RU2594485C1 - Method of activating catalyst for producing fluorine-containing hydrocarbons - Google Patents
Method of activating catalyst for producing fluorine-containing hydrocarbons Download PDFInfo
- Publication number
- RU2594485C1 RU2594485C1 RU2015125244/04A RU2015125244A RU2594485C1 RU 2594485 C1 RU2594485 C1 RU 2594485C1 RU 2015125244/04 A RU2015125244/04 A RU 2015125244/04A RU 2015125244 A RU2015125244 A RU 2015125244A RU 2594485 C1 RU2594485 C1 RU 2594485C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- catalyst
- temperature
- vol
- chromium
- pressure
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области химической промышленности, к способу активации хромсодержащих катализаторов, которые могут использоваться в реакциях газофазного фторирования галогенированных углеводородов, в частности, в следующих процессах:The invention relates to the field of chemical industry, to a method for activating chromium-containing catalysts that can be used in gas-phase fluorination reactions of halogenated hydrocarbons, in particular, in the following processes:
- фторирование тетрахлорэтилена Cl2C=CCl2 в пентафторэтан CHF2-CF3;- fluorination of tetrachlorethylene Cl 2 C = CCl 2 into pentafluoroethane CHF 2 -CF 3 ;
- фторирование трихлорэтилена Cl2C=CHCl в 1,1,1,2-тетрафторэтан CH2F-CF3.- fluorination of trichlorethylene Cl 2 C = CHCl in 1,1,1,2-tetrafluoroethane CH 2 F-CF 3 .
Фторированные углеводороды, такие как пентафторэтан, обычно обозначаемый как R-125, и 1,1,1,2-тетрафторэтан, обозначаемый как R-134a, используются в качестве хладагентов, вспенивателей, аэрозольных препаратов, пропеллентов, чистящих средств и т.п. Использование полностью фторированных углеводородов является очень актуальной задачей, поскольку по сравнению с широко применяющимися в настоящее время хлоруглеводородами они оказывают меньшее разрушающее действие на озоновый слой.Fluorinated hydrocarbons such as pentafluoroethane, commonly referred to as R-125, and 1,1,1,2-tetrafluoroethane, referred to as R-134a, are used as refrigerants, blowing agents, aerosol preparations, propellants, cleaning agents, and the like. The use of fully fluorinated hydrocarbons is a very urgent task, since in comparison with the currently widely used chlorohydrocarbons, they have a less destructive effect on the ozone layer.
Известны способы фторирования галогенированных углеводородов, которые включают пропускание газообразной смеси фтористого водорода и галогенированных углеводородов через слой катализатора, основным каталитическим компонентом которого являются соединения хрома в виде оксидов, оксифторидов или фторидов, иногда в сочетании с промотирующими и стабилизирующими добавками соединений Al, Mg, Fe, Ni, Zn, Co и др. [«Промышленные фторорганические продукты». Справочник. С-Петербург, «Химия», 1996 г., стр. 65, 69. Kemnitz Е., Winfield J.M. II Advanced Inorganic Fluorides. 2000. P. 367].Known methods for the fluorination of halogenated hydrocarbons, which include passing a gaseous mixture of hydrogen fluoride and halogenated hydrocarbons through a catalyst bed, the main catalytic component of which are chromium compounds in the form of oxides, oxyfluorides or fluorides, sometimes in combination with promoting and stabilizing additives of Al, Mg, Fe, Ni, Zn, Co, etc. ["Industrial organofluorine products." Directory. St. Petersburg, Chemistry, 1996, p. 65, 69. Kemnitz E., Winfield J.M. II Advanced Inorganic Fluorides. 2000. P. 367].
Существуют различные способы приготовления и активации хромсодержащих катализаторов для фторирования хлорсодержащих органических соединений. Они включают получение прекурсоров, содержащих основные и вспомогательные каталитические компоненты в виде гидроксидов, оксидов, солей, и последующую активацию прекурсоров, т.е формирование активных центров катализатора при термической обработке в различных газовых средах, азоте, воздухе, водороде. Завершается активация при обработке продуктов прокаливания фторсодержащими соединениями: газообразным HF или содержащимися в катализируемой газовой смеси фторсодержащими галогенуглеводородами с образованием активных оксифторидов хрома.There are various methods for preparing and activating chromium-containing catalysts for fluorination of chlorine-containing organic compounds. They include the preparation of precursors containing the main and auxiliary catalytic components in the form of hydroxides, oxides, salts, and the subsequent activation of the precursors, i.e., the formation of active centers of the catalyst during heat treatment in various gaseous media, nitrogen, air, and hydrogen. Activation is completed during the treatment of calcination products with fluorine-containing compounds: gaseous HF or fluorine-containing halogenated hydrocarbons contained in the catalyzed gas mixture with the formation of active chromium oxyfluorides.
Высокая активность катализаторов на основе соединений хрома достигается, если при активации реализуются оптимальные условия перехода от гидроксидных или оксидных прекурсоров к оксифторидам - частично фторированным оксидам хрома, имеющим высокую удельную поверхность и содержащим фтор и кислород в активной форме.A high activity of catalysts based on chromium compounds is achieved if, upon activation, the optimal conditions for the transition from hydroxide or oxide precursors to oxyfluorides - partially fluorinated chromium oxides having a high specific surface and containing fluorine and oxygen in active form are realized.
Известны разнообразные способы активации исходных прекурсоров, варьированием условий проведения стадий активирующей термообработки. Так, известен способ получения 1,1,1,2-тетрафторэтана при взаимодействии 1,1,1-трифтор-2-хлорэтана с фторидом водорода в присутствии катализатора на основе оксида хрома [Пат. US №4158675. С07С 17/08, 19.01.1979]. Катализатор готовят осаждением гидроксида хрома аммиаком из водных растворов солей Cr(III). Затем пасту гидроксида хрома обрабатывают водяным паром при 50-180°С, сушат, таблетируют, прокаливают в воздухе или кислороде и фторируют в HF при 250-400°С в течение не менее 30 мин. Недостатком известного метода является недостаточная селективность.A variety of methods are known for activating the initial precursors by varying the conditions for the stages of activating heat treatment. Thus, a known method for producing 1,1,1,2-tetrafluoroethane by the interaction of 1,1,1-trifluoro-2-chloroethane with hydrogen fluoride in the presence of a catalyst based on chromium oxide [US Pat. US No. 4158675. С07С 17/08, 01/19/1979]. The catalyst is prepared by precipitating chromium hydroxide with ammonia from aqueous solutions of Cr (III) salts. Then the chromium hydroxide paste is treated with water vapor at 50-180 ° C, dried, tabletted, calcined in air or oxygen and fluorinated in HF at 250-400 ° C for at least 30 minutes. The disadvantage of this method is the lack of selectivity.
В Пат. US №5475167, С07С 17/08, 12.12.96 в процессе гидрофторирования хладона 124 до хладона 125 применяется Cr2O3, полученный пиролизом (NH4)2Cr2O7 и подвергнувшийся активации, состоящей в предварительной прокалке в одном из агентов, выбранных из СО, Н2, Н2О или их смеси. При предварительной активации водородом катализатор сначала прокаливают в токе азота при температуре 400°С около 8 ч, затем охлаждают до 175°С и обрабатывают при этой же температуре водородом в течение 1 ч. Затем катализатор подвергают активации в смеси азота и фтористого водорода при температуре 275°С. Активированный катализатор используют в процесс синтеза хладона R125 при температуре реакции от 275 до 400°С. Выход хладона 125 составил 67%.In Pat. US No. 5475167, С07С 17/08, 12.12.96, in the process of hydrofluorination of freon 124 to freon 125, Cr 2 O 3 obtained by pyrolysis of (NH 4 ) 2 Cr 2 O 7 and subjected to activation consisting in preliminary calcination in one of the agents is used, selected from CO, H 2 , H 2 O, or mixtures thereof. Upon preliminary activation with hydrogen, the catalyst is first calcined in a stream of nitrogen at a temperature of 400 ° C for about 8 hours, then it is cooled to 175 ° C and treated at the same temperature with hydrogen for 1 hour. Then, the catalyst is activated in a mixture of nitrogen and hydrogen fluoride at a temperature of 275 ° C. The activated catalyst is used in the synthesis of R125 freon at a reaction temperature of 275 to 400 ° C. The yield of HFC 125 was 67%.
