CC BY
28УДК 66. 097. 36
С.А. Лаврищева1, Л.А. Нефёдова2, В.Е. Скобочкин3
Существенной чертой современной практической химии является использование катализаторов. За последнее время для катализа не были использованы какие-либо новые химические элементы, которые не применялись бы ранее для этой цели. Однако непрерывно синтезируются новые катализаторы повышенной активности, превосходящие и по другим показателям существующие. Это объясняется тем, что в настоящее время удается использовать различные нетрадиционные виды сырья в качестве носителей, которые обеспечивают не только определенный химический состав катализатора, но и его оптимальную пористую структуру.
Достаточно показательной иллюстрацией этого положения может служить эволюция сернокислотных катализаторов. Их технология и, соответственно, активность, срок службы, размер и форма частиц, а также прочность различны. Однако, несмотря на разнообразие рецептур, все они содержат: У2<Э5,
щелочные промоторы и носитель - силикатный материал природного или синтетического происхождения [1, 2].
Несомненный интерес представляет использование синтетических силикатных отходов. С каждым годом все ощутимее становится потребность в утилизации таких отходов, и в частности, микрокремнезема - силикатного отхода электротермического производства кремния и кремниевых сплавов. Источниками микрокремнезема являются кремний, феррокремний и другие кремниевые сплавы, вырабатываемые в электродуговых печах. Микрокремнезем - это пылевидный силикатный материал практически нерастворимый в воде и кислотах. Высокая дисперсность, термостойкость, а также низкое содержание АЬОз позволили прогнозировать возможность применения микрокремнезема в качестве носителя при производстве катализаторов типа СВД (сульфованадиевый на диатомите).
При синтезе катализатора использовали микрокремнезем из различных регионов России и ближнего зарубежья. При этом придерживались технологической схемы катализатора СВД [2], в которой диатомит полностью заменяли силикатным отходом. Расходные нормы по сырью выдерживали в соответствии с заводскими. Процесс синтеза включал в себя следующие стадии: приготовление твердой фазы - шихты, представляющей собой
БЛОЧНЫЕ
И ГРАНУЛИРОВАННЫЕ КАТАЛИЗАТОРЫ НА ОСНОВЕ МИКРОКРЕМНЕЗЕМА
Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет) 190013, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 26
Определена перспективность использования микрокремнезема -отхода электротермического производства кремния при синтезе гранулированного и блочного сернокислотного ванадиевого катализатора.
Ключевые слова: сернокислотные ванадиевые катализаторы,
блочный катализатор, микрокремнезем, каталитическая активность.
смесь тонкодисперсных порошков микрокремнезема и пентоксида ванадия (89 мас. % диатомит; 11 мас. % V2O5); приготовление жидкой фазы, для чего к 40 %-ной серной кислоте добавляли 45 %-ный гидроксид калия в объемном соотношении 1,5/1 с целью получения гидросульфата калия, пластификатор и воду. В полученный раствор постепенно вводили шихту. После перемешивания массу формовали в виде цилиндров с диаметром 5 мм, затем сушили 4 часа при 100°С и прокаливали 4 часа при 550°С. Синтезированные катализаторы характеризуются активностью Х485°с = 89,0 % и Х420°с = 50,0 %, по активности они превосходят катализатор марки СВД(КД) (сульфованадиевый на комбинированном диатомите), степень превращения диоксида серы на котором Х485°с =
83,0 %, Х420°с = 20,0 %.
Высокая активность катализаторов на основе силикатного отхода объясняется следующим: в составе микрокремнезема присутствуют в небольших количествах соединения Иа, Мд, К, Мп. Перечисленные элементы, как известно из литературы [2-4] и практики, оказывают промотирующее воздействие на ванадиевые сернокислотные катализаторы, особенно в области низких температур.
Применение микрокремнезема в качестве носителя не требует внесения каких-либо дополнительных изменений в технологическую схему производства катализатора. Одним из преимуществ этого материала является постоянство его химического и гранулометрического состава на конкретном промышленном предприятии, тогда как состав природного сырья (диатомита) может существенно меняться даже в пределах одного месторождения.
Таким образом, на базе силикатных отходов электротермического производства кремния в рамках существующей промышленной технологии можно синтезировать сернокислотные катализаторы не только не уступающие, но и превосходящие по активности промышленный катализатор СВД.
В последнее время все более широкое применение получают блочные катализаторы. Поэтому были проведены исследования с целью определения перспективности использования суспензии на основе микрокремнезема (СМК) для получения тонких равномерных оксид-
1 Лаврищева Светлана Алексеевна, канд. техн. наук, доцент каф. общей химической технологии и катализа, [email protected]
2 Нефедова Любовь Александровна, канд. техн. наук, доцент каф. общей химической технологии и катализа,
3 Скобочкин Виктор Ефимович, канд. техн. наук, профессор каф. коллоидной химии
Дата поступления - 15 октября 2012 года
ных слоев на оксидированной металлической поверхности блочного катализатора.
В качестве первичного носителя блочного катализатора была использована металлическая лента из сплава Х15Ю5. Сталь данного состава относится к категории нержавеющих сталей, коррозионностойких в промышленных условиях окисления оксида серы (IV) в оксид серы (VI).
Покрывная суспензия была нанесена на металлические пластины и блок методом многократного последовательного окунания в суспензию, центрифугирования (600 об/мин, 2 мин) для снятия излишков суспензии, промежуточной сушки (300°С, 0,5 ч) для закрепления тонкого частично дегидратированного слоя на поверхности и завершающей операцией прокалки пластин (550°С, 4 ч) для формирования в слое вторичного носителя активного компонента и оптимальной пористой структуры.
Полученные тонкие оксидные слои обладают достаточно высокой прочностью к механическим воздействиям, что, видимо, связано с глубокой гомогенизацией катализаторной массы в процессе получения суспензии (мокрый помол в шаровой мельнице в течение 4 ч) и хорошими адгезионными свойствами суспензии СМК по отношению к оксидированной поверхности металлического сплава Х15Ю5.
Синтезированные катализаторы характеризуются достаточно высокой активностью Х485°с = 85,0 % и Х420°с =
32,0 %.
Таким образом, определена возможность использования в качестве носителя сернокислотных ванадиевых катализаторов как блочных, так и гранулированных, нетрадиционного вида сырья -микрокремнезема (отхода электротермического производства кремния), что позволяет расширить сырьевую базу для создания сернокислотных катализаторов и решить ряд экологических задач.
Литература
1. СлейтА. Катализ в промышленности: в 2-х т. Т. 2. / Пер. с англ. / Под ред. Б. Лича. М.: Мир, 1986. 291 с.
2. Иваненко С.В., Джораев Р.Р. Активность
ванадиевых сернокислотных катализаторов,
промотированных соединениями Иа, К, №, Cs и Мд при различных парциальных давлениях // Журн. прикл. химии. 1995. Т. 68. №6. С .966-970.
3. Кузнецова С.М., Добкина Е.И., Нефедова Л.А., Лаврищева С.А. Сернокислотные ванадиевые катализаторы, промотированные соединениями магния // Журн. прикл. химии. 2002. Т. 75. Вып. 11. С. 1851-1854.
4. Фотиев А.А., Слободин Б.В., Ходос М.Я. Ванадаты. Состав, синтез, структура, свойства. М.: Наука, 1988. 272 с.
