Катализатор для окисления хлористого водорода в хлор и способ получения хлора

 

Изобретение касается каталитической химии, в частиости катализатора (КТ) для окисления НС1 в хлор, и может быть использовано в хлорном производстве. Для повышения активности и устойчивости КТ в агрессивных средах в состав КТ вводят другой хромит - хромит кобальта (15-25мас.%) на-jf-AiOj-носителе. Получение хлора ведут окислением НС1 в присутствии указанного состава КТ при 400-425°С и объемной скорости смеси НС1 и Oj 250-500 ч- . Объемное содержание кислорода в смеси составляет 26-31%. В сравнении с известным КТ (хромит меди) новый КТ обеспечивает повышение конверсии НС1 с 52% (при 400°С) до 76,6°/о. 2 с.п. ф-лы, 4 табл. i (Л со to 05 со 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (50 4 B 01 J 23/86, С 01 В 7/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.-, Н A ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3938622/31-04 (22j 06.08.85 (46) 30.07.87. Бюл. № 28 (71) Институт физической химии им. Л. В. Писаржевского (72) В. М. Власенко, Л. В. Фешенко и В. Л. Чернобривец (53) 66.097.3 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 391994, кл. В 01 J 23/86, 1972.

Авторское свидетельство СССР № 609235, кл. В 01 J 23/86, 1974.

„Л0„„1326330 А 1 (54) КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ОКИСЛЕНИЯ

ХЛОРИСТОГО ВОДОРОДА В ХЛОР

И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХЛОРА (57) Изобретение касается каталитической химии, в частности катализатора (КТ) для окисления НС1 в хлор, и может быть использовано в хлорном производстве. Для ловышения активности и устойчивости КТ в агрессивных средах в состав КТ вводят другой хромит — хромит кобальта (15 — 25 м ас. % ) на g-А О -носителе. Получение хлора ведут окислением НС1 в присутствии указанного состава КТ при 400 †4 С и объемной скорости смеси НС1 н О, 250 †5 ч . Объемное содержание кислорода в смеси составляет 26 — 31%. В сравнении с известным КТ (хромит меди) новый КТ обеспечивает повышение конверсии НС1 с 52% (при 400 С) до 76,6%. 2 с.п. ф-лы, 4 табл.

1326330

Изобретение относится к катализаторам для газофазного окисления хлористого водорода кислородом или кислородсодержащим газом и может быть использовано для получения хлора.

Целью изобретения является повышение активности и устойчивости катализатора в агрессивных средах, содержащих хлор и хлористый водород, за счет содержания в качестве хромита металла хромита кобальта при определенном содержании компонентов, а также целью является повышение выхода . лора за счет использования катализатора определенного состава и проведения процесса при определенных условиях.

Пример 1. Для приготовления 100 г катализатора на основе хромита кобальта, содержащего 10 /p активной массы, в 40см дистиллированной воды растворяют 8,8 г хромового ангидрида, затем к нему добавляют при тщательном перемешивании до полного растворения !.2,8 г азотно-кислого кобальта. Полученным раствором при комнатной температуре пропитывают 90 г сухой (t -окиси алюминия марки ШН-2. Пропитанный носитель сушат при 110 — 120 С, а затем прокаливают в токе инертного газа при 425 — 450 С в течение 10 ч. Степень превращения НС! на этом катализаторе при объемной скорости 1000 ч и 400 С в реакционной смеси, состоящей из 10 об. P/p НС! в воздухе, составляет 56,6 /p.

Пример 2. Для приготовления 100 г катализатора, содержащего 15О/О активной массы, в 38 см дистиллированной воды растворяют 13,2 r хромового ангидрида и 19,2 г азотно-кислого кобальта, а затем пропитывают этим раствором 85 r сухой у -окиси алюминия марки ШН-2. Сушку и прокалку проводят так, как показано в примере 1.

Конверсия HCI на э"ом катализаторе, измеренная в условия.;, приведенных в примере 1, составляет 67,5О/).

Пример 3. Для приготовления 100 г ка- тализатора, содержащего 20О/р активной массы, в 36 см дистиллированной воды растворяют 17,6 г хромового ангидрида и

25,6 r азотно-кислого кобальта, а затем пропитывают этим раствором 80 г у=А1 0з марки ШН-2. Сушку и прокалку проводят так, как показано в примере !. конверсия HCI на этом катализаторе, измеренная в условиях, приведенных в примере I, составляет

76),6%.

Причер 4. Для приготовления 100 г катачизатора, содержа щего 25 /p акти в ной массы, в 33 смз дистиллированной воды растворяют 22,0 г хромового ангидрида и

32,0 г азотно-кислого кобальта. Приготовленным раствором пропитывают 75 г сухой

7 =AIqOq марки ШН-2, а затем проводят сушку и прокалку так, как показано в примере 1. Конверсия НСI на этом катализаторе, измеренная в условиях, приведенных в примере 1, составляет 70,5О/p.

