CH136365A - Process for catalytically oxidizing sulfur dioxide to sulfur trioxide. - Google Patents
Process for catalytically oxidizing sulfur dioxide to sulfur trioxide.Info
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Description
Procede pour oxyder catalytiquement l'anhydride sulfureux en anhydride sulfurique. La présente invention se rapporte ä un procédé pour 1'oxydation catalytique de l'anhydride sulfureux en anhydride sulfuri- que, c'est-à-dire à un procédé dit de fabrica- tion de l'oxyde sulfurique ,,par contact". Process for catalytically oxidizing sulfur dioxide to sulfur dioxide. The present invention relates to a process for the catalytic oxidation of sulfur dioxide to sulfur trioxide, ie to a so-called "contact" sulfur dioxide process.
Suivant le procede faisant l'objet de l'in- vention, an fait passer un melauge gazeux contenant de l'anhydride sulfureux et de l'oxygène, ä une température élevée, Sur un catalyseur con tenaut au moins un corps si- liceux echangeur de bare, dit composé zéo- litique, du genre de ceux resultant de la reaction d'un Silicate avec au moins un mé- tallate et au moins un sel métallique. According to the process which is the subject of the invention, a gaseous mixture containing sulfur dioxide and oxygen is passed at a high temperature over a catalyst containing at least one siliceous exchanger body. of bare, called zeolite compound, of the kind resulting from the reaction of a silicate with at least one metallate and at least one metal salt.
Les composants donnant lieu a la forma- tion dudit composé zeolitique peuvent eire divisés en trois classes: 1 Silicates avec ou saus Substitution partielle d'autres oxydes acides convenables; 2 métallates (sels ä anion renfermant un métal), tels que des métallates de métal alcalin; et 3 sels de me- taux (sels autres que des metallates), qui lorsqu'on les fait réagir avec des Silicates dans des conditions appropriées ä la produc- tion de zéolites forment des corps échangeant leurs bases. Les zéolites ordinaires du com- merce sont préparées par la réaction d'un Silicate soluble soit avec des mallates de metal alcalin, soit avec des sels de métaux. Par contre, les composés zeolitiques contenus dans les catalyseurs employes dans le procedé selon l'invention sont des produits de la réaction dun Silicate avec au moins un métallate et au moins un sel métallique, et Ast précisément l'emploi de composés zéoli- tiques de ce genre (dits composés zéolitiques ä trois ou ä plusieurs composants) qui consti- tue 1e caractère essentiel du nouveau pro- céde. 0n peut employer comme catalyseurs zeolitiques ä plusieurs composants ä la fois des zéolites diluées et des zéolites non diluées mais, dans la plupart des cas, il est préféra- ble d'employer des zéolites diluees ä plu- sieurs ,composants. Daus les masses de con- tact zholitiques diluses employees dans la presente invention, 1e pouvair catalytique peut résider soit dann la zéolite, soit Clans des Corps en combinaison avee la zéolite, soit en partie dans la zeolite et en Partie dann des diluants combinés avec olle pour consti- tuer des mélanges ou des structures préfé- rablement homogenes du point de vue chi- mique. The components giving rise to the formation of said zeolitic compound can be divided into three classes: 1 Silicates with or without Partial substitution of other suitable acid oxides; 2 metalates (metal containing anion salts), such as alkali metal metalates; and 3 metal salts (non-metalate salts), which when reacted with Silicates under conditions suitable for the production of zeolites form base-exchanging bodies. Ordinary commercial zeolites are prepared by the reaction of a soluble silicate either with alkali metal mallates or with metal salts. On the other hand, the zeolite compounds contained in the catalysts employed in the process according to the invention are products of the reaction of a silicate with at least one metallate and at least one metal salt, and Ast precisely the use of zeolite compounds of this kind (so-called three-component or multi-component zeolite compounds) which constitutes the essential character of the new process. Both dilute and neat zeolites can be employed as multicomponent zeolite catalysts, but in most cases it is preferred to employ dilute multicomponent zeolites. In the dilute zeolite contact masses employed in the present invention, the catalytic power may reside either in the zeolite or in the bodies in combination with the zeolite, or partly in the zeolite and partly in diluents combined with the zeolite. to form mixtures or structures which are preferably chemically homogeneous.
Tour les corps échangeurs de bares eu- ployés dans la présente invention, taut ceux dilués que ceux non dilués, possèdent une structure en nid d'abeille remarquable- ment poreuse et sont dans beaucoup de cas opalescente. Lorsque des composants cataly- tiquement actifs convenables sont présents, ils forment des catalyseurs ou masses de con- tact d'efficacite remarquable, leur efficacite étant probablement due, au moins en Partie, ä l'énergie de surface extremement élevée des structures microscopiquement poreuses et probablement aussi, dans beaucoup de cas, ä la présence de valences non saturées et ä l'asymétrie des mokcules. All bare exchange bodies used in the present invention, both diluted and undiluted, possess a remarkably porous honeycomb structure and are in many cases opalescent. When suitable catalytically active components are present, they form catalysts or contact masses of remarkable efficiency, their efficiency being probably due, at least in part, to the extremely high surface energy of the microscopically porous structures and probably also, in many cases, to the presence of unsaturated valences and to the asymmetry of the molecules.
Il est bien entendu que les produits em- ployés dans la présente Invention sont chi- miquement tont ä fait distinets de zéolites formées par la, reaction d'un silicate avec soit des metallates, soit des sels métalliques. It is understood that the products employed in the present invention are chemically quite distinct from zeolites formed by the reaction of a silicate with either metallates or metal salts.
Les produits employés dans la présente Invention peuvent être rangés en trois types principaux, selon les proportions relatives des trois classes de composants: Si le sili- cate et le métallate prédominent sur le sel métallique, les produits résultants ressem- blent au x zeolites du type de l'alumino- silicate; si le sel métallique et le silicate prédominent sur le métallate, les produits résultants out certaines ressemblances avec les zéolites du type silicate double d'alumi- nium ou polysilicate; dann le cas où le mé- tallate et le sel métallique prédominent sur le silicate, les produits ressemblent ä des Corps échangeurs de bares non siliceux. Il va de soi qu'il n'y a par de ligne de démar- cation nette entre les différents types, et qu'ils empiètent l'un sur l'autre lorsque les proportions relatives des composants sont modifiées. The products employed in the present invention can be classified into three main types, according to the relative proportions of the three classes of components: If the silicate and the metalate predominate over the metal salt, the resulting products resemble zeolites of the type aluminosilicate; if the metal salt and silicate predominate over the metalate, the resulting products bear some resemblance to zeolites of the double aluminum silicate or polysilicate type; in the case where the metallate and metal salt predominate over the silicate, the products resemble non-siliceous bare exchange bodies. It goes without saying that there is no clear line of demarcation between the different types, and that they encroach on each other when the relative proportions of the components are changed.
Les zéolites employées dans le procédé selon la présente invention peuvent etre pré- parees dans les conditions de réaction par- ticulierement appropriées ä la formation de Corps échangeurs de bares, c'est-à-dire dans des melanges de reaction qui sont finale- ment alcalins avec le tournesol. Le meilleur pouvoir d'échange de bares est obtenu quand les produits sont préparés dans des solutions qui sont neutres ou préférablement alcalines av ec la, phénolphtaléine, mais des produits de pourvoirs echangeurs de bases inférieurs mais ayant fréquemment la même efficacitê pour le procédé de fabrication de l'acide sulfuri- que par contact peuvent être obtenus dans des conditions de reaction allaut du rouge avec la phenolphtaléine au bleu avec le tour- nesol. Il n'est par possible de determiner si les zéolites formées dans Ces conditions sont les composes chimiques homogenes; il se peut que, en pareils cas, an obtienne un melange de zéolites et de polysilicates non échangeurs de bares. Toutefois, la structure physique reste analogue et, pour la fabrica- tion de l'acide sulfurique par contact, les produits sont équivalents ä des zéolites pro- duites dans des conditions produisant de plus Brands pouvoirs échangeurs de bares. Toutefois, il est bien entendu que le mot ,,zeolite" employe dans la. presente descrip- tion est limité aux produits ayant au moins quelque pouvoir échangeur de bases lorsqu'ils sont fraichement préparés. The zeolites employed in the process according to the present invention can be prepared under reaction conditions particularly suitable for the formation of bare exchange bodies, that is to say in reaction mixtures which are finally alkaline with sunflower. The best bare exchange power is obtained when the products are prepared in solutions which are neutral or preferably alkaline with phenolphthalein, but products of lower base exchange powers but frequently having the same efficiency for the manufacturing process. contact sulfuric acid can be obtained under reaction conditions ranging from red with phenolphthalein to blue with sunflower. It is not possible to determine whether the zeolites formed under these conditions are homogeneous chemical compounds; it is possible that in such cases you will obtain a mixture of zeolites and non-bar-exchanging polysilicates. However, the physical structure remains analogous and, for the manufacture of sulfuric acid by contact, the products are equivalent to zeolites produced under conditions producing higher bar exchange capacities. However, it is to be understood that the term "zeolite" as used in this description is limited to products having at least some base exchange capacity when freshly prepared.