Известен катализатор для получения фторуглеводородов, в частности пентафторэтана R-125, содержащий соединения Cr(III) и носитель - фторид магния, и дополнительно содержащий соединения Fe(III) и, необязательно, Zn(II) при следующем соотношении компонентов в пересчете на металлы, мас.%: Fe(III) 0.1-2.0, Zn(II) 0-2.0, Cr(III) 6.5-12.0, MgF - остальное [Пат. РФ №2179885, B01J 23/26, C07C 17/20, 27.02.2002]. Катализатор получают смешением заранее полученного MgF2 с водорастворимыми солями Cr(III), Fe(III), Zn(II) и экструзионной грануляцией полученной пасты. Для активации катализатор сначала сушат в азоте при 250°С, затем в реактор подают газообразный фтористый водород с расходом 0.1 кг/ч и поднимают температуру до 450°С. Подачу азота отключают и выдерживают катализатор в токе фтористого водорода в течение 0.5 ч. Реактор охлаждают в токе фтористого водорода до 375°С, устанавливают расход фтористого водорода, равный 98.5 г/ч, и подают перхлорэтилен в количестве 64 г/ч (мольное соотношение HF:C2Cl4=8,0:l), создавая избыточное давление в реакторе, равное 0.3 МПа. При этих условиях конверсия перхлорэтилена составила 84.1%. Недостатком известного катализатора является низкая активность и селективность при низких температурах ведения реакции.A known catalyst for producing fluorocarbons, in particular pentafluoroethane R-125, containing Cr (III) compounds and a carrier is magnesium fluoride, and additionally containing Fe (III) and optionally Zn (II) compounds in the following ratio of components in terms of metals, wt.%: Fe (III) 0.1-2.0, Zn (II) 0-2.0, Cr (III) 6.5-12.0, MgF - the rest [Pat. RF No. 2179885, B01J 23/26, C07C 17/20, 02.27.2002]. The catalyst is prepared by mixing preformed MgF 2 with water-soluble salts of Cr (III), Fe (III), Zn (II) and extrusion granulation of the resulting paste. To activate, the catalyst is first dried in nitrogen at 250 ° C, then gaseous hydrogen fluoride is fed into the reactor at a flow rate of 0.1 kg / h and the temperature is raised to 450 ° C. The nitrogen supply is turned off and the catalyst is kept in a stream of hydrogen fluoride for 0.5 h. The reactor is cooled in a stream of hydrogen fluoride to 375 ° C, the flow rate of hydrogen fluoride is set to 98.5 g / h, and perchlorethylene is supplied in an amount of 64 g / h (molar ratio HF : C 2 Cl 4 = 8.0: l), creating an overpressure in the reactor equal to 0.3 MPa. Under these conditions, the conversion of perchlorethylene was 84.1%. A disadvantage of the known catalyst is the low activity and selectivity at low reaction temperatures.
Известен процесс гидрофторирования галогенированных углеводородов в присутствии катализатора, включающего частично фторированный оксид хрома, имеющий величину удельной поверхности 170-300 м2/г [Пат. US №6300531. B01J 23/26, С07С 17/20, 09.10.2001]. Катализатор получают осаждением аммиаком из водных растворов солей Cr(III), сушат в воздухе при 70-300°С, гранулируют, прокаливают в азоте при температуре около 360-400°С в течение ~2 ч. Полученный продукт имеет Sуд=170-300 м2/г (предпочтительно 200-260 м2/г) атомное отношение О/Cr не более 3:1, предпочтительно от 2:1 до 2.3:1. Прокаленный катализатор подвергают активации в HF в интервале температур от 150 до 400°С, при которой нет конденсации воды и нет опасности кристаллизации оксида хрома на стадиях прокалки и фторирования вследствие перегрева катализатора в экзотермичном процессе кристаллизации α-Cr2O3 и фторирования оксида хрома. Наиболее активны частично фторированные оксиды хрома (оксифториды), поэтому фторирование проводят до сравнительно невысоких содержаний фтора (от 8 до 15 мас.%), верхний предел содержания фтора 48 мас.%. Но условия достижения таких степеней фторирования (давление, состав газа) не указываются.A known process for the hydrofluorination of halogenated hydrocarbons in the presence of a catalyst comprising partially fluorinated chromium oxide having a specific surface area of 170-300 m 2 / g [Pat. US No. 6300531. B01J 23/26, C07C 17/20, 09/10/2001]. The catalyst is obtained by ammonia precipitation from aqueous solutions of Cr (III) salts, dried in air at 70-300 ° C, granulated, calcined in nitrogen at a temperature of about 360-400 ° C for ~ 2 hours. The resulting product has S beats = 170- 300 m 2 / g (preferably 200-260 m 2 / g) atomic ratio O / Cr not more than 3: 1, preferably from 2: 1 to 2.3: 1. The calcined catalyst is activated in HF in the temperature range from 150 to 400 ° C, in which there is no condensation of water and there is no danger of crystallization of chromium oxide at the stages of calcination and fluorination due to overheating of the catalyst in the exothermic crystallization process of α-Cr 2 O 3 and fluorination of chromium oxide. Partially fluorinated chromium oxides (oxyfluorides) are most active, therefore, fluorination is carried out to relatively low fluorine contents (from 8 to 15 wt.%), The upper limit of fluorine content is 48 wt.%. But the conditions for achieving such degrees of fluorination (pressure, gas composition) are not indicated.
Недостатком известного способа является недостаточная воспроизводимость свойств катализатора, возможно из-за локальных перегревов при неконтролируемом экзотермичном процессе фторирования.The disadvantage of this method is the lack of reproducibility of the properties of the catalyst, possibly due to local overheating during an uncontrolled exothermic fluorination process.
Известен катализатор, способ его приготовления и активации и способ фторирования галогенированных углеводородов газообразным фтористым водородом, включающий оксид хрома (III) и соединение алюминия (III), содержание которого в пересчете на Al2O3 составляет от 2 до 15 мас.% [Пат. РФ №2322291. B01J 23/26, С07С 17/20, 20.04.2008], Катализатор готовят методом совместного осаждения гидроксидов хрома(III) и алюминия(III) из солей неорганических кислот хрома(III) и алюминия(III) и оснований с последующей фильтрацией, промывкой водой, сушкой на воздухе при 110-200°С и прокалкой смешанных гидроксидов алюминия и хрома в инертном газе азоте или аргоне при постепенном повышении температуры от комнатной до температуры 350±20°С со скоростью не более 100°С/ч с изотермическими выдержками в течение 2-8 ч при температурах 250±20°С, 300±20°С, 350±20°С. Прокаленный в азоте катализатор имеет удельную поверхность 130-300 м2/г, объем пор не менее 0,3 см3/г и мономодальное распределение пор по размерам в интервале 70-300Å.A known catalyst, a method for its preparation and activation, and a method for fluorination of halogenated hydrocarbons with gaseous hydrogen fluoride, including chromium oxide (III) and aluminum compound (III), the content of which in terms of Al 2 O 3 is from 2 to 15 wt.% [Pat. RF №2322291. B01J 23/26, С07С 17/20, 04/20/2008], The catalyst is prepared by the co-precipitation of chromium (III) and aluminum (III) hydroxides from inorganic salts of chromium (III) and aluminum (III) and bases, followed by filtration, washing water, drying in air at 110-200 ° С and calcination of mixed aluminum and chromium hydroxides in an inert nitrogen or argon gas with a gradual increase in temperature from room temperature to 350 ± 20 ° С at a rate of not more than 100 ° С / h with isothermal exposure during 2-8 hours at temperatures 250 ± 20 ° С, 300 ± 20 ° С, 350 ± 20 ° С. The catalyst calcined in nitrogen has a specific surface area of 130-300 m 2 / g, a pore volume of at least 0.3 cm 3 / g and a monomodal pore size distribution in the range of 70-300 Å.
