Катализатор для глубокого окисления углеводородов

 

Использование: катализатор для глубокого окисления органических соединений, содержащий активную фазу в виде соединений магния и хрома на оксиде алюминия, в режиме горения из экзотермической смеси при следующем соотношении компонентов, мас. Mg 3 7; Cr₂O₃-3-8, CrO₃-20-25, Al₂O₃-23-39 MgO 30 42 и 32 35 активной фазы, содержащей 81 86 мас. шпинели MgCr₂O₄ и 65 68 мас. оксидов магния и алюминия. 1 табл.

Изобретение относится к каталитической химии, в частности к катализаторам для глубокого окисления углеводородов, и может быть использовано в химической и нефтехимической промышленности.

Известны катализаторы марки ИК-12-72 и ИК-12-74-медноалюмохромовые, алюмомагнийхромовые, алюмомагниймеднохромовые на гранулированном носителе из оксида алюминия [1,2] Эти катализаторы имеют высокую активность, но при этом обладают высоким газодинамическим сопротивлением, что ограничивает их практическое применение.

Известен катализатор ИК-12-30 для окисления органических соединений, содержащий смешанные окислы структуры шпинели, образованных трехвалентным хромом CoCr₂O₄, CuCr₂O₄, MgCr₂O₄, нанесенных на оксид алюминия.

Этот катализатор имеет удельную поверхность 11-14 м²/г и активность в реакции окисления бутана 83-95% а в реакции глубокого окисления метана 68-70% Недостатком известного катализатора является его невысокая активность и низкая производительность.

В основу изобретения положена задача увеличения активности катализатора с относительно высокой удельной поверхностью путем подбора состава компонентов.

Задача решается тем, что предлагается катализатор, содержащий активную фазу в виде соединений магния и хрома на оксидах алюминия и магния, в которых, согласно изобретению, активная фаза содержит около 85 мас. шпинели, полученной в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза из экзотермической смеси при следующем соотношении компонентов, мол. Mg 3-7 Cr₂O₃ 3-8 CrO₃ 20-25 Al₂O₃ 23-39 MgO 30-42 Задача решается также тем, что катализатор содержит шпинель вида MgCr₂O₄ и оксид хрома вида Cr₂O₃.

Предлагаемый катализатор в реакциях глубокого окисления метана имеет удельную поверхность 16,3-17,4, активность до 100 при 700^оС, прочность на сжатие 5,3-6,5 МПа, пористость 70-75% Катализатор получается по упрощенной технологии в одну стадию за очень короткое время 2-5 мин в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в виде блоков сотовой структуры.

Это достигается тем, что в ходе горения экзотермической смеси развиваются высокие температуры до 1600^оС, которые способствуют образованию соединений типа шпинели вида MgCr₂O₄ на оксидах магния и алюминия и оксида хрома. При этом метод СВС позволяет получить термостойкую и высокодефектную структуру катализатора, что способствует повышению его активности в реакциях глубокого окисления углеводородных соединений.

Заявляемое соотношение компонентов в исходной экзотермической смеси для получения блочных катализаторов подобраны экспериментально и отклонения от указанных диапазонов приведут к невозможности сохранения блочной структуры катализатора либо к невозможности воспроизведения СВС.

П р и м е р. Готовят исходную экзотермическую смесь из 4 г порошка Mg, 5 г Cr₂O₃, 25 г СrO₃, 24 г Al₂O₃, 42 г MgO, которую тщательно перемешивают до однородной массы и помещают в специальную пресс-форму. Прессование осуществляют давлением в 10 МПа. после прессования получают блоки диаметром 15 мм и высокой 15 мм с отверстиями диаметром 1,5 мм и общим числом отверстий в блоке 19, который помещают в печь, нагретую до 700^оС. Через 2 мин происходит самовоспламенение блока и синтез происходит за 2-3 секунды.

Удельную поверхность полученного катализатора измеряли методом газовой хроматографии, которая составила 17,4 м²/г.

Рентгенофазовый анализ показывает, что полученный катализатор содержит 34 мас. активной фазы, включающий 85 мас. шпинели MgCr₂O₄.

Каталитическая активность полученного катализатора оценивают по степени окисления 0,5% метана на прочной установке в смеси с 21% кислорода в аргоне при объемной скорости 10 тыс.ч.^-1.

Результаты испытания представлены в таблице.

Примеры 2-6 выполнены аналогично примеру 1, но с различным содржанием исходных компонентов.

Формула изобретения

КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ГЛУБОКОГО ОКИСЛЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ, включающий активную фазу, состоящую из соединений магния и хрома, и оксид алюминия, отличающийся тем, что катализатор получен в режиме самораспространяющего высокотемпературного синтеза из экзотермической смеси следующего состава, мас.

Mg 3 7 Cr₂O₃ 3 8, CrO₃ 20 25 Al₂O₃ 23 39 MgO 30 42
и содержит 32 35 мас. активной фазы, содержащей 81 86 мас. шпинели Mg Cr₂ O₄ и 65 68 мас. оксидов магния и алюминия.

РИСУНКИ

Рисунок 1