Катализатор для окисления антрацена в антрахинон

 

Изобретение относится к катализаторам окисления антрацена в антрахинон, который является промежуточным продуктом в синтезе ряда ценных органических красителей. Увеличение активности и производительности катализатора достигается за счет того, что катализатор, содержащий пентоксид ванадия диоксид титана, оксиды калия и цезия, нанесенные на инертный носитель, дополнительно содержит оксид железа и оксид марганца, а в качестве носителя используют стеатит при следующем соотношении компонентов, мас.%: пентоксид ванадия - 3,1-3,3; диоксид титана - 4,2-4,4; оксид железа - 1,4-1,8; оксид марганца - 0,3-0,5; оксид калия - 3,2-3,4; оксид цезия - 0,5-0,7; стеатит - остальное. 1 табл.

Изобретение относится к каталитическим процессам окисления и касается катализатора, предназначенного для окисления антрацена в антрахинон, являющегося одним из важнейших продуктов анилино-красочной промышленности, и может быть использовано в производстве синтетических красителей, в целлюлозно-бумажной промышленности в процессе разварки целлюлозы взамен сульфитных щелоков.

Известен катализатор для окисления антрацена в антрахинон. /Авт. св. СССР N 170740, кл. B 01 Y 37/02, Б.И. N 9, 1965 г./. Катализатор имеет в своем составе соединения ванадия, сернокислотные соли, железа, марганца, калия, нанесенные на пемзу. Для повышения прочности в контактную массу вводят диабазовый порошок. Данный катализатор имеет производительность 22 г/л_кат·ч, выход антрахинона 85-87% содержание основного вещества в продукте 99,6% Недостатком описанного катализатора является низкий выход антрахинона /85 мол./ и низкая производительность катализатора, кроме того, катализатор имеет низкий срок службы.

Наиболее близким к заявляемому является катализатор /Патент ФРГ N 2304683, кл. C 07 C 50/18, 1981 г./ следующего состава: На 100 мас.ч. TiO₂:
V₂O₅ 1-45,0
Na₂O или K₂O или Li₂O или Cs₂O или Pb₂ или Te 1,0-45,0
P₂O₅ или Nb₂O₅ 0,05-3,0
остальное носитель.

В качестве носителя могут быть использованы инертные носители: αAl₂O₃ кварц, карбид кремния, алюмосиликат, силикат магния или их смесь.

В результате нанесения активной массы получают частицы катализатора нерегулярной формы. Окисление антрацена проводят кислородсодержащим газом с объемной скоростью 3000-40000 ч^-1 при температуре 350-500^oC. Нагрузка антрацена составляет 25-30 г/л_кат·ч.

Основным недостатком известного катализатора является сравнительно невысокий выход /90,0%/ антрахинона при использовании сырья с высоким содержанием антрацена /98,5%/. Кроме того, в продуктах реакции наблюдался непрореагировавший антрацент, что усложняет процесс выделения чистого антрахинона.

Сущность изобретения заключается в том, что катализатор для окисления антрацена в антрахинон, содержащий пентоксид ванадия, диоксид титана, оксиды калия и цезия, нанесенные на инертный носитель, дополнительно содержит оксид железа и оксид марганца, а в качестве носителя используют стеатит при следующем соотношении компонентов мас.

V₂O₅ 3,1-3,3
TiO₂ 4,2-4,4
FeO 1,4-1,8
MnO 0,3-0,5
K₂O 3,2-3,4
Cs₂O 0,5-0,7
Стеатит Остальное.

Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения заключается в следующем: увеличивается активность катализатора в процессе окисления антрацена в антрахинон, повышается выход антрахинона до 96% с одновременным увеличением производительности катализатора до 35 г/л_кат·ч.

Сущность изобретения поясняется следующим образом.

Введение оксидов железа и марганца способствует увеличению активности катализатора, т.к. влияют на скорость процесса окисления антрацена в антрахинон.

Уменьшение содержания пентоксида ванадия менее 3,1 мас. приводит к снижению каталитической активности. Увеличение содержания пентоксида ванадия более 3,3 мас. приводит к увеличению выхода продуктов осмоления, влияющих на качество конечного продукта.

Снижение содержания в составе катализатора оксида титана менее 4,2 мас. приводит к снижению активности катализатора, а его увеличение более 4,4 мас. является нецелесообразным, т. к. при этом нарушается равномерность распределения компонентов в катализаторе.

Снижение содержания оксида железа менее 1,4 мас. приводит к снижению производительности катализатора, а его увеличение более 1,8 мас. нецелесообразно.

Оксид марганца участвует в окислительно-восстановительных процессах на каталитической поверхности носителя и снижение его содержания менее 0,3 мас. приводит к уменьшению производительности процесса. Увеличение содержания оксида марганца более 0,5 мас. приводит к увеличению продукта горения.

Оксид калия является стабилизатором каталитической системы и уменьшение содержания его менее 3,2 мас. снижает стабильность катализатора, а увеличение его содержания более 3,4 мас. не усиливает желаемый эффект.

Оксид цезия промотирует данную каталитическую систему и содержание его менее 0,5 мас. уменьшает активность катализатора, а увеличение его содержания более 0,7 мас. приводит к снижению селективности реакции окисления антрацена в антрахинон.

Катализатор получают следующим образом.

В смеситель загружают 1566 г воды, 67,5 г пентоксида ванадия, 54,9 г диоксида титана, 54,9 г гидроокиси титана, 128,7 г сульфата железа, 16,1 г сульфата марганца, 15,2 г сульфата цезия, 82,2 гидроксида калия и 78,5 г водного раствора сополимера на основе поливинилацетата с виниллауратом /50% -ной концентрации/, перемешивают в течение 1 часа до получения суспензии.

Полученную суспензию напыляют на носитель-стеатитовые кольца со следующими размерами: D 7 мм, d 3 мм, H 7 мм. Напыление производят при температуре 90-100^oC.

Получают катализатор состава, мас. V₂O₅ 3,2, TiO₂ 4,4, FeO 1,6, MnO 0,35, K₂O 3,25, Cs₂O - 0,6, стеатит 86,6.

Полученный катализатор загружают в реакционную трубку в количестве 1800 см³ и разогревают со скоростью 50^oC в час до 350^oC. При этой температуре проводят активацию катализатора потоком воздуха 1,75 нм³/ч в течение 5-6 часов.

В результате химических реакций происходит превращение солей и гидроксидов металлов в оксиды металлов.

Содержание ингредиентов в составе каталитической системы является величиной оптимальной и выявлено в результате многочисленных экспериментов.

В таблице представлены составы катализаторов по заявляемому изобретению и составы, выходящие за заявленные пределы. Данные сопоставляются с данными катализатора, выбранного за прототип.

Формула изобретения

Катализатор для окисления антрацена в антрахинон, включающий пентоксид ванадия, диоксид титана, оксиды калия и цезия, нанесенные на инертный носитель, отличающийся тем, что он дополнительно содержит оксид железа и оксид марганца и в качестве носителя стеатит при следующем соотношении компонентов, мас.

Пентоксид ванадия 3,1 3,3
Диоксид титана 4,2 4,4
Оксид железа 1,4 1,8
Оксид марганца 0,3 0,5
Оксид калия 3,2 3,4
Оксид цезия 0,5 0,7
Стеатит Остальноее

РИСУНКИ

Рисунок 1