Этап фторирующей активации ведут в газовых смесях, содержащих 15-25 об.% фтористого водорода и 85-75 об.% инертного газа, при температуре 330-350°С и давлении 0.10±0.02 МПа, при этом фторированный катализатор имеет величину удельной поверхности не менее 60 м2/г.The stage of fluorinating activation is carried out in gas mixtures containing 15-25 vol.% Hydrogen fluoride and 85-75 vol.% Inert gas at a temperature of 330-350 ° C and a pressure of 0.10 ± 0.02 MPa, while the fluorinated catalyst has a specific surface area of less than 60 m 2 / g.
Недостатком известного способа активации является присутствие значительного количества остаточной воды из-за неполной дегидратации прекурсора в выбранном интервале температур прокаливания в азоте - 330-350°С. В условиях каталитической реакции возможно выделение остаточной воды в газовую фазу, что в присутствии фтористого водорода способствует коррозионной активности газовой смеси.A disadvantage of the known activation method is the presence of a significant amount of residual water due to incomplete dehydration of the precursor in the selected range of temperatures of calcination in nitrogen - 330-350 ° C. Under the conditions of a catalytic reaction, it is possible to release residual water into the gas phase, which in the presence of hydrogen fluoride contributes to the corrosivity of the gas mixture.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ, описанный [Пат. РФ №2449832 «Способ активации катализатора для получения фторсодержащих углеводородов». B01J 23/26, B01J 21/0, С07С 17/20. 10.05.2012].Closest to the proposed invention is the method described [Pat. RF №2449832 "The method of activation of the catalyst for producing fluorine-containing hydrocarbons." B01J 23/26, B01J 21/0, C07C 17/20. 05/10/2012].
Описан способ активации хромсодержащего катализатора фторирования галогенированных углеводородов, включающего оксид хрома (III) и соединение алюминия (III), содержание которого в пересчете на Al2O3 составляет 2-15 мас.%, дополнительно содержащего соединения металлов Me, выбранных из группы, включающей или железо, или никель, или кобальт, или цинк, или медь, или магний, или их любую смесь в количестве 0.1-1.5 мас.% в пересчете на оксиды. Процесс активации проводят в четыре стадии, включающие: а) сушку катализатора в потоке азота при температуре 100-200°С и атмосферном давлении; б) обработку катализатора дифторхлорметаном (R-22) при температуре 300-370°С и атмосферном давлении; в) обработку катализатора смесью фторида водорода с азотом при температуре 340-370°С при атмосферном давлении, с постепенным увеличением концентрации фторида водорода в смеси с азотом до 100 мол. %; г) обработку катализатора фторидом водорода при температуре 340-370°С и давлении до 0.4 МПа. В результате достигается сокращение общего времени проведения активации, избежание локальных перегревов в зерне катализатора, что приводит к хорошей воспроизводимости активности.A method for activating a chromium-containing catalyst for fluorination of halogenated hydrocarbons is described, including chromium (III) oxide and an aluminum (III) compound, the content of which in terms of Al 2 O 3 is 2-15 wt.%, Additionally containing Me metal compounds selected from the group including or iron, or nickel, or cobalt, or zinc, or copper, or magnesium, or any mixture thereof in an amount of 0.1-1.5 wt.% in terms of oxides. The activation process is carried out in four stages, including: a) drying the catalyst in a stream of nitrogen at a temperature of 100-200 ° C and atmospheric pressure; b) treating the catalyst with difluorochloromethane (R-22) at a temperature of 300-370 ° C and atmospheric pressure; c) treating the catalyst with a mixture of hydrogen fluoride with nitrogen at a temperature of 340-370 ° C at atmospheric pressure, with a gradual increase in the concentration of hydrogen fluoride in a mixture with nitrogen to 100 mol. %; g) treatment of the catalyst with hydrogen fluoride at a temperature of 340-370 ° C and a pressure of up to 0.4 MPa. The result is a reduction in the total time of activation, avoiding local overheating in the catalyst grain, which leads to good reproducibility of activity.
Недостатком известного метода является низкая активность в области низких температур каталитического гидрофторирования (280-380°С). В то же время известно, что низкие температуры проведения каталитического гидрофторирования галогенуглеводородов позволяют уменьшить протекание нежелательных побочных процессов, в том числе и коксования, а также уменьшить энергозатраты на проведение процесса.The disadvantage of this method is the low activity in the low temperature region of catalytic hydrofluorination (280-380 ° C). At the same time, it is known that low temperatures for the catalytic hydrofluorination of halogenated hydrocarbons can reduce the occurrence of undesirable side processes, including coking, as well as reduce energy costs for the process.
Эффективными методами улучшения физико-химических, а следовательно, и каталитических свойств катализаторов гидрофторирования галогенуглеводородов являются оптимизация состава катализатора и способа его активации.Effective methods for improving the physicochemical and, consequently, catalytic properties of hydrofluorination catalysts of halocarbons are optimization of the composition of the catalyst and the method of its activation.
Изобретение решает задачу увеличения низкотемпературной активности и селективности хромсодержащего катализатора для газофазного гидрофторирования галогенированных углеводородов, в частности, в процессах фторирования перхлорэтилена Cl2C=CCl2 в пентафторэтан CHF2-CF3 (R-125), и 1,1,1-трифторхлорэтана (R-133а) в 1,1,1,2-тетрафторэтан CH2F-CF3 (R-134a).The invention solves the problem of increasing the low-temperature activity and selectivity of a chromium-containing catalyst for the gas-phase hydrofluorination of halogenated hydrocarbons, in particular, in the fluorination of perchlorethylene Cl 2 C = CCl 2 into pentafluoroethane CHF 2 -CF 3 (R-125), and 1,1,1-trifluorochloroethane (R-133a) in 1,1,1,2-tetrafluoroethane CH 2 F-CF 3 (R-134a).
Задача решается тем, что в способе фторирования галогенированных углеводородов газообразным фтористым водородом используют катализатор, включающий соединения хрома (III), количество которых в пересчете на Cr2O3 составляет 98-85 мас.%, и соединения алюминия (III), количество которых в пересчете на Al2O3 составляет 2-15 мас.%, дополнительно содержащий соединения металлов (Me), выбранных из группы, включающей или железо, или никель, или кобальт, или цинк, или магний, или их любую смесь в количестве от 0.1-1.5 мас.% в пересчете на оксиды, который после предлагаемого способа активации имеет удельную поверхность не менее 60 м2/г. На поверхности катализатора атомное отношение кислорода к хрому составляет О/Cr=0.4-1.5, атомное отношение фтора к хрому F/Cr=1.3-2.8. Такие соотношения свидетельствуют об образовании на поверхности активированного катализатора оксифторидов с общей формулой CrOxFy (x=0.6-1.5, y=1.3-2.8), которые согласно нашим и литературным данным являются наиболее активными соединениями хромовых катализаторов гидрофторирования хлорорганических соединений. Меньшие соотношения F/Cr свидетельствуют о недостаточном фторировании исходного оксида хрома на стадии предварительной фторирующей активации. Большие отношения свидетельствуют о возможности образования неактивного грубодисперсного CrF3.The problem is solved in that in the method of fluorination of halogenated hydrocarbons with gaseous hydrogen fluoride, a catalyst is used comprising chromium (III) compounds, the amount of which in terms of Cr 2 O 3 is 98-85 wt.%, And aluminum (III) compounds, the amount of which in in terms of Al 2 O 3 is 2-15 wt.%, additionally containing metal compounds (Me) selected from the group comprising either iron, or nickel, or cobalt, or zinc, or magnesium, or any mixture thereof in an amount of from 0.1 -1.5 wt.% In terms of oxides, which after My activation method has a specific surface area of at least 60 m 2 / g. On the surface of the catalyst, the atomic ratio of oxygen to chromium is O / Cr = 0.4-1.5, and the atomic ratio of fluorine to chromium is F / Cr = 1.3-2.8. Such ratios indicate the formation on the surface of the activated catalyst of oxyfluorides with the general formula CrO x F y (x = 0.6-1.5, y = 1.3-2.8), which, according to our and published data, are the most active compounds of chromium catalysts for the hydrofluorination of organochlorine compounds. Smaller F / Cr ratios indicate insufficient fluorination of the starting chromium oxide at the stage of preliminary fluorinating activation. Large relationships indicate the possibility of the formation of inactive coarsely dispersed CrF 3 .
Задача решается также за счет того, что предлагается способ активации, т.е. условия перехода от гидроксидных и оксидных предшественников к активным оксифторидам хрома. Предлагаемый способ активации включает 7 последовательных стадий и условия их проведения:The problem is also solved due to the fact that the proposed activation method, i.e. conditions for the transition from hydroxide and oxide precursors to active chromium oxyfluorides. The proposed activation method includes 7 consecutive stages and the conditions for their implementation:
I. Сушку катализатора в потоке воздуха при температуре 70-200°С,I. Drying the catalyst in a stream of air at a temperature of 70-200 ° C,
предпочтительно 110-150°С, и атмосферном давлении (0.10±0.02 МПа).preferably 110-150 ° C, and atmospheric pressure (0.10 ± 0.02 MPa).
II. Прокалку катализатора в потоке инертного газа, такого как азот, аргон, гелий, при температуре 450-500°С, предпочтительно 470-480°С, и атмосферном давлении.II. Calcination of the catalyst in an inert gas stream, such as nitrogen, argon, helium, at a temperature of 450-500 ° C, preferably 470-480 ° C, and atmospheric pressure.
III. Прокалку катализатора в потоке воздуха при температуре 290-340°С, предпочтительно 300-330°С, и атмосферном давлении.III. Calcination of the catalyst in an air stream at a temperature of 290-340 ° C, preferably 300-330 ° C, and atmospheric pressure.
IV. Прокалку катализатора в газовой смеси 15-25 об.% фтористого водорода и 85-75 об.% азота, предпочтительно 20 об.% HF, 80 об.% N2, при температуре 120-130°С и давлении 0.1±0.02 МПа.IV. Calcination of the catalyst in a gas mixture of 15-25 vol.% Hydrogen fluoride and 85-75 vol.% Nitrogen, preferably 20 vol.% HF, 80 vol.% N 2 , at a temperature of 120-130 ° C and a pressure of 0.1 ± 0.02 MPa.
V. Ступенчатое увеличение температуры от 120-130°С до 330-350°С, предпочтительно до 340-350°C, с шагом 20÷25°С и выдержкой на каждой ступени в течение 15-20 мин в газовой смеси 20 об.% HF, 80 об.% N2 при давлении 0.1±0.02 МПа.V. A stepwise increase in temperature from 120-130 ° C to 330-350 ° C, preferably up to 340-350 ° C, in increments of 20 ÷ 25 ° C and holding at each stage for 15-20 minutes in a 20% volume of gas mixture. % HF, 80 vol.% N 2 at a pressure of 0.1 ± 0.02 MPa.
VI. Ступенчатое увеличение концентрации фтористого водорода в HF-N2 газовой смеси от 20 до 100 об.% HF с шагом 20 об.% HF и выдержкой на каждой ступени в течение 15-20 мин при температуре 340-360°С, предпочтительно 340-350°С, и давлении 0.1±0.02 МПа.VI. A stepwise increase in the concentration of hydrogen fluoride in the HF-N 2 gas mixture from 20 to 100 vol.% HF with a step of 20 vol.% HF and exposure at each stage for 15-20 minutes at a temperature of 340-360 ° C, preferably 340-350 ° С, and pressure 0.1 ± 0.02 MPa.
VII. Увеличение температуры до 370-380°С и ступенчатое увеличение давления HF от 0.1 до 0.4 МПа с шагом 0.1 МПа с выдержкой на каждой ступени в течение 15-20 мин.VII. An increase in temperature to 370-380 ° C and a stepwise increase in HF pressure from 0.1 to 0.4 MPa in increments of 0.1 MPa with exposure at each stage for 15-20 minutes.
Задача решается также за счет заявляемых свойств продуктов, получаемых на стадиях II, III и VII:The problem is also solved by the claimed properties of the products obtained in stages II, III and VII:
после II стадии активации содержание воды в продукте составляет 2.5-3.5 мас%,after stage II activation, the water content in the product is 2.5-3.5 wt%,
после II стадии активации величина удельной поверхности составляет не менее 200 м2/г.after stage II of activation, the specific surface area is at least 200 m 2 / g.
после III стадии активации величина удельной поверхности продукта составляет не менее 150 м2/г и на поверхности продукта атомное соотношение О/Cr составляет 1.8-2.0.after stage III of activation, the specific surface area of the product is at least 150 m 2 / g and the atomic O / Cr ratio on the surface of the product is 1.8-2.0.
после VII стадии активации величина удельной поверхности продукта составляет не менее 60 м /г и на поверхности катализатора атомное отношение кислорода к хрому составляет О/Cr=0.6-1.5, атомное отношение фтора к хрому F/Cr=1.3-2.8.after the VII stage of activation, the specific surface area of the product is at least 60 m / g and on the catalyst surface the atomic ratio of oxygen to chromium is O / Cr = 0.6-1.5, the atomic ratio of fluorine to chromium F / Cr = 1.3-2.8.
Технический результат - увеличение низкотемпературной активности катализатора за счет образования высокодисперсных оксифторидов хрома с общей формулой CrOxFy (х=0.6-1.5, y=1.3-2.8).The technical result is an increase in the low-temperature activity of the catalyst due to the formation of finely dispersed chromium oxyfluorides with the general formula CrO x F y (x = 0.6-1.5, y = 1.3-2.8).
Заявляемые свойства катализатора достигаются благодаря способу проведения каждой стадии и свойствами продуктов, после стадий II, III, VII. Так, в продукте, получаемом после I и II стадии активации (сушка в потоке воздуха при температуре 70-200°С и атмосферном давлении 0,10±0,02 МПа и прокалка в азоте при температуре 470-480°С и атмосферном давлении 0,10±0,02 МПа), образуется рентгеноаморфный, высокодисперсный оксид Cr(III), содержащий 2.5-3.5 мас.% воды, что не повышает коррозионную активность газовой смеси.The claimed properties of the catalyst are achieved due to the method of each stage and the properties of the products after stages II, III, VII. So, in the product obtained after stage I and II of activation (drying in an air stream at a temperature of 70-200 ° C and atmospheric pressure 0.10 ± 0.02 MPa and calcination in nitrogen at a temperature of 470-480 ° C and atmospheric pressure 0 , 10 ± 0.02 MPa), an X-ray amorphous, finely dispersed Cr (III) oxide is formed, containing 2.5-3.5 wt.% Water, which does not increase the corrosivity of the gas mixture.
На стадии III катализатор активируют прокалкой в окислительной среде (воздухе) при сравнительно низкой температуре 290-340°С, предпочтительно 300-330°С. Это приводит к образованию оксида хрома(III) со сверхстехиометрическим кислородом (атомное отношение 0/Cr~1.8-2.0), который при контакте с фторсодержащими газами способен образовывать высокоактивные оксифториды. Это происходит при предварительной фторирующей активации на стадиях IV-VII. При этом существенную роль играют свойства оксидных продуктов, полученных на предыдущих стадиях: дисперсность, состояние кислорода (степень окисленности и наличие нестехиометрического кислорода) в оксидных продуктах, полученных на предыдущих стадиях.In stage III, the catalyst is activated by calcining in an oxidizing medium (air) at a relatively low temperature of 290-340 ° C, preferably 300-330 ° C. This leads to the formation of chromium (III) oxide with superstoichiometric oxygen (atomic ratio 0 / Cr ~ 1.8-2.0), which, upon contact with fluorine-containing gases, is capable of forming highly active oxyfluorides. This occurs with preliminary fluorinating activation in stages IV-VII. In this case, the properties of oxide products obtained in the previous stages play an important role: dispersity, oxygen state (oxidation state and the presence of non-stoichiometric oxygen) in oxide products obtained in the previous stages.
Кроме того, существенную роль играют условия проведения стадий фторирования оксидных прекурсоров на стадиях IV-VII. Известно, что фторирование оксидов - высокоэкзотермичный процесс, способный приводить к локальным перегревам, снижению удельной поверхности и глубокому фторированию оксида хрома с образованием грубодисперсных стехиометрических фторидов CrF3. Чтобы избежать этого, заявлены условия постепенного поэтапного фторирования на стадиях IV-VII с контролируемой температурой процесса, концентрацией HF в смеси HF+N2 и скоростью подачи газовой смеси.In addition, the conditions for carrying out the stages of fluorination of oxide precursors at stages IV-VII play a significant role. It is known that fluorination of oxides is a highly exothermic process that can lead to local overheating, lower specific surface area and deep fluorination of chromium oxide with the formation of coarse stoichiometric fluorides CrF 3 . To avoid this, the conditions for gradual phased fluorination in stages IV-VII with a controlled process temperature, the concentration of HF in a mixture of HF + N 2 and the feed rate of the gas mixture are declared.