Les produits employés Jans la présente Invention peuvent etre preparés de nom. breuses façons. La demanderesse a trouvé qu'il est usuellement desirable d'ajouter les sels métalliques aux métallates et aux sili- cates de façon que l'alcali de Ces derniers composants soit en tont temps présent en exces, de sorte que la reaetion reste autorma- tiquement alcaline, au moins avec 1e tourne- soil. The products used in this invention may be prepared by name. many ways. Applicant has found that it is usually desirable to add the metallic salts to the metallates and silicates so that the alkali of these latter components is at all times present in excess, so that the reaction remains automatically alkaline, at least with sunflower.
Certains des cataly seurs employes Jans la presente Invention peuvent e re prepares en ajoutant 1e silicate et 1e metallate au sel m4 tallique, en ayant soin de faire de sorte que, lorsque 1a. reaction est achevee, 1e melange de reaction soit alcalin avec 1e tournesal et préferablement neuere ou alcalin avec la phe- nolphtaléine. Some of the catalysts used in the present invention can be prepared by adding the silicate and the metalate to the metal salt, taking care to ensure that when the. reaction is complete, the reaction mixture is alkaline with toursalt and preferably neutral or alkaline with phenolphthalein.
Le nombre d'elements qui peuvent etre compris dans les produits employ es dans la presente invention est tres grand. linsi, par exemple, an peut employer un ou plusieurs quelconques des eléments métalliques qui sont capables de former des métallates so lubles de metal alcalin et des composés com- plexes de métaux qui possèdent une proprieté plus ou moins amphotérique, Ces composes étant de grande importance pour certaines ap- plications en ce sens qu'ils permettent la pro- duction de métallates solubles de métal al- calin alors que les oxydes simples des mé- taux peuvent ne par convenir parce qu'ils ne forment pas des métallates solubles de métal alcalin. 0n peut mentionner quelques- uns des ionogenes complexes: ammoniaque, acirle cyanhydrique, aride sulfocyanique, aride oxalique, acide formique, aride tartri- que, acide eitrique, glycérine et divers types de sucres. The number of elements which can be included in the products employed in the present invention is very large. thus, for example, one may employ any one or more of the metallic elements which are capable of forming soluble alkali metal metalates and complex compounds of metals which possess a more or less amphoteric property. for certain applications in that they allow the production of soluble alkali metal metallates whereas the simple oxides of the metals may not be suitable because they do not form soluble alkali metal metalates . A few of the complex ionogens may be mentioned: ammonia, hydrocyanic acid, sulphocyanic acid, oxalic acid, formic acid, tartaric acid, eitric acid, glycerine and various types of sugars.
Certains composés tels que les vanadates, les molybdates, les tungstates, les tantalates et les uranates, qui ne sont par ordinairement considerés comme des métallates mais qui sont capables,de former des Corps échangeurs de bares avec des silicates solubles et des sels métalliques, seront sous-entendu compris dans le terme ,,métallate" employé dann la presente description. Ce terme comprend par consequent tout sel de métal dont l'anion contient un métal. Certain compounds such as vanadates, molybdates, tungstates, tantalates and uranates, which are not ordinarily considered to be metallates but which are capable of forming bare exchange bodies with soluble silicates and metallic salts, will be understood in the term "metalate" used in the present description. This term therefore includes any metal salt whose anion contains a metal.
Les métallates alcalins sont capables de former avec des silicates solubles et des sels métalliques des Corps échangeurs de bare s ou peuvent être rendus capables de réagir de rette façon par un changement de valence pouvant etre effectué Pendant la réaetion. Alkali metallates are capable of forming bare exchange bodies with soluble silicates and metal salts or can be rendered capable of reacting in another way by a valence change which can be effected during the reaction.
Dans le procédé selou la, présente inven- tion, on peut utiliser des catalyseurs prépa- res en employant un seun ou plusieurs métal- lates dans tont rapport désire. Les elé-ments suivants sont compris parmi ceux formant des métallates qui peuvent etre avantageuse- ment employés : aluminium, chrome, zinc, va- naciun, béryllium, Main, Palladium, Platine, titane, plomb, tungstene, bore, molybdène, uranium et tantale, cuivre, nickel, fer, cobalt, z argent, cadmium, manganese, zirconium, tho- rium et cérium. In the process according to the present invention, catalysts prepared by employing one or more metalates in any desired ratio can be used. The following elements are included among those forming metallates which can be advantageously employed: aluminum, chromium, zinc, vanacium, beryllium, lead, palladium, platinum, titanium, lead, tungsten, boron, molybdenum, uranium and tantalum, copper, nickel, iron, cobalt, silver, cadmium, manganese, zirconium, thorium and cerium.
Les sels métalliques (et par lä il faut comprendre les sels de metaux ne constituant par des métallates) qu'on peut utiliser sont également nombreux et, en général, tous sels ou mélanges de sels solubles dass l'eau, qu'ils soient acides, neutres ou basiques, peuvent être employés. Les éléments suivants sont compris parmi ceux qui forment des sels convenables: cuivre, argent, or, béryllium, zinc, Cadmium, aluminium, terres rares, ti- tane, zirconium, Main, plomb, thorium, chrome, uranium, vanadium, manganèse, fer, nickel et cobalt. The metallic salts (and by this it is necessary to understand the salts of metals not constituting metallates) which can be used are also numerous and, in general, all salts or mixtures of salts soluble in water, whether acidic , neutral or basic, can be used. The following elements are included among those which form suitable salts: copper, silver, gold, beryllium, zinc, cadmium, aluminum, rare earths, titanium, zirconium, lead, lead, thorium, chromium, uranium, vanadium, manganese, iron, nickel and cobalt.
Le silieate peut eire un silicate de mè- tal alcalin ou un autre silieate soluble dans un alcali, ou bien an peut substituer ä une partie du silicate des sels alealins des acides des éléments suivants: soufre, azote, étain, arsenic et antimoine. Tour ees composes sont capables de former des Corps echangeurs de bares avec les autres composants et doivent par conséquent eire considéree comme etant les équivalents des silicates. The silicate may be an alkali metal silicate or other alkali-soluble silicate, or it may substitute for part of the silicate alkaline salts of the acids of the following elements: sulfur, nitrogen, tin, arsenic and antimony. All of these compounds are capable of forming bar exchange bodies with the other components and should therefore be considered as equivalents of silicates.
La gamme des nouveaux produits em- ployés dann la présente invention n'est pas limitée aux éléments presents dans les com- posants qui forment le noyau non échangea- ble de la zeolite. Au contraire, il est Possi- ble de remplacer les cathions de métal al- calin par d'autres cathions métalliques par un échange de bares. Ainsi, par exemple, an peut introduire un ou plusieurs des cathions suivants : ammonium, cuivre, argent, or, be- ryllium, magnésium, calcium, zinc, stron- tium, cadmium, barium, aluminium, ti- tane, zirconicum, étain, thorium, va- nadium, chrome, uranium, manganèse. fer, cobalt, nicke.l, Palladium et Pla- tine. Les elements ou radicaux peuvent etre introduits sous forme d'ions simples ou com- plexes en toutes proportions desirees. L'in- troduetion peut eire effeetuee simultanement ou sue.cessivement. Le nombr .e de combinai- sons possibles pa.r eohange de bares est bien entendu très Brand, comme il est facile ä con- cevoir pour un chimiste specialise dans les zéolites. Le nombre de Ces composés nou- v eaux est donc considérablement augmenté, et de nombreux catalyseurs ou activateurs pour la fabrication du S0 peuvent eire pro- duits par l'introduction dans un compose zéo- litique par echange convenahle de bares, de cathions qui peuvent augmenter la concen- tration en catalyseurs ou activateurs du pro- duit ou qui peuvent déterminer une activité catalytique r6gl6e plus exactement; ceci est fréquemment possible parce qu'une introduc- tion convenable des cathions désires par un echange de bares, augmente fréquemment la charge admissible du produit dans la fabri- cation de l'acide sulfurique par contact et perlt agmenter la résistance ä la temperature, le rendement en pour cent qui peut en être obtenu ou la production ou les deux. The range of new products employed in the present invention is not limited to the elements present in the components which form the non-exchangeable core of the zeolite. On the contrary, it is possible to replace the alkali metal cathions by other metallic cathions by an exchange of bars. Thus, for example, an can introduce one or more of the following cathions: ammonium, copper, silver, gold, beryllium, magnesium, calcium, zinc, strontium, cadmium, barium, aluminum, titanium, zirconium, tin , thorium, vanadium, chromium, uranium, manganese. iron, cobalt, nickel, palladium and platinum. The elements or radicals can be introduced in the form of simple or complex ions in any desired proportions. The introduction can be effected simultaneously or sequentially. The number of possible combinations per exchange of bars is of course very high, as is easy to conceive for a chemist specializing in zeolites. The number of these new compounds is therefore considerably increased, and numerous catalysts or activators for the production of S0 can be produced by the introduction into a zeolite compound, by suitable exchange of bars, of cations which can increase the concentration of catalysts or activators in the product or which can determine a more precisely regulated catalytic activity; this is frequently possible because proper introduction of the desired cations by bar exchange frequently increases the allowable loading of the product in the manufacture of sulfuric acid by contact and can increase the temperature resistance, the the percent yield that can be obtained from it or the production or both.
