專利名稱:硫酸生產(chǎn)用寬溫區(qū)新型釩催化劑的制作方法
本發(fā)明涉及在硫酸生產(chǎn)中將二氧化硫催化氧化為三氧化硫所用的寬溫區(qū)新型釩催化劑
它適用于諸如硫磺、各類黃鐵礦焙燒氣以及各種冶煉煙氣制酸等流程。
本發(fā)明所開發(fā)的釩催化劑是把五氧化二釩(V2O5)、氧化鉀(K2O)、氧化鈉(Na2O)等活性組份和促進(jìn)劑擔(dān)載在被稱為載體的硅藻土上，按一定順序制成的。
釩催化劑的載體絕大多數(shù)采用天然硅藻土。然而，不是任何硅藻土都能作釩催化劑的載體，因?yàn)楣柙逋恋馁|(zhì)量直接影響到釩催化劑的性能和使用壽命，釩催化劑對(duì)硅藻土作載體的質(zhì)量要求如表1所示。
我國(guó)各種釩催化劑的載體歷來都采用山東省臨朐縣山旺所產(chǎn)的天然硅藻土。由于近年來發(fā)現(xiàn)該土含有大量極其珍貴的被稱為國(guó)寶的古生物化石，國(guó)務(wù)院已明令嚴(yán)禁開采，故本發(fā)明的載體改用儲(chǔ)量極為豐富的吉林省長(zhǎng)白縣馬鞍山二礦區(qū)所產(chǎn)的天然硅藻土。這兩種硅藻土的物化特征如表3所列，表2是這兩種土的化學(xué)組成。
與傳統(tǒng)的臨朐硅藻土相比，長(zhǎng)白硅藻土不僅在物化性能上差異較大，而且所制得的釩催化劑初活性較低、熱穩(wěn)定性較差。用這兩種土所制得的S101型釩催化劑的各項(xiàng)性能見表6。
本發(fā)明旨在尋求一種新的配方和工藝，以期解決載體改變后所出現(xiàn)的催化劑初活性較低和熱穩(wěn)定性較差的兩個(gè)技術(shù)關(guān)鍵。
從本發(fā)明有關(guān)的反應(yīng)是在覆蓋于催化劑孔隙內(nèi)活性組份液膜上進(jìn)行的液相反應(yīng)的觀點(diǎn)出發(fā)，又考慮到催化劑熱穩(wěn)定性差的實(shí)質(zhì)是活性組份在反應(yīng)條件下經(jīng)熱沖擊后所出現(xiàn)的物相和物性的變化所致，再結(jié)合長(zhǎng)白硅藻土的孔徑、孔容較小的特點(diǎn)，我們除了適當(dāng)調(diào)整活性組份的擔(dān)載量，還添加了某些促進(jìn)劑以改善催化劑的初活性和熱穩(wěn)定性。這些促進(jìn)劑除了傳統(tǒng)的組份外，我們認(rèn)為下面一些促進(jìn)劑是應(yīng)該優(yōu)先考慮的，這就是鈉、鈣、硼、鋁、鐵、銻及磷等的氧化物，它們的含氧無機(jī)酸及其鹽類。由此所制得的催化劑的組成以氧化物的%重量計(jì)為V2O56～9%，K2O 5.6～16.5%，Na2O 0.1～10%，CaO 0.15～15%，Al2O30.1～10%，F(xiàn)e2O30.1～10%，Sb2O30.2～20%，B2O3低于5%，以及P2O5低于8%，其余為硅藻土。
根據(jù)本發(fā)明的要求，催化劑按下述方法制備。
配制好有一定鉀、釩(原子)比的偏釩酸鉀溶液(本發(fā)明對(duì)鉀、釩原子比的要求為1.8～3.5)，用硫酸中和釩水至pH等于或小于4.0，然后按組成配比，將中和好的膠體V2O5、K2SO4和其它促進(jìn)劑及載體一起加到碾子中碾壓20～60分鐘，碾壓過程中不斷加水，使物料呈良好的可塑性，然后擠條成型，經(jīng)干燥和焙燒，即得本發(fā)明的催化劑成品。
下面提出三個(gè)本發(fā)明的實(shí)施實(shí)例。樣品1至3都是按上述同一方法制備的，這里僅就樣品3的制備作一示例。
