RU2242280C1 - Sulfur dioxide-into-sulfur trioxide conversion catalyst - Google Patents
Sulfur dioxide-into-sulfur trioxide conversion catalyst Download PDFInfo
- Publication number
- RU2242280C1 RU2242280C1 RU2003122272/04A RU2003122272A RU2242280C1 RU 2242280 C1 RU2242280 C1 RU 2242280C1 RU 2003122272/04 A RU2003122272/04 A RU 2003122272/04A RU 2003122272 A RU2003122272 A RU 2003122272A RU 2242280 C1 RU2242280 C1 RU 2242280C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- catalyst
- radii
- pores
- vanadium
- framework
- Prior art date
Links
Landscapes
- Catalysts (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к производству ванадиевых катализаторов конверсии SO2 в SO3. Катализаторы для данного процесса обычно содержат активный компонент - оксиды ванадия, щелочных металлов, серы, распределенные на поверхности кремнеземистого носителя, и имеют определенную пористую структуру, являющуюся важнейшим свойством катализатора, определяющим его эксплуатационные характеристики.The invention relates to the production of vanadium catalysts for the conversion of SO 2 to SO 3 . The catalysts for this process usually contain the active component - oxides of vanadium, alkali metals, sulfur, distributed on the surface of the siliceous carrier, and have a certain porous structure, which is the most important property of the catalyst that determines its operational characteristics.
Известны технические решения создания катализаторов, высокоактивных в узких интервалах рабочего диапазона температур, путем использования носителей с узкими диапазонами пор, оптимальными для каждого конкретного интервала температур [Патент DЕ №1235274].Known technical solutions for the creation of catalysts that are highly active in narrow ranges of the operating temperature range by using carriers with narrow pore ranges that are optimal for each particular temperature range [Patent DE No. 1235274].
Однако известное решение имеет существенные недостатки. Поскольку процесс окисления SO3 является экзотермическим, то катализатор в пределах каждого отдельного слоя в реакторе работает в условиях изменяющихся температур, т.е. требуется использование набора катализаторов с различными диапазонами пор. В реальных условиях из-за невозможности точного расчета полей температур по высоте и объему слоя даже набор катализаторов с заданными узкими диапазонами пор не может работать эффективно.However, the known solution has significant drawbacks. Since the oxidation process of SO 3 is exothermic, the catalyst within each separate layer in the reactor operates under varying temperatures, i.e. requires the use of a set of catalysts with different pore ranges. In real conditions, due to the impossibility of accurately calculating temperature fields by height and volume of a layer, even a set of catalysts with given narrow pore ranges cannot work effectively.
Более рационально приготовление катализатора на носителе с широким набором пор различных размеров при определенном их соотношении, эффективно работающего в более широких температурных интервалах. Известен катализатор [Патент DE №4000609, 1991 г.], носитель которого имеет поры с диаметром от нескольких ангстрем до более 200 нм. При этом доля пор с диаметром до 15 нм составляет 10-30%, с диаметром 15-100 нм 25-60%, с диаметром более 200 нм 10-60%. Известный катализатор получают пропиткой заранее сформованного и прокаленного носителя с заданной пористостью. Недостатком известного катализатора является низкая активность при температуре 380°С.It is more rational to prepare a supported catalyst with a wide range of pores of various sizes with a certain ratio of them that works effectively in wider temperature ranges. A known catalyst [Patent DE No. 4000609, 1991], the carrier of which has pores with diameters from several angstroms to more than 200 nm. The proportion of pores with a diameter of up to 15 nm is 10-30%, with a diameter of 15-100 nm 25-60%, with a diameter of more than 200 nm 10-60%. The known catalyst is obtained by impregnation of a preformed and calcined support with a given porosity. A disadvantage of the known catalyst is low activity at a temperature of 380 ° C.