Une autre Serie de catalyseurs peut être obtenue en traitant les Corps échangeurs de bares mentionnés ei-avant par des composes contenant des radicaux arides convenables qui forment avec lesdits Corps des Corps ana- logues ä des sels. Ces produits se comportent à beaucoup d'egards comme s'ils etaient des sels reels, mais leur constitution chimique exacte n'est par connue. Another series of catalysts can be obtained by treating the aforesaid bare exchange bodies with compounds containing suitable arid radicals which form with said bodies salt-like bodies. These products behave in many respects as if they were real salts, but their exact chemical constitution is not known.
Les acides ou sels des éléments suivants peuvent eire employ es pour produire des Corps analogues ä des sels utilisables dans le procedé selon la presente invention: vana- dium, tungstène, uranium, chrome, molyb- dène, manganèse, arsenic, soufre et chlore. Des arides simples ou leurs sels peuvent être employes en remplaces par des polyarides, peracides et ions complexes lorsque cela est désirable. D'autres anions complexes tels que le ferro- ou le ferricyanogène, le sulfocyano- gene, d'autres cyanogènes métalliques, des composés de l'ammoniaque, etc. sont utiles chaque fois qu'ils forment des corps analo- gues ä des sels avec les Corps échangeurs de bares avec lesquels ils doivent réagir. Un ou plusieurs radicaux acides peuvent etre intro- duits de la maniére décrite plus haut soit simultanement, soit successivement, et la quantité de radicaux acides introduite peut eire modifiée quantitativement et, par ce moyen, des Corps échangeurs de bares ana- logues ä des sels et ayant les caraetéristi- ques de derivés arides, neutres ou basiques peuvent etre produits. Acids or salts of the following elements can be employed to produce salt-like bodies useful in the process according to the present invention: vanadium, tungsten, uranium, chromium, molybdenum, manganese, arsenic, sulfur and chlorine. Simple arids or their salts can be used in place of polyarids, peracids and complex ions when desired. Other complex anions such as ferro- or ferricyanogen, sulfocyanogen, other metallic cyanogens, ammonia compounds, etc. are useful whenever they form salt-like bodies with the bare exchange bodies with which they are to react. One or more acid radicals can be introduced in the manner described above either simultaneously or successively, and the quantity of acid radicals introduced can be modified quantitatively and, by this means, bare exchange bodies analogous to salts. and having the characteristics of arid, neutral or basic derivatives can be produced.
Les zéolites diluées que la demanderesse a trouvés etre les plus efficaces comme cata- lyseurs ou masses de contact pour la fabrica- tion selon l'invention de 1'acide sulfurique par contact peuvent être preparées de façons tres diverses par l'incorporation d'un Brand nombre de diluants tels que des diluants ex- trêmement poreux, comme le kieselguhr, le glaucosil, les déchets de brique de cellite, des silicates, des zéolites inactives, la, pierre ponce en poudre et d'autres produits, ou bien an peut en enduire des fragments de Support massifs, naturels ou artificiels. Les diluants peuvent eire incorporés ä. l'un ou plusieurs des composants des zéolites avant la réaction; lans le ras de certains diluants, ceci donne les produits les plus homogenes. Des catalyseurs précieux peuvent aussi être produits en incorporant ä la zeolite, apres sa formation et Pendant quelle est encore ä l'état gélatineux, des diluants convenables finement divisés, ce qui s'obtient par pé- trissage ou par taut autre procede conve- nable. La zeolite peut aussi être formée dans les interstices de diluants poreux tels que, par exemple, des fragments de pierre ponce, et ce par taut procédé convenable d'impré- gnation, de préférence en faisant réagir les composants de la zéolite dann les diluants. The dilute zeolites which the applicant has found to be the most effective as catalysts or contact masses for the manufacture according to the invention of sulfuric acid by contact can be prepared in very diverse ways by the incorporation of a Brand number of thinners such as highly porous thinners such as kieselguhr, glaucosil, celite brick waste, silicates, inactive zeolites, pumice powder and other products, or can coat massive Support fragments, natural or artificial. Diluents can be incorporated. one or more of the components of the zeolites before the reaction; in addition to certain diluents, this gives the most homogeneous products. Valuable catalysts can also be produced by incorporating into the zeolite, after its formation and while still in a gelatinous state, suitable finely divided diluents, which is obtained by kneading or any other suitable process. . The zeolite can also be formed in the interstices of porous diluents such as, for example, pumice chips, by any suitable method of impregnation, preferably by reacting the zeolite components in the diluents.
La propriété importante de la porosité des produits échangeurs de bares préparés comme decrit peut, dans beaucoup de cas, être rendue plus prononcée en incorporant aux corps, pendant la formation, des produits qui sont faciles ä eliminer (par volatilisation, combustion ou lixiviation) et qui laicsent des pores additionnels, ce qui augmente eneme la permea@bil*e de 1'ossature des produits eohangeurs de bares. Les produits eliminables ä employer peuvent eire inorganiques ou or- ganiques et sont tres nombreux, mais leur choix dependra, bien entendu, des caracte- ristiques du corps échangeur de bares. The important property of porosity of bar exchange products prepared as described can, in many cases, be rendered more pronounced by incorporating into the bodies, during formation, products which are easily removed (by volatilization, combustion or leaching) and which leave additional pores, which further increases the permeability of the framework of the bar-exchanging products. The eliminable products to be employed can be inorganic or organic and are very numerous, but their choice will of course depend on the characteristics of the bare exchange body.
La production de corps échangeurs de bares a usuellement comme résultat un pour- centage considérable de sels solubles dann le mélange de reaction, et il est generalement désirable d'éliminer ces sels par lavage et de sécher les produits, de préférence ä des températures modérées qui peuvent avanta- geusement être inférieures ä l00 C. Certains produits peuvent être trog faibles mécani- quement et l'on peut avantageusement les laver ou les imprégner ä l'aide d'une solu- tion diluee de verre soluble au lieu d'eau, ceci déterminant une silicification superficielle qui augmente considérablement la résistance nécanique du produit. The production of bare exchange bodies usually results in a considerable percentage of soluble salts in the reaction mixture, and it is generally desirable to remove these salts by washing and drying the products, preferably at moderate temperatures which may advantageously be below 100° C. Some products may be very weak mechanically and they may advantageously be washed or impregnated with a dilute solution of water glass instead of water, this determines a superficial silicification which considerably increases the mechanical resistance of the product.
La demanderesse a trouvé avantageux de soumettre les catalyseurs et massec de contact employés dann la présente invention a un traitement préliminaire consistant, en Pre mier lieu, en une calcination effectuée en présence d'air ou d'autres gaz. Ce traitement préliminaire et la catalyse elle-même qui ont lieu ä une haute température produisent dann le catalyseur ou masse de contact cer- tains changements chimiques qui ne sont par bien définis, et lorsqu'il est question d'un catalyseur dans ce qui suit, an entend par lä le catalyseur fraîehement preparé, ainsi qu'il est usuel dann la nomenclature de la chimie catalytique. The applicant has found it advantageous to subject the catalysts and contact masses used in the present invention to a preliminary treatment consisting, in the first place, of calcination carried out in the presence of air or other gases. This preliminary treatment and the catalysis itself, which take place at a high temperature, produce in the catalyst or contact mass certain chemical changes which are not well defined, and when it is a question of a catalyst in what follows by which is meant the freshly prepared catalyst, as is usual in the nomenclature of catalytic chemistry.
Les massec de contact ne contenant par de métaux du groupe du Platine, en par- ticulier celles - que la demanderesse a trouvé les plus efficaces - dont l'élément principal catalytiquement actif est le vanadium, possèdent, en addition ä la Brande résistance aux températures élevees et ä la résistance méeanique desirable qui caracté- rise tour les catalyseurs et massec de contact zéolitiques ä plusieurs composants, l'avantage très important qu'elles ne sont sensiblement par influencées par les substances qui cor- rompent les catalyseurs au Platine (,,poisons" du platine). Il est donc possible de realiser la fabrication de l'acide anhydride sulfu- rique par contact sann eliminer des gaz de la réaction les poisons du Platine, et il ruf fit, dans la plupart des crs, d'éliminer les poussières entraînées mécaniquement. Les installations d'épuration coûteuses - essen tielles lorsqu'on fait usage de catalyseurs au Platine - peuvent, par conséquent, eire supprimées, co qui se traduit par une Brande économie en appareils et en frais d'entretien. Malgré les avantages marques des catalyseurs qui ne contiennent par de métaux du groupe du Platine et que préfère la demanderesse, il est bien entendu que, en ce qui concerne res caractéristiques générales, l'invention n'est par limitee ä 1'application de ces catalyseurs ou massec de contact ne contenant par de mé- taux du groupe du Platine. Au contraire, an peut faire usage de massec de contact con- A@@t, du platine ou des métaux du groupe du Platine en combinaison avec des zeolites à plusieurs composants, les composés ainsi obtenus constituant d'excellents catalyseurs en ce qui concerne l'efficacité. Ces composes sont, bien entendu, sujets ä un degré plus ou moins Brand aux inconvénients inherents à l'emploi de massec de contact au Platine. Contact masses not containing metals of the platinum group, in particular those - which the applicant has found the most effective - whose main catalytically active element is vanadium, have, in addition to brande resistance to temperatures high and desirable mechanical strength which characterizes multicomponent zeolite catalysts and contact masses, the very important advantage being that they are not substantially influenced by substances which corrupt platinum catalysts (,, It is therefore possible to carry out the manufacture of sulfuric anhydride by contact without eliminating the poisons of platinum from the reaction gases, and it is possible, in most crs, to eliminate mechanically entrained dust Expensive purification installations - essential when using platinum catalysts - can therefore be eliminated, which translates into savings in equipment and maintenance costs. Despite the marked advantages of catalysts which do not contain platinum group metals and which the applicant prefers, it is understood that, as regards its general characteristics, the invention is not limited to the application of these catalysts or contact masses not containing platinum group metals. On the contrary, one can make use of contact masses con- A@@t, platinum or platinum group metals in combination with multicomponent zeolites, the compounds thus obtained constituting excellent catalysts with regard to the 'efficiency. These compounds are, of course, subject to a greater or lesser degree to the disadvantages inherent in the use of platinum contact masses.
On a trouvé que certains elements ou groupes catalytiquement actifs, quoique n'é- tant par sélectivement actifs pour la forma- tion du SO par contact, paraissent ampli- fier ou régler l'action des catalyseurs selec- tivement aetifs présents. Ainsi, de nombreux composés metalliques lourds, qui peuvent par exemple être présents dans les diluants, an qui peuvent eire introduits dans la zéo- lite par un échange de bares, paraissent avoir une activité catalytique mais ne sont pas des catalyseurs sélectifs pour le procedé de fabrication de l'acide sulfurique par con- tact. It has been found that certain catalytically active elements or groups, although not selectively active for the formation of SO on contact, appear to enhance or regulate the action of the selectively active catalysts present. Thus, many heavy metal compounds, which may for example be present in diluents, or which may be introduced into the zeolite by bar exchange, appear to have catalytic activity but are not selective catalysts for the process. manufacture of sulfuric acid by contact.
Il convient de decrire, pour mieux faire comprendre la. nature des eomposes z6oliti- ques ä employer, plusieurs exemples de pre- paration de composes de ce genre. It should be described, to make it better understood. nature of the zeolitic compounds to be employed, several examples of the preparation of compounds of this kind.
Exemple <I>1:</I> 0n forme une bo.uillie avec 16 Parties d'acide vanadique et 300 Parties d'eau et an <B>,</B> aü ,idifie cette bouillie ,ä. 1'aide d'aoi.de sul- furique. On Porte alors le m6lange ä l'ébul- lition et l'on Fait passer un courant vigou- reux d'anhydride sulfureux ä travers la so- lution ehaude. Il se forme en peu de temps une solution bleue de Sulfate de vanadyle. Après avoir séparé l'excès d'anhydride sul- fureux par l'ébullition, an peut diviser la solution bleue en deux fractions dans le rap- port de 2 ä 3. On traue les 3/5 de la solution bleue avec précaution par une solution de potasse caustique coneentree jusqu'à ce qu'il se seit forme une solution brun clair de va- nadite de potassium. On dilue 140 Parties de Silicate de potassium à 39 Bé avec 500 Parties d'eau et Fon y introduit le vanadite de potassium Pendant qu'on agite vigoureu- sement. 0n chauffe alors modérément le m6- lange et an ajoute les 2/5 restants du Sulfate de vanadyle saus forme d'un Filet mince Pen dant qu'on agite vigoureusement. La masse commence alors par se solidifier en un gel vert grisâtre et, si l'on continue ä remuer, se transforme en agregats granulaires fa- ciles ä filtrer. Example <I>1:</I> 0n forms a slurry with 16 Parts of vanadic acid and 300 Parts of water and an <B>,</B> aü ,idifies this slurry ,ä. the aid of sulfuric acid. The mixture is then brought to a boil and a vigorous stream of sulfur dioxide is passed through the hot solution. A blue solution of vanadyl sulphate is formed in a short time. After the excess sulfur dioxide has been boiled off, the blue solution can be divided into two fractions in the ratio of 2 to 3. solution of caustic potash is mixed until a light brown solution of potassium vanadite is formed. 140 Parts of Potassium Silicate at 39 Bé are diluted with 500 Parts of water and the potassium vanadite is added thereto while stirring vigorously. The mixture is then moderately heated and the remaining 2/5 of the Vanadyl Sulfate added in a thin stream while stirring vigorously. The mass then begins to solidify into a greyish-green gel and, with continued stirring, becomes granular aggregates which are easy to filter.
Il convient que la quantité d'aloali em- ployée Jans les solutions seit choisie telle que, a la fin de la réaction, le m6lange reste faiblement alcalin ou neutre avec la phénol- phtaléine. Si l'alcalinité du m6lange de réac- tion est beaucoup plus grande, la précipita- tion est retardee, mais an peut l'accé1érer en ajoutant 50 Parties environ dune solution saturée de Sulfate de potassium qui, par son effet d'élimination de sel, augmente le ren- dement. The amount of aloali used in the solutions should be chosen such that, at the end of the reaction, the mixture remains weakly alkaline or neutral with the phenolphthalein. If the alkalinity of the reaction mixture is much higher, the precipitation is retarded, but it can be accelerated by adding about 50 parts of a saturated solution of Potassium Sulfate which, by its salt elimination effect , increases yield.
Un autre procédé permettant d'accélérer la précipitation consiste ä diminuer l'alcali- nité du mélange de réaction en ajoutant avec precaution des arides ou solutions diluées de sels arides tels que, par exemple, l'acide chlorhydrique, l'acide sulfurique, le bisulfate de potassium, etc. Par ce moyen, an peut ob- tenir facilement taut degré désiré d'alcali- nité ou de neutralisation du produit de réac- tion résultant. Another method of accelerating precipitation is to lower the alkalinity of the reaction mixture by carefully adding arids or dilute solutions of arid salts such as, for example, hydrochloric acid, sulfuric acid, potassium bisulfate, etc. By this means, any desired degree of alkalinity or neutralization of the resulting reaction product can be easily achieved.
On laisse reposer le m6lange de réaction, puis an le décante, on le presse et an le laue ä l'eau. 0n hisse Seeher le produit presse, de préférence au-dessous de 100 C, et le Corps échangeur de bases, lequel Corps con- tient SiO et V'204, est alors brise en frag- ments ou hydraté ä l'aide d'eau, auquel aas il se brise aussi en granules. Le produit fi nal est un Corps dur gris Blair ayant une fracture conchoïdale et possédant des pro- priétés d'échange de bases. The reaction mixture is allowed to stand, then decanted, pressed and washed with water. The press product is hoisted, preferably below 100 C, and the base exchange body, which body contains SiO and V'204, is then broken into fragments or hydrated with water. , at which aas it also breaks into granules. The final product is a Blair Gray Hard Body having a conchoidal fracture and possessing base exchange properties.
