Катализатор для окисления диоксида серы

 

Изобретение относится к области катализа, в частности может быть использовано для очистки отходящих газов ТЭС от диоксида серы. Цель изобретения достигается тем, что в качестве активного компонента катализатор содержит железную руду и основной карбонат меди, в качестве носителя - диспергированные отходы стекольного производства, а в качестве связующего - калиевое или натриевое жидкое стекло. Катализатор дополнительно содержит в качестве активного компонента оксид кобальта (II, III), оксид ванадия и оксид вольфрама. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области катализа, в частности может быть использовано для каталитического окисления диоксида серы в отходящих газа ТЭС, а также в химической, нефтехимической и металлургической промышленности.

Для изготовления катализаторов окисления диоксида серы разработан ряд катализаторов [1]. Недостатком этих катализаторов является высокая температура зажигания, сложность технологии изготовления.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является смешанный железомедный катализатор [2] следующего состава, мас.%: Окись железа - 34 - 37 Окись меди - 34 - 35 Двуокись кремния - 5,1 - 5,5 Окись цинка - 1,3 - 2,2 Пятиокись фосфора - Остальное Основным недостатком прототипа является сложная технология изготовления, высокая температура зажигания, необходимость работы с пятиокисью фосфора, поглощающей пары воды из газового потока, в целом невысокая эффективность работы.

Целью изобретения является снижение температуры спекания, стоимости изготовления и повышение эффективности работы катализатора окисления диоксида серы.

Поставленная цель достигается тем, что катализатор, включающий каталитически активный компонент на основе оксидов железа и меди, носитель и связующее, отличающийся тем, что в качестве активного компонента катализатор содержит железную руду и основной карбонат меди, в качестве носителя - диспергированные отходы стекольного производства, а в качестве связующего - калиевое или натриевое жидкие стекла при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: Основной карбонат меди - 2,5 - 10,0 Диспергированные отходы стекольного производства - 10,0 - 25,0 Калиевое или натриевое жидкое стекло - 10,0 - 15,0
Железная руда - Остальное
Катализатор дополнительно содержит в качестве активного компонента оксид кобальта (II, III) в количестве 2,0 - 5,0 мас.%, оксид ванадия в количестве 1,0 - 2,5 мас.%, оксид вольфрама в количестве 0,5 - 2,5 мас.%.

Отличительным признаком заявляемого изобретения является использование диспергированных отходов стекольного производства с удельной поверхностью 95 - 115 м²/г в качестве инертного носителя. Кроме того, использование железной руды в качестве "носителя - катализатора" позволяет равномерно распределиться ей по всему объему, выполняя функции и носителя, и катализатора.

Жидкое стекло в качестве связующего одновременно обеспечивает снижение температуры спекания матрицы, улучшает контакт между частицами стеклобоя и руды. Кроме того, жидкое стекло содержит оксиды щелочных металлов, являющихся промотором, повышающих активность катализатора и снижающих температуру его зажигания.

При разработке "носителя-катализатора" использовали:
- стеклокрошку ГОСТ III-90 марки М1, М2 или М3 с удельной поверхностью от 70 до 120 м²/г следующего состава, мас.%:
Диоксид кремния - 71,0 - 73,0
Оксид алюминия - 1,7 - 1,9
Оксид кальция - 8,0 - 8,5
Оксид натрия - 14,0 - 15,0
Оксид магния - 3,0 - 3,5
и имеющего температуру размягчения 600 - 650^oC;
- натриевое жидкое стекло ГОСТ 13078 - 87, силикатный модуль 2,5 - 3,0, плотность 1,20 - 1,30 г/см³;
- железную руду следующего состава, мас.%:
Оксид железа (III) - 52,5
Оксид железа (II) - 3,4
Оксид кремния - 43,5
Оксид алюминия - 0,32
Оксид кальция - 0,19
Оксид магния - 0,85
Оксид марганца - 0,026
Пятиокись фосфора - 0,047
Сера - 0,016
Пример. Тонкоизмельченные компоненты шихты в количестве, г:
Оксид железа в виде железной руды - 51,0
Стеклопорошок - 17,5
Оксид меди в виде основного карбоната меди - 12,5
Оксид кобальта - 3,0
Оксид ванадия - 2,0
Оксид вольфрама - 1,5
смешивали в шаровой мельнице с "жучками" в течение 1 часа, а затем добавляли жидкое стекло в количестве 12,5 г. Смесь перемешивали еще 15 минут до равномерной влажности, после чего материал выгружали в закрытую емкость. Затем брали навески по 30 г и прессовали кольца диаметром 50·20·10 мм в стальной пресс-форме при удельном давлении 1,5 - 2,0 т/см². Прессовки высушивали на воздухе в течение 4 - 6 часов, а затем в сушильном шкафу еще 2 часа при температуре 120±10^oC, высушенные заготовки обжигали в муфельной печи при температуре 650±10^oC при скорости подъема температуры 100^oC/ч и выдерживали при конечной температуре 4 часа.

Изготовленные по вышеописанной технологии катализаторы испытывались в проточно-циркуляционной эмульгаторной установке при 110 - 140^oC, концентрация диоксида серы 0,11 об.% и кислорода - 21 об.% в исходной реакционной смеси и при объемной скорости 4000 ч^-1. Об эффективности катализатора судили по степени конверсии α .

Результаты испытаний представлены в таблице.

Из данных таблицы видно, что железная руда при ее формовании со стеклянным порошком и жидким стеклом обладает каталитической активностью. При содержании железной руды в смеси 30 - 72,5% степень превращения диоксида увеличивается от 50 до 60%. Введение оксидов кобальта, вольфрама, ванадия повышает степень превращения до 79%.

Основной карбонат меди при его введении в каталитическую массу, при сушке и при обжиге катализатора превращается в оксид, улучшая его микроструктуру.

(CuOH)₂CO₃ _→ CuO + H₂O + CO₂
и повышает степень превращения α .

Таким образом, использование:
железной руды снижает стоимость катализаторов, повышает эффективность его работы;
жидкого стекла упрощает технологию изготовления, снижает температуру формования и спекания;
основного карбоната меди повышает активность катализатора улучшает его структуру.

Формула изобретения

1. Катализатор для окисления диоксида серы, включающий каталитически активный компонент на основе оксидов железа и меди, носитель и связующее, отличающийся тем, что в качестве активного компонента катализатор содержит железную руду и основной карбонат меди, в качестве носителя - диспергированные отходы стекольного производства, а в качестве связующего - калиевое или натриевое жидкое стекло при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Основной карбонат меди - 2,5 - 10,0
Диспергированные отходы стекольного производства - 10,0 - 25,0
Калиевое или натриевое жидкое стекло - 10,0 - 15,0
Железная руда - Остальное
2. Катализатор по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит в качестве активного компонента оксид кобальта (II, III) в количестве 2 - 5 мас.%.

3. Катализатор по п.2, отличающийся тем, что он дополнительно содержит оксид ванадия в количестве 1,0 - 2,5 мас.%.

4. Катализатор по п.3, отличающийся тем, что он дополнительно содержит оксид вольфрама в количестве 0,5 - 2,5 мас.%.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2