Необходимо отметить, что только в очень немногих источниках выбор эффективного катализатора ведется по пористой структуре именно носителя готового катализатора, названного каркасом. Преимущественно даются характеристики пористой структуры исходного носителя, используемого для синтеза, который может существенно отличаться от носителя готового катализатора, т.е. каркаса.It should be noted that only in very few sources, the choice of an effective catalyst is based on the porous structure of the support of the finished catalyst, called the framework. Advantageously, the characteristics of the porous structure of the starting support used for synthesis are given, which may differ significantly from the support of the finished catalyst, i.e. frame.
Прототипом предложенного катализатора является катализатор конверсии SO2 в SO3, содержащий оксиды ванадия, щелочного металла (К, Na, Rb, Cs), серы, на кремнеземистом носителе [Патент РФ №2162367, 2000 г.]. Носитель товарного катализатора или каркас содержит поры с радиусами от 100 до 100000, при этом доля пор с радиусами 1000-10000 составляет от 5 до 70%. При этом каркас катализатора формируется из природного или синтетического кремнезема или их комбинации. Под каркасом катализатора авторы понимали реальную структуру носителя, прошедшего все стадии получения катализатора (включая формование и прокалку), т.е. готового катализатора после удаления с него кислоторастворимых активных компонентов путем экстрагирования серной кислотой. Известный катализатор обладает высокой активностью в широком диапазоне температур, в том числе и при достаточно низких температурах (405°С).The prototype of the proposed catalyst is a catalyst for the conversion of SO 2 to SO 3 containing oxides of vanadium, alkali metal (K, Na, Rb, Cs), sulfur, on a siliceous carrier [RF Patent No. 2162367, 2000]. A commercial catalyst carrier or framework contains pores with radii from 100 to 100,000 while the proportion of pores with radii of 1000-10000 makes up from 5 to 70%. In this case, the catalyst frame is formed from natural or synthetic silica, or a combination thereof. Under the catalyst framework, the authors understood the real structure of the carrier, which went through all stages of the preparation of the catalyst (including molding and calcining), i.e. the finished catalyst after removal of acid-soluble active components from it by extraction with sulfuric acid. The known catalyst has high activity in a wide temperature range, including at sufficiently low temperatures (405 ° C).
Это достигается за счет целесообразного химического состава, наличия пор с широким диапазоном радиусов и рационального соотношения пор различных размеров в структуре каркаса.This is achieved due to the appropriate chemical composition, the presence of pores with a wide range of radii and a rational ratio of pores of various sizes in the structure of the frame.
Недостатком данного объекта является недостаточно высокая активность при температурах ниже 405°С.The disadvantage of this object is not high enough activity at temperatures below 405 ° C.
Техническая задача - улучшение эксплуатационных характеристик катализатора путем расширения температурного диапазона его работы в низкотемпературной области, (до 380°С) при одновременном повышении активности в среднем температурном интервале (420-485°С).The technical task is to improve the operational characteristics of the catalyst by expanding the temperature range of its operation in the low temperature region (up to 380 ° C) while increasing activity in the average temperature range (420-485 ° C).
Техническая задача решается тем, что катализатор конверсии SO2 в SO3 содержит активные компоненты - оксиды ванадия, щелочного металла (К, Na, Rb, Cs), серы и кремнеземистый каркас, сформированный из природного и/или синтетического кремнезема, включающий поры с радиусами до 65000, при этом в каркасе доля пор с радиусами 1000-10000 составляет не менее 5%, доля пор с радиусами более 10000 составляет не более 35%, а содержание в каркасе нерастворимых в серной кислоте соединений ванадия (в пересчете на V2O5) составляет не более 4,0 мас.%. Доля пор с радиусами менее 1000 составляет не менее 40%, при этом доля пор с радиусом менее 75 составляет не менее 31%. Предпочтительно содержание в каркасе нерастворимых в серной кислоте соединений ванадия (в пересчете на V2O5) составляет не более 2,0 мас.%.The technical problem is solved in that the catalyst for the conversion of SO 2 to SO 3 contains active components - oxides of vanadium, alkali metal (K, Na, Rb, Cs), sulfur and a siliceous frame formed from natural and / or synthetic silica, including pores with radii up to 65000 , while in the frame the proportion of pores with radii of 1000-10000 is at least 5%, the proportion of pores with radii of more than 10,000 is not more than 35%, and the content in the framework of vanadium compounds insoluble in sulfuric acid (in terms of V 2 O 5 ) is not more than 4.0 wt.%. The proportion of pores with radii less than 1000 is at least 40%, while the proportion of pores with a radius of less than 75 is at least 31%. Preferably, the content of vanadium compounds insoluble in sulfuric acid in the framework (in terms of V 2 O 5 ) is not more than 2.0 wt.%.