Le Corps échangeur de bases peut etre chauffé pendant un temps considérable 400-500 C dann un courant de gaz de bri- leur dilués: il devient alors une banne masse de contact pour la fabrication de l'a- cide sulfurique par contact. The base exchange body can be heated for a considerable time at 400-500 C in a stream of diluted burner gases: it then becomes a good contact mass for the manufacture of sulfuric acid by contact.
Si Fon désire diluer le corps échangeur de bares, an mélange une ou plusieurs des trois solutions initiales constituant les com- posants, et de préférence seit la solution de verre soluble,soit la solution de vanadite de po- tassium, avec un volume total de 60 ä 80 Par ties de déchets de briques de cellites, le produit résultant kaut un Corps dilué échangeur de bares qui peut être deshydrate dans un cou- rant d'air chaud et d'anhydride carbonidue et qui, après avoir éte traue par des gaz d'acides tels que l'acide chlorhydrique, l'acide nitrique et l'acide sulfurique, constitue une masse de contact excellente pour l'oxydation catalytique de S0 en SO . On Fait passer des gaz de brûleur contenant 5-9 % de SO2 Sur la masse de contact ä des tempéra- tures de 400-550 C et Fon obtient ainsi une transformation élevée de SO en SO . If you wish to dilute the bare exchange body, mix one or more of the three initial solutions constituting the components, and preferably either the water glass solution or the potassium vanadite solution, with a total volume of 60 to 80 Parts of cellite brick waste, the resulting product being a dilute bare-exchanging body which can be dehydrated in a current of hot air and carbon dioxide and which, after being of acids such as hydrochloric acid, nitric acid and sulfuric acid, constitutes an excellent contact mass for the catalytic oxidation of S0 to SO. Burner gases containing 5-9% SO 2 are passed over the contact mass at temperatures of 400-550 C and thus a high conversion of SO to SO 2 is achieved.
Le corps échangeur de bares - concen- tré ou dilué - peut être traité en faisant ruisseler des solutions de 3 ä 5 % de sels mé- talliques lourds tels que les Sulfates de cui- vre, de nickel, d'aluminium et de titane, em- ploy6s seuls ou ä fetat de melange, Sur le- dit Corps, dans 1e but d'effeetuer un Achange de baises, de telle Sorte que les produits re- sultants soient rendus plus aptes ä, resister aux temphatures elevees qui regnent sou- vent dans 1e procede de fabrication de 1'acide sulfurique par contaet. Exemple 2: Trois melanges sont prepares comme suit: 1 0n melange 42 ä. 50 Parties de SiO2 saus forme dune solution de Silicate de po- tassium ou de sodium etendue de 20 volu- mes d'eau avec du kieselguhr ou d'autres ma- tières riches en SiO2, comme le glaucosil (le residu du sable vert traite par l'acide) jus- qu'à ce qu'on ait obtenu une Suspension pou- vant juste encore ehre remuee. The bare exchange body - concentrated or dilute - can be treated by trickling 3 to 5% solutions of heavy metal salts such as sulphates of copper, nickel, aluminum and titanium, used alone or in a mixed state, on the said body, with the aim of effecting an exchange of kisses, so that the resulting products are made more suitable for resisting the high temperatures which often prevail. wind in the process for the manufacture of sulfuric acid by contact. Example 2: Three mixtures are prepared as follows: 1 0n mixture 42 ä. 50 parts of SiO2 in the form of a solution of potassium or sodium silicate diluted with 20 parts of water with kieselguhr or other materials rich in SiO2, such as glaucosil (the residue of green sand treats by acid) until a slurry is obtained which can just be stirred further.
2 On dissout 18 Parties de VO' dans la quantité juste suffisante de solution de potasse ou soude caustique a 10-20 % pour obtenir du vanadate de potassium ou de so- dium. 2 18 Parts of VO' are dissolved in just enough 10-20% potash or caustic soda solution to obtain potassium or sodium vanadate.
3 On réduit 18 Parties de V2O par l'anhydride sulfureux en solution aqueuse de la manière usuelle pour formen le Sulfate de vanadyle bleu, un volume de 200 ä 300 Parties d'eau environ etant nécessaire. L'excé- dent de SO est éliminé par une ébullition. 3 Eighteen parts of V2O are reduced with sulfur dioxide in aqueous solution in the usual manner to form blue vanadyl sulphate, approximately 200 to 300 parts of water being required. Excess SO is removed by boiling.
0n verse les mélanges (1) et (2) l'un dans l'autre et Von verse ensuite la solution (3) Pendant qu'on remue vigoureusement, en ayant soin que le mélange de réaction reste au moins alcalin avec le tournesol. 0n peut régler l'alcalinite par de legeres additions de solution d'hydrate de potassium, si néces- saire. 0n obtient un gel bleu grisätre sale qu'on filtre sous un vide, lave avec un peu d'eau, puis reche. Le produit obtenu cons- titue un corps echangeur de bares ä trois com- posants qui contient du vanadium tétravalent et pentavalent sous une forme non échangea- ble et dans l'ossature duquel des matières riches en SiO sont finement distribuées dans toutes les Parties. Pour mixtures (1) and (2) into each other and then pour solution (3) while stirring vigorously, taking care that the reaction mixture remains at least alkaline with litmus. The alkalinity can be adjusted by slight additions of potassium hydrate solution, if necessary. A dirty greyish-blue gel is obtained which is filtered under a vacuum, washed with a little water, then searched. The product obtained is a three-component bare exchange body which contains tetravalent and pentavalent vanadium in a non-exchangeable form and in the framework of which SiO-rich materials are finely distributed in all parts.
Apres un traitement de courte durée, ä 400-500 C, par des gaz de brûleur ä 3 environ, le produit devient une masse de con- tact excellente pour le procéde de fabrication de l'acide sulfurique par contact. Quand an fait passen des gaz de brûleur ä 5-9 % Sur cette masse, il s'effectue une transformation élevée de SO2 en S03 ä des temperatures comprises entre 400 et 550 C. After a short time treatment at 400-500 C with burner gases at about 3, the product becomes an excellent contact mass for the contact sulfuric acid manufacturing process. When burner gases pass at 5-9% of this mass, a high conversion of SO2 to S03 takes place at temperatures between 400 and 550 C.
0n peut effectuer un réglage encore plus precis ce la masse de contact pour la fabri- cation de l'acide sulfurique par contact en remplaçant une Partie de l'alcali échangea- ble par d'autres cathions tels que, par exem- ple, le cuivre, l'argent, le fer, 1e cobalt, l'alu- minium, le titane, le calcium, le manganèse, le cérium, le strontium et le nickel, en em- ploy ant des solutions de 3 ä 6 % des sels de ces metaux ou de leurs melanges. A still finer control of the contact mass for the manufacture of sulfuric acid can be effected by replacing part of the exchangeable alkali with other cations such as, for example, sulfuric acid. copper, silver, iron, cobalt, aluminum, titanium, calcium, manganese, cerium, strontium and nickel, using 3 to 6% solutions of the salts of these metals or their mixtures.
0n peut apporter une nouvelle améliora- tion ä ces masses de contact destinees ä la fabrication de l'acide sulfurique par con- tact en formant un corps analogue ä un sel par la réaction du corps échangeur de bares ä trois éléments avec des acides des eléments des cinquième et sixième groupes du Systeme periodique, spécialement du vanadium et du tungstène, cette formation augmentant la résistance desdites masses aux températures élevées. A further improvement can be brought to these contact masses intended for the manufacture of sulfuric acid by contact by forming a salt-like body by the reaction of the three-element bare exchange body with acids of the elements. fifth and sixth groups of the Periodic System, especially vanadium and tungsten, this formation increasing the resistance of said masses to high temperatures.
Les diluants riches en silice, comme le kieselguhr, qu'on introduit en les mélangeant dans la solution de verre soluble N 1, peu- vent aussi avantageusement. eire imprégnes de 3-5 % des sels des oxy-acides du fer, du nickel, de l'argent, du cuivre, du cobalt et de l'aluminium, ou bien an peut précipiter leurs oxydes dans les diluants ä l'aide de solutions d'alcali diluées, de la manière usuelle. Les diluants peuvent aussi eire imprégnés de va- nadates, molybdates, tungstates, chromates, tantalates metalliques, spécialement des me- taux lourds, 3-5 % de ces métallates étant suffisants. Ce traitement des diluants aug- mente l'efficacité catalytique des masses de contact pour la fabrication de l'acide sulfu- rique par contact, agissaut en Partie comme composants catalytiques et en Partie comme agents favorisant la réaction. Silica-rich diluents, such as kieselguhr, which are introduced by mixing them into the N 1 waterglass solution, can also advantageously be used. eire impregnated with 3-5% of the salts of the oxy-acids of iron, nickel, silver, copper, cobalt and aluminum, or else an can precipitate their oxides in the diluents using dilute alkali solutions, in the usual manner. The diluents can also be impregnated with metallic vanadates, molybdates, tungstates, chromates, tantalates, especially heavy metals, 3-5% of these metalates being sufficient. This treatment of the diluents increases the catalytic efficiency of the contact masses for the manufacture of sulfuric acid by contact, acting partly as catalyst components and partly as reaction promoters.
