CN104741110A

CN104741110A - 二氧化硫氧化制备硫酸催化剂的工艺

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Publication number: CN104741110A
Application number: CN201510132728.4A
Authority: CN
Inventors: 余洋; 余少发; 杨皓明
Original assignee: Jing Xin Catalyst Co Ltd Of Xiangyang City
Current assignee: Jing Xin Catalyst Co Ltd Of Xiangyang City
Priority date: 2015-03-25
Filing date: 2015-03-25
Publication date: 2015-07-01

Abstract

本发明公开了二氧化硫氧化制硫酸的催化剂制备工艺，步骤包括（一）、按照设定的质量分数取样品；（二）、将KOH用水通蒸汽溶化，并与V₂O₅加温热煮，制得V₂O₅含量为240g/l、K₂O/V₂O₅摩尔比为2.75的混合溶液；（三）、取1:1的硫酸中和所述混合溶液制得V₂O₅和K₂SO₄胶体混合物，所述硫酸的体积与混合溶液的体积比为53%-56%；（四）、将胶体混合物与样品余量混合均匀、碾压成可塑性物料，用成型机成型，干燥、焙烧制得钒催化剂。本发明制备的催化剂在满足阻力降和总转化率要求的情况下，装填催化剂体积数同比环形、梅花形催化剂少约20%左右，装填催化剂重量数同比柱形催化剂少约15%左右。

Description

二氧化硫氧化制备硫酸催化剂的工艺

技术领域

本发明属于催化技术领域，具体涉及二氧化硫氧化制备硫酸催化剂的工艺。

背景技术

硫酸是一种重要的基本化工原料，广泛应用于各个工业部门，硫酸的产量常被用来衡量一个国家工业发展水平的标志。我国自1951年成功研制并生产出第一批S101型钒催化剂以来又相继开发出S105、S107、S108等系列低温钒催化剂和S109宽温型钒催化剂。我国钒催化剂在生产之初全部采用Ф5mm柱状，随着硫酸工业的不断发展，国內钒催化剂的研究以及生产单位在催化剂的外形尺寸上做了大量工作，又相继开发出Ф6mm大颗粒柱状、环状及梅花状等系列钒催化剂。这样就为我国广大硫酸制造企业根据自身情况选择使用催化剂提供了较大的余地。随着市场形势的不断变化，一些生产装置在扩产改造过程中需增加催化剂的装填定额，由于转化器固定容积的影响，继续选用环形或梅花状催化剂势必造成催化剂装填定额不够而不能满足转化率的要求，如选用柱形催化剂势必会造成转化系统阻力过大而不能达到预期要求。因此需开发出一种既满足转化效率又满足适宜阻力降的催化剂。

实际应用过程中，催化剂往往存在不被利用的死区，如条形催化剂在应用过程中会形成蛋壳形，越往中心扩散越困难，中心部分催化剂的活性组分基本上失去利用价值，梅花、环形催化剂同样存在相同的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供楞形高效型二氧化硫氧化制硫酸的催化剂制备工艺，本发明制备的催化剂在满足阻力降和总转化率要求的情况下，装填催化剂体积数同比环形、梅花形催化剂少约20%左右，装填催化剂重量数同比柱形催化剂少约15%左右。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种二氧化硫氧化制硫酸用钒催化剂的制备方法，包括以下步骤：

（一）、取样品质量分数为：V₂O₅ ：6.5%、K₂O/ V₂O₅：摩尔比2.55~3.25；样品余量为Na₂SO₄ ：0—14.5%、P₂O₅溶液： 0—1.5%、其余为精制硅藻土；所述P₂O₅溶液中P₂O₅的体积分数为85%；

（二）、将KOH用水通蒸汽溶化，并与V₂O₅加温热煮，制得V₂O₅含量为240g/l、K₂O/ V₂O₅摩尔比为2.55~3.25的混合溶液；

（三）、取1:1的硫酸中和所述混合溶液制得V₂O₅和K₂SO₄胶体混合物，所述硫酸的体积与混合溶液的体积比为53%-56%；

（四）、将胶体混合物与样品余量混合均匀、碾压成可塑性物料，用成型机成型，干燥、焙烧制得钒催化剂。

在上述技术方案中，所述成型机为圆柱形，成型机的外直径为5.5±1.5mm。在上述技术方案中，所述成型机内设置有圆弧形凹槽。

在上述技术方案中，所述成型机内设置有四棱形、五棱形、六棱形、七棱形凹槽。

在上述技术方案中，所述圆弧形凹槽围绕着成型机内壁设置，所述凹槽数为3—9个在上述技术方案中，所述圆弧形凹槽围绕着成型机内壁设置，所述凹槽数为3—9个。

本发明的原理如下：SO₂在钒催化剂上的催化氧化机理是，钒催化剂是典型的附载液相型催化剂，在使用条件下，V⁵⁺和碱金属盐是熔融的液相，它负载在SiO₂上。反应物从气相主体通过气膜扩散到催化剂外表面和产物从催化剂外表面通过气膜向孔外扩散是气相主体与颗粒外表面进行物质传递，称为外扩散过程。反应物进入微孔向内表面扩散和产物从孔内液膜表面向外扩散是颗粒孔内的传递，称为内扩散过程。反应物被吸收、生成产物和产物解吸总成为表面反应过程或本征动力学过程。以上几个过程哪一个速度最慢则该步骤就是控制步骤。气体通过催化剂内微孔扩散到内表面，阻力很大，即为同一类型催化剂的控制步骤。