Известно, что процесс каталитического окисления SO2 в SO3 протекает при расплавленном состоянии активных компонентов. Предполагается, что нижний предел рабочего диапазона ограничен температурой кристаллизации активных компонентов. Экспериментами установлено, что содержание в каркасе достаточного объема пор с радиусами менее 1000Е позволяет увеличить активность при температуре 380°С. Еще больший эффект наблюдается при увеличении содержания объема пор с радиусами менее 75. Вероятно, это связано как с увеличением величины внутренней поверхности катализатора, так и со стабилизацией расплавленного состояния активного компонента наиболее тонкими порами каркаса, затрудняющими процесс кристаллизации в расплаве. С повышением количества пор с радиусом менее 75 и уменьшением содержания блокированного ванадия активность катализатора при низких температурах возрастает. При этом наличие в каркасе пор с радиусом менее 75 в количестве менее 31% обуславливает решение технической задачи даже при содержании в каркасе катализатора блокированного ванадия, равном предельному.It is known that the process of catalytic oxidation of SO 2 in SO 3 proceeds in the molten state of the active components. It is assumed that the lower limit of the operating range is limited by the crystallization temperature of the active components. The experiments established that the content in the framework of a sufficient pore volume with radii less than 1000E allows you to increase activity at a temperature of 380 ° C. An even greater effect is observed with an increase in the content of pore volume with radii less than 75 . This is probably due to both an increase in the value of the inner surface of the catalyst and stabilization of the molten state of the active component by the thinnest frame pores, which impede the crystallization process in the melt. With increasing number of pores with a radius of less than 75 and a decrease in the content of blocked vanadium, the activity of the catalyst at low temperatures increases. Moreover, the presence in the framework of pores with a radius of less than 75 in an amount of less than 31% determines the solution of the technical problem even when the content of blocked vanadium in the catalyst frame is equal to the limit.
Достижением технической задачи относительно прототипа считаем возрастание относительной активности: при 420°С - не менее 115%, при 380°С - не менее 140%.The achievement of the technical task regarding the prototype is considered to be an increase in relative activity: at 420 ° C - at least 115%, at 380 ° C - at least 140%.
При нарушении вышеупомянутого оптимального соотношения доли пор в заданных интервалах снижается каталитическая активность во всем интервале температур.If the above optimal ratio of the proportion of pores in the specified intervals is violated, the catalytic activity decreases over the entire temperature range.
Достижение технической задачи наблюдается только при ограничении содержания в каркасе нерастворимых в серной кислоте соединений ванадия до 4,0 мас.% (в пересчете на V2O5).The achievement of the technical problem is observed only when the content in the framework of vanadium compounds insoluble in sulfuric acid is limited to 4.0 wt.% (In terms of V 2 O 5 ).
