CC BY
18Краткие сообщения
УДК 66.097.36
Важной задачей современной химической технологии является уменьшение неблагоприятного техногенного воздействия человека на окружающую среду. Одно из направлений решения данной экологической проблемы это комплексное использование природного сырья и сокращение его потребления путем замены на вторичные материальные ресурсы - побочные продукты или отходы различных производств.
В связи с этим возникла заинтересованность в проведении исследований по применению «микрокремнезема» - побочного продукта электротермического производства кремния и кремниевых сплавов при синтезе сернокислотного катализатора типа СВД. В промышленности этот катализатор получают методом смешения V2O5 (6-8 масс.%), щелочных промоторов (10-12 масс.%) и диатомита - силикатного материала природного происхождения. [1, 2].
Изучение физико-химических характеристик микрокремнезема позволило прогнозировать возможность его использования вместо диатомита. Источниками микрокремнезема являются кремний, феррокремний и другие кремниевые сплавы, вырабатываемые в электродуговых печах. Микрокремнезем собирается путем охлаждения и фильтрования печных газов [3,4], он отличается высокой дисперсностью, кислото- и термостойкостью. Вид сплава, получаемого в печи, является основным фактором, определяющим химический состав и структуру материала, собранного в рукавных и электрофильтрах. Микрокремнезем, образующийся в производстве элементарного кремния, содержит обычно 94-98 масс. % SiO2, а в производстве сплавов -89-90 масс. % SiO2 [3,4].
В настоящей работе использовался микрокремнезем из электрофильтров газоочистных сооружений различных регионов России и ближнего зарубежья: из городов Братска, Иркутска, Челябинска, Новокузнецка, Красноуральска, Серова, Каменск-Уральского, Запорожье (Украина).
При синтезе образцов придерживались технологической схемы катализатора СВД [2], в которой диатомит полностью заменяли новым силикатным материалом. Процесс синтеза включал в себя следующие стадии: приготовление твердой фазы - шихты, представляющей собой смесь тонкодисперсных порошков микрокремнезема (89 масс.%) и пентоксида ванадия (11 масс.%); приготовление жидкой фазы, для чего к серной кислоте (40%) добавляли гидроксид калия (45%), пластификатор и воду. В полученный раствор постепенно вводили шихту. После перемешивания массу формовали в виде цилиндров с диаметром 5 мм, затем
Е.И. Добкина1, Л.А. Нефедова2, С. А. Лаврищева3
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ВТОРИЧНЫХ СЫРЬЕВЫХ РЕСУРСОВ
Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет), 190013, Санкт-Петербург, Московский пр., 26
В статье рассмотрена возможность использования побочного продукта электротермического производства кремния и кремниевых сплавов (микрокремнезема) при синтезе сернокислотных ванадиевых катализаторов.
Ключевые слова: микрокремнезем, ванадиевый катализатор, производство серной кислоты
сушили 4 часа при 100° и прокаливали 4 часа при 550°С.
Активность образцов проверяли в стандартных условиях на кинетической установке проточного типа при 485°С. Объемная скорость составляла 4000 ч-1, исходная газовая смесь содержала 10% SO2, остальное воздух, давление атмосферное [2, 5]. Для лучших по активности образцов дополнительно определяли степень превращения SO2 (Х) при 420°С, прочность (Р) и объем пор (^ор).
Наибольшей активностью и прочностью обладают катализаторы на основе микрокремнезема из Запорожья (Х485°с=89,0%; Х420°с=35,0%; Р=2,2 МПа; Vпор=0,45 см3/г) и Каменск-Уральского (Х485°с=85,0%; Х420°с=30,0%; Р=2,9 МПа; ^=0,54 см3/г), по этим показателям они превосходят промышленный катализатор СВД(КД) (Х485°с=83,0%; Х420°с=21,0%; Р=1,3 МПа; Vпор=0,36 см3/г), не уступают ему образцы, приготовленные с использованием сырья из Новокузнецка (Х485°С =83,0%) и Красноуральска (Х485°с=83,5%), остальные образцы не удовлетворяют необходимым требованиям.
