течение 2 ч. Суспензию разделяют на вакуум-фильтре. Получают 1110 г осадка с влажностью 19,0 мас. следующего состава (в расчете на сухое вещество), мас. оксид железа 88,0; оксид хрома 1,87; оксид меди 1,03; оксид магния 3,05; оксид калия 6,05.

Полученную массу загружают в смеситель, добавляют недостающие модификаторы, г: оксид хрома 17,6; оксид меди 19,4; оксид магния 52,9; пятиокись ванадия 5,7; углекислый калий (в расчете на оксид калия) 222,9, перемешивают в течение 2,5 ч. Полученную пасту формуют, сушат и прокаливают в условиях, соответствующих прототипу.

Полученный катализатор имеет следующий состав, мас. оксид железа 69,0; оксид хрома 3,0; оксид меди 2,5; оксид магния 7,0; пятиокись ванадия 0,5; оксид калия 18,0.

Свойства катализатора приведены в таблице.

П р и м е р 5. 1000 г отработанного катализатора КС-4 загружают в аппарат с мешалкой, добавляют 1500 мл умягченной воды и перемешивают при 20^oС в течение 2 ч.Суспензию разделяют на вакуум-фильтре. Получают 1100 г осадка с влажностью 22,0 мас. следующего состава (в расчете на сухое вещество), мас. оксид железа 87,8; оксид хрома 1,91; оксид меди 1,24; оксид магния 2,81; оксид калия 6,24.

Полученную массу загружают в смеситель, добавляют недостающие компоненты, г: оксид хрома 40,5; оксид меди 17,8 оксид магния 47,0; пятиокись ванадия 14,2; углекислый калий (в расчете на оксид калия) 651,8 и перемешивают в течение 2,5 ч. Полученную пасту формуют, сушат и прокаливают в условиях, соответствующих прототипу.

Получают катализатор следующего состава, мас. оксид железа 53,0; оксид хрома 4,0; оксид меди 2,0; оксид магния 5,0; пятиокись ванадия 1,0; оксид калия 35,0.

Свойства катализатора приведены в таблице П р и м е р 6. 1000 г отработанного катализатора дегидрирования изопропилбензола в альфа-метилстирол (КМС) загружают в аппарат с мешалкой, добавляют 700 мл умягченной воды и перемешивают 2 ч при 20Б198ЮС. Суспензию разделяют на вакуум-фильтре. Получают 1110 г осадка с влажностью 20,8 мас. следующего состава (в расчете на сухое вещество), мас. оксид железа 86,9; оксид хрома 3,8; оксид магния 2,5; оксид калия 6,8. Полученный осадок загружают в смеситель, добавляют недостающие компоненты, г: оксид хрома 25,4; оксид магния 36,8; углекислый калий (в расчете на оксид калия) 343,5 перемешивают в течение 2 ч. Полученную пасту формуют и сушат в условиях, соответствующих прототипу. Получают катализатор следующего состава, мас. оксид железа 65,0; оксид хрома 5,0; оксид магния 5,0; оксид калия 25,0. Свойства катализатора приведены в таблице.

П р и м е р 7 (по прототипу). Катализатор дегидрирования изопропилбензола в α-метилстирол (КМС) готовят следующим образом. В смеситель загружают, г: оксид железа 2000, оксид магния 159, оксид хрома 142; углекислый калий 839; вода 300. Смесь перемешивают в течение 2,0 ч до получения однородной пластичной массы, которую затем формуют в цилиндры диаметром 3 + 1 мм. Затем катализатор сушат при 110-120^oС в течение 12 ч. Полученный катализатор удовлетворяет требованиям ТУ 38.303013-88.

Катализатор имеет следующий состав, мас. оксид железа 65,0; оксид хрома 5,0; оксид магния 5,0; углекислый калий (в пересчете на оксид калия) 25,0.

Свойства катализатора приведены в таблице.