Ранее авторами было установлено, что каркас катализатора после смывания серной кислотой активных компонентов может удержать (“блокировать”) различное количество соединений ванадия. Механизм этого явления изучен недостаточно (предполагается механическое защемление при формировании каркаса на стадии прокалки под воздействием расплава активных компонентов), но авторами установлена четкая обратная зависимость между содержанием в каркасе нерастворимого в кислоте ванадия и активностью катализатора. Доля “блокированного” ванадия зависит как от свойств используемого носителя, так и от режима синтеза катализатора, однако, ранее было неясно, какое максимальное содержание ванадия допустимо в блокированном виде.Previously, the authors found that the catalyst frame after washing off the active components with sulfuric acid can retain (“block”) a different amount of vanadium compounds. The mechanism of this phenomenon has not been sufficiently studied (mechanical pinching is assumed during the formation of the framework at the calcination stage under the influence of a melt of active components), but the authors established a clear inverse relationship between the content of vanadium insoluble in acid in the framework and the activity of the catalyst. The proportion of “blocked” vanadium depends both on the properties of the support used and on the mode of catalyst synthesis, however, it was previously unclear what maximum vanadium content is allowed in a blocked form.
При повышении содержания в каркасе соединений ванадия, нерастворимых в серной кислоте, до более 4,0% (в пересчете на V2O5) снижается каталитическая активность во всем интервале температур. Наиболее высокая активность катализатора при 380°С достигается при содержании в каркасе соединений ванадия не более 2,0 мас.%.With an increase in the content of vanadium compounds insoluble in sulfuric acid in the framework to more than 4.0% (in terms of V 2 O 5 ), the catalytic activity decreases over the entire temperature range. The highest activity of the catalyst at 380 ° C is achieved when the content of vanadium compounds in the framework is not more than 2.0 wt.%.
В настоящем изобретении конкретизируется оптимальное соотношение содержания пор различных размеров и предельно допустимое содержание нерастворимых в серной кислоте соединений ванадия в каркасе катализатора, что создает неожиданный эффект - расширение температурного диапазона работы катализатора в низкотемпературной области (до 380°С) при одновременном повышении активности в среднем температурном интервале (420-485°С).The present invention specifies the optimal ratio of the pore content of various sizes and the maximum permissible content of vanadium compounds insoluble in sulfuric acid in the catalyst frame, which creates an unexpected effect - the expansion of the temperature range of the catalyst in the low temperature region (up to 380 ° C) while increasing the average temperature range (420-485 ° C).
Процесс приготовления катализатора описан в примерах. Методика отмывки катализатора от активных компонентов и получения каркаса была следующей.The catalyst preparation process is described in the examples. The method of washing the catalyst from the active components and obtain the frame was as follows.
Пробу прокаленного катализатора измельчали, отделяли фракцию (-3+2) мм, заливали 5% раствором серной кислоты при соотношении Т:Ж = 1:20. После выдержки в течение 24 часов раствор декантировали (сливали) и операцию повторяли еще два раза с серной кислотой и затем дважды с водой. Далее твердый остаток сушили при 150°С до постоянного веса. В полученном таким образом каркасе определяли пористую структуру и содержание нерастворимых в серной кислоте соединений ванадия.A sample of the calcined catalyst was crushed, the fraction (-3 + 2) mm was separated, poured with a 5% sulfuric acid solution at a ratio of T: W = 1:20. After exposure for 24 hours, the solution was decanted (drained) and the operation was repeated two more times with sulfuric acid and then twice with water. Next, the solid residue was dried at 150 ° C to constant weight. In the framework thus obtained, the porous structure and content of vanadium compounds insoluble in sulfuric acid were determined.
Активность образцов катализатора в стандартных условиях определяли проточным методом в соответствии с ТУ 2175-001-12294550-2001 при 10% и объемной скорости 4000 час-1 при температурах 380, 420, 485°С. Концентрацию SO2 на входе в реактор и на выходе из реактора определяли методом Рейха (барботируя пробу газа через титрованный раствор I2). Активность образцов выражали относительной величиной - по отношению к активности прототипа при соответствующих температурах.The activity of the catalyst samples under standard conditions was determined by the flow method in accordance with TU 2175-001-12294550-2001 at 10% and a space velocity of 4000 h -1 at temperatures of 380, 420, 485 ° C. The concentration of SO 2 at the inlet to the reactor and at the outlet of the reactor was determined by the Reich method (sparging a gas sample through a titrated solution of I 2 ). The activity of the samples was expressed by a relative value - in relation to the activity of the prototype at appropriate temperatures.