Разницу в характеристиках полученных катализаторов, можно объяснить колебаниями химического, гранулометрического состава и пористой структуры микрокремнезема из различных источников.
Методом аналитической химии определено содержание в силикатном материале диоксида кремния и оксида алюминия, масс.%: SiO2 -92,0; АЬА - 0,5 (микрокремнезем из Запорожья); SЮ2 - 97,7; А12О3 -0,4 ( микрокремнезем из Каменск-Уральского). Кроме того по данным энергетического дисперсионного спектрального анализа (ЭДС) в составе микрокремнезема присутствуют соединения Na, Мд, К, Мп, Fe.
Как известно из литературы [6, 7, 8] и практики, оксид алюминия снижает активность сернокислотных ванадиевых катализаторов, а соединения щелочных и щелочноземельных металлов (К, Na, Мд, Rb, Cs) напротив - повышают, особенно в области низких температур. Микрокремнезем характеризуется незначительным содержанием АЮ3 по сравнению с диатомитом ( в различных месторождениях от 4 до 10 масс. %), чем и можно, объяснить повышенную активность образцов на его основе. Одной из важных характеристик катализаторов является термостабильность, которую определяли по методике включающей 10-и часовую обработку образцов при 7000С газовой смесью, содержащей 15 об.% SO2 и 15,7 об.% О2. Термостабильность оценивалась величиной степени
1 Добкина Елена Исааковна, д-р техн. наук, профессор каф. технологии катализаторов, e-mail: [email protected] Нефедова Любовь Александровна, канд. техн. наук, доцент каф. технологии катализаторов, e-mail: [email protected]
Лаврищева Светлана Алексеевна, канд. техн. наук, доцент каф. технологии катализаторов, e-mail: [email protected]
Дата поступления - 6 ноября 2009 года
термической дезактивации: Т = (Хн - Хк)/Хн, где Хн и Хк - активность катализатора до и после термообработки.
Степень дезактивации катализатора на основе микрокремнезема составила 22%, а промышленного катализатора СВД на диатомите - 26%.
Таким образом, результаты исследований показали, что на основе вторичного сырья, побочного продукта электротермического производства кремния и кремниевых сплавов, можно получить катализатор по своим потребительским характеристикам (активности, прочности, термостабильности) превосходящий промышленные марки СВД.
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. Мухленов И. П., Добкина Е.И., Дерюжкина В. И. Технология катализаторов. Л.: Химия, 1979. 325 с.
3. Венгин С.И., ЧистяковА.С. Технический кремний. М.: Металлургия, 1972. 206 с.
4. Емлин Б.И., Гасик М.И. Справочник по электротермическим процессам. М.: Металлургия, 1978. 288 с.
5. Добкина Е.И., Кузнецова С.М., Нефедова Л.А., Лаврищева С.А. Определение активности нанесенного ванадиевого катализатора для окисления диоксида серы с использованием данных проточного метода // ЖПХ. 2001. Т.74. Вып. 7. С. 1100-1102.
6. Иваненко С.В., Джораев Р.Р. Активность ванадиевых сернокислотных катализаторов, промотированных соединениями Na, К, Rb, Cs и Мд при различных парциальных давлениях // ЖПХ. 1995. Т. 68. № 6. С. 966-970.
7. Милисавлевич Б.С., Иванов А.А., Полякова Г.М. Влияние добавок элементов первой группы на активность ванадиевых катализаторов окисления двуокиси серы //Кинетика и катализ. 1975. Т. 16. № 1. С. 103-107.
8. Кузнецова С.М., Добкина Е.И., Нефедова Л.А., Лаврищева С.А. Сернокислотные ванадиевые катализаторы, промотированные соединениями магния // ЖПХ. 2002. Т.75. Вып. 11. С. 1851-1854.
