Способ приготовления катализатора для окисления диоксида серы

 

Изобретение относится к области химии неорганических веществ и производству минеральных удобрений, в частности может использоваться в синтезе серной кислоты. Описываемый способ приготовления катализатора конверсии SO₂ в SO₃, включающий смешение растворов активных компонентов с порошком кремнеземного носителя, формование и термообработку, отличается тем, что вначале кремнеземный носитель пропитывают серной кислотой в весовом соотношении от 1:0,5 до 1:1,2, а затем смешивают со смесью растворов ванадата калия и жидкого стекла, что улучшает распределение активного компонента в объеме катализатора и повышает его дисперсность. Технический результат - повышение эксплуатационных характеристик катализатора, в частности прочности и активности, при низких 420^oС температурах. Способ технологичен, безотходен, обеспечивает высокую воспроизводимость качества продукции. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области химии неорганических веществ и производству минеральных удобрений и может быть использовано в синтезе серной кислоты.

Известен способ приготовления катализатора конверсии SO₂ в SO₃, включающий получение катализаторной пульпы смешением суспензии кремнезема с растворами активных компонентов: ванадат калия, жидкое стекло и серная кислота. Катализаторную пульпу, содержащую около 80% воды, сушат и из полученного катализаторного порошка готовят массу для формования смешением порошка с водой. Отформованный катализатор сушат и прокаливают (Патент RU 2174442. Бюл. 28 2001) "Способ приготовления катализатора для окисления диоксида серы".

Способ позволяет получать катализатор с хорошей дисперсией активного компонента, равномерно распределенного в объеме продукта. Однако технологический процесс энергоемок - необходимо испарить около 5 т воды на 1 т катализатора, а многостадийность процесса приводит к невоспроизводимости качества катализатора, что является основным недостатком способа.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является "Способ приготовления катализатора для окисления диоксида серы" (А.С. SU 1558463 А1. Бюл. 15, 1990). Метод включает смешение кремнеземного носителя с щелочным промотором и пентоксидом ванадия. Затем к полученной массе последовательно добавляют серную кислоту и раствор кремнезоля с последующими формовкой, сушкой и прокаливанием. Способ позволяет получать массу для формования катализатора на стадии смешения компонентов, исключая стадию сушки катализаторной пульпы, что упрощает технологию и снижает энергоемкость процесса. Однако способ не позволяет получать активный компонент пентоксида ванадия с дисперсностью, достаточной для диффузии частиц в микропоры агрегатов носителя. Кроме того, необходимость использования в способе высококонцентрированных растворов кремнезоля снижает эффективность применения золя SiO₂, поскольку дисперсность глобул концентрированных кремнезолей низка, около что соизмеримо с размером микропор агрегатов носителя. Эти особенности способа не позволяют получать пентоксид ванадия высокой дисперсности и не обеспечивают равномерное распределение активного компонента в объеме катализатора, что является существенным недостатков способа.

Техническая задача получения катализатора с равномерным распределением активного компонента в объеме при высокой дисперсности пентоксида ванадия, обеспечивающих активность и прочность катализатора, решается соблюдением ряда технологических приемов, а именно: способ приготовления катализатора для окисления диоксида серы включает пропитку кремнегеля, например, белой сажи серной кислотой в весовом соотношении от 1:0,5 до 1:1,2 и последующим смешением пропитанного носителя со смесью щелочных растворов активных компонентов, содержащую предпочтительно по оксидам, г/л: V₂O₅ - 50-150; К₂O - 100-200; Na₂O - 10-50; SiO₂ - 100-300.

Полученную катализаторную массу формуют экструзией, сушат и прокаливают.

Пропитка кремнеземного носителя серной кислотой приводит к проникновению кислоты в микропоры агрегатов носителя. При этом пропитанный кислотой порошок белой сажи остается сыпучим и может легко подаваться в смеситель шнековым дозатором.

Смесь растворов активных компонентов готовят таким образом, чтобы выполнялись, по крайней мере, два условия: мольное соотношение K₂O:Na₂O:V₂O₅ должно быть как 2,5-3,2: 0,8-1,5: 1; концентрация смеси активных растворов должна обеспечивать введение 3,5-10 мас.% V₂O₅ в катализатор и влажность массы для формования 36-48%; стадию смешения пропитанного серной кислотой кремнеземного носителя и смеси щелочных растворов проводят в смесителе, дозируя оба потока так, чтобы соблюдалось мольное соотношение триоксида серы к сумме оксидов калия и натрия в пределах 1,7-2,1.

Существенное отличие способа от известных: протекание реакции нейтрализации в порах агрегатов носителя, что обеспечивает равномерное распределение пентоксида ванадия в объеме катализатора. Кроме того, в процессе нейтрализации образуется поликремневая кислота, которая способствует повышению дисперсности частиц пентоксида ванадия, затрудняя диффузию первичных частиц V₂O₅ в агрегаты.

Пример 1. В смеситель загружают 150 г белой сажи БС-100 с содержанием SiO₂ 91% и добавляют 75 мл серной кислоты 92 мас.%. После перемешивания до однородносыпучего состояния, около 20 мин, добавляют 320 мл смеси водных растворов ванадата калия и жидкого стекла, содержащую, г/л: V₂O₅ - 87; К₂О - 138; Na₂O - 27; SiO₂ - 175. После перемешивания получают катализаторную массу с влажностью 43 мас.%, которую формуют экструзией, экструдаты сушат и прокаливают 1,5 ч при 520^oС. В полученном катализаторе мольное соотношение K₂O: Na₂O: V₂O₅ как 3,07:0,92:1 и SO₃:(К₂O+Na₂O)=2,0. Свойства катализатора даны в таблице.

Пример 2. В смеситель загружают 270 г порошка белой сажи, пропитанной серной кислотой, в весовом соотношении SiO₂ к H₂SO₄, равном 1:0,8, и добавляют при перемешивании 300 мл смеси водных растворов ванадата калия и жидкого стекла, содержащую, г/л: V₂O₅ - 92; К₂O - 145; Na₂O - 30; SiO₂ - 183. Катализаторную массу с влажностью 42,7 мас. % формуют, экструдаты сушат и прокаливают аналогично примеру 1. Мольное соотношение K₂O:Na₂O:V₂O₅=3,05: 0,96:1 и SO₃:(K₂O+Na₂O)=2,01. Свойства катализатора даны в таблице.

Формула изобретения

1. Способ приготовления катализатора для окисления диоксида серы, включающий смешение растворов активных компонентов с кремнеземным носителем, формование, сушку и прокаливание, отличающийся тем, что вначале кремнеземный носитель пропитывают серной кислотой в весовом соотношении от 1:0,5 до 1:1,2 и затем добавляют смесь щелочных растворов активных компонентов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что смесь щелочных растворов активных компонентов содержит, г/л: V₂O₅ - 50-150; К₂О - 100-200; Na₂O - 10-50; SiO₂ - 100-300.

РИСУНКИ

Рисунок 1