RU2747561C1 - Catalyst for synthesis of formic acid and method for production thereof (variants) - Google Patents

Catalyst for synthesis of formic acid and method for production thereof (variants) Download PDF

Info

Publication number
RU2747561C1
RU2747561C1 RU2020113938A RU2020113938A RU2747561C1 RU 2747561 C1 RU2747561 C1 RU 2747561C1 RU 2020113938 A RU2020113938 A RU 2020113938A RU 2020113938 A RU2020113938 A RU 2020113938A RU 2747561 C1 RU2747561 C1 RU 2747561C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
catalyst
compound
alkaline earth
oxide
vanadium
Prior art date
Application number
RU2020113938A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Наиля Самильевна Сакаева
Ольга Анатольевна Климова
Original Assignee
Акционерное общество "Специальное конструкторско-технологическое бюро "Катализатор"
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 Акционерное общество "Специальное конструкторско-технологическое бюро "Катализатор" filed Critical Акционерное общество "Специальное конструкторско-технологическое бюро "Катализатор"
Priority to RU2020113938A priority Critical patent/RU2747561C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2747561C1 publication Critical patent/RU2747561C1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/06Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
    • B01J21/063Titanium; Oxides or hydroxides thereof
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/06Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
    • B01J21/08Silica
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/02Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the alkali- or alkaline earth metals or beryllium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/16Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • B01J23/20Vanadium, niobium or tantalum
    • B01J23/22Vanadium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J27/00Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
    • B01J27/02Sulfur, selenium or tellurium; Compounds thereof
    • B01J27/053Sulfates
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/0009Use of binding agents; Moulding; Pressing; Powdering; Granulating; Addition of materials ameliorating the mechanical properties of the product catalyst
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/0009Use of binding agents; Moulding; Pressing; Powdering; Granulating; Addition of materials ameliorating the mechanical properties of the product catalyst
    • B01J37/0063Granulating
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/0201Impregnation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/04Mixing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/08Heat treatment
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/16Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation
    • C07C51/21Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen
    • C07C51/23Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen of oxygen-containing groups to carboxyl groups
    • C07C51/235Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen of oxygen-containing groups to carboxyl groups of —CHO groups or primary alcohol groups
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C53/00Saturated compounds having only one carboxyl group bound to an acyclic carbon atom or hydrogen
    • C07C53/02Formic acid

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention can be used in production of formic acid by gas-phase oxidation of formaldehyde with oxygen. The catalyst for synthesis of formic acid has the following composition, % wt.: vanadium oxide (V) 4.0 to 25.0; alkaline earth metal oxide 0.5 to 5.0; alkaline earth metal sulfate 0.5 to 7.0; the rest silicon oxide 0.5 to 10.0; titanium oxide (IV). Methods of preparation of the described catalyst are proposed.
EFFECT: inventions allow to synthesize a catalyst for production of formic acid exhibiting stable activity, selectivity, strength at high temperatures in the presence of water vapor.
13 cl, 3 tbl, 4 ex

Description

Изобретение относится к оксидным ванадий-титановым катализаторам, используемым для получения муравьиной кислоты газофазным окислением формальдегида кислородом.The invention relates to oxide vanadium-titanium catalysts used to obtain formic acid by gas-phase oxidation of formaldehyde with oxygen.

Муравьиная кислота является ценным химическим продуктом, нашедшим применение в органическом синтезе (пентаэритрит, аспаргам и др.), синтезе формиатов различных металлов. Муравьиная кислота используется в сельском хозяйстве в качестве консерванта при заготовке кормов, а также в текстильной промышленности, при нанесении гальванических покрытий, в производстве смол, лаков и стекла.Formic acid is a valuable chemical product that has found application in organic synthesis (pentaerythritol, asparagam, etc.), the synthesis of formates of various metals. Formic acid is used in agriculture as a preservative in the preparation of feed, as well as in the textile industry, in the application of electroplating, in the production of resins, varnishes and glass.

Основным промышленным способом получения муравьиной кислоты является взаимодействие монооксида углерода с гидроксидом натрия. Процесс осуществляется в две стадии: на первой стадии монооксид углерода под давлением 0,6-0,8 МПа пропускают через нагретый до 120-130°C гидроксид натрия; на второй стадии проводят обработку формиата натрия серной кислотой и вакуумную перегонку продукта. Процесс является многостадийным и экологически не эффективным.The main industrial method for producing formic acid is the interaction of carbon monoxide with sodium hydroxide. The process is carried out in two stages: at the first stage, carbon monoxide under a pressure of 0.6-0.8 MPa is passed through sodium hydroxide heated to 120-130 ° C; in the second stage, sodium formate is treated with sulfuric acid and the product is vacuum distilled. The process is multi-stage and not environmentally efficient.

Альтернативой многостадийному методу синтеза муравьиной кислоты является каталитическое гетерогенное газофазное окисление формальдегида.An alternative to the multistage method for the synthesis of formic acid is the catalytic heterogeneous gas-phase oxidation of formaldehyde.

Разработан новый способ синтеза муравьиной кислоты прямым окислением формальдегида кислородом воздуха при температурах 120-180°C в присутствии оксидно ванадий-титановых катализаторов (Катализ в промышленности, 2013, №5, с. 16-23). В качестве сырья по этой технологии можно использовать реакционные газы процесса окисления метанола на железо-молибденовом катализаторе, когда из метанола синтезируют формальдегид, а затем и муравьиную кислоту. В отличие от жидкофазных, газофазный каталитический метод получения муравьиной кислоты имеет ряд преимуществ: простоту технологической схемы с минимальным числом стадий; экологическую безопасность; низкую себестоимость конечного продукта; низкие капитальные вложения.A new method for the synthesis of formic acid by direct oxidation of formaldehyde with atmospheric oxygen at temperatures of 120-180 ° C in the presence of vanadium-titanium oxide catalysts has been developed (Catalysis in Industry, 2013, No. 5, pp. 16-23). As a raw material for this technology, you can use the reaction gases of the oxidation of methanol on an iron-molybdenum catalyst, when formaldehyde is synthesized from methanol, and then formic acid. In contrast to liquid-phase, the gas-phase catalytic method for producing formic acid has a number of advantages: simplicity of the technological scheme with a minimum number of stages; environmental safety; low cost of the final product; low capital investment.

Окисление формальдегида до муравьиной кислоты протекает по реакции:Oxidation of formaldehyde to formic acid proceeds according to the reaction:

НСНО+0,5О2=НСООН.НСНО + 0.5О 2 = НСООН.

Побочными являются реакции:Side reactions are:

НСООН=СО+H2O,HCOOH = CO + H 2 O,

НСООН+0,5О2=CO2+H2O,HCOOH + 0.5O 2 = CO 2 + H 2 O,

НСНО+O2=CO2+H2O.НСНО + O 2 = CO 2 + H 2 O.

При поступлении на ванадий-титановый катализатор недопревращенного на первой стадии метанола, на второй стадии может образовываться также метилформиат:When methanol unconverted in the first stage enters the vanadium-titanium catalyst, methyl formate can also be formed in the second stage:

СН3ОН+НСООН=НСООСН3+H2O.CH 3 OH + HCOOH = HCOOCH 3 + H 2 O.

Процесс окисления муравьиной кислоты кислородом является высоко экзотермичным и требует отведения тепла. Для обеспечения высокой селективности работы катализатора процесс проводят в узком температурном диапазоне 120-140°C.The oxidation of formic acid with oxygen is highly exothermic and requires heat removal. To ensure high selectivity of the catalyst, the process is carried out in a narrow temperature range of 120-140 ° C.