在容量為250毫升燒杯中倒入32.7毫升含V2O5229.7克/升、含K2O 312.4克/升的KVO3-KOH溶液。
在容量為25毫升的量筒中量取按下述中和反應(yīng)所需的濃度為63.5%的硫酸12.4毫升，按下述反應(yīng)式
在不斷的攪拌下把量取好的硫酸緩緩倒入已置于燒杯內(nèi)的釩水中，加完酸后再攪拌1～5分鐘，并不時(shí)測(cè)定V2O5-K2SO4膠狀物的pH值，當(dāng)pH等于或小于4時(shí)，中和完畢。然后將此膠狀物陳化5～30分鐘，待用。
在合金碾缽中放入76.8份表1所要求的硅藻土(原土，含水8.1%，灼燒損失4.5%)，5份CaO，1份B2O3，用合金碾棍混和5～10分鐘，然后把燒杯中膠狀的V2O5-K2SO4倒入碾缽中，用清水洗滌燒杯數(shù)次，一并倒入碾缽，此后用碾棍碾砸10～40分鐘。在碾砸過程中若物料太干，可適量加水。當(dāng)物料呈現(xiàn)良好的可塑性時(shí)，即可送到孔徑為φ5毫米的單孔擠條機(jī)擠條。濕條在干燥箱中于60℃保持6～8小時(shí)，然后在60～80℃保持4～8小時(shí)，再在80～120℃保持6～10小時(shí)。此后，干條送茂福爐焙燒。室溫投料，室溫至300℃維持0.5～1.5小時(shí)，300～500℃維持1～2.5小時(shí)，500～650℃維持2～3小時(shí)。
焙燒好的樣品裝瓶，并選取φ5×5～8毫米的條測(cè)定活性及熱穩(wěn)定性。測(cè)定條件列于表4。
樣品的組成如表5所示，它們的性能列于表6。由表6可見，本發(fā)明所用的各促進(jìn)劑對(duì)催化劑的各種性能都有不同程度的作用。為了比較，表6還列出了以山東硅藻土為載體的傳統(tǒng)S101型中溫釩催化劑和S107型低溫釩催化劑以及以長(zhǎng)白縣硅藻土為載體的按S101型配方生產(chǎn)的產(chǎn)品的各項(xiàng)性能指標(biāo)。
由表6可見，樣品2具有良好的低溫性能。如體現(xiàn)低溫特征的410℃的轉(zhuǎn)化率與國(guó)內(nèi)某催化劑廠生產(chǎn)的S107型低溫釩催化劑的轉(zhuǎn)化率相當(dāng)，比傳統(tǒng)的S101型同樣條件下的轉(zhuǎn)化率高出一倍左右;而體現(xiàn)中溫特征的485℃的轉(zhuǎn)化率則超過了S101型傳統(tǒng)產(chǎn)品的部頒標(biāo)準(zhǔn)，比同樣是長(zhǎng)白硅藻土為載體但按S101型配方生產(chǎn)的產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化率高，熱穩(wěn)定性也好。因此，本發(fā)明所開發(fā)的催化劑是既具有良好的低溫性能，又具有良好的中溫性能的寬溫區(qū)新型釩催化劑。
應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明添加了Al2O3和Fe2O3作促進(jìn)劑，而且有良好的作用。這與表1中對(duì)硅藻土中Al2O3和Fe2O3含量的控制是不相矛盾的。因?yàn)榧尤氲腁l2O3和Fe2O3與硅藻土中的Al2O3和Fe2O3的物相及物性是完全不同的。
表1.釩催化劑對(duì)載體硅藻土的技術(shù)要求
＊850℃焙燒2小時(shí)。
表2.山東硅藻土和長(zhǎng)白硅藻土的化學(xué)組成