Характеристики пористой структуры анализировали методами ртутной порометрии и адсорбционными.The characteristics of the porous structure were analyzed by mercury porosimetry and adsorption methods.
Пример 1а и 1б. Катализатор готовили аналогично прототипу. Носитель - гидрокремнегель - получали осаждением из жидкого натриевого стекла серной кислотой при рН пульпы 5,8-7,5. Перед осаждением жидкое стекло разбавляли водой в соотношении 1:0,5. Гидрокремнегель отфильтровывали, промывали водой и определяли величину его удельной поверхности методом щелочного титрования NaOH (S
Для приготовления катализатора к гидрокремнегелю добавляли растворы активных компонентов - серной кислоты и ванадата калия из расчета содержания в готовом катализаторе, мас.%: V2O5 9,0, К2О 14,5, SO3 24,3. Полученную пульпу после перемешивания в течение 2 часов упаривали, порошок подсушивали до влажности 38% и экструдировали. Гранулы высушивали и прокаливали, у прокаленного катализатора анализировали каталитическую активность при температурах 380, 420 и 485°С. Пробу прокаленного катализатора подвергали отмывке от активных компонентов по вышеприведенной методике, полученный каркас анализировали на пористую структуру и содержание ванадия. Примеры 1а и 1б отличаются разбавлением жидкого стекла и температурой прокалки (см. таблицу 1).To prepare the catalyst, solutions of the active components — sulfuric acid and potassium vanadate — were added to hydrosilicon gel based on the content in the finished catalyst, wt.%: V 2 O 5 9.0, K 2 O 14.5, SO 3 24.3. After stirring for 2 hours, the resulting pulp was evaporated, the powder was dried to a moisture content of 38% and extruded. The granules were dried and calcined, and the catalytic activity was analyzed for the calcined catalyst at temperatures of 380, 420, and 485 ° C. A sample of the calcined catalyst was washed from the active components according to the above procedure, the resulting framework was analyzed for the porous structure and content of vanadium. Examples 1A and 1B differ in the dilution of water glass and the calcination temperature (see table 1).
Примеры 2-7. Катализатор готовили в основном по прототипу за исключением ряда отличий.Examples 2-7. The catalyst was prepared mainly according to the prototype, with the exception of a number of differences.
Для синтеза катализатора использовали гидрокремнегель, полученный из жидкого стекла с разной степенью разбавления водой и прошедший старение прогревом разной длительности, вследствие чего он имел различную удельную поверхность (S
В примере 2 катализатор синтезировали на смешанном носителе - к гидрокремнегелю перед введением растворов активных компонентов добавляли измельченный диатомит (фракция -0,5 мм) при массовом соотношении синтетического кремнезема (SiO2) и диатомита (Д), равном 0,8:0,2 (в расчете на сухое).In Example 2, the catalyst was synthesized on a mixed carrier — crushed diatomite (-0.5 mm fraction) was added to the hydrosilica gel before introducing solutions of the active components at a mass ratio of synthetic silica (SiO 2 ) and diatomite (D) equal to 0.8: 0.2 (based on dry).
Из данных таблицы видно, что активность катализатора с заявленными характеристиками при температуре 380°С существенно выше, чем таковая для прототипа.The table shows that the activity of the catalyst with the stated characteristics at a temperature of 380 ° C is significantly higher than that for the prototype.
