close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY6519

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 6519
(13) C1
(19)
7
(51) B 01J 23/22,
(12)
C 01B 17/69
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
КАТАЛИЗАТОР КОНВЕРСИИ SO2 В SO3
(21) Номер заявки: a 20000299
(22) 2000.03.30
(46) 2004.09.30
(71) Заявитель: Манаева Любовь Николаевна; Малкиман Вениамин Иосифович (RU)
(72) Авторы: Манаева Любовь Николаевна;
Малкиман Вениамин Иосифович (RU)
(73) Патентообладатель: Манаева Любовь
Николаевна; Малкиман Вениамин Иосифович (RU)
(57)
Катализатор конверсии SO2 в SO3, содержащий оксиды ванадия, щелочного металла,
серы, нанесенные на носитель - природный или синтетический кремнезем, отличающийся тем, что он содержит носитель, имеющий поры с радиусом от 37,5 до 65000 Å в объеме
0,35-0,95 см3/см3, при этом поры радиусом 1800-65000 Å составляют 15-60 %, но не менее
0,10 см3/см3, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
5,5-12,0
V2O5
K2O
8-20
Na2O
не более 4,5
Cs2O
не более 20
Rb2O
не более 20
12-35
SO3
носитель
остальное.
BY 6519 C1
(56)
SU 247919 A, 1966.
RU 2101081 C1, 1997.
DE 4000609 A1, 1991.
Изобретение относится к производству катализаторов конверсии SO2 в SO3. Известны
катализаторы для данного процесса, активный компонент которых содержит оксиды ванадия, щелочных металлов, серы, распределенные на поверхности носителя на основе SiO2
(Патент ФРГ 1235274, 1992). Для повышения активности этих катализаторов предлагается
в каждом температурном интервале использовать носитель с пористой структурой, оптимальной для данного температурного режима. Так, для температуры менее 400 °С используется катализатор, у которого большая часть пористости создается порами с радиусом
(r) 50-500 Å, для t < 400-440 °С - катализатор с r = 1000-3000 Å, для t > 400 °С-с r = 5000 Å.
Однако известное решение имеет существенный недостаток. Поскольку процесс окисления SO2 является экзотермическим, то катализатор в пределах одного слоя работает в условиях изменяющихся температур, т.е. требуется использование набора катализаторов с узким диапазоном пор. Неудобством такого подхода является то, что в реальных условиях
из-за невозможности точного расчета полей температур по высоте и объему слоя, катализа-
BY 6519 C1
тор с заданным узким диапазоном пор работает неэффективно, т.е. предпочтительней были
бы катализаторы, работающие в широком температурном диапазоне.
Известен катализатор на основе силикагеля (А.с. СССР 247919, 1966), имеющий суммарный объем пор - 0,5 см3/г с широким диапазоном радиусов пор носителя от 100 до
30000 Å, он содержит, мас. %: V2O5-8, K2O-145, SiO2-52,8, SO3-24,7.
Катализатор отличается высокой активностью в широком диапазоне температур от
420 до 485 °С. Однако известный катализатор недостаточно активен при более низких
температурах, а именно при 405 °С.
Целью изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик катализатора, а именно повышение активности катализатора при температуре 405 °С.
Поставленная цель достигается тем, что синтезируется катализатор конверсии SO2 в
SO3, содержащий оксиды ванадия, щелочных металлов (К, Na, Rb, Cs), серы, нанесенных
на носитель - кремнезем, природный или синтетический, в следующем количестве,
мас. %: V2O5-5,5÷12,0, К2О-8÷20, Na2O - не более 4,5, Cs2O - не более 20, Rb2O - не более
20, SO3 -12÷35, SiO2 - остальное. Носитель содержит поры с радиусом от 37,5 до 65000 Å в
объеме от 0,35 до 0,95 см3/см3, при этом поры с радиусом 1800-65000 Å составляют 1560 % от объема пор в этом интервале, но не менее 0,10 см3/см3.