表现在实际应用过程中，催化剂往往存在不被利用的死区，如条形催化剂在应用过程中会形成蛋壳形，越往中心扩散越困难，中心部分催化剂的活性组分基本上失去利用价值，梅花、环形催化剂同样存在相同的问题。通过改变二氧化硫氧化制硫酸催化剂外形，缩短催化剂在应用过程中与SO₂、O₂、SO₃在催化剂中的吸附、扩散、化合反应及脱吸等接触时间，也就有效的提高了催化剂的利用率，让同等质量催化剂的活性组分充分得到有效利用。

本发明的催化剂有效利用率高，与柱形催化剂等体积装填。本发明的催化剂在满足阻力降和总转化率要求的情况下，装填催化剂体积数同比环形、梅花形催化剂少约20%左右，装填催化剂重量数同比柱形催化剂少约15%左右。

具体实施方式

实施例1

在成型机上安装无凹槽、外直径为5mm的柱形模板。

样品成分：V₂O₅ 7.7%、K₂O/ V₂O₅ 2.75(摩尔比)、其余为精制硅藻土。

将KOH用水通蒸汽溶化，并与V₂O₅热煮制得K₂O/ V₂O₅ 2.75(摩尔比)混合溶液（简称钒水），制备的钒水中的V₂O₅含量为240g/l，K₂O/V₂O₅为2.75。将325ml的钒水用260ml 1:1的硫酸中和制得V₂O₅和K₂SO₄胶体混合物胶体混合物静置；将胶体混合物与710g精制硅藻土混合均匀、碾压成可塑性物料，用无凹槽的柱形、直径5mm模板的成型机成型，干燥、焙烧等工序制得1000g钒催化剂。

实施例2

在成型机上安装设有四楞形凹槽、外直径为5mm的柱形模板。

样品成分：V₂O₅ 7.7%、K₂O/ V₂O₅ 2.75(摩尔比)、其余为精制硅藻土。将KOH用水通蒸汽溶化，并与V₂O₅热煮制得K₂O/ V₂O₅ 2.75(摩尔比)混合溶液（简称钒水），制备的钒水中的V₂O₅含量为240g/l，K₂O/V₂O₅为2.75。将325ml的钒水用260ml 1:1的硫酸中和制得V₂O₅和K₂SO₄胶体混合物，胶体混合物静置；将胶体混合物与710g精制硅藻土混合均匀、碾压成可塑性物料，用安装有四楞形凹槽、柱形直径5mm的模板成型机成型。

实施例3

在成型机上安装设有五楞形凹槽、外直径为5mm的柱形模板。

样品成分：V₂O₅ 7.7%、K₂O/ V₂O₅ 2.75(摩尔比)、其余为精制硅藻土。将KOH用水通蒸汽溶化，并与V₂O₅热煮制得K₂O/ V₂O₅ 2.75(摩尔比)混合溶液（简称钒水），制备的钒水中的V₂O₅含量为240g/l，K₂O/V₂O₅为2.75。将325ml的钒水用260ml 1:1的硫酸中和制得V₂O₅和K₂SO₄胶体混合物，胶体混合物静置；将胶体混合物与710g精制硅藻土混合均匀、碾压成可塑性物料，用安装有五楞形凹槽、外直径为5mm的柱形模板的成型机成型。

实施例4

在成型机上安装设有六楞形凹槽、外直径为5mm的柱形模板。

样品成分：V₂O₅ 7.7%、K₂O/ V₂O₅ 2.75(摩尔比)、其余为精制硅藻土。将KOH用水通蒸汽溶化，并与V₂O₅热煮制得K₂O/ V₂O₅ 2.75(摩尔比)混合溶液（简称钒水），制备的钒水中的V₂O₅含量为240g/l，K₂O/V₂O₅为2.75。将325ml的钒水用260ml 1:1的硫酸中和制得V₂O₅和K₂SO₄胶体混合物，胶体混合物静置；将胶体混合物与710g精制硅藻土混合均匀、碾压成可塑性物料，用安装有六楞形凹槽、外直径为5mm的柱形模板的成型机成型。

实施例5

在成型机上安装设有七楞形凹槽、外直径为5mm的柱形模板。

样品成分：V₂O₅ 7.7%、K₂O/ V₂O₅ 2.75(摩尔比)、其余为精制硅藻土。将KOH用水通蒸汽溶化，并与V₂O₅热煮制得K₂O/ V₂O₅ 2.75(摩尔比)混合溶液（简称钒水），制备的钒水中的V₂O₅含量为240g/l，K₂O/V₂O₅为2.75。将325ml的钒水用260ml 1:1的硫酸中和制得V₂O₅和K₂SO₄胶体混合物，胶体混合物静置；将胶体混合物与710g精制硅藻土混合均匀、碾压成可塑性物料，用安装有七楞形凹槽、外直径为5mm的柱形模板的成型机成型。

实施例6

在成型机上安装无凹槽、外直径为5mm的柱形模板。

样品成分：V₂O₅ 6.5%、K₂O/ V₂O₅ 2.85(摩尔比)、Na₂SO₄ 14.5%、P₂O₅ 1.5%、其余为精制硅藻土。

将KOH用水通蒸汽溶化，并与V₂O₅热煮制得K₂O/ V₂O₅ 2.85(摩尔比)混合溶液（简称钒水），制备的钒水中的V₂O₅含量为240g/l，K₂O/V₂O₅为2.85。将270ml的钒水用230ml 1:1的硫酸中和制得V₂O₅和K₂SO₄胶体混合物，胶体混合物静置；将胶体混合物与145g Na₂SO₄、14ml磷酸（85%）、680g精制硅藻土混合均匀、碾压成可塑性物料，用无凹槽的柱形、直径5mm模板的成型机成型，干燥、焙烧等工序制得1000g钒催化剂。

实施例7

在成型机上安装设有四楞形凹槽、外直径为5mm的柱形模板。

样品成分：V₂O₅ 6.5%、K₂O/ V₂O₅ 2.85(摩尔比)、Na₂SO₄ 14.5%、P₂O₅ 1.5%、其余为精制硅藻土。采用实施例6工艺、配方，用安装有四楞形凹槽、柱形直径5mm的模板成型机成型。

实施例8

在成型机上安装设有五楞形凹槽、外直径为5mm的柱形模板。

样品成分：V₂O₅ 6.5%、K₂O/ V₂O₅ 2.85(摩尔比)、Na₂SO₄ 14.5%、P₂O₅ 1.5%、其余为精制硅藻土。采用实施例6工艺、配方，用安装有五楞形凹槽、外直径为5mm的柱形模板的成型机成型。

实施例9

在成型机上安装设有六楞形凹槽、外直径为5mm的柱形模板。

样品成分：V₂O₅ 6.5%、K₂O/ V₂O₅ 2.85(摩尔比)、Na₂SO₄ 14.5%、P₂O₅ 1.5%、其余为精制硅藻土。采用实施例6工艺、配方，用安装有六楞形凹槽、外直径为5mm的柱形模板的成型机成型。

实施例10

在成型机上安装设有六楞形凹槽、外直径为5mm的柱形模板。

上述实施例1~5为S101系列中温型催化剂，实施例6~10为S108系列低温型催化剂。

对实施例中制备的钒催化剂样品进行如下指标的测试：

1、活性的测定

按HG/T2089的规定，其中相关测定条件为：

催化剂装量：30ml；

催化剂粒度：3.35~4.00mm；

空间速度：3600h^-1;

进气二氧化硫的体积分数：（10.0±0.1）%，其余为空气；

系统压力：常压；

活性检测温度：实施例1~5采用485℃，实施例6~10采用410℃，；

耐热温度和时间：实施例1~5采用700℃、5h，实施例6~10采用600℃、5h；

2、颗粒径向抗压碎力的测定：

按HG/T2782的规定，其中测定时将催化剂样品处理成条长为6~7mm并两端面磨平的试样；

试样测定颗粒数为40颗。

3、磨耗率的测定：

按HG/T2976的规定，其中试样在（120±5）℃下烘干2h。

本发明催化剂样品测试结果见下表

实施例	活性，%	强度，N/cm	磨耗率，%
				行业标准S101	≥81.0（485℃）	≥70.0	≤5
1	82.1	87	2
				2	84.5	99	2
3	85.8	88	2
				4	85.2	80	2
5	84.7	86	3
				行业标准S108	≥35.0（410℃）	≥60.0	≤5
6	36.3	83	1
				7	38.7	79	1
8	38.9	81	2
				9	39.1	75	1
10	39.0	78	2

从测试结果看本发明催化剂在其它指标不变的情况下，本发明制备的活性明显高于传统柱形催化剂。

Claims

1.一种二氧化硫氧化制硫酸用钒催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

2. 根据权利要求1所述的二氧化硫氧化制硫酸用钒催化剂的制备方法，其特征在于：所述成型机为圆柱形，成型机的外直径为5.5±1.5mm。

3.根据权利要求2所述的二氧化硫氧化制硫酸用钒催化剂的制备方法，其特征在于：所述成型机内设置有圆弧形凹槽。

4.根据权利要求2所述的二氧化硫氧化制硫酸用钒催化剂的制备方法，其特征在于：所述成型机内设置有四棱形、五棱形、六棱形、七棱形凹槽。

5.根据权利要求2或3所述的二氧化硫氧化制硫酸用钒催化剂的制备方法，其特征在于：所述圆弧形凹槽围绕着成型机内壁设置，所述凹槽数为3—9个。