На начальном этапе фторирования оксида хрома (стадия IV) проводят осторожную прокалку оксидного прекурсора в газовой смеси, содержащей 15-25 об.% фтористого водорода и 85-75 об.% инертного газа, предпочтительно 20 об.% HF, 80 об.% N2, при сравнительно низкой температуре 120-130°С и давлении 0.1±0.02 МПаAt the initial stage of chromium oxide fluorination (stage IV), the oxide precursor is carefully calcined in a gas mixture containing 15–25 vol% hydrogen fluoride and 85–75 vol% inert gas, preferably 20 vol% HF, 80 vol% N 2 , at a relatively low temperature of 120-130 ° C and a pressure of 0.1 ± 0.02 MPa
На стадии V проводят ступенчатое увеличение температуры от 120-130°С до 330-350°С, предпочтительно до 340-350°C, с шагом 20÷25°С и выдержкой на каждой ступени в течение 15-20 мин в газовой смеси 20 об.% HF, 80 об.% N2 при давлении 0.1±0.02 МПа.At stage V, a stepwise increase in temperature is carried out from 120-130 ° C to 330-350 ° C, preferably up to 340-350 ° C, in increments of 20 ÷ 25 ° C and holding at each stage for 15-20 minutes in a gas mixture 20 vol.% HF, 80 vol.% N 2 at a pressure of 0.1 ± 0.02 MPa.
На стадии VI проводят ступенчатое увеличение концентрации фтористого водорода в HF-N2 газовой смеси от 20 до 100 об.% HF с шагом 20 об.% HF и выдержкой на каждой ступени в течение 15-20 мин при температуре 340-360°С, предпочтительно 340-350°С, и давлении 0.1±0.02 МПа.At stage VI, a stepwise increase in the concentration of hydrogen fluoride in the HF-N 2 gas mixture is carried out from 20 to 100 vol.% HF with a step of 20 vol.% HF and exposure at each stage for 15-20 minutes at a temperature of 340-360 ° C, preferably 340-350 ° C, and a pressure of 0.1 ± 0.02 MPa.
На стадии VII проводят увеличение температуры до 380-390°С и ступенчатое увеличение давления HF до 0.1 до 0.4 МПа с шагом 0.1 МПа и выдержкой на каждой ступени в течение 15-20 мин.At stage VII, an increase in temperature is carried out to 380-390 ° C and a stepwise increase in pressure HF to 0.1 to 0.4 MPa with a step of 0.1 MPa and exposure at each stage for 15-20 minutes.
Заявляемые условия фторирующих этапов активации предотвращают перегревы и дезактивацию катализатора. Катализатор, получаемый после VII стадии активации, имеет величину удельной поверхности не менее 60 м2/г. На поверхности атомное отношение кислорода к хрому составляет О/Cr=0.6-1.5, атомное отношение фтора к хрому на F/Cr=1.3-2.8. Константа скорости реакции гидрофторирования перхлорэтилена составляет 1.5-1.6 с-1.The claimed conditions of the fluorinating stages of activation prevent overheating and deactivation of the catalyst. The catalyst obtained after the VII stage of activation has a specific surface area of at least 60 m 2 / g. On the surface, the atomic ratio of oxygen to chromium is O / Cr = 0.6-1.5, the atomic ratio of fluorine to chromium is F / Cr = 1.3-2.8. The rate constant of the hydrofluorination reaction of perchlorethylene is 1.5-1.6 s -1 .
Методы-исследованияResearch Methods
Величину удельной поверхности (Sуд, м2/г) определяют методом БЭТ по тепловой десорбции аргона.The specific surface area (S beats , m 2 / g) is determined by the BET method by thermal desorption of argon.
Содержание (мас.%) хрома, алюминия, железа, никеля, кобальта, цинка и магния в образцах определяют методом атомно-эмиссионной спектроскопии с ионизационно связанной плазмой (АЭС ИСП) на атомно-эмиссионном спектрометре фирмы "Baird")The content (wt.%) Of chromium, aluminum, iron, nickel, cobalt, zinc and magnesium in the samples is determined by atomic emission spectroscopy with ionization-coupled plasma (ICP AES) on a Baird atomic emission spectrometer)
Содержания Cr, F, О и атомные отношения О/Cr и F/Cr на поверхности хромсодержащего оксидного прекурсора после стадии III и готового катализатора после VII стадии активации определяют методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС). В соответствии с литературными данными положение и интенсивность фотоэлектронных линий позволяет идентифицировать качественный и количественный состав поверхности образцов хромсодержащих катализаторов [L. Kolditz, G. Kauschka, W. Schmidt, Z. Anorg. Allg. Chem., 434, (1977) 41. D. Bechadergue, M. Blanchard, P. Canesson. Appl. Catal. 20 (1986) 179-187].The contents of Cr, F, O and the atomic ratios O / Cr and F / Cr on the surface of the chromium-containing oxide precursor after stage III and the finished catalyst after stage VII of activation are determined by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). In accordance with published data, the position and intensity of photoelectron lines makes it possible to identify the qualitative and quantitative composition of the surface of samples of chromium-containing catalysts [L. Kolditz, G. Kauschka, W. Schmidt, Z. Anorg. Allg. Chem., 434, (1977) 41. D. Bechadergue, M. Blanchard, P. Canesson. Appl. Catal. 20 (1986) 179-187].
Перед съемкой образцы размалывают и наносят на индиевую подложку. Съемку спектров производят на РФЭ-спектрометре KRATOS ES 300 фирмы Kratos Analytical (Великобритания). Съемку спектров ведут в режиме работы рентгеновской трубки 15 kV × 13 mA, что соответствует рассеиваемой мощности рентгеновского излучения 195 W. В качестве первичного излучения используют Kα-линия алюминия с энергией фотонов 1486.6 eV. Для определения качественного химического состава и наличия примесей были сняты обзорные спектры образцов в диапазоне энергий связи 0-1250 eV с шагом по энергии 1 eV, при постоянной энергии пропускания анализатора HV=50.Before shooting, the samples are ground and applied to an indium substrate. Spectra were taken on a KRATOS ES 300 X-ray spectrometer from Kratos Analytical (Great Britain). Spectra are taken in the operating mode of the x-ray tube 15 kV × 13 mA, which corresponds to the dissipated power of the x-ray radiation 195 W. As the primary radiation using K α -line of aluminum with a photon energy of 1486.6 eV. To determine the qualitative chemical composition and the presence of impurities, survey spectra of samples were taken in the range of binding energies of 0-1250 eV with an energy step of 1 eV, with a constant analyzer transmittance HV = 50.
Для определения количественного химического состава и электронных состояний индивидуальных элементов были сняты прецизионные спектры основных фотоэлектронных линий индивидуальных элементов с шагом по энергии связи 0.1 eV, при постоянной энергии пропускания анализатора HV=25. Спектры были выкоплены для усреднения шумов и повышения точности. В качестве стандарта калибровки использовалась Cls-линия углерод, энергия связи которой принималась равной 284,8 эВ.To determine the quantitative chemical composition and electronic states of individual elements, the precision spectra of the main photoelectron lines of individual elements were taken with a binding energy step of 0.1 eV, with a constant transmission energy of the analyzer HV = 25. The spectra were excavated to averag the noise and increase accuracy. The Cls line carbon was used as the calibration standard, the binding energy of which was taken equal to 284.8 eV.
Дальнейшая обработка спектров производилась с использованием специального программного обеспечения WinCalc.Further processing of the spectra was carried out using special WinCalc software.
Из спектров линии Cr2p, характеризующей состояние хрома на поверхности (чертеж), видно, что хром представлен в основном двумя состояниями. Низкоэнергетическое состояние с энергией связи линии Cr2p, равной 576,9-577,2 в литературе относят к хрому, связанному с кислородом. Состояние с энергией связи 578,9-579,4 относится к хрому, связанному с фтором. Положение и интенсивность этих линий позволяют оценить соотношение 0:Cr и F:Cr на поверхности оксидных и фторированных катализаторов (чертеж и таблица 1).From the spectra of the Cr2p line characterizing the state of chromium on the surface (drawing), it can be seen that chromium is represented mainly by two states. The low-energy state with a binding energy of the Cr2p line equal to 576.9-577.2 is referred to in the literature as chromium bound to oxygen. A state with a binding energy of 578.9-579.4 relates to chromium bound to fluorine. The position and intensity of these lines make it possible to estimate the ratio 0: Cr and F: Cr on the surface of oxide and fluorinated catalysts (drawing and table 1).
Каталитическую активность образцов катализаторов определяют на проточной установке с неподвижным слоем катализатора в кинетической области (размер зерна 0,25-0,5 мм). Измерение каталитической активности в реакции фторирования тетрахлорэтилена в R-125 проводят при следующих условиях: температура 320°С, давление 0,4 МПа, мольное соотношение HF/тетрахлорэтилен 10/1÷20/1, время контакта 0,2÷2 с. Об активности катализатора в реакции фторирования тертахлорэтилена судят по константе скорости превращения первого порядка. K=-ln(1-Х)/τ, где X - степень превращения тетрахлорэтилена (мольные доли) при времени контакта τ.The catalytic activity of the catalyst samples is determined on a flow-through installation with a fixed catalyst bed in the kinetic region (grain size 0.25-0.5 mm). The catalytic activity in the fluorination reaction of tetrachlorethylene in R-125 is measured under the following conditions: temperature 320 ° C, pressure 0.4 MPa, molar ratio HF / tetrachlorethylene 10/1 ÷ 20/1, contact time 0.2 ÷ 2 s. The activity of the catalyst in the fluorination reaction of tertachlorethylene is judged by the rate constant of the first order conversion. K = -ln (1-X) / τ, where X is the degree of conversion of tetrachlorethylene (mole fractions) at contact time τ.
Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами, где описаны способы активации катализатора согласно заявляемому методу активации (примеры 1, 2, 3, 4), а также способы активации за пределами заявляемых интервалов (сравнительные примеры 5, 6, 7).The invention is illustrated by the following examples, which describe methods of activation of the catalyst according to the claimed activation method (examples 1, 2, 3, 4), as well as activation methods outside of the claimed intervals (comparative examples 5, 6, 7).
Физико-химические и каталитические свойства образцов по примерам 1-7 приведены в таблице 2.Physico-chemical and catalytic properties of the samples according to examples 1-7 are shown in table 2.
Пример 1Example 1
Описывает получение катализатора, в котором содержание алюминия (III) в пересчете на оксид составляет 5 мас.% Al2O3, а содержание хрома(III) в пересчете на оксид составляет 95 мас.% Cr2O3.Describes the preparation of a catalyst in which the content of aluminum (III) in terms of oxide is 5 wt.% Al 2 O 3 and the content of chromium (III) in terms of oxide is 95 wt.% Cr 2 O 3 .
Готовят 1 л раствора смешанных хлоридов Al(III) и Cr(III) с концентрацией 3,0 г Al2O3/л и 57 г Cr2O3/л и 1,3 л раствора аммиака с концентрацией 6.5%.Prepare 1 l of a solution of mixed chlorides of Al (III) and Cr (III) with a concentration of 3.0 g of Al 2 O 3 / l and 57 g of Cr 2 O 3 / l and 1.3 l of a solution of ammonia with a concentration of 6.5%.
В реактор емкостью 2,5-3 л наливают 200 мл/воды, нагревают до 70±5°С и при перемешивании одновременно добавляют раствор смешанных хлоридов Al(III) и Cr(III) со скоростью W=20 мл/мин и раствор аммиака со скоростью, обеспечивающей постоянную величину рН 7.0±0.2. По окончании осаждения осадок оставляют стареть при температуре и рН осаждения в течение 1 ч, затем фильтруют и отмывают водой до отсутствия ионов Cl- в промывной жидкости (качественная реакция с AgCl) и сушат. Высушенный осадок размалывают в порошок с размером зерен <0.1 мм. К порошку добавляют 0,5% раствор полиэтиленоксида (ПЭО) в количестве, обеспечивающем влажность пасты 45%, смешивают до образования пластичной пасты, формуют экструзионным методом в цилиндрические гранулы диаметром 5 мм.200 ml / water is poured into a reactor with a capacity of 2.5-3 l, heated to 70 ± 5 ° C and, with stirring, a solution of mixed Al (III) and Cr (III) chlorides is simultaneously added at a rate of W = 20 ml / min and an ammonia solution at a rate that provides a constant pH of 7.0 ± 0.2. At the end of the precipitation, the precipitate is allowed to age at a temperature and a precipitation pH of 1 h, then it is filtered and washed with water until there are no Cl - ions in the washing liquid (qualitative reaction with AgCl) and dried. The dried precipitate is ground to a powder with a grain size <0.1 mm. A 0.5% solution of polyethylene oxide (PEO) is added to the powder in an amount providing a paste moisture of 45%, mixed until a plastic paste is formed, and extruded into cylindrical granules with a diameter of 5 mm.
Полученные гранулы катализатора активируют следующим образом.The obtained catalyst granules are activated as follows.
Сушат на воздухе при 70-250°С и атмосферном давлении в течение времени не ниже 5 ч (I стадия активации).It is dried in air at 70-250 ° C and atmospheric pressure for at least 5 hours (stage I activation).
Высушенные гранулы прокаливают в потоке азота при 470-480°С и атмосферном давлении. Содержание воды в продукте составляет 2.5-3.5 мас.%, величина удельной поверхности продукта составляет не менее 200 м2/г (II стадия активации).The dried granules are calcined in a stream of nitrogen at 470-480 ° C and atmospheric pressure. The water content in the product is 2.5-3.5 wt.%, The specific surface area of the product is not less than 200 m 2 / g (stage II activation).
На III стадии активации образец прокаливают в потоке воздуха при температуре 290-340°С и атмосферном давлении в течение 4 ч. Величина удельной поверхности продукта составляет не менее 150 м2/г, и на поверхности атомное соотношение О/Cr составляет 1.8-2.0.At stage III of activation, the sample is calcined in an air stream at a temperature of 290-340 ° C and atmospheric pressure for 4 hours. The specific surface area of the product is at least 150 m 2 / g, and the atomic O / Cr ratio on the surface is 1.8-2.0.
Далее катализатор подвергают фторирующей активации в газообразной смеси N2+HF в следующих условиях:Next, the catalyst is subjected to fluorination activation in a gaseous mixture of N 2 + HF under the following conditions:
Стадия IV - прокалка в газовой смеси 15-25 об.% HF + 85-75 об.% N2 при температуре 125±5°С и давлении 0.1±0,02 МПа. предпочтительно 20 об.% HF, 80 об.%N2.Stage IV - calcination in a gas mixture of 15-25 vol.% HF + 85-75 vol.% N 2 at a temperature of 125 ± 5 ° C and a pressure of 0.1 ± 0.02 MPa. preferably 20 vol.% HF, 80 vol.% N 2 .
Стадия V - увеличение температуры от 125±5°С до 340±5°С в ступенчатом режиме с шагом 20÷25°С и выдержкой на каждой ступени в течение 15-20 мин в газовой смеси 20 об.% HF + 80 об.% N2 при давлении 0.1±0.02 МПа.Stage V — temperature increase from 125 ± 5 ° С to 340 ± 5 ° С in step mode with a step of 20 ÷ 25 ° С and holding at each stage for 15-20 minutes in a gas mixture of 20 vol.% HF + 80 vol. % N 2 at a pressure of 0.1 ± 0.02 MPa.
Стадия VI - увеличение концентрации фтористого водорода в газовой смеси HF-N2 от 20 до 100 об.% HF в ступенчатом режиме с шагом 20 об.% HF и выдержка на каждой ступени в течение 15-20 мин при температуре 350±5°С и давлении 0.1±0.02 МПа.Stage VI - an increase in the concentration of hydrogen fluoride in the gas mixture of HF-N 2 from 20 to 100 vol.% HF in step mode with a step of 20 vol.% HF and exposure at each stage for 15-20 minutes at a temperature of 350 ± 5 ° C and pressure 0.1 ± 0.02 MPa.