Exemple 3: On dissout un mélange de 10 Parties de V20" et 4 Parties de W03 dans 300 Parties dune solution diluee de KOH contenant 10,5 Parties de gOFI ä 90 %. 0n ajoute 5, cette solution, Pendant qu'on remue vigoureuse- ment, 90 Parties environ de dechets de bri- que de cellite ou un volume egal d'un m6- lange .de quartz broye et de 'terre de di.atomees. D'autres diluants tels quo ceux decrits dans l'exemple 2 sont aussi applicables. Example 3: A mixture of 10 parts of V20" and 4 parts of W03 is dissolved in 300 parts of a dilute KOH solution containing 10.5 parts of 90% gOF1. 5 is added to this solution. While stirring vigorously - ly, about 90 parts of waste celite brick or an equal volume of a mixture of ground quartz and diatomaceous earth Other diluents such as those described in Example 2 are also applicable.
0n chauffe la suspension jusqu'à 80 à 90 C et an la rend graduellement faible- ment acide jusqu'au congo, en employant de l'aeide sulfurique pour précipiter V205 et WO3 dans ce diluant ou dans le mélange des diluants. Le mélange obtenu est alors séché et broyé. The slurry is heated to 80 to 90 C and gradually made weakly acidic to congo, using sulfuric acid to precipitate V205 and WO3 in this diluent or in the mixture of diluents. The mixture obtained is then dried and ground.
On pese 40 parties dune solution de si- licate de potassium ä. 33 Be. 0n transforme de la manière usuelle 2 parties de Al2O ä l'aide d'une solution de potasse caustique, en l'aluminate de potassium correspondant. 0n mélange alors los deux solutions et, im- médiatement apres an los malaxe parfaite- ment avec le V20 et le W03 précipités dann le dechet de brique de cellite, et l'on forme alors avec le produit des morceauxe de formecon- venable. Ces morceaux sont alors sechés ä des températures inférieures ä 100 C, de pré- férence ä l'aide de gaz contenant C02, de tolle sorte qu'on obtient un Corps échangeur de bares dilué à trois composants qui contient VȎ5,WO ,AlȎ et SiO dans la partie non échangeable, le W03 jouant alors le meme röle quo le tungstene dans un sel mé- tallique. 40 parts of a solution of potassium silicate are weighed out. 33 Be. 2 parts of Al 2 O are converted in the usual manner with the aid of a caustic potash solution into the corresponding potassium aluminate. The two solutions are then mixed and, immediately afterwards, they are perfectly kneaded with the V20 and the W03 precipitated in the cellite brick waste, and the product is then formed into pieces of suitable shape. These pieces are then dried at temperatures below 100 C, preferably using gas containing C02, so that a diluted three-component bare exchange body is obtained which contains VȎ5, WO , AlȎ and SiO in the non-exchangeable part, the W03 then playing the same role as tungsten in a metallic salt.
On calcine la masse de contact ainsi ob- tenue avee des gaz S02 fortement dilués par de fair et, après avoir ensuite traité la masse par des gaz ä 7-9 %, une fabrication très efficace d'acide sulfurique par contaet commence. The contact mass thus obtained is calcined with SO 2 gases which are strongly diluted by air and, after having subsequently treated the mass with 7-9% gases, a very efficient production of sulfuric acid by contact begins.
Au lieu de PO5 et de WO , an peut em- ployer de la même façon, en vue de la prépa- ration de la masse de contasst, d'autres com- posante catalytiquement actifs, tels quo VȎ4 et Mo03. Instead of PO5 and WO , an can employ in the same way, for the preparation of the contast mass, other catalytically active components, such as VȎ4 and Mo03.
Au lieu d'employer l'aluminate de po- tassium, an peut employer d'autres métal- lates d'éléments amphoteriques tels quo Cd, Be et Zn. Pour augmenter la resistance de Ces masses de contact aux hautes températures qui règnent souvent dans la fabrication de l'acide sulfurique par contact, an peut noyer Jans la masse de contaet, Pendant sa forma- tion, des agents favorisant la reaction, par exemple 5 % de FeȎ et de TiO. Instead of employing potassium aluminate, one can employ other metalates of amphoteric elements such as Cd, Be and Zn. In order to increase the resistance of these contact masses to the high temperatures which often prevail in the manufacture of sulfuric acid by contact, one can embed in the contact mass, during its formation, agents promoting the reaction, for example 5 % FeȎ and TiO.
Exemple 4: 1 On dissout 6,6 parties de AlȎ frai- chement precipite dans une solution de KOH pour Former l'aluminate de potassium corres- pondant. 0n ajoute ä cette solution des di- luants riches en SiO tels quo: silicates, quartz, roches, tufs, lave d'origine volcani- que ou eruptive, zéolite artificielle et natu rolle, kieselguhr, déchets de brique de cel- lite, Ces matières étant réduites ä un degré de Finesse convenable. Lorsqu'on fait usage de déchets de brique de cellite ou de kiesel- guhr, 80 ä 100 parties constituent la Propor tion convenable pour la préparation de la zéolite diluee ä trois composants. Example 4: 1 6.6 parts of freshly precipitated AlȎ are dissolved in a KOH solution to form the corresponding potassium aluminate. Diluents rich in SiO are added to this solution, such as: silicates, quartz, rocks, tuffs, lava of volcanic or eruptive origin, artificial and natural zeolite, kieselguhr, waste celite brick, etc. materials being reduced to a suitable degree of Fineness. When using waste celite brick or kieselguhr, 80 to 100 parts is the proper proportion for the preparation of the dilute three-component zeolite.
Des diluants très avantageux peuvent aussi être préparés spécialement, comme par exemple le SiO2 colloïdal ou le SiO obtenu en partant de silicates echangeurs de bases - naturels ou artificiels - qui sont traités par des arides minéraux dilués en vue d'éli- miner l'alcali dans la Partie echangeable des Corps échangeurs de bares et l'oxyde métal- lique amphotérique, de tolle sorte qu'on ob- tient un composé de SiO ayant un pouvoir absorbant Eleve. SiO2 ainsi prepare et langé avec des déchets de brique de cellite ou du kieselguhr est un diluant excellent pour la préparation de masses de contact zéolitiques dass la fabrication de l'acide sul- furique par contact. Very advantageous diluents can also be specially prepared, such as colloidal SiO2 or SiO obtained starting from base-exchanging silicates - natural or artificial - which are treated with diluted mineral arids in order to eliminate the alkali. in the exchangeable part of the bare exchange bodies and the amphoteric metal oxide, so that a compound of SiO having a high absorbency is obtained. SiO2 thus prepared and mixed with waste celite brick or kieselguhr is an excellent diluent for the preparation of zeolitic contact masses in the manufacture of sulfuric acid by contact.
Dans certains ras, il est aussi av avantageux d'ajouter 5 ä 10 % de silicates spécialement préparés qui se comportent dans ce procedé ä la façon d'agents regulateurs de la reac- tion. Des silicates de ce genre constituent une Phase intermédiaire dann la préparation du Si0 complexe en partant de Silicates échangeurs de bares artificiels et naturels. De tels Silicates echa.ngeurs de bares, comme la leucite ou los zeolites artificielles ordinai- rement preparees, sont lixivies ä 1'aide d'aci- des mineraux dilues, par exemple d'acides sulfurique, ehlorhydrique ou nitrique ä 5 ä 10 %, dans 1e but d'eliminer 1'alcali de la. Partie echangeable du Corps echangeur de bares, afin qu'il reste l'oxyde métallique am- photerique en combinaison chimique avec le groupe SiO2. Les silicates de ce genre ont un tres grand pouvoir absorbant et sont un moyen excellent pour le réglage de l'action des catalyseurs. In some cases it is also advantageous to add 5 to 10% of specially prepared silicates which behave in this process as reaction control agents. Such silicates constitute an intermediate phase in the preparation of the Si0 complex starting from artificial and natural bar-exchange silicates. Such bare-exchanging silicates, such as leucite or the artificial zeolites usually prepared, are leached using dilute mineral acids, for example 5 to 10% sulfuric, hydrochloric or nitric acids. , for the purpose of removing the alkali from the. Exchangeable part of the bare exchange body, so that the amphoteric metal oxide remains in chemical combination with the SiO2 group. Silicates of this kind have a very high absorbing power and are an excellent means for regulating the action of catalysts.