Таким образом, процесс эксплуатации катализатора для получения муравьиной кислоты путем газофазного окисления формальдегида кислородом протекает в гидротермальных условиях, что свидетельствует о необходимости использования катализаторов, демонстрирующих стабильные активность, селективность и физико-химические показатели в гидротермальных условиях (при повышенных температурах при воздействии паро-газовой смеси).Thus, the process of operating a catalyst for the production of formic acid by gas-phase oxidation of formaldehyde with oxygen proceeds under hydrothermal conditions, which indicates the need to use catalysts demonstrating stable activity, selectivity, and physicochemical parameters under hydrothermal conditions (at elevated temperatures under the action of a vapor-gas mixture ).

Актуальной задачей является разработка новых эффективных катализаторов для получения муравьиной кислоты путем газофазного окисления формальдегида кислородом для промышленного производства муравьиной кислоты.An urgent task is the development of new effective catalysts for the production of formic acid by gas-phase oxidation of formaldehyde with oxygen for the industrial production of formic acid.

Известны два типа ванадий-титановых катализаторов для получения муравьиной кислоты путем газофазного окисления формальдегида кислородом - нанесенного и замесного типа.There are two types of vanadium-titanium catalysts for the production of formic acid by gas-phase oxidation of formaldehyde with oxygen - the applied and batch type.

Катализаторы замесного типа содержат оксид титана и оксид ванадия в широких пределах от 7,0 до 50,0 мас. %, а также модифицирующие соединения: один или несколько оксидов металлов из IV группы и V периода Периодической таблицы с суммарным весовым содержанием оксидов модифицирующих металлов в пределах 0,1-10,0 мас. %, преимущественно в пределах 0,1-3,0 мас. %. (патент RU 2356624, МПК B01J 23/22; B01J 21/06; B01J 23/16; С07С 53/02, опубл. 27.05.2009), и имеют форму гранул с одним или несколькими сквозными отверстиями и эквивалентный диаметр гранул, определяемый как 6V/S, где V - объем гранулы катализатора, S - площадь наружной поверхности гранулы катализатора, находится в интервале 2,0-3,9 мм, преимущественно 2,4-3,5 мм. (патент RU 2356625, МПК B01J 23/22; B01J 21/06; B01J 23/16; С07С 53/02, опубл. 27.05.2009).The batch type catalysts contain titanium oxide and vanadium oxide in a wide range from 7.0 to 50.0 wt. %, as well as modifying compounds: one or more metal oxides from group IV and period V of the Periodic Table with the total weight content of modifying metal oxides in the range of 0.1-10.0 wt. %, mainly in the range of 0.1-3.0 wt. %. (patent RU 2356624, IPC B01J 23/22; B01J 21/06; B01J 23/16; C07C 53/02, publ. 27.05.2009), and have the form of granules with one or more through holes and the equivalent diameter of the granules, defined as 6V / S, where V is the volume of the catalyst granule, S is the outer surface area of the catalyst granule, is in the range of 2.0-3.9 mm, preferably 2.4-3.5 mm. (patent RU 2356625, IPC B01J 23/22; B01J 21/06; B01J 23/16; C07C 53/02, publ. 27.05.2009).

Известен катализатор нанесенного типа на основе оксидов ванадия и титана для получения муравьиной кислоты путем газофазного окисления формальдегида кислородом (патент RU 2356626, МПК B01J 23/22; B01J 21/06; B01J 23/16; С07С 53/02; В82В 1/00, опубл. 27.05.2009), содержащий, преимущественно частицы VOx наноструктурного размера в виде монослойного покрытия поверхности оксида титана, содержание кристаллической фазы оксида ванадия составляет не более 20 мас. %, преимущественно - не более 8,0 мас. % от общего его содержания.Known catalyst of the supported type based on vanadium and titanium oxides for the production of formic acid by gas-phase oxidation of formaldehyde with oxygen (patent RU 2356626, IPC B01J 23/22; B01J 21/06; B01J 23/16; С07С 53/02; В82В 1/00, publ. 27.05.2009), containing mainly nanostructured VO x particles in the form of a monolayer coating of the titanium oxide surface, the content of the crystalline phase of vanadium oxide is no more than 20 wt. %, mainly - not more than 8.0 wt. % of its total content.

Недостатком катализаторов является низкая механическая прочность.The disadvantage of catalysts is their low mechanical strength.

Известен катализатор для получения формальдегида и метилформиата путем одностадийного селективного окисления метанола (патент CN 106890652, МПК B01J 27/053; С07С 41/50; С07С 43/30; С07С 67/40; С07С 69/06, опубл. 27.06.2017), содержащий 10-20 мас. % ванадийсодержащего сырья, 55-65 мас. % титансодержащего сырья и 15-35 мас. % серной кислоты. Катализатор обеспечивает высокую скорость конверсии метанола, высокую селективность, длительный срок службы и низкую чувствительность к температурным колебаниям.Known catalyst for the production of formaldehyde and methyl formate by one-stage selective oxidation of methanol (patent CN 106890652, IPC B01J 27/053; С07С 41/50; С07С 43/30; С07С 67/40; С07С 69/06, publ. 27.06.2017), containing 10-20 wt. % vanadium-containing raw materials, 55-65 wt. % titanium-containing raw materials and 15-35 wt. % sulfuric acid. The catalyst provides a high conversion rate of methanol, high selectivity, long service life and low sensitivity to temperature fluctuations.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является катализатор для получения муравьиной кислоты путем газофазного окисления формальдегида кислородом замесного типа и способ его приготовления (патент RU 2235586, МПК B01J 23/22; B01J 21/06; B01J 23/02; С07С 53/02, опубл. 10.09.2004), который включает оксиды ванадия в количестве 10,0-25,0 мас. %, титана и дополнительно содержит модифицирующее соединение в виде одного или нескольких оксидов щелочноземельного металла в количестве 0,5-10,0 мас. %, имеет удельную поверхность 100-250 м2/г.The closest in technical essence to the proposed technical solution is a catalyst for the production of formic acid by gas-phase oxidation of formaldehyde with mixed oxygen and a method for its preparation (patent RU 2235586, IPC B01J 23/22; B01J 21/06; B01J 23/02; С07С 53 / 02, publ. 09/10/2004), which includes vanadium oxides in an amount of 10.0-25.0 wt. %, titanium and additionally contains a modifying compound in the form of one or more oxides of an alkaline earth metal in an amount of 0.5-10.0 wt. %, has a specific surface area of 100-250 m 2 / g.

Наиболее близким к заявляемому способу получения катализатора нанесенного типа является способ приготовления ванадий-титановых катализаторов (патент RU 2356626, МПК B01J 23/22; B01J 21/06; B01J 23/16; С07С 53/02; В82В 1/00, опубл. 27.05.2009), в котором в качестве исходного соединения ванадия используют раствор оксалата ванадила, который готовят растворением ванадия в щавелевой кислоте, в качестве исходного соединения титана - оксид титана, гидрогель или ксерогель диоксида титана аморфный или кристаллический со структурой анатаза.Closest to the claimed method for producing a supported catalyst is a method for preparing vanadium-titanium catalysts (patent RU 2356626, IPC B01J 23/22; B01J 21/06; B01J 23/16; С07С 53/02; В82В 1/00, publ. 27.05 .2009), in which a vanadium oxalate solution is used as the starting vanadium compound, which is prepared by dissolving vanadium in oxalic acid, as the starting titanium compound is titanium oxide, an amorphous or crystalline titanium dioxide hydrogel or xerogel with an anatase structure.