Стадия VII - увеличение температуры до 375±5°С и в ступенчатом режиме увеличение давления HF от 0.1 до 0.4±0,02 МПа с шагом 0.1 МПа с выдержкой на каждой ступени в течение 15-20 мин.Stage VII - an increase in temperature to 375 ± 5 ° C and, in stepwise mode, an increase in pressure HF from 0.1 to 0.4 ± 0.02 MPa in increments of 0.1 MPa with holding at each stage for 15-20 minutes.
Фторированный катализатор имеет величину удельной поверхности 60 м2/г (таблица 2). Рассчитанное из данных РФЭС атомное соотношение фтора и кислорода к хрому на поверхности образца составляет F/Cr=1.3, O/Cr=1.5. Это свидетельствует о наличии на поверхности образца оксифторида с общей формулой CrO1.5F13 The fluorinated catalyst has a specific surface area of 60 m 2 / g (table 2). The atomic ratio of fluorine and oxygen to chromium calculated from the XPS data on the sample surface is F / Cr = 1.3, O / Cr = 1.5. This indicates the presence on the surface of the sample of oxyfluoride with the general formula CrO 1.5 F 13
Катализатор испытывают в реакции фторирования тетрахлорэтилена при мольном соотношении HF/тетрахлорэтилен 11/1, давлении Р=0.4 МПа, Т=280-370°С, времени контакта 0.58-2.51 с. Свойства катализатора и результаты испытания активности приведены в таблице 2. После фторирующей активации величина удельной поверхности 60 м2/г. Атомное соотношение O/Cr=1.5/1, F/Cr=1.3/1. Активность катализатора, выраженная как константа скорости расходования тетрахлорэтилена первого порядка, при температуре 320°С составляет 1.6 с-1. Селективность по сумме (R-125 + промежуточные продукты) в условиях испытания активности составляет 96,9-100 мол.%. Образования R-115 не было обнаружено даже при 100% конверсии тетрахлорэтилена.The catalyst was tested in the fluorination reaction of tetrachlorethylene at a molar ratio of HF / tetrachlorethylene of 11/1, pressure Р = 0.4 MPa, Т = 280-370 ° С, contact time 0.58-2.51 s. The properties of the catalyst and the results of the activity test are shown in table 2. After fluorinating activation, the specific surface area is 60 m 2 / g. The atomic ratio O / Cr = 1.5 / 1, F / Cr = 1.3 / 1. The activity of the catalyst, expressed as the rate constant of the consumption of tetrachlorethylene of the first order, at a temperature of 320 ° C is 1.6 s -1 . The selectivity by the sum (R-125 + intermediate products) under the conditions of the activity test is 96.9-100 mol.%. R-115 formation was not detected even at 100% tetrachlorethylene conversion.
Пример 2Example 2
Аналогичен примеру 1, отличающийся тем, что катализатор включает соединения хрома (III), количество которого в пересчете на Cr2O3 составляет 91 мас.%, и соединения алюминия (III), количество которых в пересчете на Al2O3 составляет 8 мас.%, в качестве дополнительных соединений содержит, мас.%: 0.3 Fe2O3, 0.2 MgO, 0.2 ZnO, 0.2 Co2O3, 0.1 NiO.Similar to example 1, characterized in that the catalyst includes chromium (III) compounds, the amount of which in terms of Cr 2 O 3 is 91 wt.%, And aluminum (III) compounds, the amount of which in terms of Al 2 O 3 is 8 wt. wt.%, as additional compounds contains, wt.%: 0.3 Fe 2 O 3 , 0.2 MgO, 0.2 ZnO, 0.2 Co 2 O 3 , 0.1 NiO.
После фторирующей активации величина удельной поверхности 62 м2/г. Атомное соотношение O/Cr=0.7/l, F/Cr=2.0/1. Активность катализатора при 320°С, выраженная как константа скорости расходования тетрахлорэтилена первого порядка, составляет 1.5 с1.After fluorinating activation, the specific surface area is 62 m 2 / g. The atomic ratio O / Cr = 0.7 / l, F / Cr = 2.0 / 1. The activity of the catalyst at 320 ° C, expressed as a rate constant for the consumption of first order tetrachlorethylene, is 1.5 s 1 .
Пример 3Example 3
Аналогичен примеру 1, отличающийся тем, что катализатор включает соединения хрома (III), количество которого в пересчете на Cr2O3 составляет 97 мас.%, и соединения алюминия (III), количество которых в пересчете на Al2O3 составляет 2.8 мас.%, в качестве дополнительного соединения содержит Fe2O3 0.2 мас%.Similar to example 1, characterized in that the catalyst includes chromium (III) compounds, the amount of which in terms of Cr 2 O 3 is 97 wt.%, And aluminum (III) compounds, the amount of which in terms of Al 2 O 3 is 2.8 wt. %, as an additional compound contains Fe 2 O 3 0.2 wt%.
После фторирующей активации величина удельной поверхности 62 м2/г. Атомное соотношение О/Cr=0.8/1, F/Cr=2.8/1. Константа скорости реакции фторирования перхлорэтилена при 320°С составляет 1.5 с-1.After fluorinating activation, the specific surface area is 62 m 2 / g. The atomic ratio O / Cr = 0.8 / 1, F / Cr = 2.8 / 1. The constant of the reaction rate of fluorination of perchlorethylene at 320 ° C is 1.5 s -1 .
Пример 4Example 4
Аналогичен примеру 1, отличающийся тем, что катализатор включает соединения хрома (III), количество которого в пересчете на Cr2O3 составляет 87 мас.%, и соединения алюминия (III), количество которых в пересчете на Al2O3 составляет 13 мас.%.Similar to example 1, characterized in that the catalyst comprises chromium (III) compounds, the amount of which in terms of Cr 2 O 3 is 87 wt.%, And aluminum (III) compounds, the amount of which in terms of Al 2 O 3 is 13 wt. .%.
Стадии активации проводят аналогично примеру 1.The activation stage is carried out analogously to example 1.
После фторирующей активации величина удельной поверхности 64 м2/г. Атомное соотношение О/Cr=1.0/1.0, F/Cr=1.7/1. Константа скорости реакции фторирования перхлорэтилена при 320°С составляет 1.6 с-1.After fluorinating activation, the specific surface area is 64 m 2 / g. The atomic ratio O / Cr = 1.0 / 1.0, F / Cr = 1.7 / 1. The constant of the reaction rate of fluorination of perchlorethylene at 320 ° C is 1.6 s -1 .
Пример 5 (сравнительный)Example 5 (comparative)
Аналогичен примеру 1, отличается тем, что из набора последовательных стадий активации исключают стадию II - прокалка в потоке азота при 470°С. После сушки при 150°С в воздухе образец прокаливают в потоке воздуха при 330°С, затем проводят IV-VII стадии активации, аналогично примеру 1. После указанных условий прокалки в воздухе в образце сохраняется значительное количество остаточной воды (~9 мас.%), что ухудшает условия эксплуатации из-за коррозионной активности влажных смесей HF+N2. Кроме того, неполная дегидратация обусловливает сравнительно невысокую удельную поверхность после прокалки в воздухе Sуд=150-160 м2/г, а также пониженную поверхность после стадий фторирующей активации (Sуд=40 м2/г) и пониженную каталитическую активность при 320°С (К=1.2 с-1) из-за возможной блокировки активных центров молекулами воды.Similar to example 1, it differs in that stage II is excluded from the set of successive activation stages — calcination in a stream of nitrogen at 470 ° C. After drying at 150 ° C in air, the sample is calcined in a stream of air at 330 ° C, then stage IV-VII of activation is carried out, similarly to example 1. After the specified calcination conditions in air, a significant amount of residual water is retained in the sample (~ 9 wt%) , which worsens operating conditions due to the corrosion activity of wet mixtures of HF + N 2 . In addition, incomplete dehydration causes a relatively low specific surface area after calcination in air S beats = 150-160 m 2 / g, as well as a lower surface after the stages of fluorinating activation (S beats = 40 m 2 / g) and reduced catalytic activity at 320 ° C (K = 1.2 s -1 ) due to the possible blocking of active centers by water molecules.
Пример 6 (сравнительный)Example 6 (comparative)
Аналогичен примеру 1, отличается тем, что прокалку в потоке воздуха ведут при более высокой температуре (450°С). Это приводит к более полной дегидратации гидроксидных фаз (остаточное содержание воды 0.02 мас.%), но при этом происходит высокоэкзотермичная кристаллизация с образованием грубодисперсного α-Cr2O3 (Sуд~50 м2/г). Для такого продукта затруднено фторирование, и после этапов фторирующей активации соотношение F/Cr=1.0, а О/Cr=1.7. У фторированных катализаторов наблюдается низкая величина удельной поверхности (25 м2/г) и низкая каталитическая активность при 320°С (К=0.8 с-1).Similar to example 1, characterized in that the calcination in a stream of air is carried out at a higher temperature (450 ° C). This leads to a more complete dehydration of hydroxide phases (residual water content of 0.02 wt.%), But highly exothermic crystallization occurs with the formation of coarse α-Cr 2 O 3 (S beats ~ 50 m 2 / g). Fluorination is difficult for such a product, and after the stages of fluorinating activation the ratio is F / Cr = 1.0, and O / Cr = 1.7. Fluorinated catalysts exhibit a low specific surface area (25 m 2 / g) and low catalytic activity at 320 ° C (K = 0.8 s -1 ).
Пример 7. (сравнительный)Example 7. (comparative)
Аналогичен примеру 1, отличается тем, что из набора последовательных стадий активации исключают стадию III прокалка в потоке воздуха при 290-340°С. После прокалки в азоте при 470°С образец имеет поверхность 250 м2/г, содержание остаточной воды 2.5 мас% и соотношение О/Cr=1.5, что свидетельствует об образовании стехиометрического оксида Cr2O3. Далее его подвергают стадиям фторирующей активации (IV-VII) аналогично примеру 1. После стадии VII образец имеет Sуд=55 м2/г, отношение O:Cr=1.5, F:Cr=1.1, активность К=1.1 с-1.Similar to example 1, it differs in that stage III calcination in an air stream at 290-340 ° C is excluded from the set of successive activation stages. After calcining in nitrogen at 470 ° С, the sample has a surface of 250 m 2 / g, a residual water content of 2.5 wt%, and an O / Cr ratio of 1.5, which indicates the formation of a stoichiometric Cr 2 O 3 oxide. Then it is subjected to the stages of fluorinating activation (IV-VII) as in Example 1. After stage VII, the sample has S beats = 55 m 2 / g, ratio O: Cr = 1.5, F: Cr = 1.1, activity K = 1.1 s -1 .
Более низкую активность по сравнению с образцом примера 1 можно объяснить тем, что в отсутствие стадии низкотемпературной прокалки в окислительной среде не образуется легко подвижный нестехиометрический кислород, который при фторирующей активации дает частицы лабильного F-, участвующего в Cl-F обмене при каталитическом фторировании хлорсодержащих углеводородов.The lower activity compared to the sample of example 1 can be explained by the fact that in the absence of a low-temperature calcination step in an oxidizing medium, easily movable non-stoichiometric oxygen is formed, which upon fluorination activation gives particles of labile F - participating in Cl-F exchange during catalytic fluorination of chlorine-containing hydrocarbons .
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015125244/04A RU2594485C1 (en) | 2015-06-25 | 2015-06-25 | Method of activating catalyst for producing fluorine-containing hydrocarbons |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015125244/04A RU2594485C1 (en) | 2015-06-25 | 2015-06-25 | Method of activating catalyst for producing fluorine-containing hydrocarbons |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2594485C1 true RU2594485C1 (en) | 2016-08-20 |
Family
ID=56697082
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015125244/04A RU2594485C1 (en) | 2015-06-25 | 2015-06-25 | Method of activating catalyst for producing fluorine-containing hydrocarbons |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2594485C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5494873A (en) * | 1993-09-07 | 1996-02-27 | Showa Denko K.K. | Chromium-based fluorination catalyst, process for producing the catalyst, and fluorination process using the catalyst |
US6300531B1 (en) * | 1991-05-24 | 2001-10-09 | Daikin Industries, Ltd. | Fluorination catalyst and process for fluorinating halogenated hydrocarbon |
RU2322291C1 (en) * | 2007-03-12 | 2008-04-20 | Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук | Catalyst, method of preparation and activation thereof, and halogenated hydrocarbon fluorination process |
RU2402378C1 (en) * | 2009-07-13 | 2010-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "РНЦ "Прикладная химия" | Catalyst, preparation method thereof and method of fluorinating halogenated hydrocarbons |
RU2449832C2 (en) * | 2009-10-27 | 2012-05-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "РНЦ "Прикладная химия" | Method of activating catalyst for producing fluorine-containing hydrocarbons |
-
2015
- 2015-06-25 RU RU2015125244/04A patent/RU2594485C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6300531B1 (en) * | 1991-05-24 | 2001-10-09 | Daikin Industries, Ltd. | Fluorination catalyst and process for fluorinating halogenated hydrocarbon |
US5494873A (en) * | 1993-09-07 | 1996-02-27 | Showa Denko K.K. | Chromium-based fluorination catalyst, process for producing the catalyst, and fluorination process using the catalyst |
RU2322291C1 (en) * | 2007-03-12 | 2008-04-20 | Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук | Catalyst, method of preparation and activation thereof, and halogenated hydrocarbon fluorination process |
RU2402378C1 (en) * | 2009-07-13 | 2010-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "РНЦ "Прикладная химия" | Catalyst, preparation method thereof and method of fluorinating halogenated hydrocarbons |
RU2449832C2 (en) * | 2009-10-27 | 2012-05-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "РНЦ "Прикладная химия" | Method of activating catalyst for producing fluorine-containing hydrocarbons |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10189757B2 (en) | Chromia based fluorination catalyst | |
JP5133500B2 (en) | Cobalt substituted chromium oxide compositions, their preparation, and their use as catalysts and catalyst precursors | |
KR101107952B1 (en) | Chromium oxide compositions containing zinc, their preparation, and their use as catalysts and catalyst precursors | |
CN104428273B (en) | Method for manufacturing Fluorine containing olefine | |
JP7132378B2 (en) | Catalyst and process for producing fluorinated hydrocarbons using this catalyst | |
WO1999031032A1 (en) | Process for the preparation of pentafluoroethane, fluorination catalysts and process for the preparation thereof | |
JP6756909B2 (en) | The catalyst and the process for producing fluorinated hydrocarbons using this catalyst | |
WO2007019356A2 (en) | Copper-substituted chromium oxide compositions, their preparation, and their use as catalysts and catalyst precursors | |
JP2012501827A (en) | Catalyst and method of using the catalyst | |
RU2402378C1 (en) | Catalyst, preparation method thereof and method of fluorinating halogenated hydrocarbons | |
CN106748626B (en) | Method for synthesizing trans-1-chloro-3, 3, 3-trifluoropropene and preparation of catalyst thereof | |
RU2322291C1 (en) | Catalyst, method of preparation and activation thereof, and halogenated hydrocarbon fluorination process | |
RU2594485C1 (en) | Method of activating catalyst for producing fluorine-containing hydrocarbons | |
JP3558385B2 (en) | Chromium-based fluorination catalyst and fluorination method | |
JP2022518445A (en) | Methods for activating chromia catalysts | |
Tavčar et al. | High surface area chromium (III) fluoride–Preparation and some properties | |
JP2996598B2 (en) | Chromium-based fluorination catalyst, its production method and fluorination method | |
RU2431524C1 (en) | Catalyst, method of its preparation and method of fluorinating halogenated hydrocarbons | |
WO2009060221A1 (en) | Method for the preparation of 2 chloro 1,1,1,2,3,3,3 heptafluoropropane | |
CN107213889B (en) | Preparation of molybdenum-base and tungsten-base fluorine-chlorine exchange catalyst by blending method | |
Patil | Nanoscopic metal fluoride based novel solid catalysts |