Пример 5. Для приготовления 100 г катализатора, содержащего ЗОО/О активной

5 массы, в 31 см дистиллированной воды растворяют 26,0 г хромового ангидрида и 38,4 г азотно-кислого кобальта. Приготовленным раствором пропитывают 70 r сухой g -окиси алюминия марки ШН-2. Суш1Оку и прокалку проводят так, как показано в примере 1. Конверсия НС! на этом катализаторе, измеренная в условиях, приведенных в примере 1, составляет 62,0 /О.

В табл. 1 приведены величины конверсии хлористого водорода в присутствии дан15 ного катализатора (объемная скорость

1000 r, состав смеси 10 об. /о в воздухе).

Для оценки активносги предлагаемого (на основе хромита кобальта) и известного (на основе хром ита меди} катализаторов были проведены их испытания в реакции окисления хлористого водорода в идентич; ных условиях. Исследования были приведены при объемной скорости 1000 ч и 300—

400 С в реакционной смеси, состоящей из

10 об. /p HCI в воздухе. Контакты содержа25 ли 20/, активной массы на у =А! 0 марки ШН-2.

Результаты этих испытаний приведены в табл. 2.

Из представленных данных видно, что в идентичных условиях при всех исследованиях температурах конверсия хлористого водорода на предлагаемом катализаторе выше. Увеличение конверсии при 375 †4"С составляет ЗЗ вЂ” 38О/,.

О высокой устойчивости катализатора согласно изобретению. свидетельствуют данные испытания катализаторов на основе хромитов кобальта и меди nyreM »x прогрева в газовой смеси, состоящей из 3,0 об. /p

HCl в гелии, при 100 — 400 С. Во всем исследованном температурном интервале вес

40 предлагаемого катализатора (СоСг О,! практически остается постоянным, т. е. в указанных условиях он не изменяется. В отличие от этого известный катализатор (СиС)" 0) устойчив лишь до 300 С. При более высо45 ких температурах под воздействием хлористого водорода он начинасг разрушаться, о чем свидетельствует уменьшение его веса, который становится меньше исходного.

Вследствие низкой устойчивости катализатора Hd основе хромита меди его нельзя

50 использовать для конвертирования высококонцентрированных смесей хлористого водорода. При длительной работе несколько сотен ч! на этом катализаторе могуT оыть получены смеси, содержащие fl0 5--6 об. /p хлора. Использование данного катализатора на основе хромита кобальта позволяет проводить процесс с реакционными смесями стехиометриче кого состава

1326330

Формула изобретения

Кислород

Хлористыи водород

26 — 31

Остальное

Т а б л и ц а 1 о

Температура, С Конверсия НС1, Е

Катализатор

5 мас. X СоСг; Ог и 95 мас.7 g-Л1, Oз

375

36,8

400

46,8

425

54,!

3 (80 on. % хлористого водорода и 20 об. % кислорода). В лабораторных условиях этот катализатор работал, не снижая активности, более 100 ч при 400 — 425 С в реакционной смеси, содержащей около 80 oo. %.

При этом концентрация хлора в конвертированной смеси превышала 50 об. %.

Пример 6. В реактор помещают 2 см катализатора с 20 мас. % хромита кобальта и через него пропускают со скоростью ! л/ч реакционную смесь, состоящую из хлористого водорода и кислорода, в которой содержание последнего изменяют от 20 до

36 об. %

Величины конверсии НС1 в реакции его окисления, на катализаторе с 20 мас. % хром ита кобальта (объем на я скорость

500 ч ) измеренные при 400 и 425 С, приведены в табл. 3.

Из приведенных данных видно, что конверсия хлористого водорода достигает максимального значения при содержании 26—

31 об. % кислорода в реакционной смеси.

Пример 7. Через реактор с 10 см катализатора, содержащего 20 мас. %. хромита кобальта, пропускают со скоростью 1 л/ч газовую смесь, состоящую из 74 об. %

НС! и 26 об. % кислорода, и определяют конверсию хлористого водорода при 400, 410, 425 и 430 С. Затем повышают содержание в реакционной смеси кислорода до

28 об. % (72 об. % НС1), а потом до

3! об. % (69 об. % НС!) и измеряют степень превращения хлористого водорода.

Г1олученные результаты приведены в табл. 4.

Г1риведенные в табл. 4 результаты свидетельствуют о том, что при увеличении обьемной скорости газового потока конверсия хлористого водорода уменьшается, при этом содержание образующегося хлора в реакционной смеси понижается. Вместе с тем выход хлора с единицы объема катализатора возрастает, достигая практически одинакового значения при объемных скоростях 500 — 650 ч . Вследствие этого проводить процесс при более высоких объемных скоро тях нецелесообразно, так как в этих условиях выход хлора уменьшается, а его содержание в образующихся газовых смесях неболыпой. Из этих данных также видно, что изменение концентрации кислорода в реакционной смеси от 26 до 31 об. %. практически не влияет на протекание процесса.

Сопоставляя приведенные данные, можно заключить, что для получения высоко,концентрированных смесей хлора путем окисления хлористого водорода на катализаторе, содержащем 15 — 25 мас. % хромита кобальта, необходимо использовать газовые смеси с 26 — 31 об. % кислорода, а процесс проводить при объемных скоростях 250—

500 ч и 400 — 425 С. Г1ри меньших объемных скоростях наблюдается низкий выход хлора с единицы объема катализатора, а

15 при более высоких — концентрация обра-. зующегося хлора невелика.

1. Катализатор для окисления хлористого водорода в хлор, включающий хромит металла на носителе- -оксиде алюминия, отгичаюгчийся тем, что, с целью повышения активности и устойчивости катализатора в агрессивных средах, содержащих хлор и

25 хлористый водород, катализатор в качестве хромита металла содержит хромит кобальта при следующем содержании ком понентов, мас. %:

Хромит кобальта 15 — 25

Носитель Остальное

2. Способ получения хлора путем окисления хлористого водорода кислородом или кислородсодержащим газом в присутствии катализатора на основе хромита металла на носителе- -оксиде алюминия при повышенной температуре, отличающийся тем, что с целью повышения выхода, используют катализатор, содержащий в качестве хромита металла хромит кобальта при следующем содержании компонентов, мас. о!о.

Хромит кобальта 15 — 25

40 Носитель Остальное процесс ведут при 400 — 425 С, объемной скорости 250 — 500 ч в смеси хлористого водорода с кислородом при следующем содержании реагентов, об. %:

1326380

Продолжение табл, 1

Темп=-ратура C Конве сия НС1., %

Катализатор

10 мас.% Со"-т,0 и 90 мас.% g -А1,0,.

47,3

375

56,6

62,8

/ з5

57,5

3 5

15 мас.% CoCr О, и 85 мас.% у-А1.,0

67.,5

400

69,0

425

375

20 мас.% CoCr 0„ и 80 мас.% g -А1 0

76,7

400

70,3

425

68,0

375

25 мас.% СоСт, 0„ и 75 мас,% 3 -Al Gq

70,5

69,0

61,6

400

425 7г

30 мас.% CoCr, 0„ и 70 мас.% g -A1 0>

62,0

400

64,0

425

Т я б л и ц а

О

«онверснч ПГ пои C

Катализатор

300 325 350 375 400

Известный (на основе хромита меди

24,0

33,0

4-2, 8

51,0

Предлагаемый (на основе хромита кобальта) 37,7 47,4

61,1

69,2

76,6

1326330

Таблица 3

О онверсия НС1, 7, при С

Содержание кислорода, об.Ж

400

50,4

42,1

62,0

55,6

66,5

54,2

51,3

38,1

Таблица 4

Выход хлора с

1 см каСодержание

О, об.Ж

Объемная тализатора, сМ

52,7

400

18,9

100

400

67,2

47,5

43,5

250

400

36,4

55,5

500

55,0

400

54,9

42,0

650

21,5

410

52,9

74,2

100

19,1

68,1

410

45,8

250

49,0

430

57,0

28,0

58,3

37,7

410

55,8

42,8

650

23,6

20,4

81,3

425

56,6

49,2

250

55,8

425

69,6

62,0

425

500

43,6

48,0

425

71,0

650

430

81,5

100

20,5

430

250

48,1

73,6

56,1

430

500

62,5

43,9

71,5

430

650

48,3

34,8

72,0

425

100

81,2

26,0

20,3

56,7 скорость, -1 ч

Температура, OC

j 425

Конверсия, НС1, Е

Содержание

С (в смеси, об. 7.

34,0

57,0

1826380

Продолжение табл, 4!

Выход

Температура, Содержан!:,:е

0С О, . об //

Коннерсия

НС1, %!

Объемная скорость, „-1 пора с

1 см каталиэато ра, см"

48,9 сс

26,0

73,2

425

250

62,3

43,7

26,0

500

70,7

425

26,0

/I7 8

34,1

650

20,6

425

100

31,0

49,7

250

69,4

43,8

500

425

33,8

31 0

650

Составители В. Теплякова

Редактор Н. Слободиипк ехред И. Верее Корректор M. По/ко

Закаа 322(/7 Тираж 5! О Подписное

ВНИИГ!И Государственного ко11итета СССР ио делю. изобретений и откр:,, ий! !3035, Москва, /К- 35, Рауи:скан иаб., д. !/5

ПроизводствеH!N)-по/и1гра фиксcK >| и1тед,1ри;11 H(., г. УлкгopoT, ул. I lp0(.hT 11, !

74,0

62,8

47,9

Содержание!

С1, в смеси, об„%