Во всех приведенных аналогах не решена проблема гидротермической устойчивости катализаторов, хотя процесс получения муравьиной кислоты протекает в гидротермальных условиях при температуре 120-140°C и содержании паров воды 10-15 об. %. Такая неустойчивость приводит к ухудшению характеристик катализаторов в условиях их эксплуатации. Таким образом, в настоящее время существует потребность в катализаторах для получения муравьиной кислоты с повышенной гидротермической стабильностью.In all the above analogs, the problem of the hydrothermal stability of catalysts has not been solved, although the process of obtaining formic acid proceeds under hydrothermal conditions at a temperature of 120-140 ° C and a water vapor content of 10-15 vol. %. This instability leads to a deterioration in the performance of catalysts under their operating conditions. Thus, there is a current need for catalysts for producing formic acid with improved hydrothermal stability.

Задачей изобретения является разработка гидротермически стабильного катализатора для получения муравьиной кислоты газофазным окислением формальдегида кислородом с сохранением высокой прочности и активности катализатора, и способа его получения.The objective of the invention is to develop a hydrothermally stable catalyst for the production of formic acid by gas-phase oxidation of formaldehyde with oxygen while maintaining high strength and activity of the catalyst, and a method for its production.

Поставленная задача решается с помощью катализатора для получения муравьиной кислоты путем окисления формальдегида, включающего оксиды ванадия, титана и щелочноземельных металлов. Катализатор дополнительно содержит модифицирующее соединение - сульфат, по крайней мере, одного щелочноземельного металла, оксид кремния и имеет следующий состав, мас. %:The problem is solved with the help of a catalyst for the production of formic acid by oxidation of formaldehyde, including oxides of vanadium, titanium and alkaline earth metals. The catalyst additionally contains a modifying compound - sulfate of at least one alkaline earth metal, silicon oxide and has the following composition, wt. %:

Оксид ванадия (V)Vanadium (V) oxide 4,0-25,0 4.0-25.0 Оксид щелочноземельного металлаAlkaline earth metal oxide 0,5-5,0 0.5-5.0 Сульфат щелочноземельного металлаAlkaline earth metal sulfate 0,5-7,0 0.5-7.0 Оксид кремнияSilicon oxide 0,5-10,0 0.5-10.0 Оксид титана (IV)Titanium (IV) oxide остальное rest

Предпочтительно катализатор дополнительно содержит оксид церия в количестве 0,3-3,0 мас. %.Preferably, the catalyst additionally contains cerium oxide in an amount of 0.3-3.0 wt. %.

Предпочтительно в качестве соединений щелочноземельных металлов катализатор содержит соединения кальция.Preferably, the catalyst contains calcium compounds as alkaline earth metal compounds.

Предпочтительно катализатор содержит сульфат кальция преимущественно в орторомбической модификации.Preferably, the catalyst contains calcium sulfate predominantly in the orthorhombic modification.

Предпочтительно в качестве соединений титана катализатор содержит оксид титана анатазной модификации с размером кристаллита 9-20 нм.Preferably, the catalyst contains titanium oxide of anatase modification with a crystallite size of 9-20 nm as titanium compounds.

Предпочтительно катализатор имеет поверхность 40-250 м2/г, суммарный объем пор 0,25-0,40 см3/г, средний диаметр пор 9-17 нм, прочность 3,5-5,5 МПа.Preferably, the catalyst has a surface area of 40-250 m 2 / g, a total pore volume of 0.25-0.40 cm 3 / g, an average pore diameter of 9-17 nm, and a strength of 3.5-5.5 MPa.

Предпочтительно гранулы катализатора имеют форму сплошных цилиндров.Preferably, the catalyst granules are in the form of solid cylinders.

Поставленная задача также решается с помощью способа приготовления катализатора для получения муравьиной кислоты, включающего смешение соединения ванадия, по крайней мере, одного соединения щелочноземельного металла, модифицирующего соединения и диоксида титана, формование экструзией, сушку, термообработку. При смешении компонентов дополнительно вводят модифицирующее соединение, по крайней мере, одного сульфата щелочноземельного металла, или серную кислоту, или используют гидратированный сульфатированный диоксид титана в смеси с диоксидом титана в соотношении 1:(1-3) и соединение кремния, добавляют в полученную смесь компонентов пластифицирующую добавку, полученную катализаторную массу подвергают обработке при температуре 65-95°C в течение 1-3 часов, затем высушивают до влажности 15-20%, формуют, сушат и прокаливают при температуре 300-520°C.The problem is also solved using a method for preparing a catalyst for producing formic acid, including mixing a vanadium compound, at least one alkaline earth metal compound, a modifying compound and titanium dioxide, extrusion molding, drying, heat treatment. When mixing the components, a modifying compound of at least one alkaline earth metal sulfate or sulfuric acid is additionally introduced, or hydrated sulfated titanium dioxide is used in a mixture with titanium dioxide in a ratio of 1: (1-3) and a silicon compound is added to the resulting mixture of components plasticizing additive, the resulting catalyst mass is processed at a temperature of 65-95 ° C for 1-3 hours, then dried to a moisture content of 15-20%, molded, dried and calcined at a temperature of 300-520 ° C.

Предпочтительно в качестве соединения ванадия используют пентаоксид ванадия, предварительно механоактивированный.Preferably, vanadium pentoxide, previously mechanically activated, is used as the vanadium compound.

Предпочтительно в качестве модифицирующего соединения дополнительно используют соединение церия.Preferably, a cerium compound is additionally used as the modifying compound.

Предпочтительно в качестве модифицирующего соединения кремния используют оксид кремния или силикат кальция.Preferably, silicon oxide or calcium silicate is used as the modifying silicon compound.

Предпочтительно в качестве пластифицирующей добавки используют поливиниловый спирт или уротропин, или полиэтиленгликоли, или глицерин.Preferably, polyvinyl alcohol or urotropine or polyethylene glycols or glycerin is used as a plasticizing additive.

Поставленная задача также решается с помощью способа приготовления катализатора для получения муравьиной кислоты, включающего пропитку раствором солей ванадия носителя на основе оксида титана, включающего, по крайней мере, одно соединение щелочноземельного металла, и полученного путем формования экструзией, сушкой, прокаливанием. Для получения носителя к диоксиду титана добавляют соединение кремния, по крайней мере один сульфат щелочноземельного металла, или серную кислоту, или используют гидратированный сульфатированный диоксид титана в смеси с диоксидом титана в соотношении 1:(1-3), компоненты перемешивают при добавлении водного раствора пластифицирующей добавки, полученную катализаторную массу подвергают обработке при температуре 65-95°C в течение 1-3 часов, затем высушивают до влажности 15-20%, из образовавшейся смеси формуют гранулы, которые сушат при 90-150°C и прокаливают при температуре 300-560°C, полученный носитель пропитывают раствором солей ванадия с последующей сушкой при 90-150°C и прокаливают в токе воздуха при температуре 300-450°C.The problem is also solved by a method for preparing a catalyst for producing formic acid, including impregnating a support based on titanium oxide containing at least one alkaline earth metal compound with a solution of vanadium salts, and obtained by molding by extrusion, drying, calcining. To obtain a carrier, a silicon compound, at least one alkaline earth metal sulfate, or sulfuric acid is added to titanium dioxide, or hydrated sulfated titanium dioxide is used in a mixture with titanium dioxide in a ratio of 1: (1-3), the components are mixed by adding an aqueous solution of a plasticizing agent. additives, the obtained catalyst mass is processed at a temperature of 65-95 ° C for 1-3 hours, then dried to a moisture content of 15-20%, granules are formed from the resulting mixture, which are dried at 90-150 ° C and calcined at a temperature of 300- 560 ° C, the resulting support is impregnated with a solution of vanadium salts, followed by drying at 90-150 ° C and calcined in an air stream at a temperature of 300-450 ° C.