П р и м е р 8. 1000 г отработанного катализатора дегидрирования диэтилбензола в дивинилбензол (КД) загружают в аппарат с мешалкой, добавляют 700 мл умягченной воды и перемешивают в течение 2 ч при 20^oС. Суспензию разделяют на вакуум-фильтре. Получают 1130 г осадка с влажностью 20,9 мас. следующего состава (в расчете на сухое вещество), мас. оксид железа 79,1; оксид алюминия 12,35; оксид хрома 1,25; оксид лития 0,2; оксид магния 2,08; оксид калия 5,02.

Полученный осадок загружают в смеситель, добавляют недостающие компоненты, г: оксид хрома 22,5; оксид магния 15,0; пятиокись ванадия 5,6; углекислый литий (в расчете на оксид лития) 9,4; углекислый калий (в расчете на оксид калия) 264, полученная сажа 112 г, перемешивают в течение 1,5 ч. Полученную пасту формуют и сушат в условиях, соответствующих прототипу.

Полученный катализатор имеет следующий состав, мас. оксид железа 63,0; оксид алюминия 10,0; оксид хрома 3,0; оксид магния 3,0; оксид лития 0,5; пятиокись ванадия 0,5; оксид калия 20,0.

Свойства катализатора приведены в таблице.

П р и м е р 9 (по прототипу). Для получения катализатора дегидрирования диэтилбензола в дивинилбензол (КД) в смеситель загружают, г: оксид железа 945; оксид алюминия 150; оксид магния 45; печная сажа 150; оксид хрома 45; углекислый литий 18,5; пятиокись ванадия 7,5; углекислый калий 440 и 350 мл воды. Пасту перемешивают в течение 1,5 ч и формуют в виде цилиндров диаметром 4 ± 1. Катализатор сушат при 110-120^oС в течение 2 ч. Образец катализатора удовлетворяет требованиям ТУ 38.40392-77 и имеет следующий состав, мас. оксид железа 63,0; оксид алюминия 10,0; оксид хрома 3,0; оксид магния 3,0; пятиокись ванадия 0,5; углекислый литий (в пересчете на оксид лития) 0,5; углекислый калий (в пересчете на оксид калия) 20,0.

Свойства катализатора приведены в таблице.

Как видно из данных, приведенных в таблице, катализаторы, полученные предлагаемым способом (примеры 1,3-5, 6,8), не уступают по свойствам катализаторам, полученным известным способом (примеры 2,7,9).

Уменьшение количества воды (менее 1:0,7) затрудняет обработку катализатора и транспортировку полученной суспензии, а увеличение (более 1:1,5) нецелесообразно из экономических соображений. Снижение температуры ниже 20^oС экономически нецелесообразно с точки зрения необходимости охлаждения смеси, а повышение температуры выше 90^oС увеличит испарение воды и потребует установки конденсаторов для водяных паров.

Влажность осадков после обезвоживания обработанных водой отработанных катализаторов на вакуум-фильтре колеблется в пределах 19-22 мас. Более глубокой степени обезвоживания осадка не требуется, так как оставшееся количество воды соответствует тому количеству, которое добавляют при приготовлении катализаторов.

Как следует из приведенных в примерах 1-9 и таблице данных, использование предлагаемого способа приготовления окисных железохромкалиевых катализаторов позволяет полностью заменить товарный оксид железа и часть промоторов в производстве промышленных катализаторов.

Предлагаемый способ имеет следующие преимущества.

Процесс отличается простотой технологического оформления и не требует значительных капитальных и энергетических затрат; позволяет получать катализаторы, не уступающие по своим свойствам промышленным катализаторам, полученным из товарного сырья; позволяет экономить дорогостоящее сырье и предотвращает загрязнение окружающей среды.

Формула изобретения

Способ получения катализатора дегидрирования алкилбензолов на основе оксида железа, включающий смешение оксида железа и промотирующих добавок с водой с последующей формовкой и термообработкой, отличающийся тем, что в качестве оксида железа и части промотирующих добавок используют отработанный катализатор, который предварительно смешивают с водой в массовом соотношении 1 0,7 1,5 при температуре 20 90^oС, обезвоживают до влажности 19 22 мас. и добавляют недостающие промотирующие добавки до количеств, содержащихся в готовом катализаторе.

РИСУНКИ

Рисунок 1