RU2050194C1 - Method for preparation of molded vanadium-titanium catalyst for cleaning gases - Google Patents

Method for preparation of molded vanadium-titanium catalyst for cleaning gases Download PDF

Info

Publication number
RU2050194C1
RU2050194C1 SU4866494A RU2050194C1 RU 2050194 C1 RU2050194 C1 RU 2050194C1 SU 4866494 A SU4866494 A SU 4866494A RU 2050194 C1 RU2050194 C1 RU 2050194C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
calcium
titanium dioxide
catalyst
binder
vanadium
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.И. Маршнева
К.А. Дубков
В.В. Мокринский
Н.Г. Кожевникова
Р.И. Якушко
В.А. Балашов
В.А. Козлов
Л.Х. Батракова
Original Assignee
Институт катализа СО РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт катализа СО РАН filed Critical Институт катализа СО РАН
Priority to SU4866494 priority Critical patent/RU2050194C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2050194C1 publication Critical patent/RU2050194C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Catalysts (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Abstract

FIELD: catalytic chemistry. SUBSTANCE: method for preparation of molded vanadium-titanium catalyst for cleaning gases includes simultaneous mixing of titanium dioxide with binder and powder or solution of vanadium salts, molding, drying at room temperature, calcination at 450-500 C. Process is conducted with the following quantitative composition of components, mas. vanadium pentoxide 5-20; binder 2-80; the balance, titanium oxide. Binder is used in form of calcium sulfate and/or aluminium sulfate, or mixture of calcium and magnesium sulfates. The binder is produced in situ in reaction of compounds of calcium and magnesium, or aluminium, or calcium and aluminium with stoichiometric quantity of sulfuric acid. Binder is used in form of aluminium hydroxide with subsequent sulfation of calcined catalyst in Klaus apparatus in the presence of oxygen-containing mixture at 250-450 C, or gypsum plaster, or calcium sulfate in form of wastes, e.g. of production of pentaerythrite by neutralization of sulfonic acid with lime milk, or mixture of sulfates with compound of calcium, or calcium and magnesium, or aluminium, or calcium and aluminium which produce in situ sulfates with addition of stoichiometric amount of sulfuric acid, or mixture of gypsum plaster and quicklime which produce calcium sulfate when stoichiometric amount of sulfuric acid is added. Titanium dioxide is used in form of anatase structure, or hydrated titanium dioxide which gives anitase in hat treatment, or titanium dioxide produced by vapor-phase hydrolysis of titanium tetrachloride, or by hydrolysis of alkoxy chloride compounds of titanium, or by thermal hydrolysis of byproducts of hydrometallurgical production of titanium tetrachloride and vanadium oxide, or calcined at 111-500 C titanium dioxide, or preliminarily frozen hydrated titanium dioxide at temperature of minus 5 to minus 60 C. EFFECT: higher efficiency. 11 cl, 3 tbl

Description

Изобретение относится к способу приготовления стабильных и механически прочных формованных катализаторов на основе оксидов ванадия и титана. Катализаторы могут быть использованы для газоочистки, а именно для получения элементарной серы по методу Клауса, окисления сероводорода молекулярным кислородом, а также для гидролиза серооксида углерода и селективного восстановления оксида азота аммиаком или сероводородом. The invention relates to a method for preparing stable and mechanically strong molded catalysts based on vanadium and titanium oxides. The catalysts can be used for gas purification, namely, for the production of elemental sulfur according to the Klaus method, the oxidation of hydrogen sulfide by molecular oxygen, as well as for the hydrolysis of carbon sulfide and selective reduction of nitric oxide with ammonia or hydrogen sulfide.

Как показывает обзор научной и патентной литературы, известные в настоящее время промышленные катализаторы процесса Клауса на основе оксидов алюминия и титана становятся малоактивными и нестабильными при высоком содержании кислорода в газовой смеси ( ≈2% об) вследствие прогрессирующей сульфатации. As a review of the scientific and patent literature shows, the currently known industrial catalysts of the Klaus process based on aluminum and titanium oxides become inactive and unstable with a high oxygen content in the gas mixture (≈2% vol) due to progressive sulfation.

Катализаторы на основе оксида ванадия с добавками висмута, меди или с предварительным зауглероживанием носителя являются более стабильными и активными в указанном процессе. Catalysts based on vanadium oxide with the addition of bismuth, copper or with preliminary carbonization of the carrier are more stable and active in this process.

Наиболее эффективными и стабильными в кислороде катализаторами процесса Клауса оказываются каталитические системы на основе оксидов титана и ванадия с возможным добавлением сурьмы. The most effective and oxygen-stable catalysts for the Claus process are catalytic systems based on titanium and vanadium oxides with the possible addition of antimony.

Наиболее распространенным методом получения формованного ванадий-титанового катализатора является метод предварительного формования диоксида титана с последующей пропиткой солями ванадия. Известно, что получение формованного диоксида титана в чистом виде затруднительно и при формовании TiO2 часто используют добавление в качестве связующих метатитановой кислоты, силикагеля, высокомолекулярных веществ, сульфатов щелочноземельных металлов.The most common method for producing molded vanadium-titanium catalyst is the method of pre-forming titanium dioxide followed by impregnation with vanadium salts. It is known that the preparation of molded titanium dioxide in its pure form is difficult and the formation of TiO 2 often uses the addition of metatitanic acid, silica gel, high molecular weight substances, alkaline earth metal sulfates as binders.

Известны способы увеличения прочности гранул TiO2 за счет предварительного нанесения его в виде суспензии или раствора на формованные керамические, металлические и другие носители с последующей сушкой, прокалкой и пропиткой вторым компонентом. Известен способ получения ванадий-титан-сурьмяных катализаторов процесса Клауса в присутствии кислорода, заключающийся в последовательной пропитке носителя (Al2O3, SiO2, Al2O3 SiO2) активными компонентами или в пропитке формованной массы одних активных компонентов водным раствором другого компонента, или в смешении активных компонентов и носителя с последующим формованием [1]
Недостатком указанного способа приготовления являются высокое внутридиффузионное торможение в зерне контакта, приводящее к существенному снижению активности за счет резкого уменьшения степени использования поверхности при переходе к крупным зернам катализатора, а также недостаточная механическая прочность прокаленного катализатора.
Known methods for increasing the strength of TiO 2 granules by pre-applying it in the form of a suspension or solution on molded ceramic, metal and other carriers, followed by drying, calcination and impregnation of the second component. A known method of producing vanadium-titanium-antimony catalysts of the Claus process in the presence of oxygen, which consists in sequentially impregnating the carrier (Al 2 O 3 , SiO 2 , Al 2 O 3 SiO 2 ) with active components or in impregnating the molded mass of some active components with an aqueous solution of another component , or in a mixture of the active components and the carrier, followed by molding [1]
The disadvantage of this cooking method is the high intra-diffusion inhibition in the contact grain, which leads to a significant decrease in activity due to a sharp decrease in the degree of surface utilization during the transition to large catalyst grains, as well as insufficient mechanical strength of the calcined catalyst.

Здесь и далее под активностью по сере в реакции Клауса понимают степень превращения сероводорода в элементарную серу (ХS,), отнесенную к равновесной степени превращения, рассчитанной для этих же условий (XS %). Образец, содержащий 9,95% V2O5 40% TiO2 50% SiO2 0,05% Sb2O4, полученный смешением порошков диоксида титана, силикагеля, оксида сурьмы и раствора сульфата ванадила с последующим формованием, провяливанием, сушкой и ступенчатой прокалкой до 450оС, имеет прочность на раздавливание по образующей Ро 9,2 кг/см2 при диаметре черенка 4 мм. При общем объеме пор 0,59 см3/г, 30% объема пор имеют диаметр ранее 100

Figure 00000001
, что обусловливает снижение активности при переходе от зерна 1 0,5 мм к зерну 3 мм с 97 до 38% Испытания активности проведены при 250оС, объемной скорости 72000 ч-1 и составе реакционной смеси, об. H2S 2; SO2 1; O2 1; H2O 20, остальное гелий. В этих же условиях катализатор по предлагаемому способу имел на зерне 3 мм активность, составляющую 74,5%
Известен способ приготовления формованного ванадий-титанового катализатора для получения элементарной серы и сероводородсодержащих газов в присутствии кислорода [2] заключающийся в смешении диоксида титана в виде геля или ксерогеля с раствором оксалата ванадила с распылительной сушкой и последующим смешением с раствором полиэтиленоксида и связующим, состоящим из золя SiO2 и раствора оксалата ванадила. Отношение Si и V в связующем составляет 6 2,9. Полученную в смесителе пасту формуют, сушат и прокаливают при 450 500оС. Способ приготовления катализаторов позволяет увеличить активность катализатора в диффузионной области, однако обладает рядом существенных недостатков.Hereinafter, the sulfur activity in the Klaus reaction is understood to mean the degree of conversion of hydrogen sulfide to elemental sulfur (X S ,), referred to the equilibrium degree of conversion calculated for the same conditions (X S %). A sample containing 9.95% V 2 O 5 40% TiO 2 50% SiO 2 0.05% Sb 2 O 4 obtained by mixing powders of titanium dioxide, silica gel, antimony oxide and a solution of vanadyl sulfate, followed by molding, drying, drying and stepwise calcination up to 450 about C, has a crushing strength along the generatrix of P about 9.2 kg / cm 2 when the diameter of the handle is 4 mm With a total pore volume of 0.59 cm 3 / g, 30% of the pore volume have a diameter earlier than 100
Figure 00000001
That causes the decrease in activity in going from one grain to grain of 0.5 mm to 3 mm from 97 to 38% of the activity tests performed at 250 ° C, space velocity of 72000 h -1 and composition of the reaction mixture, vol. H 2 S 2; SO 2 1; O 2 1; H 2 O 20, the rest is helium. Under the same conditions, the catalyst according to the proposed method had an activity of 74.5% on 3 mm grain
A known method of preparing a molded vanadium-titanium catalyst for producing elemental sulfur and hydrogen sulfide-containing gases in the presence of oxygen [2] consists in mixing titanium dioxide in the form of a gel or xerogel with a solution of vanadyl oxalate with spray drying and subsequent mixing with a solution of polyethylene oxide and a binder consisting of sol SiO 2 and vanadyl oxalate solution. The ratio of Si to V in the binder is 6 2.9. The resulting paste is molded in a mixer, dried and calcined at 450 500 o C. A method for preparing catalysts increases the activity of the catalyst in the diffusion region, but has a number of significant drawbacks.

Основным существенным недостатком способа является низкая механическая прочность катализатора после ступенчатой прокалки в кислороде. Так, для полученного экструзией кольца диаметром 15 мм, высотой 15 мм с толщиной стенки 3 4 мм прочность на раздавливание по образующей составляет 3 4 кг/см2. Ступенчатый подъем температуры необходим при прокалке образцов по способу [2] во избежание растрескивания гранул. Вторым существенным недостатком способа является недостаточно высокая активность катализатора, поскольку связующее SiO2, покрывая часть поверхности катализатора, не обладает каталитической активностью в указанном процессе. Кроме того, усложненная технология, требующая специальных этапов подготовки силикагеля, полиэтиленоксида, а также совместной распылительной сушки раствора VOC2O4 и гидратированного диоксида титана.The main significant disadvantage of this method is the low mechanical strength of the catalyst after step calcination in oxygen. So, for obtained by extrusion of a ring with a diameter of 15 mm, a height of 15 mm with a wall thickness of 3 4 mm, the crushing strength along the generatrix is 3 4 kg / cm 2 . A stepwise rise in temperature is necessary when calcining samples according to the method [2] in order to avoid cracking of granules. The second significant disadvantage of the method is the insufficiently high activity of the catalyst, since the SiO 2 binder, covering part of the surface of the catalyst, does not have catalytic activity in this process. In addition, a sophisticated technology that requires special stages of preparing silica gel, polyethylene oxide, as well as joint spray drying of a VOC 2 O 4 solution and hydrated titanium dioxide.

