[发明专利]一种二氧化硫氧化制硫酸用纳米钒催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于在硫酸生产中将二氧化硫氧化成三氧化硫的钒催化剂，特别是涉及一种低温二氧化硫氧化制硫酸纳米钒催化剂及其制备方法。

背景技术

我国硫酸钒催化剂生产已有几十年的历史，长期以来，一直沿用如下工艺步骤：①用水清洗并用稀硫酸热煮硅藻土，清除硅藻土中Fe₂O_3，Al₂O₃等杂质，使其中SiO₂的含量达到85%wt以上；②将V₂O₅与KOH溶液反应，使之变成KVO₃溶液；③KVO₃溶液与浓硫酸并流滴加到水中，中和反应后形成胶状物，此步反应中由于使用的是浓硫酸，所以当浓硫酸加入水中时，反应非常剧烈，放出大量的热量，容易引起局部结晶，结晶颗粒大，在胶状物中形成大的胶团；④将精制硅藻土、胶状物、元明粉、磷酸和硫磺计量导入碾子中进行充分混碾；⑤将混碾后的物料通过挤条机成型后，烘干，煅烧，形成产品。该产品低温活性低，机械强度不高，磨耗率高，起燃温度高，热稳定性差，使用一段时间后，活性就下降很快，转化率下降，造成SO₂超标排放。

发明内容

为了解决现有技术存在的反应不易控制，起燃温度高等缺点，本发明提供一种二氧化硫氧化制硫酸用纳米钒催化剂及其制备方法，反应温和，催化剂在低温条件下，具有高活性和高稳定性的，能够降低尾气SO₂排放量。

本发明的技术方案为：一种二氧化硫氧化制硫酸用纳米钒催化剂，以硅藻土为载体负载有V₂O₅，同时还含有氧化铯和氧化镧，原料中以质量百分比计含有：4~5.5%的V₂O₅、 0.01~5%的含铈化合物、1~3%的硫代硫酸盐、1~10%的含铯化合物、0.01~5%的含镧化合物和0.5~7%的表面活性剂和有机高分子化合物，成品纳米钒催化剂中的V₂O₅为纳米级别，起燃温度为340~350℃，催化反应的操作温度为360~370℃，催化反应采用转换器3+2流程时，SO₂体积浓度为3~12%，总转化率≥99.7%，SO₂排空量≤400mg/m³。

所述的硫代硫酸盐为硫代硫酸钾或硫代硫酸钠。

所述的表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸三乙醇胺中的任一或任两种；所述的有机高分子化合物为聚乙二醇、聚吡咯烷酮、聚苯乙烯、羧甲基纤维素、聚丙酰胺、聚氧乙烯中的任一或任两种。

所述的含镧化合物为氧化镧或硝酸镧。

所述的含铯化合物为CsOH、Cs₂SO₄或者Cs₂S₂O₇中的任意。

所述的含铈化合物为氧化铈或硝酸铈。

制备所述的二氧化硫氧化制硫酸用纳米钒催化剂的方法，第一步：                                                 ；   第二步：；第三步：和精制硅藻土、元明粉、磷酸、硫磺计量导入碾子中进行充分混碾；第四步：将混碾后的物料成型、烘干、煅烧，形成矾催化剂，在第一步的KOH或NaOH溶液中添加表面活性剂和有机高分子化合物作为结构导向剂；在第二步中采用稀硫酸，将KVO₃或NaVO₃溶液滴加到稀硫酸中并控制pH值为2~4，反应形成溶液；若使用可溶性的含铯化合物、含镧化合物或含铈化合物则在此步骤加入溶液中；第三步，混碾时加入硫代硫酸盐，若使用不可溶的含铯化合物、含镧化合物或含铈化合物则在此步骤中加入一起混碾。

第二步反应控制中和温度≤30℃。

所述的稀硫酸为质量百分比浓度为20~70%。

第三步，将第二步得到的溶液快速、均匀的以喷雾的形式喷到硅藻土上。

 

有益效果：

1.起燃温度低20~40℃，进转化器气体操作温度可以降低到360~370℃，降低了硫酸生产的能耗。

2.低温活性高，本发明产品具备比同类传统催化剂高30~40%的转化率。可控制尾气中二氧化硫含量不高于100ppm。