＊指經(jīng)25～40%硫酸處理后的精制硅藻土。
表3.山東精制硅藻土與長(zhǎng)白一級(jí)硅藻土(原土)的物化特征
＊指孔徑從1×10′～1×104
區(qū)間內(nèi)的孔體積。
表4.釩催化劑活性及熱穩(wěn)定性檢驗(yàn)條件
＊空間速度-單位時(shí)間里(小時(shí))單位體積催化劑上所通過的反應(yīng)氣體體積數(shù)。
表5.與本發(fā)明有關(guān)的幾個(gè)催化劑的組成
表6.各種釩催化劑的性能
＊測(cè)定條件-25克原粒度樣品，在磨耗測(cè)定儀上轉(zhuǎn)動(dòng)500轉(zhuǎn)后，經(jīng)10目篩網(wǎng)過篩。磨損部分對(duì)原重量之比的百分?jǐn)?shù)即為磨耗率。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明涉及一種在硫酸生產(chǎn)中將SO2催化氧化為SO3的釩催化劑。它適用于諸如硫磺、各類黃鐵礦焙燒氣及各類冶煉煙氣制酸流程。本發(fā)明所開發(fā)的催化劑是以吉林省長(zhǎng)白縣二礦區(qū)一級(jí)天然硅藻土為載體，在傳統(tǒng)的釩和鉀氧化物配方的基礎(chǔ)上，添加至少一種其它促進(jìn)劑，經(jīng)混和、碾壓、擠條成型、干燥及焙燒而成，因此提高了所制得的催化劑的初活性及熱穩(wěn)定性。這些促進(jìn)劑還兼有熱穩(wěn)定劑和增強(qiáng)劑的作用，它們是鈉、鈣、鋁、鐵、銻、硼和磷等元素的氧化物或各種含氧無機(jī)酸及其鹽類。
2.根據(jù)第一項(xiàng)權(quán)利要求
，本發(fā)明所開發(fā)的催化劑的組成折合成氧化物基如下(百分重量)V2O56～9%，K2O 5.6～16.5%，Na2O 0.1～10%，CaO 0.15～15%，Al2O30.1～10%，F(xiàn)e2O30.1～10%，Sb2O30.2～20%，B2O3和P2O5分別低于5%和8%。
3.根據(jù)第一項(xiàng)及第二項(xiàng)權(quán)利要求
，本發(fā)明所開發(fā)的催化劑的各種促進(jìn)劑中，Na2O、Al2O3、Sb2O3及P2O5是本發(fā)明的關(guān)鍵組份。它們可以單獨(dú)加入，也可以互相組合加入或者全部加入到有V2O5和K2O的傳統(tǒng)配方的催化劑中，促進(jìn)劑的加入量同第二項(xiàng)權(quán)利要求
。
4.根據(jù)第一項(xiàng)權(quán)利要求
，本發(fā)明所開發(fā)的催化劑是把第二項(xiàng)和第三項(xiàng)權(quán)利要求
的活性組份擔(dān)載在吉林省長(zhǎng)白縣二礦區(qū)一級(jí)天然硅藻土的載體上所制成。對(duì)硅藻土的質(zhì)量要求如下SiO2≥85%，Al2O3≤3.0%，F(xiàn)e2O3≤1.2%，H2O≤10.0%，灼燒損失≤7.0%。其中Al2O3和Fe2O3為必控指標(biāo)。
專利摘要
本發(fā)明是一種在硫酸生產(chǎn)中將SO
文檔編號(hào)B01J23/76GK85100600SQ85100600
公開日1986年8月20日 申請(qǐng)日期1985年4月1日
發(fā)明者仇信兄, 吳根生, 朱福, 陸禮 申請(qǐng)人:南京化學(xué)工業(yè)公司研究院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan