[发明专利]一种具有低温活性的钒催化剂

说明书

技术领域

本发明属于催化技术领域，具体涉及一种具有低温活性的钒催化剂。

背景技术

硫酸生产的核心过程是SO₂的转化，即在催化剂的作用下SO₂氧化为SO₃，再用水或稀硫酸吸收制得硫酸。提高转化过程的转化率对于提高硫酸产率，减少尾气中SO₂污染物的排放十分关键。

提高SO₂转化率的关键是降低反应温度，由于SO₂氧化是放热反应，从热力学角度，降低反应温度有利于提高SO₂的平衡转化率；在工业硫酸生产中，各段反应器的反应温度依次逐段降低，以利于SO₂的最大转化；大多数工业硫酸生产过程，末段转化器的入口温度在400-430℃，当入口温度低于400℃时催化剂活性急剧下降，易导致转化率降低、产率降低、尾气排放不合格；为此，提高催化剂的低温活性是硫酸行业亟待解决的问题。

目前工业上均采用以五氧化二钒为主催化剂，碱金属硫酸盐（硫酸钾、硫酸钠、硫酸铯等）为助催化剂，硅藻土为载体的V-M-Si系催化剂；硫酸工业常用的催化剂可分为中温型和低温型两种；中温型催化剂适用于420~600℃，低温型催化剂适用于400~440℃。但即使是低温催化剂，其低温活性也很低；国家标准《二氧化硫氧化制硫酸催化剂》（HG 2086-2004）中规定其440℃活性仅为35%，难以满足环保部门对硫酸工业尾气SO₂排放量的新要求，也不利于产率和产量的提高；同时，现有催化剂活性随着温度降低而急剧下降，特别是在低于400℃以后，活性下降很快，难以满足生产的要求。为此，需要对现有催化剂进行改进，提供一种具有起燃温度低、活性高、适用温度范围宽、热稳定性好，能提高SO₂总转化率，提高硫酸产率，减少尾气中SO₂污染物排放，以满足工业生产的需要。

中国专利申请“一种用于硫酸生产的钒催化剂及其制备方法”（2013106455650）公开了一种用于硫酸生产的钒催化剂及其制备方法，通过在催化剂中添加低温活化剂（杂多酸），降低起燃温度，提高催化剂的低温活性；但是，直接将磷钨酸加入钒催化剂有以下缺点：杂多酸与催化剂载体结合力较弱，易脱落、易流失；此外，杂多酸在催化剂表面分散不均匀，限制了活性的进一步提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有低温活性的钒催化剂。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为，一种具有低温活性的钒催化剂，其制备方法包括以下步骤：将V₂O₅缓慢加入到KOH水溶液中制得K/V（摩尔比）为2~4：1的钒水，调整钒水pH值为2-4得到胶体沉淀物，将SiO₂负载的磷钨酸（HPW/SiO₂）加入到胶体沉淀物中并搅拌成均匀的混合物；将混合物与硅藻土加入碾子中混合均匀，加水碾压密实，成为可塑性物料；再经挤条、干燥、焙烧、过筛制成具有低温活性的钒催化剂；干燥温度为120-150℃，时间为3-4h；焙烧温度为550-600℃，时间为1-3h。

V₂O₅的加入量为钒催化剂成品干重的8.3%。

SiO₂负载的磷钨酸的加入量为钒催化剂成品干重的0.5%~4%。

所述SiO₂负载的磷钨酸，磷钨酸的质量含量为10-50%。

优选的，所述的SiO₂负载的磷钨酸的制备方法，包括以下步骤：将磷钨酸完全溶解于水中，加入TEOS（正硅酸乙酯）、共溶剂；然后在55~65℃水浴下回流3-4 h；水浴加热至75~85℃，不断搅拌直至完全形成凝胶；将凝胶老化10-12h后，加入正己烷或者环己烷进行溶剂置换；将溶剂置换后的凝胶分别于50-70℃下干燥20-24h，再在80-100℃下干燥20-24h；研磨干燥后的凝胶，于400-500℃下焙烧10-12h。

磷钨酸与TEOS的质量比为0.032-0.288﹕1。

优选的，所述共溶剂为乙醇、丙醇或丁醇中任一种或几种。