[发明专利]一种高分散纳米团簇钒催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种高分散纳米团簇钒催化剂的制备方法，包括：将五氧化二钒固体溶于98%浓硫酸中，升温搅拌使其充分溶解；加入乙二酸固体，使其充分反应转化为硫酸氧钒溶液；加入纳米级二氧化硅粉末、蒸馏水，恒温搅拌，使其与硫酸氧钒溶液充分混合；加入硫酸钠、硫酸钾、焦硫酸钾、硫酸铯，使碱金属盐充分溶解，得到催化剂料桨倒入硅藻土中，使催化剂浆料充分混合分散在硅藻土中、成型后，干燥至水分小于10%，得到催化剂半成品；置于马弗炉中550~650℃温度下焙烧45 min，得到钒催化剂。本发明具有高活性、高热稳定性，能有效降低尾气二氧化硫排放量，减少空气污染。

技术领域

本发明属于化工技术领域，具体来说涉及一种高分散纳米团簇钒催化剂的制备方法。

背景技术

硫酸是重要的化工原料，其产量是衡量一个国家工业发展水平的重要指标，被广泛用于金属冶炼、石油化工、化肥生产、航空航天等领域。目前，我国硫酸年产量在1.1亿吨左右，主要以硫磺制酸、烟气制酸和硫铁矿制酸为主，这些接触法生产硫酸的关键是在催化剂作用下，在转化器中将二氧化硫和空气中的氧气催化氧化为三氧化硫。其中最具代表性的催化剂为钒催化剂，钒催化剂是以五氧化二钒为活性组分，碱金属硫酸盐为助催化剂，以硅藻土为载体的多组分钒催化体系。

目前，二氧化硫氧化制酸用钒催化剂基体中，存在活性组分分散不均、介孔、大孔不发达且分布过窄等方面的问题，为解决这些问题提升催化剂产品的综合性能。中国专利CN102489320A公开了一种二氧化硫制硫酸用纳米钒催化剂及其制备方法，其过程是：将五氧化二钒与氢氧化钾或氢氧化钠反应，转化为偏钒酸钾或偏钒酸钠溶液，后与稀硫酸反应形成胶体状物质，在机械搅拌条件下与硅藻土混合使其分散于载体表面，经高温焙烧制备得到钒催化剂。但该制备方法，在加入稀硫酸时，体系大量放热，形成颗粒较大的五氧化二钒胶体状物质，不利于活性物质在硅藻土表面及孔道中均匀分散。且在催化剂催化氧化过程中，易形成较厚碱金属-钒硫酸盐类熔融态液膜，从而阻碍反应气体在催化剂基体中的传质效率，因此采用此方法制备的催化剂的活性较低。

再如中国专利CN102974339A公开了一种粉状五氧化二钒制备硫酸生产用钒催化剂及其制备方法，其过程是：利用五氧化二钒粉末与超细硫酸钾粉末混合制成五氧化二钒-硫酸钾粉体混合物，后再与精制硅藻土、超细硫酸钠粉末混合，经高温焙烧制备得到钒催化剂。该制备方法采用固-固混合，存在活性组分分布不均匀，且活性组分团簇颗粒较大等问题，因此采用该方法制备的钒催化剂抗压强度低、热稳定性差、催化活性较低。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺点而提供的一种具有高活性、高热稳定性，能有效降低尾气二氧化硫排放量，减少空气污染的高分散纳米团簇钒催化剂的制备方法。

本发明目的及解决其主要技术问题是采用以下技术方案来实现的：

本发明的一种高分散纳米团簇钒催化剂的制备方法，包括以下几步骤：

（1）将3.6~4.8 kg五氧化二钒固体溶于6~9 kg的98%浓硫酸中，升温至70~80℃，搅拌30min 使其充分溶解；

（2）加入1.8~2.4 kg乙二酸固体，温度控制在70~80℃范围，搅拌30~60 min，使其充分反应，转化为硫酸氧钒溶液；

（3）加入9.0~12.0 kg纳米级二氧化硅粉末、21.0~28.0 kg蒸馏水，温度控制在70~80 ℃范围，搅拌30~60 min，使其与硫酸氧钒溶液充分混合；

（4）加入1.8~3.0 kg硫酸钠、6.0~12.0 kg硫酸钾、0~20.4 kg焦硫酸钾、0~3.0 kg硫酸铯，在70~80 ℃条件下搅拌，使碱金属盐充分溶解，得到催化剂料桨；

（5）将催化剂料浆倒入19.8~39.6 kg硅藻土中，机械混料10~15 min，使催化剂浆料充分混合分散在硅藻土中、经成型机成型后，置于105 ~110 ℃温度下，干燥至水分小于10%，得到催化剂半成品；