Техническим результатом является гидротермически стабильный катализатор для получения муравьиной кислоты газофазным окислением формальдегида кислородом с высокой прочностью, активностью и селективностью, и способ его получения. Катализатор обладает повышенной стабильностью в присутствии водяного пара. Повышенная гидротермальная стабильность способствует сохранению прочности, площади поверхности, пористости и/или размера пор катализатора при контактировании катализатора в условиях паро-газовой смеси.The technical result is a hydrothermally stable catalyst for the production of formic acid by gas-phase oxidation of formaldehyde with oxygen with high strength, activity and selectivity, and a method for its production. The catalyst has increased stability in the presence of steam. The increased hydrothermal stability helps to maintain the strength, surface area, porosity and / or pore size of the catalyst when the catalyst is contacted in a vapor / gas mixture.

Приготовление катализатора для получения муравьиной кислоты массивного (замесного) типа:Preparation of a catalyst for the production of bulk (batch) type formic acid:

1) В смеситель загружают соединение титана, соединение ванадия и модифицирующие соединения, представляющие собой одно или несколько соединений щелочноземельного металла, соединение кремния. Дополнительно могут быть введены соединения церия.1) The mixer is charged with a titanium compound, a vanadium compound and modifying compounds, which are one or more alkaline earth metal compounds, a silicon compound. Additionally, cerium compounds can be introduced.

В качестве соединения титана может быть использован гидратированный сульфатированный диоксид титана анатазной модификации, либо смесь диоксида титана (анатаз) с гидратированным сульфатированным оксидом титана (анатаз) при соотношении компонентов 1:(1-3), или с серной кислотой.As a titanium compound, hydrated sulfated titanium dioxide of the anatase modification, or a mixture of titanium dioxide (anatase) with hydrated sulfated titanium oxide (anatase) at a component ratio of 1: (1-3), or with sulfuric acid can be used.

В качестве предшественника оксида титана может быть использован гидратированный сульфатированный диоксид титана, под которым подразумевают соединение с общей формулой TiOx(SO4)y(OH)z⋅nH2O, где х, у, z, n - не являются целыми числами и изменяются в широких пределах в зависимости от технологии приготовления (Химия оксидных соединений титана, Свердловск, 1988, с. 49). Гидратированный сульфатированный диоксид титана получают путем обработки гидратированного диоксида титана подходящим сульфатирующим агентом, предпочтительно в результате обработки ильменитовых концентратов серной кислотой. В подготовленном сырье содержание сульфат-иона SO4 2- в отношении к TiO2 оптимально составляет 0,04-0,12. Кристаллографическая форма диоксида титана соответствует форме анатаза или смеси анатаза с аморфным диоксидом титана.As a precursor of titanium oxide, hydrated sulfated titanium dioxide can be used, which means a compound with the general formula TiO x (SO 4 ) y (OH) z ⋅nH 2 O, where x, y, z, n are not integers and vary widely depending on the preparation technology (Chemistry of oxide compounds of titanium, Sverdlovsk, 1988, p. 49). Hydrated sulphated titanium dioxide is obtained by treating hydrated titanium dioxide with a suitable sulphating agent, preferably by treating ilmenite concentrates with sulfuric acid. In the prepared raw material, the content of sulfate ion SO 4 2- in relation to TiO 2 is optimally 0.04-0.12. The crystallographic form of titanium dioxide corresponds to the form of anatase or a mixture of anatase with amorphous titanium dioxide.

Гидроксид титана может быть использован непосредственно в виде пасты гидрогеля после гидролиза и промывки или в виде порошка, полученного сушкой пасты гидрогеля при температуре не выше 150°C.Titanium hydroxide can be used directly in the form of a hydrogel paste after hydrolysis and washing, or in the form of a powder obtained by drying the hydrogel paste at a temperature not exceeding 150 ° C.

В качестве соединения ванадия могут быть использованы оксид ванадия (V), либо смесь оксида ванадия и его растворимых солей (оксалата ванадила, сульфата ванадила, мета-ванадата аммония).Vanadium (V) oxide, or a mixture of vanadium oxide and its soluble salts (vanadyl oxalate, vanadyl sulfate, ammonium meta-vanadate) can be used as a vanadium compound.

Предпочтительно порошок исходного оксида ванадия (V) с удельной поверхностью 2-5 м2/г и размером кристаллита 60-80 нм обрабатывают методом помола в шаровой мельнице в присутствии органических соединений (органических кислот, спиртов) в течение 3-12 ч с целью получения активированного оксида ванадия (V) с удельной поверхностью 7-25 м2/г и размером кристаллита менее 60 нм.Preferably, the powder of the starting vanadium (V) oxide with a specific surface area of 2-5 m 2 / g and a crystallite size of 60-80 nm is processed by grinding in a ball mill in the presence of organic compounds (organic acids, alcohols) for 3-12 hours in order to obtain activated vanadium (V) oxide with a specific surface area of 7-25 m 2 / g and a crystallite size of less than 60 nm.

В качестве соединения щелочноземельного металла могут быть использованы гидроксиды, оксиды, нитраты, сульфаты, силикаты, стеараты щелочноземельных металлов, либо их смеси.As an alkaline earth metal compound, hydroxides, oxides, nitrates, sulfates, silicates, stearates of alkaline earth metals, or mixtures thereof can be used.

В качестве исходного соединения кремния могут быть использованы порошки аморфного диоксида кремния, силикаты щелочноземельных металлов, предпочтительно силикат кальция.Amorphous silicon dioxide powders, alkaline earth metal silicates, preferably calcium silicate, can be used as the starting silicon compound.

2) Компоненты перемешивают до однородного пастообразного состояния в присутствии водного раствора пластифицирующей добавки.2) The components are mixed until a homogeneous pasty state in the presence of an aqueous solution of a plasticizing additive.

В качестве пластифицирующей добавки могут быть использованы поливиниловый спирт, уротропин, полиэтиленгликоли, глицерин. Использование пластифицирующих добавок обеспечивает пластичность массы при формовании.Polyvinyl alcohol, urotropin, polyethylene glycols, glycerin can be used as a plasticizing additive. The use of plasticizing additives ensures the plasticity of the mass during molding.

3) Полученную катализаторную массу подвергают обработке при температуре 65-95°C в течение 1-3 часов, затем высушивают до влажности 15-20%.3) The resulting catalyst mass is processed at a temperature of 65-95 ° C for 1-3 hours, then dried to a moisture content of 15-20%.

4) Полученную пасту экструдируют через фильеру с диаметром отверстий 3-5 мм, разрезают на гранулы в виде цилиндров длиной 4-6 мм.4) The resulting paste is extruded through a die with a hole diameter of 3-5 mm, cut into granules in the form of cylinders 4-6 mm long.

5) Полученные гранулы сушат при 90-150°C в течение 3-8 ч и прокаливают ступенчато в токе воздуха при температуре 300-520°C в течение 3-6 ч.5) The resulting granules are dried at 90-150 ° C for 3-8 hours and calcined stepwise in an air stream at a temperature of 300-520 ° C for 3-6 hours.