2 On dissout dann 100 Parties d'eau 80 Parties dune solution de silicate de potas- sium ä 33 Bé environ. 2 80 parts of a solution of potassium silicate at about 33 Bé are dissolved in 100 parts of water.
3 On dissout dann 150 parties d'eau 24 parties de Al(SO4) plus 18 aq. 3 Dissolve in 150 parts of water 24 parts of Al(SO4) plus 18 aq.
On mélange rapidement la suspension d'aluminate (1) avec la solution de verre so luble en agitant vigoureusement et Fon ajoute la solution de Sulfate d'aluminium sous forme dun Filet mince, de telle Sorte qu'on obtient un Corps échangeur de bares dilué ä trois élements qui est gélatineux et contient Al20 et SiO dann la Partie non echangeable. On enleve de la maniere usuelle la liqueur mere du Corps échangeur de bares, an reche le produit presse obtenu, de préfé- rence au-dessous de 100 C, puis an le rompt en morceaux convenables. Pour augmenter le rendement, an peut employer de Faibles quan- tités de SO4H très dilue (5%), en ayant söin que le produit de reaction et la liqueur mere restent sensiblement neutres ou faible- ment alcalins, ä l'égard de la phénolphia- léine. The aluminate suspension (1) is quickly mixed with the water glass solution by stirring vigorously and the aluminum sulphate solution is added in the form of a thin stream, so that a diluted bare exchange body is obtained. three-component which is gelatinous and contains Al20 and SiO in the non-exchangeable part. The mother liquor is removed from the bare exchange body in the usual way, the press product obtained is sought, preferably below 100° C., and then broken into suitable pieces. To increase the yield, one can use small quantities of very dilute SO4H (5%), taking care that the reaction product and the mother liquor remain substantially neutral or weakly alkaline with respect to phenolphia. - line.
Dann ce Corps échangeur de bares, 1e si- licate et le métallate prédominent nur 1e sel metallique, le produit resultant ressemblant par consequent ä une zéolite du type de l' aluminosilicate. In this bare exchange body, the silicate and metalate predominate over the metal salt, the resulting product therefore resembling an aluminosilicate-type zeolite.
En employant la meme quantite de com- posants, an peut obtenir un autre type de zéolite ä trois composants lorsqu'on change fordre dans lequel les trois classes de com- posants reagissent entre eux. Dann ce cas, les composants ä réaction alcaline, c'est-ä-dire les solutions d'aluminate et de verre soluble, sont versés dann la solution de Sulfate d'alu- minium, les diluants pouvant etre presents dans le mélange des composants alcalins ou dann le composant de sel métallique. 0n tra- vaille et Seehe de la même façon que précé- demment la masse gélatineuse obtenue. On peut aussi faire réagir d'abord le sel metal- lique et le métallate, auquel cas le diluant ferait preférablement Partie d'un de Ces deux composants et Von ajouterait alors le com- posant Si0. By employing the same amount of components, a different type of three-component zeolite can be obtained when changing the order in which the three classes of components react with each other. In this case, the alkaline reacting components, i.e. the aluminate and water glass solutions, are poured into the aluminum sulphate solution, the diluents possibly being present in the mixture of the components. alkaline or in the metal salt component. 0n works and Seehe in the same way as previously the gelatinous mass obtained. Alternatively, the metal salt and the metalate can be reacted first, in which case the diluent would preferably form part of one of these two components and the SiO component would then be added.
Ces méthodes montrent les nombreuses formen de réalisation possibles de la prépa- ration de certains typen de Corps échangeurs de bares ä. trois composants. These methods show the many possible embodiments of the preparation of certain types of bare exchange bodies. three components.
Au lieu de changer Fordre dann lequel les trois classes de composants réagissent en- tre eux, an peut changer les proportions des composants et obtenir ainsi d'autres typen de zéolites ä trois composants. Instead of changing the order in which the three classes of components react with each other, one can change the proportions of the components and thus obtain other types of three-component zeolites.
C'est ainsi qu'on pourra obtenir les pro- portions suivantes des composants: 1 0n dissout 3,4 Parties de Al2O fraî- chement précipité dann une solution de KOH de façon ä formen la solution d'aluminate de potassium ä titre de composant metal- late. In this way, the following proportions of the components can be obtained: 10n dissolves 3.4 parts of freshly precipitated Al2O in a KOH solution so as to form the potassium aluminate solution as a component. metallate.
2 On dissout 120 'a 150 Parties de Sili cate de potassium ä 33 Bé dann 200 Parties environ d'eau. 2 120 to 150 Parts of 33 Bé potassium silicate are dissolved in approximately 200 Parts of water.
3 0n dissout 44,5 Parties de Al2 (SO4) plus 18 aq. dann 200 parties environ d'eau. On ajoute 1e diluant ä l'un ou l'autre ou aux mélanges des composants ä reaction al- caline. 3 0n dissolves 44.5 Parts of Al2 (SO4) plus 18 aq. in about 200 parts of water. The diluent is added to either or both mixtures of the alkaline reacting components.
Un procédé spécial pour la preparation de cette zéolite ä trois composants consiste ä mélanger entre eux l'aluminate et le SiO constituant deux des composants et ä ajouter ensuite le Sulfate d'aluminium constituant le troisiène composant, ou vice-versa. On travaille de la manière usuelle le produit de réaction obtenu et, dass ce cas, le sel métal- lique et le Silicate prédominent sur le métal- late, de Sorte que la zéolite ä trois compo- sants resultante ressemble ä certains points de vue ä une zéolite du type du Silicate dou- ble d'aluminium. A special process for the preparation of this three-component zeolite consists in mixing together the aluminate and the SiO constituting two of the components and then adding the Aluminum Sulfate constituting the third component, or vice versa. The reaction product obtained is worked up in the usual way and, in this case, the metal salt and the silicate predominate over the metalate, so that the resulting three-component zeolite resembles from certain points of view a zeolite of the double aluminum silicate type.
La. preparation des Corps echangeurs de bares ä trois composants dann lesquels 1e me- tallate et 1e sel metallique pr6dominent nur 1e Silicate, de Sorte que 1e produit obtenu ressemble ä un Corps echangeur de ba.ses non siliceux est realiAe comme suit: 1 On dissout 5 parties de Al0 fraiche- ment précipité dans une solution de KOH pour former l'aluminate de potassium cor- respondant. The preparation of the three-component base exchange bodies in which the metallate and the metal salt predominate over the silicate, so that the product obtained resembles a non-siliceous base exchange body, is carried out as follows: dissolves 5 parts of freshly precipitated Al0 in a KOH solution to form the corresponding potassium aluminate.
2 0n dissout 34 parties de Al (SO4) plus 18 aq. dans 200 Parties d'eau. 2 0n dissolves 34 parts of Al (SO4) plus 18 aq. in 200 parts of water.
3 0n dissout 50 Parties de silicate de potassium a 33 Bé dans 100-150 parties d'eau. 30n dissolves 50 parts of 33 Bé potassium silicate in 100-150 parts of water.
On peut ajouter la Proportion convena- ble des diluants décrits plus hauts ä 1'un des composants ou au mélange des composants ä réaetion alcaline. The proper proportion of the diluents described above may be added to one of the components or to the mixture of alkaline reacting components.
Un corps échangeur de bases de ce type possédant un pouvoir d'échange de bases bien dév eloppé est obtenu en mélangeant entre eux l'aluminate et le silicate et ajoutant en- suite le sulfate d'aluminium Pendant qu'on agite énergiquement. On débarrasse de la liqueur mère le produit de reaction obtenu et an le sèche de la manière usuelle. Une au- trc forme de réalisation peut etre obtenue en faisant réagir les composants dass l'ordre inverse. A base-exchanging body of this type possessing a well-developed base-exchanging power is obtained by mixing together the aluminate and the silicate and then adding the aluminum sulphate while stirring vigorously. The resulting reaction product is stripped of mother liquor and dried in the usual manner. Another embodiment can be obtained by reacting the components in reverse order.
Au lieu d'employer Al0 comme le mé- tallate, an psut employer d'autres composants de cette classe qui contiennent du vanadium, du tungstene, du molybdène, du plomb, du zinc, du Cadmium avec ou sans aluminium, séparément ou ä l'état de mélange. Instead of using Al0 like the metallate, you can use other components of this class which contain vanadium, tungsten, molybdenum, lead, zinc, cadmium with or without aluminum, separately or together. state of mixing.
Au lieu d'employer du sulfate d'aIumi- nium, an peut employer d'autres sels métal- liques, avec ou sans sulfate d'aluminium, se- parement ou ä l'état de mélange, comme par exemple ceux qui contiennent le vanadium (spécialement le sulfate de vanadyle), le zinc, le Cadmium, le titane, le zirconium, le cuivre, le nickel, le cobalt, l'argent, le bé- ryllium, le cérium, l'étain, le thorium, le manganèse, le chrome. Instead of using aluminum sulphate, one can use other metal salts, with or without aluminum sulphate, separately or in the state of mixture, such as for example those which contain the vanadium (especially vanadyl sulphate), zinc, cadmium, titanium, zirconium, copper, nickel, cobalt, silver, beryllium, cerium, tin, thorium, manganese, chromium.
Suivant les composants choisis, an pourra obtenir des Corps échangeurs de bases qui ont une action catalytique directe dans la fabrication de l'acide sulfurique par contact, spécialement lorsque le vanadium est employé ä titre d'un desdits composants. Depending on the components chosen, it will be possible to obtain base exchange bodies which have a direct catalytic action in the production of sulfuric acid by contact, especially when vanadium is used as one of said components.
Lorsqu'on fait usage de composants qui, dans la combinaison du Corps échangeur de bases, ne sont pas catalytiquement actifs, le composant catalytiquement actif peut être introduit par un êchange de bases, par la formation de Corps analogues a des sels ou par Ces deux moyens à la fois, auquel cas le pouvoir catalytique réside, spécialement dass le cas de la formation de Corps analo- gues ä des sels, dans une combinaison chimi- que avec la zéolite ä trois composants. When using components which are not catalytically active in the base exchange body combination, the catalytically active component may be introduced by base exchange, by the formation of salt-like bodies, or by both. means at a time, in which case the catalytic power resides, especially in the case of the formation of salt-like bodies, in a chemical combination with the three-component zeolite.
Une zéolite diluée ä trois composants, qui contient de l'aluminium et du SiO dans la Partie non échangeable et n'a pas de pou- voir catalytique pour la fabrication de l'acide sulfurique par contact, peut être transformée en une masse de contact efficace de diverses façons. Le métal alcalin de la Partie échan- geable du corps échangeur de bases peut être remplacé partiellement ou en majeure Partie par d'autres métaux, spécialement par les métaux lourds tels que le fer, le cuivre, le nickel, le cobalt, le manganèse, l'argent, le titane, le zirconium, l'aluminium, ce qui s'ob- tient en faisant ruisseler sur le Corps des solutions de 5 ä 10 % de sels correspondants ou de leurs mélanges aux temperatures régu- lières ou ä des températures un peu élevées en vue d'accélérer l'échange de bases. A cet effet, avant d'appliquer la solution de sel, il est avantageux dans beaucoup de cas d'hy- drater le Corps d'échange de bases en faisant ruisseler de l'eau sur ce Corps. Après ce trai- tement, an Fait réagir les Corps échangeurs de bases avec du vanadate d'ammonium ou d'autres vanadates solubles dans 1e but de former le vanadate du Corps échangeur de ba- ses. La meilleure façon de réaliser cette réac- tion consiste ä impréguer ledit Corps de la solution de vanadate et, après la réaction, d'éliminer l'alcali, par lavage. Le Corps echangeur de bases prend la couleur de vana- dates correspondants. On peut employer a cet effet une solution de 1 ä 10 % de vana- date. A dilute three-component zeolite, which contains aluminum and SiO in the non-exchangeable part and has no catalytic capacity for the production of sulfuric acid by contact, can be transformed into a contact mass. effective in various ways. The alkali metal of the exchangeable part of the base-exchange body can be partially or mainly replaced by other metals, especially by heavy metals such as iron, copper, nickel, cobalt, manganese, silver, titanium, zirconium, aluminum, which is obtained by streaming over the body solutions of 5 to 10% of corresponding salts or their mixtures at regular temperatures or at temperatures a little high in order to speed up the exchange of bases. For this purpose, before applying the salt solution, it is advantageous in many cases to hydrate the body of base exchange by running water over this body. After this treatment, an reacts the base exchange bodies with ammonium vanadate or other soluble vanadates to form the base exchange body vanadate. The best way to carry out this reaction is to impregnate said Body with the vanadate solution and, after the reaction, to wash away the alkali. The base exchange body takes on the color of the corresponding vanadates. A 1 to 10% solution of vanadate may be employed for this purpose.
Apres sechage, 1a masse de contact ob- tenue peut d'abord etre calcinee ä 400-500 C ä. Fair et ensuite avee des gaz de brüleur dilues contenant environ 3 % de SO`. Apres ce kraitement, an fait passer des gaz de brü- leur ä 7-8 % sur la masse de contact, ce qui met en train une fabrication efficace d'acide sulfurique par contact ä des températures de 420-550 C. Il convient que la distribution de chaleur aux divers points du catalyseur soit telle qu'une température élevee de 500-550 C regne dann la partie de la masse de contact qui entre en contact avec les gaz SO' concentres et à l'endroit où le maximum de vitesse de réaetion est désiré, tandis que les dernières parties de 1a masse de contact sont maintenues ä des temperatures de 400 ä 480 C, ce qui favorise le meilleur équili- bre de réaction. After drying, the resulting contact mass can first be calcined at 400-500°C. Clean and then with dilute burner gases containing approximately 3% SO`. After this treatment, an exhaust gas is passed at 7-8% over the contact mass, which initiates efficient manufacture of sulfuric acid by contact at temperatures of 420-550 C. the heat distribution at the various points of the catalyst is such that a high temperature of 500-550 C reigns in the part of the contact mass which comes into contact with the concentrated SO' gases and at the place where the maximum speed reaction is desired, while the latter portions of the contact mass are maintained at temperatures of 400 to 480° C., which promotes the best reaction equilibrium.
Dans beaucoup de cas, il est desiräble d'introduire des composants eatalytiquement actifs dans la partie échangeable de la molé- cule de zéolite ä trois composants. Un pro- duit spéeialement efficace est obtenu en trai- tant la zéolite par une solution de sulfate de vanadyle ä 3-5 % pour éliminer la plus Brande Partie possible du mUal alcalin échangeable. 0n peut aussi traiter 1e produit ainsi obtenu par des solutions ä 3-5 %a de vanadates, tungstates, molybdates ou mélan- ges de ces composés pour formen des corps analogues à des sels et augmenter ainsi en- core davantage la concentration des compo- sants catalytiques en combinaison chimique avec la zéolite ä trois composants. Ces masses de contaet sont aussi excellentes pour la fa- brication de l'acide sulfurique par contact. In many cases, it is desirable to introduce catalytically active components into the exchangeable portion of the three component zeolite molecule. A particularly effective product is obtained by treating the zeolite with a 3-5% vanadyl sulphate solution to remove as much of the exchangeable alkali metal as possible. The product thus obtained can also be treated with 3-5% solutions of vanadates, tungstates, molybdates or mixtures of these compounds to form salt-like bodies and thus further increase the concentration of the compounds. catalysts in chemical combination with the three-component zeolite. These contact masses are also excellent for the manufacture of sulfuric acid by contact.
Des masses de contact convenant pour la f abrication de l'acide sulfurique par con- tact peuvent aussi etre produites en intro- duisant des diluants catalytiquement actifs dans des zéolites dites ä trois composants, ces diluants pouvant contenir une certaine quantité, par exemple 5 ä 10 %o, d'un métal- late dopt l'union contient un metal des quième et sixième groupes du système pèrio- dique, comme le vanadate d'argent, de cui- vre, de manganèse, etc., separément ou ä l'état de mélange. Contact masses suitable for the manufacture of sulfuric acid by contact can also be produced by introducing catalytically active diluents into so-called three-component zeolites, these diluents possibly containing a certain amount, for example 5 to 10% of a metalate dopt the union contains a metal of the fifth and sixth groups of the periodic system, such as vanadate of silver, copper, manganese, etc., singly or together. state of mixing.
Claims (7)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US136365XA | 1926-10-19 | 1926-10-19 | |
US240827XA | 1927-08-24 | 1927-08-24 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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Family
ID=26685069
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CH136365D CH136365A (en) | 1926-10-19 | 1927-09-29 | Process for catalytically oxidizing sulfur dioxide to sulfur trioxide. |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CH (1) | CH136365A (en) |
-
1927
- 1927-09-29 CH CH136365D patent/CH136365A/en unknown
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