Наиболее близким к предлагаемому способу приготовления ванадий-титановых катализаторов является способ [3] по которому катализаторы предназначены для газоочистки, а именно для полного окисления сероводорода, серы и/или сероорганических соединений в отходящих газах процесса Клауса до диоксида серы. Closest to the proposed method for the preparation of vanadium-titanium catalysts is the method [3] in which the catalysts are designed for gas purification, namely for the complete oxidation of hydrogen sulfide, sulfur and / or organosulfur compounds in the exhaust gases of the Claus process to sulfur dioxide.

Катализаторы содержат:
1) диоксид титана или его смесь с оксидами кремния и циркония;
2) сульфат одного из щелочноземельных металлов;
3) по крайней мере, один из следующих элементов или их оксидов: Cu, Ag, Zn, Cd, Y, лантаниды, V, Cr, Mo, W, Ni, Mn, Fe, Co, Rh, Ir, Pd, Pt, Sn, Bi.
Catalysts contain:
1) titanium dioxide or its mixture with oxides of silicon and zirconium;
2) sulfate of one of the alkaline earth metals;
3) at least one of the following elements or their oxides: Cu, Ag, Zn, Cd, Y, lanthanides, V, Cr, Mo, W, Ni, Mn, Fe, Co, Rh, Ir, Pd, Pt, Sn, Bi.

Содержание оксида титана или его смеси с SiO2 или ZrO2 находится в пределах 60 99% а содержание сульфата щелочноземельного металла (предпочтительно, CaSO4), составляет от 1 до 40 мас% от общей массы катализатора.The content of titanium oxide or its mixture with SiO 2 or ZrO 2 is in the range of 60 99% and the content of alkaline earth metal sulfate (preferably CaSO 4 ) is from 1 to 40 wt.% Of the total mass of the catalyst.

Атомное отношение каталитически активных элементов к элементам в носителе, т. е. Ti или (Ti + Si), или к (Ti + Zr) составляет от 5 ˙ 10-5до 0,1, т.е. в случае ванадий-титановых катализаторов в расчете на V2O5в готовом катализаторе ограничено пределами 0,003 10,6 мас.The atomic ratio of catalytically active elements to elements in the carrier, i.e., Ti or (Ti + Si) or to (Ti + Zr), is from 5 ˙ 10 -5 to 0.1, i.e. in the case of vanadium-titanium catalysts, based on V 2 O 5 in the finished catalyst is limited to 0.003 to 10.6 wt.

Катализатор по прототипу может быть приготовлен одним из следующих способов. The prototype catalyst can be prepared in one of the following ways.

Способ 1. Форменный элемент на основе TiO2, полученный из порошка слабокристаллического и/или аморфного TiO2 с добавлением формообразующей компоненты, подвергается сушке и прокалке в интервале 300 900оС. Затем форменный элемент последовательно пропитывается водными растворами веществ, содержащих сульфат-ион, и растворами веществ, содержащих щелочноземельный катион, с тем, чтобы внутри форменного элемента in situ образовался сульфат щелочноземельного металла. В качестве веществ, содержащих SO4 -2-ион, используют, например, сульфат аммония, сульфат гидроксиламина, серную кислоту. Соединения, вносящие щелочноземельные катионы, представляют собой водорастворимые соли, например нитраты, хлориды, ацетаты. После сушки и прокалки следует новая пропитка каталитически активным элементом, например, водным раствором NH4VO3 с новой сушкой и прокалкой при 300 900оС.1. A method of forming elements on the basis of TiO 2 prepared from powder slabokristallicheskogo and / or amorphous TiO 2 with the addition of the components of the molding is subjected to drying and calcination in the range of 300 900 ° C. Then shaped element sequentially impregnated with aqueous solutions of compounds containing sulfate ion, and solutions of substances containing an alkaline earth cation, so that an alkaline earth metal sulfate is formed within the in situ element. As substances containing SO 4 -2 -ion, use, for example, ammonium sulfate, hydroxylamine sulfate, sulfuric acid. Alkaline earth cation-introducing compounds are water-soluble salts, for example, nitrates, chlorides, acetates. After drying and calcination, a new impregnation with a catalytically active element follows, for example, an aqueous solution of NH 4 VO 3 with a new drying and calcination at 300 900 about C.

Способ 2. Согласно этому способу осуществляется смешение диоксида титана и либо сульфата щелочноземельного металла, либо веществ, содержащих отдельно катион щелочноземельного элемента и сульфат-анион. После формования, сушки и прокалки осуществляют пропитку каталитически активным веществом (NH4VO3), вновь сушат и прокаливают. Соединения, вносящие щелочноземельные катионы, являются теми же, что в способе 1, т.е. представляют собой водорастворимые соли, например нитраты, ацетаты, хлориды. То же касается соединений-источников сульфат-аниона.Method 2. According to this method, titanium dioxide and either alkaline earth metal sulfate or substances containing separately the alkaline earth element cation and sulfate anion are mixed. After molding, drying and calcining, the catalytically active substance (NH 4 VO 3 ) is impregnated, dried again and calcined. The compounds introducing alkaline earth cations are the same as those in method 1, i.e. are water soluble salts, for example nitrates, acetates, chlorides. The same applies to source compounds of the sulfate anion.

Способ 3. Используют диоксид титана, полученный сернокислотным вскрытием ильменита и содержащий после гидролиза, фильтрации и сушки сульфат-анион в виде H2SO4, сульфата титана или титанила и основных солей. В этом способе возможны либо формование диоксида титана с последовательными пропитками растворами, содержащими щелочноземельный элемент и ванадий, либо смешение с щелочноземельным элементом, формование, сушка, прокалка и пропитка соединением ванадия с сушкой и прокалкой.Method 3. Use titanium dioxide obtained by sulfuric acid opening of ilmenite and containing, after hydrolysis, filtration and drying, the sulfate anion in the form of H 2 SO 4 , titanium or titanyl sulfate and basic salts. In this method, it is possible either to form titanium dioxide with successive impregnations with solutions containing an alkaline earth element and vanadium, or mixing with an alkaline earth element, molding, drying, calcining and impregnating a compound of vanadium with drying and calcination.

Способ 4. Приготовление катализатора по прототипу заключается в формовании пасты смешанного состава, содержащей TiO2 и щелочноземельный элемент, с последующими сушкой и сульфатированием в газовой смеси SO2 и O2 при 250 550оС. Затем при необходимости образец вновь сушат, после чего пропитывают его водным раствором соединения каталитически активного элемента (NH4VO3) с последующей сушкой и прокалкой.Method 4 Preparation of a catalyst according to the prototype is molded paste mixed composition containing TiO 2 and alkaline earth element, followed by drying and sulfating a mixture of SO 2 gas and O 2 at 250 550 C. The sample was then re-dried if necessary, then impregnated its aqueous solution of a compound of a catalytically active element (NH 4 VO 3 ), followed by drying and calcination.

Способ приготовления ванадий-титановых катализаторов по прототипу имеет ряд существенных недостатков. Наиболее существенным недостатком является низкая активность полученных катализаторов в реакции Клауса. Так, при температуре 250оС и объемной скорости 72000 ч-1 на зерне диаметром 3 мм степень превращения H2S в серу составляла 62,4% по сравнению с активностью на лучшем катализаторе предлагаемого способа, равной 76,0% Состав исходной смеси в условиях сопоставления включал, об. H2S 2; SO2 1; O2 1, H2O 20, остальное гелий. Катализаторы менее активны также в реакциях восстановления оксида азота аммиаком и сероводородом, чем катализаторы по предлагаемому способу. Так, при температуре 250оС, объемной скорости 36000 ч-1 и составе исходной смеси 0,24% NO, 0,33% NH3, 2% O2, остальное гелий, степень превращения оксида азота в азот на катализаторе прототипа составляет 52,8% против 64% на катализаторе изобретения. При температуре 250оС, объемной скорости 650000 ч-1 и составе исходной смеси, об. NO 0,3; H2S 0,5; SO20,2; остальное гелий, степень превращения оксида азота в азот и сероводорода в серу составляли на катализаторе по прототипу 40,4 и 43,1% против 46,4 и 46,9% на катализаторе по предлагаемому способу соответственно.The method of preparation of vanadium-titanium catalysts of the prototype has a number of significant disadvantages. The most significant disadvantage is the low activity of the obtained catalysts in the Claus reaction. Thus, at a temperature of 250 ° C and space velocity 72000 h -1 at the grain diameter of 3 mm, the conversion H 2 S to sulfur was 62.4% compared with the activity of the catalyst in the best of the method equal to 76.0% The composition of the feed mixture in conditions of comparison included vol. H 2 S 2; SO 2 1; O 2 1, H 2 O 20, the rest is helium. The catalysts are also less active in the reduction reactions of nitric oxide with ammonia and hydrogen sulfide than the catalysts of the proposed method. Thus, at a temperature of 250 ° C, space velocity of 36000 h -1 and composition of the starting mixture 0,24% NO, 0,33% NH 3, 2% O 2, balance helium, the degree of conversion of nitric oxide to nitrogen on the catalyst prior art is 52 , 8% versus 64% on the catalyst of the invention. At a temperature of 250 ° C, space velocity of 650,000 h -1, and the composition of the initial mixture, vol. NO 0.3; H 2 S 0.5; SO 2 0.2; the rest is helium, the degree of conversion of nitric oxide to nitrogen and hydrogen sulfide to sulfur was 40.4 and 43.1% on the catalyst according to the prototype versus 46.4 and 46.9% on the catalyst according to the proposed method, respectively.

