Катализатор для глубокого окисления органических соединений

 

Использование: в каталитической химии, в частности в качестве катализатора сотовой структуры для глубокого окисления органических веществ. Сущность изобретения: катализатор получают в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза из экзотермической смеси состава, мас.%: Mg 8 - 15; Cr₂O₃ 9 - 15; CrO₃ 26 - 30; Ai₂O₃ 18 - 23; MgO 25 - 30 и содержит 33 - 45 мас. % активной фазы, содержащей 80 - 92 мас.% соединений шпинели общей ф-лы MgM₂O₄, где M=Al или Cr, и 55 - 67 мас.% оксидов магния и алюминия. 1 табл.

Изобретение относится к каталитической химии, в частности к катализаторам для глубокого окисления органических соединений, и может быть использовано в химической, нефтехимической, металлургической и других отраслях промышленности.

Известны катализаторы мари ИК-12-72 и ИК-12-73 медно-алюмохромовые, алюмомагнийхромовые, алюмомагниймеднохромовые на гранулированном носителе из оксидов алюминия [1] Эти катализаторы имеют высокую активность в реакциях окисления углеводородов при достаточно большой удельной поверхности.

Однако эти катализаторы обладают высоким газодинамическим сопротивлением, что ограничивает их практическое применение, особенно в процессах с высокими объемными скоростями.

Известен катализатор ИК-12-30 (варианты катализатора ИК-12-72 на блочном носителе из оксида алюминия) для окисления органических соединений, содержащий смешанные окислы структуры шпинели, образованных хромом (III) CoCr₂O₄, CuCr₂O₄, MgCr₂O₄, нанесенных на оксид алюминия [2] Этот катализатор имеет следующие характеристики: удельную поверхность 11-14 м²/г и активность в реакции полного окисления бутана 83-95% а в реакции глубокого окисления наиболее трудно окисляемого углеводорода метана (как показали результаты испытаний) 68-70% Недостатком данного катализатора является его малая активность, низкая производительность при 650^оС 38% и низкая термостабильность.

Задача изобретения разработать блочный катализатор сотовой структуры путем качественного, количественного подбора компонентов и условий его получения, которые обеспечили бы ему высокую активность при небольшой удельной поверхности.

Для этого предлагаемый катализатор, содержащий активную фазу, состоящую из соединений магния, хрома и оксида алюминия, получается в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза из экзотермической смеси следующего состава, мас. Mg 8-15; Cr₂O₃ 9-15; СrO₃ 26-30; Al₂O₃ 18-23; MgO 25-30 и содержит 33-45 мас. активной фазы, содержащей 80-92 мас. соединений шпинели общей формулы MgM₂O₄, где М алюминий или хром, и 55-67 мас. оксидов магния и алюминия.

Химический состав и соотношение элементов в катализаторе обосновывают исходя из соответствия с соотношением элементов в окислах со структурой шпинели MgM₂O₄. Отступления от этого соотношения приводят к невозможности формования и образования катализатора сотовой структуры, что приводит к получению катализатора с низкой активностью и термостабильностью.

Предлагаемый катализатор в реакциях глубокого окисления метана имеет удельную поверхность 1,0-3,2 м²/г, активность 74-76% прочность на сжатие 5,5-6,5 МПа, пористость 70-75% Катализатор не требуется наносить на носитель, так как его активная фаза формируется непосредственно в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, который позволяет в течение короткого времени и в одну стадию получить катализатор 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 MgM₂O₄, где М алюминий или хром, или оксиды магния или алюминия. При этом метод СВС позволяет получить термостойкую и высокодефектную структуру катализатора, что способствует повышению его активности при невысокой удельной поверхности в реакциях глубокого окисления органических соединений.

Катализатор согласно изобретению готовят следующим образом: берут исходную экзотермическую смесь из 10 г порошка и металлический Mg, 10 г Gr₂O₃, 27 г GrO₃, 20 г Al₂O₃ и 33 г MgO, перемешивают, прессуют под давлением 10 МПа и получают блоки диаметром 20 мм, высотой 15 мм с отверстиями 1,5 мкм и общим числом отверстий в блоке 3/7, который помещают в печь, нагретую до 700^оС. Через 2 мин происходит самовоспламенение блока и синтез проходит при 1600^оС за 2-3 c.

Удельную поверхность полученных катализаторов измеряли методом газовой хроматографии, которая составила 1,0-3,2 м²/г (удельная поверхность катализатора по прототипу составила 6,1 м²/г).

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

Результаты испытаний приведены в таблице.

П р и м е р ы 2-10 выполнены аналогично примеру 1, но с различным содержанием исходных компонентов.

Формула изобретения

КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ГЛУБОКОГО ОКИСЛЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ, включающий активную фазу, состоящую из соединений магния и хрома, и оксид алюминия, отличающийся тем, что катализатор получен в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза из экзотермической смеси следующего состава, мас. %: Mg - 8 - 15, Cr₂O₃ - 9 - 15, CrO₃ - 26 - 30, Al₂O₃ - 18 - 23, MgO - 25 - 30, и содержит 33 - 45 мас.% активной фазы, содержащей 80 - 92 мас.% соединений шпинели общей формулы MgM₂O₄, где M - алюминий или хром, и 55 - 67 мас.% оксидов магния и алюминия.

РИСУНКИ

Рисунок 1