Известно, что промышленные катализаторы конверсии SO2 в SO3 работают в так называемой диффузионной области, когда общая скорость процесса определяется не скоростью каталитической реакции, а скоростью подвода реагентов к внутренней поверхности
катализатора и отвода продуктов реакции, т.е. лимитируется диффузией реагентов в порах
зерна катализатора.
При максимальных температурах рабочего диапазона (485 °С и выше) скорость реакции велика, реагенты не успевают проникнуть в тонкие поры, и работают главным образом крупные поры. При снижении температуры катализа до 420 °С скорость реакции снижается, и для обеспечения удовлетворительной степени конверсии необходимо иметь
достаточно развитую внутреннюю поверхность. Поскольку каталитическая реакция протекает не в объеме, а на поверхности катализатора, то суммарная скорость процесса будет
тем выше, чем больше тонких пор будет участвовать в катализе, т.к. именно они создают
развитую внутреннюю поверхность. Характер участия крупных пор с понижением температуры меняется - они начинают играть роль преимущественно транспортных каналов,
поскольку их поверхность мала.
Катализатор высокоактивный как при высоких температурах, так и при средних и при
низких, должен иметь достаточно развитую внутреннюю поверхность, и кроме того, определенный объем крупных и средних пор, который обеспечивает, во-первых, высокую скорость процесса при повышенных температурах и удовлетворительный транспорт реагентов к тонким порам при пониженных температурах.
Таким образом, для катализатора конверсии SO2 в SO3 с рациональным составом активного компонента на носителе существует оптимальная пористая структура, позволяющая иметь высокую активность как при 420 °С и 485 °С, так и при более низких температурах, в частности при 405 °С. Объем крупных транспортных пор должен быть ограничен,
т.к. они могут приводить к снижению прочности катализатора, но в то же время достаточен для обеспечения высокой степени использования тонкопористой структуры. Диапазон
изменения состава катализатора в заявляемом решении расширен по отношению к прототипу с учетом рационального, используемого на практике и обеспечивающего важнейшие
эксплуатационные характеристики катализатора.
С уменьшением у носителя объема пор с r = 37,5-65000 Å менее 0,35 см3/см3 снижается активность катализатора во всем диапазоне температур, оптимизация их соотношения
уже не позволяет повысить активность до приемлемых значений. Увеличение объема пор
более 0,95 см3/см3 снижает прочность катализатора. С уменьшением доли пор с r > 1800 Å
менее 15 % лимитирующий характер диффузионного фактора становится ярко выражен2
BY 6519 C1
ным, снижается степень использования внутренней поверхности, активность падает во
всем диапазоне температур. С увеличением доли пор с r > 1800 Å более 60 % условия
транспорта реагентов улучшаются, но оказывается недостаточно развитой внутренняя поверхность катализатора, и активность при 405 °С уменьшается.
При уменьшении объема пор с r > 1800 Å менее 0,10 см3/см3 лимитирующее влияние
диффузионного фактора становится настолько существенным, что даже при оптимальном
соотношении крупных и тонких пор активность, особенно при низких температурах, снижается.
Все перечисленные закономерности сохраняются для вышеуказанного состава катализатора, вне границ заданных составов характер этих закономерностей рассматривать не
целесообразно.
Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемое решение конкретизирует структуру вещества при известном его качественном составе, т.е.
дает частное решение при известности общего. При этом заявляемая структура катализатора с расширенным по сравнению с прототипом диапазоном состава и пористой структуры и заданной долей транспортных пор позволяет получить положительный эффект
улучшения эсплуатационных свойств, достижение которого не вытекает из раскрытия содержания общего решения. Из литературных данных в целом известно влияние пористой
структуры на прочность катализатора, существование оптимальной пористой структуры
для определенного температурного режима. Однако роль конкретного соотношения пор
для структур с широким диапазоном радиусов в литературе не описана.
Таким образом, конкретизация интервала значений состава и пористой структуры известного катализатора обусловливает значительное усиление важнейшего свойства - активности при низких температурах, позволяющего расширить область применения вещества, т е. расширить рабочий диапазон температур катализатора в промышленном реакторе, и тем самым повысить его производительность. При этом появляется новое свойство увеличение механической прочности катализатора. Это дает основание сделать вывод о
соответствии заявляемого решения критериям "новизна" и "существенные отличия".
В примерах приведены составы и свойства катализаторов по заявляемому решению и
прототипу.
Пример 1.
Для приготовления 100 г катализатора 116 мл жидкого натриевого стекла с содержанием SiO2 - 30,5 % и Na2O - 10,4 % разбавляют водой до плотности 1,307 г/см3. Из разбавленного жидкого стекла осаждают гидрокремнегель путем приливания 15 мл серной кислоты с CH2SO4-92,5 % в течение 3-5 мин при непрерывном перемешивании до получения
рН пульпы 5,8-7,5. Пульпу перемешивают в течение 1,5-2 час, гидрокремнегель отфильтровывают и промывают водой из расчета 15 л на 1 кг сухого вещества. К отмытому гидрокремнегелю, вес которого составляет 50,2 г (в расчете на сухое вещество), добавляют 87 мл
щелока с содержанием V2O5 100 г/л и К2О - 181 г/л, перемешивают в течение 30 мин, добавляют 18 мл серной кислоты с содержанием H2SO - 92,5 %, пульпу еще перемешивают в
течение 1 ч. Затем пульпу упаривают, получая таким образом порошок контактной массы.
Порошок контактной массы увлажняют до 39 % с введением пластификатора (ОП-7) в количестве 1 % в расчете на сухую контактную массу и экструдируют. Полученные гранулы
сушат при 150 °С и прокаливают при 500 °С в течение 2 ч.
Катализатор имеет следующий состав, мас. %:
V2O5 - 8,7
К2О - 15,7
SO3 - 25,4
SiO2 - 50,2.
Пример 2.
Катализатор готовят в соответствии с примером 1. Плотность жидкого стекла при осаждении гидрокремнегеля - 1,18 г/см3, влажность контактной массы при экструзии - 36,4 %.
3
BY 6519 C1
Пример 3.
Катализатор готовят в соответствии с примером 2. Порошок контактной массы увлажняют до 25 %, добавляют 2 % графита в расчете на сухую контактную массу, порошок
таблетируют при давлении 300 кг/см2.
Катализатор имеет следующий состав, мас. %:
V2O5 - 8,0
К2О - 14,5
SO3 - 24,7
SiO2 - 52,8.
Пример 4.
Катализатор готовят в соответствии с примером 3. Порошок контактной массы таблетируют при давлении 500 кг/см2.
Пример 5.
Катализатор готовят в соответствии с примером 3. К гидрокремнегелю добавляют щелок, дополнительно содержащий Cs2O.
Катализатор имеет следующий состав, мас. %:
V2O5 - 5,5
К2О - 8,0
SO3 - 20,0
SiO2 - 21,2
Носитель - остальное.
Пример 6.
Катализатор готовят в соответствии с примером 3.
Катализатор имеет следующий состав, мас. %:
V2O5 - 12,0
К2O - 20,0
SO3 - 35,0
Носитель - остальное.
Пример 7.
Катализатор готовят в соответствии с примером 3. К гидрокремнегелю добавляют щелок, дополнительно содержащий Na2O.
Катализатор имеет следующий состав, мас. %:
V2O5 - 6,1
К2О - 8,0
Na2O - 4,5
SO3 - 12,0
Носитель - остальное.
Пример 8.
Катализатор готовят в соответствии с примером 3. К гидрокремнегелю добавляют щелок, дополнительно содержащий Rb2O.
Катализатор имеет следующий состав, мас. %:
V2O5 - 5,5
К2О - 8,0
Rb2O - 20,0
SO3 - 20,1
Носитель - остальное.
Пример 9.
Катализатор готовят в соответствии с примером 3. Порошок контактной массы таблетируют при давлении 700 кг/см2.
Пример 10.
Катализатор готовят в соответствии с примером 1. Порошок контактной массы увлажняют до 25 %, добавляют 2 % графита в расчете на сухую контактную массу, порошок
таблетируют при давлении 500 кг/см2.
4
BY 6519 C1
Пористость носителя ка- Активность в стандарттализатора
ных условиях*, %
Объем
Объем
Доля
пор с
пор с
Пример
пор с
r = 37,5
r = 1800
r = 1800
405 °С 420 °С 485 °С
до
÷
÷65000
65000Å,
65000Å,
Å, %
см3/см3
см3/см3
1
0,35
60
0,21
43,4
58,7
87,6
2
0,95
15
0,14
44,7
59,7
87,3
3
0,75
45
0,34
45,0
60,4
88,0
4
0,58
17
0,10
44,0
59,1
87,7
5
0,75
45
0,34
45,0
60,8
88,3
6
43,2
58,9
87,9
7
43,0
56,8
87,6
8
44,7
59,4
88,0
9
0,53
15
0,08
38,4
56,9
85,9
10
0,33
51
0,17
36,7
55,8
86,0
11
0,98
58
0,57
40,4
57,6
87,0
12
0,35
62
0,22
41,0
58,1
87,7
13
0,90
12
0,11
39,4
57,0
84,9
Прото- 0,8***
71
0,41
21,8
57,1
88,0
тип
Мех.
проч. на
раздавл
ивание
по образующей,
кг/см2
15
16
12
19
18
16
19
14
21
20
7
14
18
2,4
Состав, мас. %**
V2O5
К2О
Na2O
Cs2O
Rb2O
SO3
8,7
8,7
8,0
8,0
5,5
12
6,1
5,5
8,0
8,0
8,0
8,0
8,0
8,0
15,7
15,7
14,5
14,5
8,0
20
8,0
8,0
14,5
14,5
14,5
14,5
14,5
14,5
0
0
0
0
0
0
4,5
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
20,0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
20,0
0
0
0
0
0
0
25,4
25,4
24,7
24,7
21,2
35,0
12,0
20,1
24,7
24,7
24,7
24,7
24,7
24,7
* Испытания проводились в следующих условиях: CSO2 - 10 %, объемная скорость - 4000 ч-1;
** Содержание SiO2 все остальное;
*** Объем пор катализатора - 0,5 см3/г; поры носителя имеют радиусы от 100 до 65000Å, поры с r<100Å отсутствуют.
5
BY 6519 C1
Пример 11.
Катализатор готовят в соответствии с примером 2. Влажность при экструзии 44,1 %,
содержание пластификатора (ОП-7)-2 %.
Пример 12.
Катализатор готовят в соответствии с примером 1. Влажность при экструзии 40,0 %.
Пример 13.
Катализатор готовят в соответствии с примером 2. Влажность при экструзии 32,6 %.
Синтез катализатора по прототипу показал, что полученный носитель имеет объем
пор в диапазоне 100-65000 Å - 0,8 см3/см3 (что соответствует 0,5 см3/г у катализатора (А.с.
СССР 247919, 1966)), при этом поры с r < 100 Å практически отсутствуют при значительном преобладании крупных пор. Это определяет низкую активность катализатора при
405 °С. Наличие большого объема крупных пор, кроме того, определяет и пониженную
механическую прочность.
Заданная структура носителя катализатора с определенным соотношением объемов
пор с разными размерами создается в заявляемом решении особенностями синтеза гидрокремнегеля и условиями формовки контактной массы.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
172 Кб
Теги
by6519, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа