Способ получения ванадий-титанового катализатора

Изобретение относится к способам получения оксидных ванадий-титановых катализаторов окислительно-восстановительных реакций, например промышленных процессов получения фталевого ангидрида окислением оксилола, селективного восстановления оксидов азота и обезвреживания хлорорганических соединений. Способ получения ванадий-титанового катализатора включает следующие стадии: получение раствора титанила сульфата; добавление к полученному раствору раствора аммиака и затем раствора пероксида ванадия или добавление к полученному раствору ванадила сульфата или оксалата и затем раствора аммиака; возможно выдержку образовавшейся суспензии после смешения растворов; последующую фильтрацию и прокаливание при 450°С. Предлагаемый способ позволяет получить термоустойчивый катализатор окисления хлорбензола, обладающий высокой каталитической активностью. Кроме того, значительно снижается длительность процесса получения катализатора: 10-12 часов против 72 часов в известном способе. 1 табл.

 

Изобретение относится к способам получения оксидных ванадий-титановых катализаторов окислительно-восстановительных реакций, например промышленных процессов получения фталевого ангидрида окислением о-ксилола, селективного восстановления оксидов азота и обезвреживания хлорорганических соединений.

Известен способ получения ванадий-титанового катализатора окисления хлорбензола с молярным отношением V:Ti=10. Катализатор получают путем перемешивания метаванадата аммония (NH4VO3) и суспензии оксида титана в водном растворе мочевины с добавкой щавелевой кислоты до рН, равной 4, последующего нагревания до 90°С в течение 20 ч. После этого суспензию сушат и прокаливают при 500°С 10 ч (Moon S.W., Lee G-D., Park S.S. and Hong S-S. "Catalytic combustion of chlorobenzene over V2O5/TiO2 catalysts prepared by the precipitation-deposition method", J. React. Kinet. Catal. Lett., vol.82, No2, p.303-310,2004).

Недостатком известного способа является низкая активность полученного катализатора при окислении хлорбензола, обусловленная, в частности, его низкой удельной поверхностью (9 м2/г). Так, при объемной скорости газового потока 15000 ч-1 конверсия хлорбензола составляет 90% при 327°С.

Известен способ получения ванадий-титанового катализатора путем помещения диоксида титана (анатаза) в водный раствор метаванадата аммония (NH4VO3), доведения рН этой суспензии до 7,0-7,1 (добавлением NH4OH или NHO3), перемешивания в течение 48 ч и фильтрации. После этого полученный продукт сушат при 60°С в течение 24 ч и прокаливают в атмосфере воздуха при 500°С в течение 2 ч. Затем порошок катализатора может быть нанесен на инертную подложку (ЕР 1145762, МКИ B01J 23/22, 2001).

Недостатком известного способа является невысокая активность полученного катализатора при окислении хлорбензола, обусловленная, в частности, его низкой удельной поверхностью (29 м2/г). Так, при концентрации хлорбензола в воздухе 9000-900 ppm и объемной скорости газового потока 20000 ч-1 конверсия хлорбензола равна всего 39% при 450°С, а при более низкой концентрации хлорбензола, равной 265 ppm, и более низкой объемной скорости газового потока, равной 15000 ч-1, конверсия хлорбензола равна 90% при 327°С. Кроме того, к недостаткам способа относятся его значительная длительность (более 3-х суток) и низкая термическая устойчивость полученного катализатора. Так, уже при 500°С в составе катализатора наблюдается появление фазы рутила, что значительно снижает его активность.

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать способ получения ванадий-титанового катализатора, обеспечив высокую активность катализатора при низких температурах, более высокую термическую устойчивость и сократив время процесса его получения.

Поставленная задача решена в предлагаемом способе получения ванадий-титанового катализатора, который включает получение раствора титанила сульфата, добавление к полученному раствору раствора аммиака и затем раствора пероксида ванадия или добавление к полученному раствору ванадила сульфата или оксалата и затем раствора аммиака, возможно выдержку образовавшейся суспензии после смешения растворов, последующую фильтрацию и прокалку при 450°С.

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ получения ванадий-титанового катализатора, в котором процесс получения катализатора ведут из раствора смеси исходных соединений.

Все известные способы получения ванадий-титановых катализаторов предполагают взаимодействие растворов солей ванадия с твердым порошком диоксида титана с последующей фильтрацией и прокалкой. В результате получают оксидный катализатор, где оксид ванадия нанесен на поверхность диоксида титана. Принципиальным отличием предлагаемого способа от известных является ведение процесса в смеси растворов с использованием осаждения аммиаком. В результате получают катализатор со структурой анатаза, в которую внедрены ионы ванадия.

Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом. Получают раствор титанила сульфата в воде, добавляют при перемешивании водный раствор аммиака и раствор пероксида ванадия. Образовавшуюся суспензию нагревают при 60-80°С в течение 1-2 ч. В случае использования в качестве исходной смеси смесь растворов титанила сульфата и ванадила сульфата или оксалата в воде к смеси добавляют водный раствор аммиака. Образовавшийся в первом и во втором случаях осадок отфильтровывают, медленно нагревают до 450±5°С и выдерживают при этой температуре в течение 10ч. Затем охлаждают до комнатной температуры. Полученный продукт аттестуют рентгенофазовым анализом. Удельную поверхность определяют методом "БЭТ" на анализаторе TriStar 3000 V6.03A.

Полученный катализатор испытывают в реакции окисления хлорбензола в проточном реакторе и интервале температур 300-350°С. В реактор загружают 0,5 г катализатора в виде порошка с размером частиц менее 0,25 мм в смеси с четырьмя объемами карбида кремния с размером частиц также менее 0,25 мм. При температуре 300-350°С в реактор подают паровоздушную смесь хлорбензола с воздухом (концентрация хлорбензола в смеси 9000-900 ppm) с объемной скоростью 20000 ч-1. В газах после реактора определяют непрореагировавший хлорбензол путем адсорбции его на силикагеле (размер частиц 0,25-0,5 мм), элюирования его ацетоном и хроматографирования с внутренним стандартом из дурола. Превращение хлорбензола в продукты полного сгорания (СО2) определяют весовым методом (поглощение аскаритом). Результаты испытаний приведены в таблице.

Таблица
Состав катализатораКонцентрация хлорбензола, ppmТемпература процесса, °СКонверсия хлорбензола, %Выход продуктов полного окисления (CO2), %
Пример 19000

9000

9000

9000

900
345

330

310

300

300
100

100

99

95

100
100

100

99

95

100
Пример 2.9000

9000

9000

900
350

340

320

300
100

100

97

100
100

100

97

100
Пример 3.9000

9000

900
340

320

300
100

99

100
100

99

100

Согласно данным рентгенофазового анализа катализатор, полученный предлагаемым способом, более термически устойчив, чем известный, поскольку появление фазы рутила наблюдается при 600°С.

Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Растворяют 7,36 г TiOSO4·2Н2О в 200 мл воды; добавляют при перемешивании 5,9 мл водного раствора аммиака с содержанием 24% NH3 и пероксидный раствор 0,34 г V2О5 в 30 мл воды. Образовавшуюся суспензию нагревают при 60°С в течение 2 часов. Осадок отфильтровывают, медленно нагревают до 450°С и выдерживают при этой температуре в течение 10 часов. После охлаждения до комнатной температуры получают оксидный ванадий-титановый катализатор с молярным отношением V:Ti=1:10 со структурой анатаза и удельной поверхностью 92 м2/г.

Пример 2. В раствор с концентрацией 41,11 г/л TiOSO4 и 4,19 г/л VOSO4 добавляют при постоянном перемешивании водный раствор аммиака с содержанием 24% NH3 по достижении рН=8. Осадок отфильтровывают, медленно нагревают до 450°С и выдерживают при этой температуре в течение 10 часов. После охлаждения до комнатной температуры получают оксидный ванадий-титановый катализатор с молярным отношением V:Ti=1:10 со структурой анатаза и удельной поверхностью 66 м2/г.

Пример 3. В раствор с концентрацией 41,11 г/л TiOSO4 и 3,984 г/л VOC2O4 добавляют при постоянном перемешивании водный раствор аммиака с содержанием 24% NH3 по достижении рН=8. Осадок отфильтровывают, медленно нагревают до 450°С и выдерживают при этой температуре в течение 10 часов. После охлаждения до комнатной температуры получают оксидный ванадий-титановый катализатор с молярным отношением V:Ti=1:10 со структурой анатаза и удельной поверхностью 76 м2/г.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить термоустойчивый катализатор окисления хлорбензола, обладающий высокой каталитической активностью. Кроме того, значительно снижается длительность процесса получения катализатора (10-12 часов против 72 часов в известном способе).

Способ получения ванадий-титанового катализатора, отличающийся тем, что он включает получение раствора титанила сульфата, добавление к полученному раствору раствора аммиака и затем раствора пероксида ванадия или добавление к полученному раствору ванадила сульфата или оксалата и затем раствора аммиака, возможно выдержку образовавшейся суспензии после смешения растворов, последующую фильтрацию и прокалку при 450°С.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу получения каталитической композиции, содержащей, по меньшей мере, один компонент неблагородного металла VIII группы и, по меньшей мере, два компонента металлов VIB группы, компоненты металлов группы VIII и группы VIB составляют, по меньшей мере, 50 мас.% каталитической композиции, в пересчете на оксиды.
Изобретение относится к катализатору на основе кобальта, его получению и применению в процессе Фишера-Тропша. .
Изобретение относится к применяемым в области химии способам получения оксида циркония для производства катализаторов, используемых, например, в реакциях органического синтеза.

Изобретение относится к катализаторам превращений углеводородов и, в частности, касается катализаторов на основе синтетических мезопористых кристаллических материалов и способа их получения.
Изобретение относится к способам приготовления катализаторов для конверсии монооксида углерода при получении водорода, азотоводородной смеси или других водородсодержащих газов.

Изобретение относится к экологически чистым способам получения изоалканов путем скелетной изомеризации линейных алканов в газовой фазе в присутствии катализатора и может найти применение в химической и нефтехимической промышленности.

Изобретение относится к области физической химии и может быть использовано для регулирования скорости автокаталитических реакций гидрирования. .
Изобретение относится к способу получения катализатора гидрообработки, к каталитической композиции, получаемой указанным способом, и к применению указанной каталитической композиции при гидрообработке.
Изобретение относится к катализаторам для очистки отходящих серусодержащих газов по способу Клауса и может найти применение в процессах очистки отходящих газов на предприятиях газовой, нефтяной, химической промышленности, черной и цветной металлургии.

Изобретение относится к производству ванадиевых катализаторов конверсии SO2 в SO3. .

Изобретение относится к производству ванадиевых катализаторов конверсии SO2 в SO3. .

Изобретение относится к области получения муравьиной кислоты окислением формальдегида кислородом. .

Изобретение относится к каталитической системе и к соответствующему способу окислительного дегидрирования алкилароматических углеводородов, в частности этилбензола, или парафинов до соответствующих алкенилароматических углеводородов, в частности стирола, или до соответствующих олефинов.

Изобретение относится к производству ванадиевых катализаторов окисления диоксида серы в триоксид серы в производстве серной кислоты контактным методом, в частности к шихте для получения катализатора.

Изобретение относится к области химии неорганических веществ и производству минеральных удобрений, в частности может использоваться в синтезе серной кислоты. .

Изобретение относится к области пиролиза углеводородного сырья. .
Изобретение относится к области гетерогенного катализа и может быть использовано в производстве серной кислоты, для очистки технологических газов от СО, а также для нейтрализации NOx, содержащихся в выхлопных газах транспортных средств, в органическом синтезе и др.
Изобретение относится к способу получения оловосодержащих ванадиево-сурьмяных катализаторов, пригодных для каталитического аммоксидирования С3-С5-парафинов или олефинов, более конкретно к получению катализаторов для аммоксидирования пропана, или изобутана, или пропилена, или изобутилена с получением соответствующих ,-ненасыщенного мононитрила, акрилонитрила или метакрилонитрила.
Изобретение относится к применению катализатора для разложения N2O в условиях процесса Оствальда, в котором применяется катализатор. .
Наверх