Катализатор по способу прототипа 10% V2O5 9,45% CaSO4 80,55% TiO2 был приготовлен согласно примеру 12 [3] Паста гидратированного диоксида титана (метатитановой кислоты), полученная сернокислотным вскрытием ильменита, содержала сульфат-ион в отношении к TiO2, равном 0,08. Пасту смешивали с водным раствором нитрата кальция в отношении Ca/Ti 0,033 (пример 5 прототипа). После высушивания при 150оС порошок смешивают с водой и формуют экструзией черенки диаметром 4 мм, которые сушат при 110оС и прокаливают при 400оС. Полученный образец содержит на этом этапе приготовления 10,5 мас. СaSO4 и имеет прочность на раздавливание по образующей 14,0 кг/см2 и удельную поверхность 110 м2/т. Далее образец, согласно примеру 12 прототипа, пропитывают водным раствором NH4VO3 в расчете на 10% V2O5 в готовом продукте, сушат 12 ч при 110оС и прокаливают 4 ч при 450оС. Более низкая активность катализатора по прототипу, чем по предлагаемому способу, по-видимому, связана с малой степенью использования поверхности и неоднородным распределением активного компонента при пропитке раствором NH4VO3 по сравнению с предлагаемым способом, использующим метод смешения компонентов.The catalyst according to the method of the prototype 10% V 2 O 5 9.45% CaSO 4 80.55% TiO 2 was prepared according to example 12 [3] A paste of hydrated titanium dioxide (metatitanic acid) obtained by sulfuric acid opening of ilmenite contained sulfate ion in relation to to TiO 2 equal to 0.08. The paste was mixed with an aqueous solution of calcium nitrate in the ratio of Ca / Ti 0,033 (example 5 of the prototype). After drying at 150 ° C the powder is mixed with water and extrusion molded cuttings diameter of 4 mm, which were dried at 110 ° C and calcined at 400 C. The sample at this stage contains 10.5 wt preparation. CaSO 4 and has a crushing strength along the generatrix of 14.0 kg / cm 2 and a specific surface area of 110 m 2 / t. The sample according to Example 12, the prototype, is impregnated with an aqueous solution of NH 4 VO 3 based on the 10% V 2 O 5 in the finished product, dried for 12 hours at 110 C and calcined for 4 hours at 450 C. The lower the catalyst activity of the prototype than the proposed method, apparently, is associated with a small degree of surface utilization and heterogeneous distribution of the active component when impregnated with a solution of NH 4 VO 3 in comparison with the proposed method using the method of mixing the components.

Вторым существенным недостатком метода по прототипу является частичное растрескивание экструдата в процессе пропитки раствором NH4VO3и низкая механическая прочность полученного по прототипу катализатора по сравнению с катализатором по способу изобретения. Так, прочность катализатора по прототипу составляла для черенка 12 кг/см2 при экструдате ⌀ 4 мм и 20 кг/см2 при экструдате ⌀ 3 мм против максимальной прочности 75 кг/см2 на лучшем (по прочности) катализаторе изобретения при диаметре экструдата 4 мм. Кольцо катализатора диаметром 15 мм при высоте 15 мм и толщине стенок 3 4 мм по методу прототипа получить не удается из-за низкой прочности. Прочность на раздавливание по образующей указанного кольца по способу изобретения составляет от 5 до 14 кг/см2.The second significant disadvantage of the prototype method is the partial cracking of the extrudate during the impregnation with a solution of NH 4 VO 3 and the low mechanical strength of the catalyst obtained from the prototype in comparison with the catalyst according to the method of the invention. So, the strength of the catalyst according to the prototype was 12 kg / cm 2 for a shank with an extrudate ⌀ 4 mm and 20 kg / cm 2 with an extrudate ⌀ 3 mm against a maximum strength of 75 kg / cm 2 on the best (in strength) catalyst of the invention with an extrudate diameter 4 mm The catalyst ring with a diameter of 15 mm at a height of 15 mm and a wall thickness of 3 4 mm cannot be obtained by the prototype method due to the low strength. The crushing strength along the generatrix of the indicated ring according to the method of the invention is from 5 to 14 kg / cm 2 .

Третьим существенным недостатком известного способа является сложность, трудоемкость и энергоемкость, поскольку все варианты способа требуют двух- или даже трехкратной сушки и прокалки образцов, тогда как предлагаемый способ приготовления включает лишь этапы однократного провяливания, т.е. сушки при комнатной температуре, и прокалки. The third significant drawback of the known method is the complexity, laboriousness and energy intensity, since all variants of the method require two or even three times drying and calcination of the samples, while the proposed method of preparation includes only the steps of a single drying, i.e. drying at room temperature, and calcining.

Четвертым существенным недостатком способа-прототипа является возможное присутствие в отходящих газах при сушке и прокалке образцов токсичных продуктов, таких как оксиды азота при использовании нитратов щелочноземельных металлов и метаванадата аммония, и хлористого водорода при использовании хлоридов щелочноземельных металлов. Для создания безотходной технологии на базе способа прототипа требуется развитие дополнительных методов очистки отходящих газов, что удорожает технологию. The fourth significant disadvantage of the prototype method is the possible presence of toxic products in the exhaust gases during drying and calcining, such as nitrogen oxides when using alkaline earth metal nitrates and ammonium metavanadate, and hydrogen chloride when using alkaline earth metal chlorides. To create a non-waste technology based on the prototype method, the development of additional methods for purification of exhaust gases is required, which makes the technology more expensive.

Таким образом, известные методы приготовления ванадий-титановых формованных катализаторов не позволяют обеспечить одновременно высокую активность в процессе Клауса, протекающем в присутствии кислорода, и высокую прочность форменных элементов после прокалки, т.е. не обеспечивают высокого качества продукта. Низкая механическая прочность и высокое гидравлическое сопротивление слоя катализатора, находящегося в виде черенков или шариков, затрудняет использование катализатора, полученного по способу прототипа, в реакторе с неподвижным слоем. Thus, the known methods for the preparation of vanadium-titanium molded catalysts do not allow both high activity in the Claus process occurring in the presence of oxygen and high strength of the shaped elements after calcination, i.e. Do not provide high quality product. Low mechanical strength and high hydraulic resistance of the catalyst layer, which is in the form of cuttings or balls, makes it difficult to use the catalyst obtained by the prototype method in a fixed-bed reactor.

Целью изобретения является увеличение активности и механической прочности ванадий-титановых катализаторов, а также упрощение способа их приготовления. The aim of the invention is to increase the activity and mechanical strength of vanadium-titanium catalysts, as well as simplifying the method of their preparation.

Катализаторы, получаемые по способу изобретения, содержат, мас. ванадий в расчете на V2O5 5 20; связующее (в расчете на CaSO4 или CaSO4 + MgSO4 или CaSO4 + +Al2(SO4)3 или Al2(SO4)3 2 80; диоксид титана остальное.The catalysts obtained by the method of the invention contain, by weight. vanadium based on V 2 O 5 5 20; a binder (based on CaSO 4 or CaSO 4 + MgSO 4 or CaSO 4 + + Al 2 (SO 4 ) 3 or Al 2 (SO 4 ) 3 2 80; the rest is titanium dioxide.

Указанная цель достигается методом приготовления формованных ванадий-титановых катализаторов, заключающимся в смешении прокаленного и высушенного порошка диоксида титана, в том числе гидратированного, с порошком, суспензией или водным раствором связующего с добавлением порошка или водного раствора соли ванадия и с последующим формованием в черенки, кольца, блоки и другие форменные элементы, сушкой при комнатной температуре и прокалкой в токе воздуха при 450 500оС в течение 2 4 ч с образованием стабильных и активных ванадий-титановых соединений.This goal is achieved by the method of preparing molded vanadium-titanium catalysts, which consists in mixing calcined and dried titanium dioxide powder, including hydrated, with a powder, suspension or aqueous solution of a binder with the addition of powder or an aqueous solution of vanadium salt and then molding rings into cuttings , blocks and other shaped elements, drying at room temperature and calcining in a stream of air at 450 500 about C for 2 4 hours with the formation of stable and active vanadium-titanium compounds inertia.

В качестве связующего могут быть использованы:
1) порошок сернокислого кальция, в том числе строительный гипс, а также порошок или водный раствор любых соединений кальция со стехиометрическим количеством серной кислоты, необходимым для образования сернокислого кальция;
2) смесь порошка сернокислого кальция или строительного гипса с порошком или водным раствором других соединений кальция со стехиометрическим количеством H2SO4, необходимым для образования из этих соединений сульфата кальция;
3) смесь строительного гипса и негашеной извести, которая дает сернокислый кальций при добавлении стехиометрического количества серной кислоты;
4) отходы производства пентаэритрита, представляющие собой продукт нейтрализации сульфокислоты известковым молоком;
5) смесь порошков сернокислого кальция и сернокислого магния, а также смесь порошков или водных растворов любых соединений кальция и магния со стехиометрическим количеством серной кислоты, необходимым для образования сернокислого кальция и магния, соответственно;
6) порошок сернокислого алюминия, а также порошок или водный раствор любого соединения алюминия со стехиометрическим количеством серной кислоты, необходимым для образования сернокислого алюминия;
7) смесь порошков сернокислого кальция и сернокислого алюминия, а также смесь порошков или водных растворов любых соединений кальция или алюминия со стехиометрическим количество серной кислоты, необходимым для образования сернокислого кальция и сернокислого алюминия соответственно;
8) гидроксид алюминия, сульфатация которого происходит после смешения с соединениями титана и ванадия, формования, сушки и прокалки с помощью реакционной смеси, характерной для процесса Клауса, но содержащей дополнительно кислород при температурах 250 450оС. Например, сульфатирующая смесь может содержать, об. H2S 2; SO2 1; O21; H2O 20; остальное азот.
As a binder can be used:
1) calcium sulfate powder, including building gypsum, as well as a powder or aqueous solution of any calcium compounds with a stoichiometric amount of sulfuric acid necessary for the formation of calcium sulfate;
2) a mixture of calcium sulfate powder or gypsum with a powder or aqueous solution of other calcium compounds with a stoichiometric amount of H 2 SO 4 necessary for the formation of calcium sulfate from these compounds;
3) a mixture of gypsum and quicklime, which gives calcium sulfate when stoichiometric amounts of sulfuric acid are added;
4) pentaerythritol production waste, which is a product of the neutralization of sulfonic acid by milk of lime;
5) a mixture of powders of calcium sulfate and magnesium sulfate, as well as a mixture of powders or aqueous solutions of any compounds of calcium and magnesium with a stoichiometric amount of sulfuric acid necessary for the formation of calcium sulfate and magnesium, respectively;
6) aluminum sulfate powder, as well as a powder or aqueous solution of any aluminum compound with a stoichiometric amount of sulfuric acid necessary for the formation of aluminum sulfate;
7) a mixture of powders of calcium sulfate and aluminum sulfate, as well as a mixture of powders or aqueous solutions of any compounds of calcium or aluminum with a stoichiometric amount of sulfuric acid necessary for the formation of calcium sulfate and aluminum sulfate, respectively;
8) aluminum hydroxide, which sulfation occurs after mixing with the titanium and vanadium compounds, molding, drying and calcining the reaction mixture via characteristic of the Claus process, but additionally containing oxygen at temperatures of 250 450 ° C. For example, the sulphated mixture may comprise about . H 2 S 2; SO 2 1; O 2 1; H 2 O 20; the rest is nitrogen.

Под гидратированным диоксидом титана здесь и далее подразумевают соединения с общей формулой Ti(OH)yOx, где x + y/2 2, включая орто- и метатитановую кислоты.Hereinafter, hydrated titanium dioxide is understood to mean compounds with the general formula Ti (OH) y O x , where x + y / 2 2, including ortho and metatitanic acids.

Основными характеристиками катализаторов, приготовленных предложенным методом, являлись активность и селективность по сере, определенные при работе катализаторе в реакции Клауса и окислении сероводорода молекулярным кислородом, активность по серооксиду углерода в реакции гидролиза COS, а также активность в реакциях селективного восстановления оксида азота аммиаком или сероводородом. Длительность работы катализаторов составляла 24 ч. Приведенные в табл. 1 значения активности и селективности по сере представляют собой отношение наблюдаемых значений к равновесным. Для всех полученных катализаторов определяли также механическую прочность черенков, колец или блоков на раздавливание по образующей (Po, кг/см2). Измерения проводили на приборе ППС-3.The main characteristics of the catalysts prepared by the proposed method were the activity and sulfur selectivity determined during the operation of the catalyst in the Klaus reaction and the oxidation of hydrogen sulfide by molecular oxygen, the activity of carbon sulfide in the COS hydrolysis reaction, as well as the activity in the selective reduction reactions of nitric oxide with ammonia or hydrogen sulfide. The duration of the catalysts was 24 hours. The table. 1, the values of activity and sulfur selectivity are the ratio of the observed values to the equilibrium ones. For all the obtained catalysts, the mechanical strength of cuttings, rings, or blocks by crushing along the generatrix (P o , kg / cm 2 ) was also determined. The measurements were carried out on a PPS-3 device.

Сущность настоящего метода приготовления ванадий-титанового катализатора заключается в следующем. Суспензию, пасту или порошок диоксида титана, в том числе гидратированного, получают путем жидкофазного или парофазного гидролиза TiCl4, путем гидролиза алкоксихлоридных соединений типа TiCl4-n(OR)n, где n 0-4, алкильный радикал, путем сернокислотного вскрытия ильменита, а также путем термогидролиза титансодержащих отходов ванадиевого производства таких, как рафинат или вторичный дистиллат. Перед сушкой суспензия гидратированного диоксида титана может быть заморожена при температурах в интервале (5 60)оС. Диоксид титана сушат при 110оС с помощью распылительной сушилки "Anhydro", сушилки типа "Spin" или сушильного шкафа до постоянного содержания влаги. Возможна термическая обработка диоксида титана в интервале 111 500оС. Сульфат кальция, строительный гипс, отходы производства пентаэритрита, смесь сульфатов кальция и магния либо кальция и алюминия или сульфат алюминия, или нерастворимые соединения этих металлов (оксиды, гидроксиды) сушат при необходимости при температуре 110 200оС и после измельчения в шаровой или дисковой мельнице смешивают с диоксидом титана в месильной машине в течение 30 мин. Затем в месильную машину постепенно добавляют при перемешивании порошок или водный раствор соли ванадия (например, VOSO4, VOC2O4). При необходимости введения сульфат-иона с водным раствором соли ванадия добавляют серную кислоту в стехиометрическом количестве для образования сульфатов кальция, магния или алюминия, соответственно. В случае использования водорастворимых соединений кальция, магния или алюминия (нитратов, хлоридов, ацетатов) диоксид титана в месильной машине смешивают с водным раствором соответствующей соли и стехиометрическим количеством серной кислоты, необходимым для образования соответствующего сульфата. При необходимости смесь подсушивают и смешивают в месильной машине с водным раствором соли ванадия.The essence of this method of preparing a vanadium-titanium catalyst is as follows. A suspension, paste or powder of titanium dioxide, including hydrated, is obtained by liquid-phase or vapor-phase hydrolysis of TiCl 4 , by hydrolysis of alkoxychloride compounds of the type TiCl 4-n (OR) n , where n 0-4, an alkyl radical, by sulfuric acid opening of ilmenite, as well as by thermohydrolysis of titanium-containing vanadium waste products such as raffinate or secondary distillate. Before drying the hydrated titanium dioxide suspension may be frozen at temperatures in the range of (5 to 60) ° C. The titanium dioxide was dried at 110 ° C using a spray dryer "Anhydro", type dryer "Spin" or oven to a constant moisture content. Available heat treatment of titanium dioxide in the range of 111 500 ° C. The calcium sulphate, gypsum plaster, production waste of pentaerythritol, and a mixture of calcium sulfate or calcium magnesium and aluminum sulfate or aluminum, or insoluble compounds of these metals (oxides, hydroxides) is dried at a temperature as necessary 110 200 about C and after grinding in a ball or disk mill is mixed with titanium dioxide in a kneading machine for 30 minutes Then, powder or an aqueous solution of a vanadium salt (e.g., VOSO 4 , VOC 2 O 4 ) is gradually added to the kneading machine with stirring. If it is necessary to introduce a sulfate ion with an aqueous solution of a vanadium salt, sulfuric acid is added in a stoichiometric amount to form calcium, magnesium or aluminum sulfates, respectively. In the case of using water-soluble compounds of calcium, magnesium or aluminum (nitrates, chlorides, acetates), titanium dioxide in a kneading machine is mixed with an aqueous solution of the corresponding salt and the stoichiometric amount of sulfuric acid necessary for the formation of the corresponding sulfate. If necessary, the mixture is dried and mixed in a kneading machine with an aqueous solution of vanadium salt.

Для улучшения пористой структуры на стадии смешения могут вводиться порообразующие добавки, такие как, например, полиэтиленоксид, целлюлоза. Полученную смесь продолжают перемешивать 10 30 мин, после чего формуют в виде гранул диаметром 4 мм, колец диаметром и высотой 15 13 мм с толщиной стенки 3 4 мм либо в виде других форменных элементов. Форменные элементы провяливают при комнатной температуре в течение 10 15 ч, после чего прокаливают в токе воздуха в муфельной печи 2 4 ч при 450 500оС. Выбор в качестве связующих сульфата кальция, смеси сульфатов магния и кальция или сульфата алюминия или смеси сульфатов кальция и алюминия обусловлен их химической и термической стабильностью в условиях катализа, инертностью и низким коэффициентом линейного расширения, что упрощает технологию приготовления, позволяя прокаливать воздушносухие образцы сразу при 450 500оС.To improve the porous structure at the mixing stage, pore-forming additives, such as, for example, polyethylene oxide, cellulose, can be introduced. The resulting mixture is continued to mix for 10 30 minutes, after which it is molded in the form of granules with a diameter of 4 mm, rings with a diameter and height of 15 13 mm with a wall thickness of 3 4 mm or in the form of other shaped elements. Forming elements provyalivayut at room temperature for 10 15 hours, and then calcined in flowing air in a muffle furnace 2 to 4 hours at 450 500 o C. Selection of binders as calcium sulfate, a mixture of magnesium sulfate and calcium or aluminum sulphate or a mixture of calcium sulphate and aluminum due to their chemical and thermal stability under conditions of catalysis, inertness and low coefficient of linear expansion, which simplifies the preparation technology, allowing calcination of air-dried samples immediately at 450 500 about C.

Содержание связующего в прокаленном катализаторе может меняться в широких пределах от 2 до 80 мас. как показано в примерах. Меньшее содержание связующего приводит к потере прочности форменных элементов, в то время как более высокое содержание связующего приводит к потере способности катализатора эффективно гидролизовать серооксид углерода. Выбор содержания активного компонента V2O5 в катализаторе обусловлен тем, что введение менее 5 мас. V2O5 приводит к получению малоактивного катализатора. Использование содержания V2O5 свыше 20 мас. нерационально из-за удорожания катализатора. Выбор температуры сульфатирования катализатора в реакционной смеси (250 450оС) при использовании в качестве связующего гидроксида алюминия определяется максимальной скоростью указанного процесса в этих условиях, а также возможностью проведения сульфатирования непосредственно в аппарате Клауса в присутствии O2 в условиях процесса. Минимальная температура прокаливания диоксида титана ограничена температурой сушки 110оС, а максимальная устойчивостью диоксида титана к переходу анатаза в рутил. Показано, что наличие уже 10 мас. рутила в смеси с анатазом в ванадий-титановом катализаторе приводит к быстрой потере активности в реакции Клауса. Так, при 250оС в смеси, об. H2S 2; SO2 1; O2 1; H2O 20; остальное гелий, за 12 ч происходит падение активности с 37 до 27% Температуры предварительного замораживания гидратированного диоксида титана определяются реальными условиями зимней транспортировки и хранения пасты. Известно, что при перемораживании гидратированного диоксида титана происходят необратимые изменения гидроксильного покрытия, а также удельной поверхности образца, высушенного при стандартной температуре 110оС.The binder content in the calcined catalyst can vary within wide limits from 2 to 80 wt. as shown in the examples. A lower binder content leads to a loss of strength of the shaped elements, while a higher binder content leads to a loss in the ability of the catalyst to efficiently hydrolyze carbon sulfide. The choice of the content of the active component V 2 O 5 in the catalyst due to the fact that the introduction of less than 5 wt. V 2 O 5 leads to the production of a low activity catalyst. The use of the content of V 2 O 5 over 20 wt. irrational due to the rise in price of the catalyst. The choice of the temperature of sulfation of the catalyst in the reaction mixture (250 450 about C) when used as a binder of aluminum hydroxide is determined by the maximum speed of this process under these conditions, as well as the possibility of sulfation directly in the Claus apparatus in the presence of O 2 in the process conditions. The minimum calcination temperature is limited to titanium dioxide drying temperature of 110 C and a maximum resistance of titanium dioxide to a transition of anatase to rutile. It is shown that the presence of 10 wt. Rutile mixed with anatase in a vanadium-titanium catalyst leads to a rapid loss of activity in the Claus reaction. Thus, at 250 ° C in a mixture of. H 2 S 2; SO 2 1; O 2 1; H 2 O 20; the rest is helium, in 12 hours the activity decreases from 37 to 27%. The temperatures of preliminary freezing of hydrated titanium dioxide are determined by the actual conditions of winter transportation and storage of the paste. It is known that when the hydrated titanium dioxide refreezing irreversible changes hydroxyl coatings, as well as the specific surface of the sample dried at the standard temperature of 110 ° C.

В случае приготовления катализаторов по способу [2] предварительное замораживание пасты диоксида титана до (5 60)оС приводит к получению непрочного экструдата, рассыпающегося уже на стадии сушки. В методе по прототипу [3] использование предварительно подвергнутой замораживанию пасты диоксида титана приводит к существенному снижению прочности конечного продукта до 8 10 кг/см2.In the case of the preparation of the catalysts according to the method of [2], preliminary freezing of the titanium dioxide paste to (5 60) ° C leads to the formation of a fragile extrudate that crumbles already at the drying stage. In the method of the prototype [3] the use of pre-subjected to freezing paste of titanium dioxide leads to a significant decrease in the strength of the final product to 8 10 kg / cm 2 .

Таким образом, отличительными признаками предлагаемого способа от прототипа являются:
а) использование метода приготовления ванадий-титановых катализаторов, заключающегося в одновременном смешении компонентов с применением в качестве связующих сульфата кальция, смеси сульфатов кальция и магния, сульфата алюминия или смеси сульфатов кальция и алюминия, вводимых непосредственно или образуемых in situ;
б) возможность приготовления катализаторов в широком интервале концентраций компонентов (5 20 мас. V2O5, 2 80 мас. связующего, остальное диоксид титана), с использованием минимального количества стадий: смешение, формование, сушка, прокалка;
в) использование в качестве сырья гидратированного диоксида титана, предварительно замороженного при температуре (5 60)оС, либо прокаленного в интервале 111 500оC;
г) сульфатирование катализатора непосредственно в аппарате Клауса при температуре 250 450оС в смеси H2S, SO2, O2 и H2O при использовании в качестве связующего гидроксида алюминия.
Thus, the hallmarks of the proposed method from the prototype are:
a) the use of the method of preparation of vanadium-titanium catalysts, which consists in the simultaneous mixing of components using calcium sulfate, a mixture of calcium and magnesium sulfates, aluminum sulfate or a mixture of calcium and aluminum sulfates directly introduced or formed in situ as binders;
b) the ability to prepare catalysts in a wide range of component concentrations (5 to 20 wt. V 2 O 5 , 2 to 80 wt. binder, the rest is titanium dioxide), using the minimum number of stages: mixing, molding, drying, calcination;
c) the use of hydrated titanium dioxide as a raw material, previously frozen at a temperature of (5 60) o C, or calcined in the range 111 500 o C;
d) sulfation of the catalyst directly in a Claus apparatus at 250 450 ° C in a mixture of H 2 S, SO 2, O 2 and H 2 O, when used as a binder of aluminum hydroxide.

Получение элементарной серы путем окисления сероводорода диоксидом серы, кислородом либо их смесью осуществляли в термостатированной проточной установке с неподвижным слоем катализатора при атмосферном давлении в интервале температур 200 350оС. Аналогично проводили испытания катализатора в гидролизе CоS при одновременном присутствии в смеси H2S, H2O, O2, CO2. При испытаниях варьировали состав смеси, объемную скорость и температуру. Состав исходной и конечной смеси контролировали методом газовой хроматографии. Сравнение катализаторов, приготовленных по предлагаемому способу, с катализатором по способу-прототипу проводили в одинаковых условиях.Preparation of elemental sulfur by oxidation of hydrogen sulphide with sulfur dioxide, oxygen or a mixture thereof carried out in a thermostatted flow installation fixed bed at atmospheric pressure within a temperature range of 200 350 ° C. The catalyst was performed similarly tested in COS hydrolysis, while the presence of a mixture of H 2 S, H 2 O, O 2 , CO 2 . In the tests, the composition of the mixture, the space velocity, and the temperature were varied. The composition of the initial and final mixture was controlled by gas chromatography. A comparison of the catalysts prepared by the proposed method with the catalyst by the prototype method was carried out under the same conditions.

Степень превращения сернистых соединений в элементарную серу (XS) определяли по формуле:
Xs

Figure 00000002
100% где Сcos o, C
Figure 00000003
, C
Figure 00000004
начальные, а Сcos к, C
Figure 00000005
, C
Figure 00000006
конечные объемные концентрации указанных газов.The degree of conversion of sulfur compounds to elemental sulfur (X S ) was determined by the formula:
X s
Figure 00000002
100% where C cos o , C
Figure 00000003
, C
Figure 00000004
initial, and С cos к , C
Figure 00000005
, C
Figure 00000006
final volumetric concentrations of these gases.

Степень превращения сероокиси углерода (Xсos) по реакции гидролиза определяли по формуле:
Xcos

Figure 00000007
100% Степень превращения сероводорода в присутствии cos рассчитывали по формуле:
X
Figure 00000008
Figure 00000009
100% а селективность по сере определяли отношением
Cs
Figure 00000010
100%
Активности катализаторов по сере, серооксиду углерода и селективность по сере, приведенные в табл. 1, даны в отношении к равновесным величинам, рассчитанным для этих условий.The degree of conversion of carbon sulfide (X cos ) by the hydrolysis reaction was determined by the formula:
X cos
Figure 00000007
100% The degree of conversion of hydrogen sulfide in the presence of cos was calculated by the formula:
X
Figure 00000008
Figure 00000009
100% and sulfur selectivity was determined by the ratio
C s
Figure 00000010
100%
The activity of the catalysts for sulfur, carbon sulfide and selectivity for sulfur are given in table. 1 are given in relation to equilibrium values calculated for these conditions.

Восстановление оксида аммиаком в кислородсодержащих смесях или сероводородом в присутствии диоксида серы проводили в прочном стеклянном реакторе с внутренним диаметром 6 мм и неподвижным слоем ванадий-титанового катализатора при атмосферном давлении и температуре 250оС. Состав исходной и конечной смеси анализировали методом газовой хроматографии. Вся система подачи газов была термостатирована при 130оС.Recovery ammonia oxide in oxygen mixtures in the presence of hydrogen sulfide or sulfur dioxide was performed in a robust glass reactor with an internal diameter of 6 mm and a fixed bed of vanadium-titanium catalyst at atmospheric pressure and a temperature of 250 C. The composition of the initial and final mixtures were analyzed by gas chromatography. The entire gas supply system was thermostated at 130 o C.

Степень превращения оксида азота в реакции восстановления аммиаком определяли по формуле:
XNO

Figure 00000011
где C
Figure 00000012
конечная концентрация NH3 в эксперименте со смесью, содержащей NH3 и O2; C
Figure 00000013
конечная концентрация NH3 в эксперименте со смесью, содержащей NH3, NO и O2. Концентрации NH3 и O2 в обоих экспериментах одинаковы. СNO o начальная концентрация NO, об.The degree of conversion of nitric oxide in the reduction reaction with ammonia was determined by the formula:
X NO
Figure 00000011
where c
Figure 00000012
final concentration of NH 3 in an experiment with a mixture containing NH 3 and O 2 ; C
Figure 00000013
final concentration of NH 3 in an experiment with a mixture containing NH 3 , NO, and O 2 . The concentrations of NH 3 and O 2 are the same in both experiments. With NO o the initial concentration of NO, vol.

Степени превращения оксида азота и сероводорода в серу в реакции восстановления NO сероводородом определяли соответственно по формуле:
XNO

Figure 00000014
100%
X
Figure 00000015
=
Figure 00000016
·100% где СNO o, C
Figure 00000017
начальные, СNO к, C
Figure 00000018
конечные концентрации NO и H2S соответственно.The degree of conversion of nitric oxide and hydrogen sulfide to sulfur in the reaction of NO reduction with hydrogen sulfide was determined respectively by the formula:
X NO
Figure 00000014
100%
X
Figure 00000015
=
Figure 00000016
100% where C NO o , C
Figure 00000017
initial, C NO to , C
Figure 00000018
final concentrations of NO and H 2 S, respectively.

Сущность изобретения иллюстрируется примерами 1 14 и табл. 1 3. В табл. 1 в одинаковых условиях сопоставлены активности и селективности по сере и активности по гидролизу СoS для катализаторов, приготовленных по способу-прототипу и предлагаемому способу. Сопоставление активности в процессах Клауса и окисления сероводорода кислородом и смесью SO2 и O2проводили на зерне катализатора 3 мм при объемной скорости смеси 72000 ч-1. Сопоставление в условиях гидролиза CоS осуществлено на зерне катализатора 3 мм при объемной скорости 3600 ч-1.The invention is illustrated by examples 1 to 14 and table. 1 3. In the table. 1 in the same conditions compared activity and selectivity for sulfur and activity for the hydrolysis of CoS for catalysts prepared by the prototype method and the proposed method. A comparison of the activity in the Klaus processes and the oxidation of hydrogen sulfide by oxygen and a mixture of SO 2 and O 2 was carried out on a catalyst grain of 3 mm at a volumetric rate of the mixture of 72000 h -1 . Comparison under hydrolysis of CoS was carried out on a catalyst grain of 3 mm at a space velocity of 3600 h -1 .

В табл. 2 в одинаковых условиях сопоставлены активности ванадий-титановых катализаторов, приготовленных по способу-прототипу и предлагаемому способу в реакции восстановления оксида азота аммиаком в присутствии кислорода, диоксида серы и водяных паров. Объемная скорость реакционной смеси составляла 360000 ч-1 при размерах зерен катализатора 0,5 0,25 мм.In the table. 2 under the same conditions, the activity of vanadium-titanium catalysts prepared according to the prototype method and the proposed method in the reduction reaction of nitric oxide with ammonia in the presence of oxygen, sulfur dioxide and water vapor are compared. The volumetric rate of the reaction mixture was 360,000 h -1 with a grain size of the catalyst of 0.5 0.25 mm

В табл. 3 также в одинаковых условиях сопоставлены активности ванадий-титановых катализаторов, полученных по способу изобретения и способу-прототипу, в реакции восстановления оксида азота сероводородом. Объемная скорость в этих экспериментах составляла 650000 ч-1 при размерах зерен катализатора 0,5 0,25 мм.In the table. 3 also, under the same conditions, the activity of vanadium-titanium catalysts obtained by the method of the invention and the prototype method in the reduction reaction of nitric oxide with hydrogen sulfide is compared. The space velocity in these experiments was 650,000 h -1 with catalyst grain sizes of 0.5 0.25 mm.

П р и м е р 1. Для приготовления 100 г катализатора состава 5% V2O5; 30% CaSO4 и 65% TiO2 берут 159,6 г пасты метатитановой кислоты (гидратированного диоксида титана), полученной сернокислотным вскрытием ильменита и имеющей влажность 60% Пасту высушивают при температуре 110оС в распылительной сушилке "Anhydro". Влажность пасты и порошка определяют, выдерживая образец в сушильном шкафу при 110оС в течение 12 ч. К полученному порошку в месильной машине добавляют 30 г сульфата кальция, полученного в качестве отходов производства пентаэритрита при нейтрализации сульфокислоты раствором гидроокиси кальция и высушенного при 140 160оС. В месильную машину добавляют 5,97 г сульфата ванадила VOSO4 ˙ 3H2O марки ч.д.а. и перемешивают компоненты смеси в течение 30 мин, после чего добавляют 58 мл дистиллированной воды и продолжают перемешивать еще 15 мин. Полученную пасту переносят в металлический шприц и формуют черенки диаметром 4 мм. Экструдат высушивают при комнатной температуре до воздушно-сухого состояния за 12 15 ч и прокаливают в муфеле в токе воздуха при 450 500оС в течение 2 ч.PRI me R 1. For the preparation of 100 g of catalyst composition 5% V 2 O 5 ; 30% CaSO 4 and 65% TiO 2 charge 159.6 g of paste metatitanic acid (hydrated titanium dioxide) obtained sulfuric acid ilmenite opening and having a humidity of 60% The paste was dried at 110 ° C in a spray dryer "Anhydro". Humidity paste and powder is determined by maintaining the sample in an oven at 110 ° C for 12 hours. To the resulting powder in a kneader, 30 g of calcium sulfate produced as pentaerythritol production waste with neutralizing a sulphonic acid solution of calcium hydroxide and dried at 140 160 C. To the kneading machine add 5.97 g of vanadyl sulfate VOSO 4 ˙ 3H 2 O grade analytical grade. and the components of the mixture are mixed for 30 minutes, after which 58 ml of distilled water are added and stirring is continued for another 15 minutes. The resulting paste is transferred to a metal syringe and molded cuttings with a diameter of 4 mm The extrudate was dried at room temperature to the air-dry state of 12 15 hours and calcined in a muffle in flowing air at 450 500 o C for 2 hours.

Как показано в табл. 1, полученный катализатор имеет более высокую прочность на раздавливание по образующей (24,5 кг/см2) и активность в реакции Клауса в присутствии паров воды в сложном режиме (2% H2S, 1% SO2, 1% O2, 20% H2O, остальное гелий), чем катализатор по способу-прототипу.As shown in the table. 1, the resulting catalyst has a higher crushing strength along the generatrix (24.5 kg / cm 2 ) and activity in the Klaus reaction in the presence of water vapor in the complex mode (2% H 2 S, 1% SO 2 , 1% O 2 , 20% H 2 O, the rest is helium) than the catalyst according to the prototype method.

П р и м е р 2. Для приготовления 100 г катализатора состава 20% V2O5, 2% CaSO4, 78 TiO2, берут гидратированный диоксид титана (в расчете на 78 г TiO2), полученный гидролизом четыреххлористого титана при рН 7 и температуре 70оС в присутствии NH4OH и высушенный после фильтрования при 110оС. Диоксид титана смешивают в месильной машине с 1,1 г гидроокиси кальция марки ч.д.а и перемешивают порошки в течение 30 мин, после чего постепенно добавляют водный раствор, содержащий 1,45 г концентрированной серной кислоты (в пересчете на безводную) и 34 г оксалата ванадила. Оксалат ванадила получают взаимодействием 20 г пятиокиси ванадия марки "ч" с водным раствором, содержащим 41,6 г H2C2O4˙ 2H2O марки "ч", при 40оС. После перемешивания в течение 15 20 мин пасту формуют в виде черенков диаметром 4 мм, провяливают на воздухе и 4 часа прокаливают при 450 500оС. В табл. 1 показано, что прокаленный образец имеет прочность 15,0 кг/см2 и по активности в реакции окисления сероводорода и в смешанном режиме превосходит катализатор по прототипу.Example 2. To prepare 100 g of a catalyst with a composition of 20% V 2 O 5 , 2% CaSO 4 , 78 TiO 2 , take hydrated titanium dioxide (calculated on 78 g of TiO 2 ) obtained by hydrolysis of titanium tetrachloride at pH 7 and 70 ° C in the presence of NH 4 OH and dried after filtration at 110 ° C. The titanium dioxide are mixed in a kneader with 1.1 g of calcium hydroxide and stirred brand ch.d.a powders for 30 minutes, then gradually add an aqueous solution containing 1.45 g of concentrated sulfuric acid (in terms of anhydrous) and 34 g of vanadyl oxalate. Vanadyl oxalate was prepared by reacting 20 g of vanadium pentoxide mark "h" with an aqueous solution containing 41.6 g of H 2 C 2 O 4 O 2 ˙ 2H mark "h", at 40 ° C. After stirring for 15 minutes the paste 20 is molded in the form of cuttings with a diameter of 4 mm, dried in air and calcined for 4 hours at 450 500 about C. In the table. 1 shows that the calcined sample has a strength of 15.0 kg / cm 2 and surpasses the prototype catalyst in activity in the oxidation reaction of hydrogen sulfide and in mixed mode.

П р и м е р 3. Для приготовления 100 г катализатора состава 10% V2O5, 80% CaSO4, 10% TiO вносят в месильную машину 80 г сернокислого кальция марки ч. д.а. после соответствующей сушки и 12,3 г гидратированного диоксида титана. Гидратированный диоксид титана был получен путем гидролиза этоксихлорида титана в присутствии NH4OH при комнатной температуре и после фильтрации высушен при 110оС.PRI me R 3. To prepare 100 g of the catalyst with a composition of 10% V 2 O 5 , 80% CaSO 4 , 10% TiO contribute 80 g of calcium sulfate grade to the kneading machine. after appropriate drying and 12.3 g of hydrated titanium dioxide. The hydrated titanium dioxide was prepared by hydrolysis of titanium ethoxychloride in the presence of NH 4 OH at room temperature, and after filtration dried at 110 ° C.

Порошки перемешивают 30 мин, после чего в месильную машину постепенно вносят водный раствор, содержащий 11,94 г VOSO4 ˙ 3H2O марки ч.д.a. Продолжают перемешивание еще 15 20 мин и затем экструзией формуют черенки ⌀ 4 мм, кольца диаметром 15 мм и сотовые блоки размерами 24 x 24 x 40 мм с толщиной стенки 3 мм. После провяливания и прокалки при 450 500оС, как видно из табл. 1, катализатор в виде черенков, колец и блоков имеет прочность 30, 9,5 и 12 кг/см2соответственно и активность в окислении сероводорода кислородом в присутствии паров воды, а также в сложном режиме, превышающую активность катализатора по прототипу.The powders are mixed for 30 minutes, after which an aqueous solution containing 11.94 g of VOSO 4 ˙ 3H 2 O grade analytical grade grade is gradually introduced into the kneading machine. Stirring is continued for another 15 to 20 minutes and then ⌀ 4 mm cuttings, rings with a diameter of 15 mm and honeycomb blocks 24 x 24 x 40 mm in size with a wall thickness of 3 mm are formed by extrusion. After drying and calcining at 450 500 about C, as can be seen from the table. 1, the catalyst in the form of cuttings, rings and blocks has a strength of 30, 9.5 and 12 kg / cm 2, respectively, and activity in the oxidation of hydrogen sulfide by oxygen in the presence of water vapor, as well as in a difficult mode, exceeding the activity of the prototype catalyst.

П р и м е р 4. Аналогичен примерам 1 3. Отличие состоит в том, что катализатор состава 15% V2O5, 27% CaSO4, 3% MgSO4, 55% TiO получают, используя в качестве сырья для диоксида титана продукт парофазного гидролиза TiCl4 при 450оС. В качестве связующего использована смесь порошкообразных оксидов магния и кальция в массовом соотношении 1 11. После перемешивания порошков в течение 30 мин в месильную машину вносят постепенно водный раствор, содержащий 16,06 г оксалата ванадила и 21,8 г H2SO4 (в расчете на безводную). К месильной машине присоединяют водяное охлаждение и проводят перемешивание в течение 15 20 мин. Полученный после прокаливания катализатор имеет максимальную прочность в ряду катализаторов по предлагаемому способу, составляющую 75 кг/см2. Активность этого катализатора в реакции Клауса, сложном режиме и гидролизе сероокиси углерода превышает активность катализатора по прототипу.Example 4. Similar to examples 1 3. The difference is that the catalyst composition of 15% V 2 O 5 , 27% CaSO 4 , 3% MgSO 4 , 55% TiO receive, using as raw material for titanium dioxide containing 16.06 grams of vanadyl oxalate vapor 21 and the hydrolysis product of TiCl 4 at 450 ° C. The binder used powdery mixture of magnesium and calcium oxides in a weight ratio of 1 11. After mixing the powders for 30 minutes in a kneader, an aqueous solution gradually introduced , 8 g of H 2 SO 4 (calculated on anhydrous). Water cooling is added to the kneading machine and stirring is carried out for 15 to 20 minutes. Obtained after calcination, the catalyst has a maximum strength in the series of catalysts according to the proposed method, comprising 75 kg / cm 2 . The activity of this catalyst in the Klaus reaction, the complex mode and the hydrolysis of carbon dioxide exceeds the activity of the prototype catalyst.

П р и м е р 5. Катализатор состава 15% V2O5, 30% CaSO4, 55% TiO2получают аналогично примеру 1. Отличие состоит в использовании в качестве связующего строительного гипса марки Г-6. В качестве раствора активного компонента в месильную машину вносят раствор оксалата ванадила, полученного согласно примеру 2, содержащий 0,2% полиэтиленоксида в расчете на общую массу смеси. Готовый катализатор имеет прочность 27 кг/см2 и активность в смешанном режиме, превышающую активность катализатора по прототипу.PRI me R 5. The catalyst composition of 15% V 2 O 5 , 30% CaSO 4 , 55% TiO 2 receive analogously to example 1. The difference lies in the use as a binder of building gypsum brand G-6. As a solution of the active component, a solution of vanadyl oxalate obtained according to example 2 containing 0.2% polyethylene oxide, based on the total weight of the mixture, is introduced into the kneading machine. The finished catalyst has a strength of 27 kg / cm 2 and activity in the mixed mode, exceeding the activity of the catalyst of the prototype.

П р и м е р 6. Для приготовления 100 г катализатора состава 15% V2O5, 5% Al2(SO4)3, 80% TiO берут 98 г метатитановой кислоты, полученной сернокислотным вскрытием ильменита и высушенной предварительно при 110оС (см. пример 1). В качестве связующего в месильную машину вводят 5 г сернокислого алюминия марки ч.д.а. в расчете на безводный и после перемешивания в течение 30 мин постепенно вливают водный раствор, содержащий 25,5 г VOC2O4. Способ получения оксалата ванадила приведен в примере 2. Дальнейшее приготовление катализатора аналогично примеру 1. Полученный катализатор, как видно из примера 6, табл. 1, имеет высокую прочность 37 кг/см2 и активность в смешанном режиме (250оС, 2% H2S, 1% SO2, 1% O2, 20% H2O), превышающую активность катализатора прототипа.PRI me R 6. To prepare 100 g of the catalyst composition of 15% V 2 O 5 , 5% Al 2 (SO 4 ) 3, 80% TiO take 98 g of metatitanic acid obtained by sulfuric acid dissection of ilmenite and dried previously at 110 about C (see example 1). As a binder, 5 g of aluminum sulphate grade are introduced into the kneading machine. calculated on anhydrous and after stirring for 30 minutes, an aqueous solution containing 25.5 g of VOC 2 O 4 is gradually poured. A method of obtaining vanadyl oxalate is shown in example 2. Further preparation of the catalyst is similar to example 1. The resulting catalyst, as can be seen from example 6, table. 1, has a high strength of 37 kg / cm 2 and activity in the mixed mode (250 about C, 2% H 2 S, 1% SO 2 , 1% O 2 , 20% H 2 O), exceeding the activity of the catalyst of the prototype.

П р и м е р 7. Получение катализатора состава 10% C2O5, 30% Al2(SO4)3, 60% TiO2 аналогично примеру 6. Отличие заключается в том, что в качестве связующего используют гидроокись алюминия AlOOH. После формования, провяливания и прокалки при 450 500оС катализатор загружают в реактор Клауса и обрабатывают в смеси, содержащей 2% H2S, 1% SO2, 1% O2, 20% H2O, остальное гелий, постепенно повышая температуру с 250 до 450оС в течение 12 ч. Прочность готового катализатора составляет 37,9 кг/см2. Активность его в сложном режиме выше активности катализатора прототипа.PRI me R 7. Obtaining a catalyst with a composition of 10% C 2 O 5 , 30% Al 2 (SO 4 ) 3 , 60% TiO 2 analogously to example 6. The difference lies in the fact that AlOOH aluminum hydroxide is used as a binder. After molding, wilting and calcination at 450 500 o C catalyst was charged to a Claus reactor and treated in a mixture containing 2% H 2 S, 1% SO 2, 1% O 2, 20% H 2 O, balance helium, gradually raising the temperature from 250 to 450 about C for 12 hours. The strength of the finished catalyst is 37.9 kg / cm 2 . Its activity in complex mode is higher than the activity of the catalyst of the prototype.

П р и м е р 8. Катализатор состава 15% V2O5, 10% Al2(SO4)3, 10% CaSO4, 65% TiO2 получен аналогично примеру 6. Отличие состоит в том, что в качестве связующего вносят смесь сернокислого кальция и гидроокиси алюминия. Соединение ванадия (сульфат ванадила) вводят в виде водного раствора, содержащего 8,6 г H2SO4 в расчете на безводную для образования сульфата алюминия. При перемешивании компонентов в месильной машине может включаться водяное охлаждение. Готовый катализатор после прокалки имеет прочность 53 кг/см2 и превосходит по активности в сложном режиме катализатор по прототипу.PRI me R 8. The catalyst composition of 15% V 2 O 5 , 10% Al 2 (SO 4 ) 3 , 10% CaSO 4 , 65% TiO 2 obtained analogously to example 6. The difference is that as a binder make a mixture of calcium sulfate and aluminum hydroxide. The vanadium compound (vanadyl sulfate) is introduced in the form of an aqueous solution containing 8.6 g of H 2 SO 4 calculated on the anhydrous basis for the formation of aluminum sulfate. When mixing the components in a kneading machine, water cooling may be activated. The finished catalyst after calcination has a strength of 53 kg / cm 2 and exceeds the activity of the prototype catalyst in complex mode.

Ниже приведены примеры приготовления катализаторов, составы которых находятся за пределами концентраций предлагаемого способа. The following are examples of the preparation of catalysts, the compositions of which are beyond the concentration of the proposed method.

П р и м е р 9. Катализатор состава 4% V2O5, 30% CaSO4, 66% TiO2получали аналогично примеру 1. Отличие заключалось в использовании меньшего количества сульфата ванадила (4,8 г). Как видно из табл. 1, готовый катализатор, содержащий 4 мас. V2O5, имел более низкую активность в сложном режиме процесса Клауса, чем катализатор по прототипу.Example 9. A catalyst with a composition of 4% V 2 O 5 , 30% CaSO 4 , 66% TiO 2 was obtained analogously to Example 1. The difference was the use of a smaller amount of vanadyl sulfate (4.8 g). As can be seen from the table. 1, the finished catalyst containing 4 wt. V 2 O 5 had a lower activity in the complex mode of the Claus process than the catalyst of the prototype.

П р и м е р 10. Катализатор состава 15% V2O5, 1% CaSO4, 84% TiO2получен аналогично примеру 1. Отличие заключается в использовании малого количества связующего CaSO4, получаемого при смешении гидроксида кальция и серной кислоты. Готовый катализатор имеет активность в сложном режиме процесса Клауса больше, чем катализатор по прототипу, однако прочность полученного катализатора неудовлетворительна.PRI me R 10. The catalyst composition of 15% V 2 O 5 , 1% CaSO 4 , 84% TiO 2 obtained analogously to example 1. The difference lies in the use of a small amount of CaSO 4 binder obtained by mixing calcium hydroxide and sulfuric acid. The finished catalyst has more activity in the complex mode of the Claus process than the catalyst of the prototype, however, the strength of the obtained catalyst is unsatisfactory.

П р и м е р 11. Катализатор состава 15% V2O5, 81% CaSO4, 4% TiO2получают смешением порошков сушеного гидратированного диоксида титана, полученного сернокислотным вскрытием ильменита, гипса марки Г-6 с добавлением водного раствора сульфата ванадила. Готовый катализатор после формования, провяливания и прокалки при 450 500оС имел высокую прочность и активность в сложном режиме, однако активность в реакции гидролиза СoS на данном катализаторе оказалась ниже, чем на катализаторе по прототипу.Example 11. A catalyst with a composition of 15% V 2 O 5 , 81% CaSO 4 , 4% TiO 2 is obtained by mixing powders of dried hydrated titanium dioxide obtained by sulfuric acid opening of ilmenite, gypsum grade G-6 with the addition of an aqueous solution of vanadyl sulfate . The finished catalyst after shaping, wilting and calcination at 450 500 ° C had a high strength and activity in a complex mode, but active in the hydrolysis reaction, the QoS on this catalyst was lower than for the catalyst of the prior art.

Ниже приведены примеры приготовления катализаторов по предлагаемому способу с использованием их в процессах восстановления оксида азота аммиаком и сероводородом. The following are examples of the preparation of catalysts by the proposed method using them in the processes of reduction of nitric oxide with ammonia and hydrogen sulfide.

П р и м е р 12. Катализатор состава 15% V2O5, 30% CaSO4, 55% TiO2получен смешением порошков предварительно замороженной метатитановой кислоты, гипса и оксида кальция в виде негашеной извести с добавлением серной кислоты. Пасту метатитановой кислоты, полученной сернокислотным вскрытием ильменита, замораживают при температуре -35оС и выдерживают в течение 2 сут. Затем пасту высушивают с помощью распылительной сушилки "Anhydro" при 110оС и в количестве 67,4 г помещают в месильную машину. Одновременно туда же добавляют 15 г гипса Г-6 и 6,18 г негашеной извести и порошки перемешивают в течение 30 мин. В месильную машину добавляют водный раствор, содержащий 25,5 г оксалата ванадила и 10,8 г H2SO4 в расчете на безводную и продолжают перемешивать в течение 15 20 мин. После формования с помощью металлического шприца с фильерой 4 мм, провяливания и прокалки при 450 500оС в токе воздуха катализатор имеет прочность 44 кг/см2 и активность в восстановлении оксида азота аммиаком в присутствии кислорода, а также SO2 и паров воды более высокую, чем на катализаторе по прототипу (табл. 2).PRI me R 12. The catalyst composition of 15% V 2 O 5 , 30% CaSO 4 , 55% TiO 2 obtained by mixing powders of pre-frozen metatitanic acid, gypsum and calcium oxide in the form of quicklime with the addition of sulfuric acid. A paste of metatitanic acid obtained by opening sulfuric acid ilmenite, frozen at a temperature of -35 about C and kept for 2 days. The paste was then dried with a spray dryer "Anhydro" at 110 ° C and in an amount of 67.4 g was placed in a kneader. At the same time, 15 g of gypsum G-6 and 6.18 g of quicklime are added thereto and the powders are mixed for 30 minutes. An aqueous solution was added to the kneading machine, containing 25.5 g of vanadyl oxalate and 10.8 g of H 2 SO 4 , calculated as anhydrous, and continued to mix for 15 to 20 minutes. After molding using metallic syringe through a die of 4 mm, wilting and calcination at 450 500 o C, the catalyst flowing air has a strength of 44 kg / cm 2 and the activity in the reduction of nitrogen ammonia oxide in the presence of oxygen, as well as SO 2 and water vapor higher than on the prototype catalyst (table. 2).

Сопоставление проводят при температуре 250оС, объемной скорости смеси 360000 ч-1 на фракции катализатора 0,5 0,25 мм.The comparison is carried out at a temperature of 250 about With the volumetric velocity of the mixture 360,000 h -1 on the catalyst fraction of 0.5 0.25 mm

П р и м е р 13. Катализатор состава 15% V2O5, 30% CaSO4, 55% TiO2получают аналогично примеру 12. Отличия состоят в том, что гидратированный диоксид титана, полученный путем сернокислотного вскрытия ильменита, сушат при 110оС и прокаливают при 500оС в течение 4 ч. В качестве связующего используют смесь сернокислого кальция (15 г) и оксида кальция с введением в раствор оксалата ванадила 10,8 г H2SO4 в расчете на безводную. Готовый катализатор имеет прочность 30,6 кг/см2 и превосходит по активности в реакции восстановления оксида азота сероводородом катализатор по прототипу (табл. 3). Сопоставление проводят при температуре 250оС и объемной скорости смеси 650000 ч-1 на зерне катализатора 0,5 0,25 мм.PRI me R 13. The catalyst composition of 15% V 2 O 5 , 30% CaSO 4 , 55% TiO 2 receive analogously to example 12. The differences are that the hydrated titanium dioxide obtained by sulfuric acid opening of ilmenite, dried at 110 about C and calcined at 500 about C for 4 hours. As a binder, a mixture of calcium sulfate (15 g) and calcium oxide is used with the addition of 10.8 g of H 2 SO 4 based on anhydrous to the solution of vanadyl oxalate. The finished catalyst has a strength of 30.6 kg / cm 2 and is superior in activity to the prototype catalyst in the reduction reaction of nitric oxide with hydrogen sulfide (Table 3). The comparison is carried out at a temperature of 250 about C and a space velocity of the mixture of 650,000 h -1 on the grain of the catalyst of 0.5 0.25 mm

П р и м е р 14. Катализатор состава 15% V2O5, 30% CaSO4, 65% TiO2готовят в расчете на 100 г готового продукта следующим образом. Метатитановую кислоту получают термогидролизом отходов гидрометаллургического производства четыреххлористого титана и оксида ванадия. Вторичный дистиллат и рафинат, содержащие четыреххлористый титан, смешивают в отношении 1 30 и после термогидролиза, нейтрализации гидроокисью кальция, отмывки и фильтрации сушат при 110оС в сушильном шкафу в течение 12 ч. 106 г высушенного порошка, содержащего 9% атомных кальция, смешивают в месильной машине с водным раствором, содержащим 25,5 г оксалата ванадила и 21,6 г H2SO4 в расчете на безводную. После 15 20 мин перемешивания пасту формуют в виде экструдата диаметром 4 мм и трубки внешним диаметром 13 мм, высотой 13 мм и толщиной 3 4 мм. Прочность экструдата и трубки на раздавливание по образующей составляли для провяленного и прокаленного при 450 500оC соответственно 33 и 14 кг/см2. Активность катализатора в реакции восстановления окиси азота сероводородом превышает активность для катализатора по прототипу.PRI me R 14. The catalyst composition of 15% V 2 O 5 , 30% CaSO 4 , 65% TiO 2 is prepared per 100 g of the finished product as follows. Metatitanic acid is obtained by thermohydrolysis of waste hydrometallurgical production of titanium tetrachloride and vanadium oxide. Secondary distillate and raffinate containing titanium tetrachloride were mixed in a ratio of 1 30 and after thermal hydrolysis, neutralizing with calcium hydroxide, washing and filtration was dried at 110 ° C in an oven for 12 hours. 106 g of the dried powder containing 9 atomic% calcium, mixed in a kneading machine with an aqueous solution containing 25.5 g of vanadyl oxalate and 21.6 g of H 2 SO 4 calculated on anhydrous. After 15 to 20 minutes of mixing, the paste is formed into an extrudate with a diameter of 4 mm and a tube with an external diameter of 13 mm, a height of 13 mm and a thickness of 3 4 mm. Durability and the extrudate crush tube along the generatrix for provyalennogo were calcined at 450 and 500 ° C, respectively 33 and 14 kg / cm 2. The activity of the catalyst in the reduction reaction of nitric oxide with hydrogen sulfide exceeds the activity for the catalyst of the prototype.

Как видно из приведенных примеров, предлагаемый способ приготовления формованного кислородоустойчивого ванадий-титанового катализатора, содержащего в качестве связующего сульфаты кальция, кальция и магния, алюминия, или кальция и алюминия, позволяет значительно увеличить прочность и активность по сере и гидролизу СoS катализаторов в процессе получения элементарной серы из сероводородсодержащих газов в присутствии кислорода, а также активность в восстановлении оксида азота аммиаком или сероводородом. Кроме того, предложенный способ приготовления позволяет получить катализаторы, которые обладают рядом полезных качеств, которые не достигаются при приготовлении катализаторов другими методами, а именно:
высокая механическая прочность катализаторов, позволяющая изготавливать предлагаемым методом различные форменные элементы;
высокая термическая стабильность катализаторов, позволяющая прокаливать катализаторы сразу при 450 500оС, не используя ступенчатый подъем температуры;
высокая и стабильная активность катализаторов как в присутствии кислорода в реакции Клауса, так и в присутствии SO2 в реакции восстановления NO аммиаком;
высокая производительность катализаторов в диффузионной области связи с оптимальной пористой структурой;
пригодность предлагаемого метода приготовления катализатора в случае низкой удельной поверхности исходного диоксида титана, в том числе в случае предварительно замороженных или прокаленных до 500оС разновидностей сырья;
простота и экономичность предлагаемого способа, требующего только одноразовой прокалки катализатора и использующего такое дешевое сырье, как отходы производства пентаэритрита, отходы гидрометаллургического производства, строительный гипс, известь;
возможность получения ванадий-титанового катализатора экологически чистым методом при использовании в качестве ванадиевого сырья оксалата ванадила, дающего при прокалке только диоксид углерода;
пригодность способа для получения катализаторов для разных процессов газоочистки, таких как процесс Клауса, окисление сероводорода, гидролиз CoS, восстановление оксида азота аммиаком или сероводородом.
As can be seen from the above examples, the proposed method for the preparation of a molded oxygen-resistant vanadium-titanium catalyst containing calcium, calcium and magnesium, aluminum, or calcium and aluminum sulfates as a binder can significantly increase the strength and activity of sulfur and hydrolysis of CoS catalysts in the process of obtaining elementary sulfur from hydrogen sulfide-containing gases in the presence of oxygen, as well as activity in the reduction of nitric oxide with ammonia or hydrogen sulfide. In addition, the proposed method of preparation allows to obtain catalysts that have a number of useful qualities that are not achieved when preparing the catalysts by other methods, namely:
high mechanical strength of the catalysts, which allows to produce various shaped elements by the proposed method;
high thermal stability of the catalysts, allowing calcining the catalysts immediately at 450 500 about C, without using a stepwise temperature rise;
high and stable activity of the catalysts both in the presence of oxygen in the Claus reaction, and in the presence of SO 2 in the reaction of NO reduction with ammonia;
high productivity of catalysts in the diffusion region of the bond with an optimal porous structure;
the suitability of the proposed method for the preparation of the catalyst in the case of a low specific surface area of the initial titanium dioxide, including in the case of varieties of raw materials previously frozen or calcined to 500 ° C;
the simplicity and cost-effectiveness of the proposed method, requiring only one-time calcination of the catalyst and using such cheap raw materials as pentaerythritol production waste, hydrometallurgical production waste, gypsum, lime;
the possibility of obtaining a vanadium-titanium catalyst by an environmentally friendly method when using vanadyl oxalate as a vanadium raw material, which gives only carbon dioxide during calcination;
the suitability of the method for producing catalysts for various gas purification processes, such as the Claus process, oxidation of hydrogen sulfide, hydrolysis of CoS, reduction of nitric oxide with ammonia or hydrogen sulfide.

Claims (10)

1. СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ФОРМОВАННОГО ВАНАДИЙ-ТИТАНОВОГО КАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗОВ, включающий взаимодействие диоксида титана, соединение ванадия и связующего сульфата кальция или любого соединения кальция, дающего сульфат при взаимодействии с серной кислотой in situ, сушку, прокаливание, отличающийся тем, что, с целью получения катализатора с повышенной активностью, механической прочностью и упрощения технологии, взаимодействие осуществляют одновременным смешиванием диоксида титана со связующим и порошком или раствором соли ванадия с последующим формованием, сушкой при комнатной температуре и прокалкой при 450 500oС и процесс ведут при соотношении компонентов, обеспечивающих следующее содержание в катализаторе, в мас.1. A METHOD FOR PREPARING A FORMED VANADIUM-TITANIUM CATALYST FOR GAS CLEANING, comprising reacting titanium dioxide, a compound of vanadium and a calcium sulfate binder or any calcium compound that gives sulfate when reacted with sulfuric acid in situ, drying, calcining, characterized in that of obtaining a catalyst with increased activity, mechanical strength and simplification of the technology, the interaction is carried out by simultaneously mixing titanium dioxide with a binder and a powder or a solution of vanadium salt I followed by molding, drying at room temperature and calcination at 450 500 o C and the process is carried out at a ratio of components providing the following content in the catalyst by weight. Пентоксид ванадия 5 20
Связующее 2 80
Диоксид титана Остальное
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве связующего используют сульфат кальция и/или алюминия или смесь сульфатов кальция и магния.
Vanadium Pentoxide 5 20
Binder 2 80
Titanium dioxide
2. The method according to claim 1, characterized in that as a binder use calcium sulfate and / or aluminum or a mixture of calcium sulfates and magnesium.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что используют связующее, полученное in situ взаимодействием соединений кальция и магния или алюминия, или кальция и алюминия со стехиометрическим количеством серной кислоты. 3. The method according to claim 2, characterized in that they use a binder obtained in situ by the interaction of compounds of calcium and magnesium or aluminum, or calcium and aluminum with a stoichiometric amount of sulfuric acid. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве связующего используют гидроксид алюминия с последующей сульфатацией прокаленного катализатора в аппарате Клауса в присутствии кислородсодержащей смеси при 250 450oС.4. The method according to claim 1, characterized in that aluminum hydroxide is used as a binder, followed by sulfation of the calcined catalyst in a Claus apparatus in the presence of an oxygen-containing mixture at 250 450 o C. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве связующего используют строительный гипс или сульфат кальция, полученный в виде отходов, например, в производстве пентаэритрита путем нейтрализации сульфокислоты известковым молоком. 5. The method according to claim 1, characterized in that the binder used is gypsum or calcium sulfate obtained in the form of waste, for example, in the production of pentaerythritol by neutralizing sulfonic acid with milk of lime. 6. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что в качестве связующего используют смеси соответствующих сульфатов с соединениями кальция или кальция и магния, или алюминия, или кальция и алюминия, которые дают in situ сульфаты при добавлении стехиометрического количества серной кислоты. 6. The method according to PP. 1 to 3, characterized in that as a binder use mixtures of the corresponding sulfates with compounds of calcium or calcium and magnesium, or aluminum, or calcium and aluminum, which give in situ sulfates when stoichiometric amounts of sulfuric acid are added. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве связующего используют смесь строительного гипса и негашеной извести, которая дает сульфат кальция при добавлении стехиометрического количества серной кислоты. 7. The method according to claim 1, characterized in that as a binder use a mixture of gypsum and quicklime, which gives calcium sulfate when adding a stoichiometric amount of sulfuric acid. 8. Способ по пп. 1 7, отличающийся тем, что используют диоксид титана анатазной структуры либо гидратированную форму диоксида титана, дающую при термической обработке анатаз. 8. The method according to PP. 1 to 7, characterized in that they use titanium dioxide of anatase structure or a hydrated form of titanium dioxide, which gives anatase during heat treatment. 9. Способ по п.8, отличающийся тем, что диоксид титана получают парофазным гидролизом четыреххлористого титана, либо гидролизом алкоксихлоридных соединений титана, либо термогидролизом побочных продуктов гидрометаллургического производства четыреххлористого титана и оксида ванадия. 9. The method according to claim 8, characterized in that titanium dioxide is obtained by vapor-phase hydrolysis of titanium tetrachloride, or by hydrolysis of titanium alkoxychloride compounds, or by thermo-hydrolysis of by-products of the hydrometallurgical production of titanium tetrachloride and vanadium oxide. 10. Способ по пп. 1 8, отличающийся тем, что используют прокаленный при 111 500oС диоксид титана.10. The method according to PP. 1 to 8, characterized in that using calcined at 111 500 o With titanium dioxide. 11. Способ по пп. 1 8, отличающийся тем, что используют предварительно замороженный в интервале 5 -60oС гидратированный диоксид титана.11. The method according to PP. 1 to 8, characterized in that use is pre-frozen in the range of 5 -60 o With hydrated titanium dioxide.
SU4866494 1990-09-17 1990-09-17 Method for preparation of molded vanadium-titanium catalyst for cleaning gases RU2050194C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4866494 RU2050194C1 (en) 1990-09-17 1990-09-17 Method for preparation of molded vanadium-titanium catalyst for cleaning gases

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4866494 RU2050194C1 (en) 1990-09-17 1990-09-17 Method for preparation of molded vanadium-titanium catalyst for cleaning gases

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2050194C1 true RU2050194C1 (en) 1995-12-20

Family

ID=21536208

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4866494 RU2050194C1 (en) 1990-09-17 1990-09-17 Method for preparation of molded vanadium-titanium catalyst for cleaning gases

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2050194C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114395780A (en) * 2022-01-25 2022-04-26 中南大学 Nitrogen-doped vanadium-titanium magnetite-based electrode, preparation method and application

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Авторское свидетельство СССР N 1582537, кл. B 01J 21/06, 1987. *
2. Авторское свидетельство СССР N 1839337, кл. B 01J 21/06, 1988. *
3. Патент США N 4427576, кл. B 01J 21/06, опублик. 1984. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114395780A (en) * 2022-01-25 2022-04-26 中南大学 Nitrogen-doped vanadium-titanium magnetite-based electrode, preparation method and application
CN114395780B (en) * 2022-01-25 2023-01-17 中南大学 Nitrogen-doped vanadium-titanium magnetite-based electrode, preparation method and application

Similar Documents

Publication Publication Date Title
SU1685256A3 (en) Catalyst for decreasing nitrogen oxide content in flue gases, method of its manufacture and catalytic reduction process
Long et al. Selective catalytic oxidation of ammonia to nitrogen over Fe2O3–TiO2 prepared with a sol–gel method
US4427576A (en) Catalyst for oxidation of hydrogen sulfide and/or organosulfur compounds to SO2 and process for preparing the catalyst
CA1295598C (en) Process for removing nitrogen oxides from exhaust gases
US4081510A (en) Process for catalytically treating an exhaust gas containing ammonia gas and oxygen gas to reduce said ammonia gas to nitrogen
JPS6090043A (en) Catalyst for purifying nitrogen oxide
EP0208434B1 (en) Process for removing nitrogen oxides and carbon monoxide simultaneously
RU2288888C1 (en) Catalyst for selective oxidation of hydrogen sulfide, method of preparation thereof, and a process of selectively oxidizing hydrogen sulfide to elemental sulfur
JP2537734B2 (en) Catalyst and method for treating gases containing sulfur compounds
JPH01201023A (en) Titanium oxide having stabilized characteristics
JP3465350B2 (en) Method for producing catalyst for methacrylic acid production
CN1410149A (en) Combustion catalyst of hydrogen sulfide in gas and its preparation and use method
RU2050194C1 (en) Method for preparation of molded vanadium-titanium catalyst for cleaning gases
EP0257307A1 (en) A method for denitrizing nitrogen oxides contained in waste gas
JP3797148B2 (en) Method for producing catalyst for producing methacrylic acid and method for producing methacrylic acid
JP2916377B2 (en) Ammonia decomposition catalyst and method for decomposing ammonia using the catalyst
JP7146890B2 (en) Rare earth metal vanadate catalyst for nitrogen oxide reduction
JPS6029288B2 (en) Catalyst manufacturing method and denitrification method
JPS6312348A (en) Catalyst for catalytic reduction of nitrogen oxide by ammonia
JP4811977B2 (en) Method for producing catalyst for synthesis of methacrylic acid
CN110833827B (en) High nitrogen selectivity vanadium-based oxide catalyst and preparation method thereof
RU2176156C2 (en) Catalyst for production of sulfur by claus process and method of its production
RU2368417C1 (en) Catalyst and method of converting ammonia
RU2188707C1 (en) Catalyst for deep oxidation of organic compounds and carbon monoxide in gaseous effluents and method of catalyst production (versions)
JPS59213442A (en) Preparation of denitration catalyst