Готовый катализатор включает диоксид титана анатазной модификации с размером кристаллитов 9-20 нм, оксид ванадия (V), сульфат кальция, оксид кальция и характеризуется удельной поверхностью 40-250 м2/г, прочностью на раздавливание 3,5-5,5 МПа, суммарным объемом пор 0,25-0,40 см3/г, средним диаметром пор 9-17 нм.The finished catalyst includes titanium dioxide of anatase modification with a crystallite size of 9-20 nm, vanadium (V) oxide, calcium sulfate, calcium oxide and is characterized by a specific surface area of 40-250 m 2 / g, crushing strength of 3.5-5.5 MPa, total pore volume 0.25-0.40 cm 3 / g, average pore diameter 9-17 nm.

Сульфат кальция в катализаторе может присутствовать в окристаллизованном виде, в виде орторомбической и/или гексагональной структуры, предпочтительно, чтобы сульфат кальция присутствовал в виде орторомбической структуры.Calcium sulfate in the catalyst may be present in crystallized form, in the form of an orthorhombic and / or hexagonal structure, preferably, that calcium sulfate is present in the form of an orthorhombic structure.

Приготовление катализатора для получения муравьиной кислоты нанесенного (пропиточного) типа.Preparation of a catalyst for the production of supported (impregnating) type formic acid.

Приготовление носителя:Media preparation:

1) В смеситель загружают соединение титана и модифицирующее соединение, представляющее собой одно или несколько соединений щелочноземельного металла, соединение кремния и возможно соединение церия.1) The mixer is charged with a titanium compound and a modifying compound, which is one or more alkaline earth metal compounds, a silicon compound, and possibly a cerium compound.

В качестве соединения титана может быть использован гидратированный сульфатированный диоксид титана анатазной модификации, либо смесь гидратированного диоксида титана (анатаз) с гидратированным сульфатированным оксидом титана (анатаз), или с серной кислотой.As a titanium compound, hydrated sulfated titanium dioxide of the anatase modification, or a mixture of hydrated titanium dioxide (anatase) with hydrated sulfated titanium oxide (anatase), or with sulfuric acid can be used.

В качестве модифицирующего соединения щелочноземельного металла могут быть использованы гидроксиды, оксиды, сульфаты, силикаты щелочноземельных металлов, либо их смеси.As a modifying compound of an alkaline earth metal, hydroxides, oxides, sulfates, silicates of alkaline earth metals, or mixtures thereof can be used.

2) Компоненты перемешивают до однородного пастообразного состояния в присутствии водного раствора пластифицирующей добавки.2) The components are mixed until a homogeneous pasty state in the presence of an aqueous solution of a plasticizing additive.

3) Полученную массу подвергают обработке при температуре 65-95°C в течение 1-3 часов, затем высушивают до влажности 15-20%.3) The resulting mass is processed at a temperature of 65-95 ° C for 1-3 hours, then dried to a moisture content of 15-20%.

4) Полученную пасту экструдируют через фильеру с диаметром отверстий 3-5 мм, разрезают на гранулы длиной 4-6 мм. Полученные гранулы сушат при 90-150°C в течение 3-8 ч и прокаливают ступенчато в токе воздуха при температуре 300-560°C в течение 3-6 ч.4) The resulting paste is extruded through a die with a hole diameter of 3-5 mm, cut into granules with a length of 4-6 mm. The resulting granules are dried at 90-150 ° C for 3-8 hours and calcined stepwise in an air stream at a temperature of 300-560 ° C for 3-6 hours.

Приготовление катализатора:Catalyst preparation:

5) Проводят пропитку носителя раствором солей ванадия.5) Carry out the impregnation of the carrier with a solution of vanadium salts.

6) Полученные гранулы сушат при 90-150°C в течение 3-8 ч и прокаливают ступенчато в токе воздуха при температуре 300-450°C в течение 3-6 ч.6) The resulting granules are dried at 90-150 ° C for 3-8 hours and calcined stepwise in an air flow at a temperature of 300-450 ° C for 3-6 hours.

Измерение удельной поверхности образцов проводили на газометре ГХ-1 по ГОСТ 23401 по адсорбции аргона методом БЭТ.The specific surface area of the samples was measured on a GKh-1 gasometer in accordance with GOST 23401 by argon adsorption by the BET method.

Объем пор носителей по влагоемкости определяли по количеству поглощенной влаги 1 г носителя, предварительно высушенного при температуре 200°C.The pore volume of the carriers in terms of moisture capacity was determined by the amount of moisture absorbed by 1 g of the carrier, previously dried at a temperature of 200 ° C.

Прочность образцов на раздавливание определяли с помощью прибора МП-9С с использованием плоской стальной пружины с коэффициентом усилия 0,216 кгс/дел.The crushing strength of the samples was determined using an MP-9S device using a flat steel spring with a force coefficient of 0.216 kgf / div.

Количественное определение химического состава катализатора проводили рентгенофлуоресцентным методом на спектрометре «Спектроскан MAKC-GV».The quantitative determination of the chemical composition of the catalyst was carried out by X-ray fluorescence on a Spectroscan MAKC-GV spectrometer.

Рентгенографическое исследование образцов проведено на порошковом дифрактометре D8 Advance (фирмы Bruker) в CuKα-излучении. Образцы сканировались в области углов 5-70 (2θ) с шагом сканирования 0,1 и временем накопления 7 с в точке. Оценка размеров частиц катализаторов проводилась по параметрам рефлексов рентгеновского спектра. После учета вклада фонового рассеяния исходный спектр моделировали функциями типа лоренциан для расчета ширины на половине высоты.The X-ray diffraction study of the samples was carried out on a D8 Advance powder diffractometer (Bruker) in CuK α- radiation. The samples were scanned in the range of angles 5-70 (2 θ ) with a scanning step of 0.1 and an accumulation time of 7 s at a point. The size of the catalyst particles was estimated from the parameters of the reflections of the X-ray spectrum. After taking into account the contribution of the background scattering, the original spectrum was simulated by functions of the Lorentzian type to calculate the width at half maximum.

Каталитическую активность образцов в реакции окисления формальдегида в муравьиную кислоту определяли в проточно-циркуляционной установке при температуре 120°C при содержании в исходной реакционной смеси формальдегида 4-6 об. %, водяного пара 10 об. %, остальное - воздух. Каталитические свойства образцов характеризуют степенью превращения формальдегида, селективностью по продуктам реакции и выходом муравьиной кислоты.The catalytic activity of the samples in the oxidation reaction of formaldehyde to formic acid was determined in a flow-circulation unit at a temperature of 120 ° C with a formaldehyde content of 4-6 vol.% In the initial reaction mixture. %, water vapor 10 vol. %, the rest is air. The catalytic properties of the samples are characterized by the degree of conversion of formaldehyde, selectivity for the reaction products, and the yield of formic acid.

Оценка устойчивости образцов к гидротермальным условиям проводилась путем сравнения значений величин поверхности, влагоемкости и прочности до и после процедуры гидротермального старения готовых катализаторов. Гидротермальное старение проводили в реакторе проточного типа в жестких условиях - при температуре 300°C и содержании паров воды 30 об. % в потоке воздуха, длительность обработки - 10 ч.The assessment of the stability of the samples to hydrothermal conditions was carried out by comparing the values of the surface, moisture capacity, and strength before and after the procedure of hydrothermal aging of the finished catalysts. Hydrothermal aging was carried out in a flow-through reactor under severe conditions - at a temperature of 300 ° C and a water vapor content of 30 vol. % in the air stream, processing time - 10 hours.