Claims (2)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003122272/04A RU2242280C1 (en) | 2003-07-22 | 2003-07-22 | Sulfur dioxide-into-sulfur trioxide conversion catalyst |
UA20040907361A UA76318C2 (en) | 2003-07-22 | 2004-09-08 | Catalyst of conversion so2 in so3 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003122272/04A RU2242280C1 (en) | 2003-07-22 | 2003-07-22 | Sulfur dioxide-into-sulfur trioxide conversion catalyst |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2242280C1 true RU2242280C1 (en) | 2004-12-20 |
RU2003122272A RU2003122272A (en) | 2005-02-27 |
Family
ID=34388383
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003122272/04A RU2242280C1 (en) | 2003-07-22 | 2003-07-22 | Sulfur dioxide-into-sulfur trioxide conversion catalyst |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2242280C1 (en) |
UA (1) | UA76318C2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11642666B2 (en) | 2018-03-07 | 2023-05-09 | Basf Se | Shaped catalyst body in the form of tetralobes of uniform wall thickness |
-
2003
- 2003-07-22 RU RU2003122272/04A patent/RU2242280C1/en not_active IP Right Cessation
-
2004
- 2004-09-08 UA UA20040907361A patent/UA76318C2/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
UA76318C2 (en) | 2006-07-17 |
RU2003122272A (en) | 2005-02-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2070089C1 (en) | Catalyst for selective oxidation of sulfur compounds and method for selective oxidation of sulfur compounds to elemental sulfur | |
US20060135821A1 (en) | Catalysts for oxidation of methanol to formaldehyde | |
RU2003119163A (en) | ALUMINUM OXIDE HAVING A NEW POR STRUCTURE, METHOD OF ITS PRODUCTION AND A CATALYST PRODUCED ON ITS BASIS | |
CN105080617A (en) | Preparation method and application of alumina carrier | |
CN109179446A (en) | A kind of hollow nano H-type ZSM-5 molecular sieve and preparation method thereof | |
CN103357436B (en) | The preparations and applicatio of the silver catalyst of alumina support alkali treatment modifying, its load | |
RU2002132564A (en) | THE CARRIER OF THE CATALYST AND THE METAL CATALYST ON THE CARRIER, THE METHOD OF PRODUCING THEM AND APPLICATION OF THE CATALYST | |
US6080379A (en) | Alumina-based catalyst for the treatment of gases containing sulphur compounds, use of these catalysts for the treatment and processes for treatment of the said gases | |
RU2242280C1 (en) | Sulfur dioxide-into-sulfur trioxide conversion catalyst | |
CN107552042B (en) | Sheet manganese titanate coats attapulgite loaded CeO2Low temperature Photo-SCR denitrating catalyst and preparation method | |
EP0014052A1 (en) | Catalyst for the oxidation of sulfur dioxide to sulfur trioxide, processes for its preparation, and its use | |
WO2006033589A1 (en) | Catalyst for converting so2 into so3 | |
CN116003262B (en) | Synthesis method of N, N-dimethylaniline | |
RU2244590C1 (en) | So2-into-so3 conversion catalyst | |
CN103357440B (en) | Modification method of alumina carrier as well as preparation method and application of silver catalyst supported by alumina carrier | |
US2844523A (en) | Method of making catalysts | |
CN105080549B (en) | A kind of ethyl hexanol catalyst of octenal gas phase hydrogenation system 2 and preparation method thereof | |
JPS5823329B2 (en) | Seizouhouhou | |
WO2006033588A1 (en) | Catalyst for converting so2 into so3 | |
CN113877605B (en) | Catalyst for low-temperature oxidation of CO and preparation method thereof | |
CN108033462A (en) | A kind of multi-stage porous LTL molecular sieves and its synthetic method and application | |
RU2186620C1 (en) | Method of synthesis of catalyst for conversion of so2 to so3 | |
RU2134612C1 (en) | So2 _→ so3 conversion catalysts | |
SU1616688A1 (en) | Catalyst for conversion | |
CN108686712A (en) | Modified alpha-alumina supports and preparation method thereof and silver catalyst and application |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20070918 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120723 |