Образцы после гидротермального старения высушивали при 110°C в течение 5 ч, после чего проводили измерение физико-химических характеристик и сравнение полученных значений с исходными данными (Таблица 2, 3).The samples after hydrothermal aging were dried at 110 ° C for 5 h, after which the physicochemical characteristics were measured and the values obtained were compared with the initial data (Table 2, 3).

Таким образом, полученные данные свидетельствуют о сохранении первоначального уровня прочности катализаторов при воздействии гидротермальных условий реакционной среды при получении муравьиной кислоты.Thus, the data obtained indicate that the initial level of catalyst strength is preserved when exposed to the hydrothermal conditions of the reaction medium during the production of formic acid.

Примеры.Examples.

Примеры 1 и 2 показывают влияние состава катализатора для получения муравьиной кислоты на его физико-химические свойства, активность и селективность.Examples 1 and 2 show the effect of the composition of the catalyst for the production of formic acid on its physicochemical properties, activity and selectivity.

Пример 1. Приготовление катализатора замесного типа.Example 1. Preparation of a batch type catalyst.

Порошок исходного оксида ванадия (V) с удельной поверхностью 5 м2/г и размером кристаллита 65 нм обрабатывают методом помола в шаровой мельнице в присутствии раствора щавелевой кислоты в течение 3 ч, получают оксид ванадия (V) с удельной поверхностью 21 м2/г и размером кристаллита 53 нм.The powder of the initial vanadium (V) oxide with a specific surface area of 5 m 2 / g and a crystallite size of 65 nm is processed by grinding in a ball mill in the presence of an oxalic acid solution for 3 h to obtain vanadium (V) oxide with a specific surface area of 21 m 2 / g and a crystallite size of 53 nm.

Активированный оксид ванадия (V) загружают в Z-образный смеситель, добавляют пасту гидратированного сульфатированного диоксида титана TiOx(SO4)y(OH)z⋅nH2O с содержанием TiO2 - 47 мас. % и SO4 2- - 7 мас. %, порошок диоксида кремния, добавляют растворы нитрата кальция, нитрата церия, порошок сульфата кальция, 3%-ный раствор поливинилового спирта, перемешивают. Полученную пасту подвергают обработке при температуре 85°C в течение 1 часа, затем высушивают до влажности 18%. Катализаторную массу формуют в черенки диаметром 3,5 мм; высушивают черенки при температуре 110°C, проводят термообработку в ступенчатом режиме в интервале температур 300-420°C в течение 6 часов в потоке воздуха.The activated vanadium (V) oxide is loaded into a Z-shaped mixer, a paste of hydrated sulfated titanium dioxide TiO x (SO 4 ) y (OH) z ⋅nH 2 O with a TiO 2 content of 47 wt. % and SO 4 2 - - 7 wt. %, silicon dioxide powder, add solutions of calcium nitrate, cerium nitrate, calcium sulfate powder, 3% solution of polyvinyl alcohol, mix. The resulting paste is processed at a temperature of 85 ° C for 1 hour, then dried to a moisture content of 18%. The catalyst mass is molded into cuttings with a diameter of 3.5 mm; cuttings are dried at a temperature of 110 ° C, heat treatment is carried out in a stepwise mode in the temperature range of 300-420 ° C for 6 hours in an air stream.

Состав катализатора, мас. %: V2O5 - 18,1; CaSO4 - 5,0; CaO - 0,9; SiO2 - 0,5; CeO2 - 0,3; TiO2 - остальное.Catalyst composition, wt. %: V 2 O 5 - 18.1; CaSO 4 5.0; CaO 0.9; SiO 2 - 0.5; CeO 2 - 0.3; TiO 2 - the rest.

Диоксид титана сохраняет анатазную структуру, ОКР диоксида титана по оценке методом РФА составляет 12 нм.Titanium dioxide retains the anatase structure, the CSR of titanium dioxide, as estimated by XRD, is 12 nm.

Сульфат кальция имеет 100% орторомбическую структуру.Calcium sulfate has a 100% orthorhombic structure.

Физико-химические характеристики катализатора: удельная поверхность - 161 м2/г, общий объем пор - 0,33 см3/г, прочность - 4,5 Мпа, средний диаметр пор - 9 нм.Physicochemical characteristics of the catalyst: specific surface area - 161 m 2 / g, total pore volume - 0.33 cm 3 / g, strength - 4.5 MPa, average pore diameter - 9 nm.

Катализатор испытывают на активность в реакции окисления формальдегида.The catalyst is tested for activity in the formaldehyde oxidation reaction.

Активность катализатора представлена в таблице 1.The activity of the catalyst is shown in Table 1.

Пример 2. Приготовление катализатора пропиточного типа.Example 2. Preparation of an impregnation type catalyst.

1) Приготовление носителя.1) Preparation of the carrier.

В Z-образный смеситель, добавляют пасту гидратированного сульфатированного диоксида титана, добавляют раствор нитрата кальция, порошок силиката кальция, серную кислоту, 3%-ный раствор полиэтиленгликоля, перемешивают. Полученную пасту подвергают обработке при температуре 65°C в течение 1,5 часов, затем высушивают до влажности 15%. Катализаторную массу формуют в черенки диаметром 4 мм; высушивают черенки при температуре 110°C, проводят термообработку в ступенчатом режиме в интервале температур 300-560°C в течение 6 часов в потоке воздуха.In the Z-shaped mixer, add a paste of hydrated sulfated titanium dioxide, add calcium nitrate solution, calcium silicate powder, sulfuric acid, 3% polyethylene glycol solution, mix. The resulting paste is processed at a temperature of 65 ° C for 1.5 hours, then dried to a moisture content of 15%. The catalyst mass is molded into cuttings with a diameter of 4 mm; cuttings are dried at a temperature of 110 ° C, heat treatment is carried out in a stepwise mode in the temperature range of 300-560 ° C for 6 hours in an air stream.

Полученный носитель имеет удельную поверхность - 251 м2/г, суммарный объем пор - 0,44 см3/г, средний диаметр пор - 14,0 нм, прочность - 4,8 МПа. Диоксид титана сохраняет анатазную структуру, ОКР диоксида титана по оценке методом РФА составляет 10 нм.The resulting support has a specific surface area of 251 m 2 / g, a total pore volume of 0.44 cm 3 / g, an average pore diameter of 14.0 nm, and a strength of 4.8 MPa. Titanium dioxide retains the anatase structure; the CSR of titanium dioxide, as estimated by XRD, is 10 nm.

2) Приготовление катализатора.2) Preparation of the catalyst.

Готовят пропиточный раствор оксалата ванадила растворением пентоксида ванадия в водном растворе щавелевой кислоты при температуре 70-80°C и массовом отношении Н2С2О4 : V2O5 - 2,5. Носитель пропитывают полученным раствором по влагоемкости. Катализатор провяливают на воздухе в течение 15-18 часов, сушат при 100-120°C в течение 2 часов и прокаливают в токе воздуха при температуре 450°C в течение 4 часов.An impregnating solution of vanadyl oxalate is prepared by dissolving vanadium pentoxide in an aqueous solution of oxalic acid at a temperature of 70-80 ° C and a mass ratio of H 2 C 2 O 4 : V 2 O 5 - 2.5. The carrier is impregnated with the resulting solution in terms of moisture capacity. The catalyst is dried in air for 15-18 hours, dried at 100-120 ° C for 2 hours and calcined in a stream of air at 450 ° C for 4 hours.

Состав катализатора, мас. %: V2O5 - 10,5; CaSO4 - 7,0; CaSiO3 - 5,0; TiO2 - остальное.Catalyst composition, wt. %: V 2 O 5 - 10.5; CaSO 4 - 7.0; CaSiO 3 - 5.0; TiO 2 - the rest.

Физико-химические характеристики катализатора: удельная поверхность - 144 м2/г, суммарный объем пор - 0,30 см3/г, средний диаметр пор - 9,0 нм, прочность - 4,2 МПа.Physicochemical characteristics of the catalyst: specific surface area - 144 m 2 / g, total pore volume - 0.30 cm 3 / g, average pore diameter - 9.0 nm, strength - 4.2 MPa.

Диоксид титана сохраняет анатазную структуру, ОКР диоксида титана по оценке методом РФА составляет 16 нм.Titanium dioxide retains the anatase structure; the CSR of titanium dioxide, as estimated by XRD, is 16 nm.

Катализатор испытывают на активность в реакции синтеза муравьиной кислоты окислением формальдегида.The catalyst is tested for activity in the synthesis of formic acid by oxidation of formaldehyde.

Активность катализатора представлена в таблице 1.The activity of the catalyst is shown in Table 1.

Figure 00000001
Figure 00000001

Катализаторы предлагаемого состава характеризуются повышенной прочностью по сравнению с прототипом, высокой активностью и селективностью.The catalysts of the proposed composition are characterized by increased strength compared to the prototype, high activity and selectivity.

Примеры 3 и 4 показывают стабильность готовых катализаторов к гидротермальному старению, данные представлены в таблицах 2 и 3.Examples 3 and 4 show the stability of the finished catalysts to hydrothermal aging, the data are presented in tables 2 and 3.

Пример 3.Example 3.

Катализатор состава по примеру 1 подвергали гидротермальному старению в реакторе проточного типа при температуре 300°C, содержании паров воды - 30 об. %, в течение 10 часов. После проведения процедуры гидротермального старения образец высушивали при 110°C в течение 5 ч, после чего проводили измерение физико-химических характеристик и сравнение полученных значений с исходными данными (Таблица 2).The catalyst of the composition according to example 1 was subjected to hydrothermal aging in a flow-through reactor at a temperature of 300 ° C, a water vapor content of 30 vol. %, within 10 hours. After the hydrothermal aging procedure, the sample was dried at 110 ° C for 5 h, after which the physicochemical characteristics were measured and the values obtained were compared with the initial data (Table 2).

Figure 00000002
Figure 00000002

Пример 4.Example 4.

Катализатор состава по примеру 2 подвергали гидротермальному старению в реакторе проточного типа при температуре 300°C, содержании паров воды - 30 об. %, в течение 10 часов. После проведения процедуры гидротермального старения образец высушивали при 110°C в течение 5 ч, после чего проводили измерение физико-химических характеристик и сравнение полученных значений с исходными данными (Таблица 3).The catalyst of the composition according to example 2 was subjected to hydrothermal aging in a flow-type reactor at a temperature of 300 ° C, a water vapor content of 30 vol. %, within 10 hours. After the hydrothermal aging procedure, the sample was dried at 110 ° C for 5 h, after which the physicochemical characteristics were measured and the values obtained were compared with the initial data (Table 3).

Figure 00000003
Figure 00000003

Claims (14)

1. Катализатор для получения муравьиной кислоты путем окисления формальдегида, включающий оксиды ванадия, титана и щелочноземельных металлов, отличающийся тем, что катализатор дополнительно содержит модифицирующее соединение - сульфат по крайней мере одного щелочноземельного металла, оксид кремния и имеет следующий состав, мас. %:1. Catalyst for producing formic acid by oxidation of formaldehyde, including oxides of vanadium, titanium and alkaline earth metals, characterized in that the catalyst additionally contains a modifying compound - sulfate of at least one alkaline earth metal, silicon oxide and has the following composition, wt. %: Оксид ванадия (V)Vanadium (V) oxide 4,0-25,0 4.0-25.0 Оксид щелочноземельного металлаAlkaline earth metal oxide 0,5-5,0 0.5-5.0 Сульфат щелочноземельного металлаAlkaline earth metal sulfate 0,5-7,0 0.5-7.0 Оксид кремнияSilicon oxide 0,5-10,0 0.5-10.0 Оксид титана (IV)Titanium (IV) oxide остальное rest
2. Катализатор по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит оксид церия в количестве 0,3-3,0 мас. %.2. The catalyst according to claim 1, characterized in that it further contains cerium oxide in an amount of 0.3-3.0 wt. %. 3. Катализатор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве соединений щелочноземельных металлов содержит соединения кальция.3. The catalyst according to claim 1, characterized in that it contains calcium compounds as alkaline earth metal compounds. 4. Катализатор по п. 1, отличающийся тем, что содержит сульфат кальция преимущественно в орторомбической модификации.4. The catalyst according to claim 1, characterized in that it contains calcium sulfate mainly in the orthorhombic modification. 5. Катализатор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве соединений титана содержит оксид титана анатазной модификации с размером кристаллита 9-20 нм.5. A catalyst according to claim 1, characterized in that it contains titanium oxide of anatase modification with a crystallite size of 9-20 nm as titanium compounds. 6. Катализатор по п. 1, отличающийся тем, что имеет поверхность 40-250 м2/г, суммарный объем пор 0,25-0,40 см3/г, средний диаметр пор 9-17 нм, прочность 3,5-5,5 МПа.6. A catalyst according to claim 1, characterized in that it has a surface of 40-250 m 2 / g, a total pore volume of 0.25-0.40 cm 3 / g, an average pore diameter of 9-17 nm, a strength of 3.5 5.5 MPa. 7. Катализатор по п. 1, отличающийся тем, что гранулы катализатора имеют форму сплошных цилиндров.7. The catalyst according to claim. 1, characterized in that the catalyst granules are in the form of solid cylinders. 8. Способ приготовления катализатора для получения муравьиной кислоты по п. 1, включающий смешение соединения ванадия, по крайней мере одного соединения щелочноземельного металла, модифицирующего соединения и диоксида титана, формование экструзией, сушку, термообработку, отличающийся тем, что при смешении компонентов дополнительно вводят модифицирующее соединение по крайней мере одного сульфата щелочноземельного металла или серную кислоту или используют гидратированный сульфатированный диоксид титана в смеси с диоксидом титана в соотношении 1:(1-3) и соединение кремния, добавляют в полученную смесь компонентов пластифицирующую добавку, полученную катализаторную массу подвергают обработке при температуре 65-95°С в течение 1-3 часов, затем высушивают до влажности 15-20%, формуют, сушат и прокаливают при температуре 300-520°С.8. A method of preparing a catalyst for producing formic acid according to claim 1, comprising mixing a vanadium compound, at least one alkaline earth metal compound, a modifying compound and titanium dioxide, extrusion molding, drying, heat treatment, characterized in that when mixing the components, a modifying agent is additionally introduced a compound of at least one alkaline earth metal sulfate or sulfuric acid or hydrated sulfated titanium dioxide is used in a mixture with titanium dioxide in a ratio of 1: (1-3) and a silicon compound, a plasticizing additive is added to the resulting mixture of components, the resulting catalyst mass is processed at a temperature 65-95 ° C for 1-3 hours, then dried to a moisture content of 15-20%, molded, dried and calcined at a temperature of 300-520 ° C. 9. Способ по п. 6, отличающийся тем, что в качестве соединения ванадия используют пентаоксид ванадия, предварительно механоактивированный.9. The method according to claim 6, characterized in that vanadium pentoxide, previously mechanically activated, is used as the vanadium compound. 10. Способ по п. 6, отличающийся тем, что в качестве модифицирующего соединения дополнительно используют соединение церия.10. The method according to claim 6, characterized in that a cerium compound is additionally used as the modifying compound. 11. Способ по п. 6, отличающийся тем, что в качестве модифицирующего соединения кремния используют оксид кремния или силикат кальция.11. The method according to claim 6, characterized in that silicon oxide or calcium silicate is used as the modifying silicon compound. 12. Способ по п. 6, отличающийся тем, что в качестве пластифицирующей добавки используют поливиниловый спирт, или уротропин, или полиэтиленгликоли, или глицерин.12. A method according to claim 6, characterized in that polyvinyl alcohol, or urotropin, or polyethylene glycols, or glycerin is used as the plasticizing additive. 13. Способ приготовления катализатора для получения муравьиной кислоты по п. 1, включающий пропитку раствором солей ванадия носителя на основе оксида титана, включающего по крайней мере одно соединение щелочноземельного металла, и полученного путем формования экструзией, сушкой, прокаливанием, отличающийся тем, что для получения носителя к диоксиду титана добавляют соединение кремния, по крайней мере один сульфат щелочноземельного металла или серную кислоту или используют гидратированный сульфатированный диоксид титана в смеси с диоксидом титана в соотношении 1:(1-3), компоненты перемешивают при добавлении водного раствора пластифицирующей добавки, полученную катализаторную массу подвергают обработке при температуре 65-95°С в течение 1-3 часов, затем высушивают до влажности 15-20%, из образовавшейся смеси формуют гранулы, которые сушат при 90-150°С и прокаливают при температуре 300-560°С, полученный носитель пропитывают раствором солей ванадия с последующей сушкой при 90-150°С и прокаливают в токе воздуха при температуре 300-450°С.13. A method of preparing a catalyst for producing formic acid according to claim 1, comprising impregnating a titanium oxide-based support containing at least one alkaline earth metal compound with a solution of vanadium salts and obtained by molding by extrusion, drying, calcining, characterized in that for obtaining carrier, a silicon compound, at least one alkaline earth metal sulfate or sulfuric acid is added to titanium dioxide, or hydrated sulfated titanium dioxide is used in a mixture with titanium dioxide in a ratio of 1: (1-3), the components are mixed by adding an aqueous solution of a plasticizing additive, the resulting catalyst the mass is processed at a temperature of 65-95 ° C for 1-3 hours, then dried to a moisture content of 15-20%, granules are formed from the resulting mixture, which are dried at 90-150 ° C and calcined at a temperature of 300-560 ° C, the resulting support is impregnated with a solution of vanadium salts, followed by drying at 90-150 ° C and calcining They are kept in a stream of air at a temperature of 300-450 ° C.
RU2020113938A 2020-04-03 2020-04-03 Catalyst for synthesis of formic acid and method for production thereof (variants) RU2747561C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020113938A RU2747561C1 (en) 2020-04-03 2020-04-03 Catalyst for synthesis of formic acid and method for production thereof (variants)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020113938A RU2747561C1 (en) 2020-04-03 2020-04-03 Catalyst for synthesis of formic acid and method for production thereof (variants)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2747561C1 true RU2747561C1 (en) 2021-05-06

Family

ID=75851011

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020113938A RU2747561C1 (en) 2020-04-03 2020-04-03 Catalyst for synthesis of formic acid and method for production thereof (variants)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2747561C1 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2049770C1 (en) * 1992-11-30 1995-12-10 Институт катализа им.Г.К.Борескова Method for production of formic acid
RU2053995C1 (en) * 1993-11-24 1996-02-10 Институт катализа им.Г.К.Борескова СО РАН Method for production of formic acid having no methanol impurities
RU2063802C1 (en) * 1993-09-29 1996-07-20 Институт катализа им.Г.К.Борескова СО РАН Process for preparing catalyst for preparation of formic acid
CN1135216C (en) * 1998-05-22 2004-01-21 电化学工业有限公司(国际) Process for preparing saturated carboxylicacids having from 1 to 4 carbon atoms
RU2235586C1 (en) * 2003-03-31 2004-09-10 Закрытое акционерное общество "Холдинговая катализаторная компания" Formic acid manufacture catalyst
DE102007011847A1 (en) * 2007-03-12 2008-09-18 Wacker Chemie Ag Process for the preparation of acetic and formic acids by gas phase oxidation of ethanol
RU2356626C2 (en) * 2007-08-06 2009-05-27 Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) Catalyst and method of obtaining methanoic acid

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2049770C1 (en) * 1992-11-30 1995-12-10 Институт катализа им.Г.К.Борескова Method for production of formic acid
RU2063802C1 (en) * 1993-09-29 1996-07-20 Институт катализа им.Г.К.Борескова СО РАН Process for preparing catalyst for preparation of formic acid
RU2053995C1 (en) * 1993-11-24 1996-02-10 Институт катализа им.Г.К.Борескова СО РАН Method for production of formic acid having no methanol impurities
CN1135216C (en) * 1998-05-22 2004-01-21 电化学工业有限公司(国际) Process for preparing saturated carboxylicacids having from 1 to 4 carbon atoms
RU2235586C1 (en) * 2003-03-31 2004-09-10 Закрытое акционерное общество "Холдинговая катализаторная компания" Formic acid manufacture catalyst
DE102007011847A1 (en) * 2007-03-12 2008-09-18 Wacker Chemie Ag Process for the preparation of acetic and formic acids by gas phase oxidation of ethanol
RU2356626C2 (en) * 2007-08-06 2009-05-27 Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) Catalyst and method of obtaining methanoic acid

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2010261572B2 (en) Methanol synthesis process
EP3875446A1 (en) Method for producing alcohol and catalyst for producing alcohol
WO2023214236A1 (en) Making catalysts for oxidative dehydrogenation
KR20210066913A (en) Molding comprising a zeolitic material having a framework type MFI
CN116887916A (en) Method for manufacturing supported tantalum catalyst
JP3465350B2 (en) Method for producing catalyst for methacrylic acid production
RU2747561C1 (en) Catalyst for synthesis of formic acid and method for production thereof (variants)
CN1123713A (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
RU2735774C2 (en) Hydrolysis catalyst with high metal content for catalytic reduction of sulfur in gas stream
RU2596822C2 (en) Composition of mixed oxides and method of producing isoolefins
US20200376472A1 (en) Process for preparing a molding comprising zinc and a titanium-containing zeolite
WO2023214235A1 (en) Catalysts for oxidative dehydrogenation
JP3730792B2 (en) Hydrocarbon isomerization process
US8962508B2 (en) Process for treating shaped catalyst bodies and shaped catalyst bodies having increased mechanical strength
CN1165373C (en) Catalyst for preparing thio-alcohol using zircomiumoxide as base
Özyağcı et al. Esterification of 1-Octanol on clinoptilolite-supported TiO 2 catalysts
CN115364835A (en) Modified alpha-alumina carrier, silver catalyst and application
JP3568372B2 (en) Method for producing solid acid catalyst
CN1261341A (en) Method for producing end ethers
Wu et al. Preparation of zirconia promoted sulfated titania system with high catalytic activity
CN110724036B (en) Method for preparing benzenediol
CN114588889B (en) Catalyst, preparation method thereof and method for preparing ketene compound
Tuấn α-MnO2 catalysts for complete oxidation of isopropanol: Effect of synthesis method
JP2838194B2 (en) Method for producing catalyst for ethanol synthesis
US20200407235A1 (en) Method for preparing a camgal mixed oxide, a camgal mixed oxide obtainable this way and the use thereof for oligomerization of glycerol