CN103071517A - 一种硫酸钙分解生产氧化钙的催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种硫酸钙分解生产氧化钙的催化剂及其制备方法，该催化剂由以下质量百分比的原料制成：主活性组分氧化铁10－20wt%、助催化剂氧化铝3－7wt%，分子筛63－87wt%。本发明还包括所述催化剂的制备方法。本发明使用之硫酸钙分解生产氧化钙的Fe2O3/Al2O3/分子筛催化剂，催化活性高，有利于提高硫酸钙分解生产氧化钙的反应速率，降低能耗，降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种催化剂及其制备方法，尤其是涉及一种硫酸钙分解生产氧化钙的催化剂及其制备方法。
背景技术
随着人类社会的发展，能源越来越紧张，社会各界对能源的综合利用越来越重视。目前，现有的硫酸钙分解产生硫酸，是将硫酸钙在弱氧化气氛或还原-氧化双气氛作用下直接分解产生硫酸，实际分解温度都在1000℃以上，分离设备中的耐火材料难以达到要求，能源消耗较大。因此，选择合适的催化剂加快反应速率，有利于减少能耗，降低生产成本。常用催化剂的载体为硅藻土，而一般的硅藻土中含有杂质，直接影响到催化剂的活性，制约催化效果，但是硅藻土前期的除杂过程包括水洗-酸处理-过滤-干燥等过程，十分复杂，且无法保证杂质完全除尽。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种能提高反应效率，降低生产成本的硫酸钙分解生产氧化钙的催化剂及其制备方法。
本发明解决所述技术问题所采用的技术方案是：
本发明之硫酸钙分解生产氧化钙的催化剂，由以下质量百分比的原料制成：主活性组分氧化铁（Fe2O3）10－20wt%、助催化剂氧化铝（Al2O3）3－7wt%，分子筛63－87wt%，各原料重量百分比之和为100％。
优选的质量百分比为：主活性组分氧化铁（Fe2O3）15wt%、助催化剂氧化铝（Al2O3）5wt%，分子筛80wt%。
本发明之硫酸钙分解生产氧化钙的催化剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）将主活性组分氧化铁（Fe2O3）10－20wt%、助催化剂氧化铝（Al2O3）3－7wt%，常温下于高混机中共混20－40min（优选30min），得Fe2O3/Al2O3二组分共混体系；
（2）将步骤（1）所得Fe2O3/Al2O3二组分共混体系，常温下，于碾压机中碾压30－40min（优选35min），促使Fe2O3、Al2O3颗粒破碎，并混合均匀，待用；
（3）将经步骤（2）处理所得的Fe2O3/Al2O3二组分体系与63－87wt%的分子筛于烘焙箱中高温烘焙，温度设置为1560－1600℃（优选1580℃），烘焙时间为30－40min（优选35min），使Fe2O3/Al2O3共融，并重新分布于分子筛表面，得Fe2O3/Al2O3/分子筛催化剂。
根据中国发明专利申请200810058186.0，硫酸钙分解产生氧化钙，其反应原理如下：
CaSO4+2C=CaS+2CO2↑
CaSO4+4CO=CaS+4CO2↑
CaS+2O2=CaSO4↑
2CaS+3O2=2CaO+2SO2↑
CaS+3CaSO4=4CaO+4SO2↑
在此反应中，通过添加本发明制得之Fe2O3/Al2O3/分子筛催化剂，催化剂与硫酸钙的质量比控制在1－3:2－6(优选1:4)，反应温度控制在500－700℃（优选600℃）。
本发明使用之载体为分子筛，具有无与伦比的独特性能。分子筛外表面积远高于常规的Al2O3、硅藻土等材料，高比表面积有利于活性组分的高度分散，提高活性组分的负载量；分子筛孔道规整，一般具有三维连通孔道，为反应物和产物分子提供了宽敞空间，提高反应物和产物在孔道内的扩散速率，提高催化效率；并且该沸石分子筛载体可以脱除水分回收再利用。
本发明使用之硫酸钙分解生产氧化钙的Fe2O3/Al2O3/分子筛催化剂，催化活性高（按照式1-1计算），有利于提高硫酸钙分解生产氧化钙的反应速率，降低能耗，降低成本。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
本实施例之硫酸钙分解生产氧化钙的催化剂，由以下原料制成：主活性组分氧化铁（Fe2O3）1kg、助催化剂氧化铝（Al2O3）0.3kg，分子筛8.7kg。
制备方法，包括以下步骤：
（1）将主活性组分氧化铁（Fe2O3）1kg、助催化剂氧化铝（Al2O3）0.3kg，常温下于高混机中共混20min，得Fe2O3/Al2O3二组分共混体系；
（2）将步骤（1）所得Fe2O3/Al2O3二组分共混体系，常温下，于碾压机中碾压30min，促使Fe2O3、Al2O3颗粒破碎，并混合均匀，待用；
（3）将经步骤（2）处理所得的Fe2O3/Al2O3二组分体系与8.7kg的分子筛于烘焙箱中高温烘焙，温度设置为1560℃，烘焙时间为30min，使Fe2O3/Al2O3共融，并重新分布于分子筛表面，得Fe2O3/Al2O3/分子筛催化剂。
根据中国发明专利申请200810058186.0，硫酸钙分解产生氧化钙的反应中添加本实施例之Fe2O3-Al2O3/分子筛催化剂系，催化剂系与硫酸钙的质量比控制在1:6，反应温度控制在500℃。
实施例2
本实施例之硫酸钙分解生产氧化钙的催化剂，由以下质量百分比的原料制成：主活性组分氧化铁（Fe2O3）2kg、助催化剂氧化铝（Al2O3）0.7kg，分子筛7.3kg。
制备方法，包括以下步骤:
（1）将主活性组分氧化铁（Fe2O3）2kg、助催化剂氧化铝（Al2O3）0.7kg，常温下于高混机中共混40min，得Fe2O3/Al2O3二组分共混体系；
（2）将步骤（1）所得Fe2O3/Al2O3二组分共混体系，常温下，于碾压机中碾压40min，促使Fe2O3、Al2O3颗粒破碎，并混合均匀，待用；
（3）将经步骤（2）处理所得的Fe2O3/Al2O3二组分体系与7.3kg的分子筛于烘焙箱中高温烘焙，温度设置为1600℃，烘焙时间为40min，使Fe2O3/Al2O3共融，并重新分布于分子筛表面，得Fe2O3/Al2O3/分子筛催化剂。
根据中国发明专利申请200810058186.0，硫酸钙分解产生氧化钙的反应中添加本实施例之Fe2O3-Al2O3/分子筛催化剂系，催化剂系与硫酸钙的质量比控制在3:2，反应温度控制在700℃。
实施例3
本实施例之硫酸钙分解生产氧化钙的催化剂，由以下质量百分比的原料制成：主活性组分氧化铁（Fe2O3）1.5kg、助催化剂氧化铝（Al2O3）0.5kg，分子筛8kg。
制备方法，包括以下步骤：
（1）将主活性组分氧化铁（Fe2O3）1.5kg、助催化剂氧化铝（Al2O3）0.5kg，常温下于高混机中共混30min，得Fe2O3/Al2O3二组分共混体系；
（2）将步骤（1）所得Fe2O3/Al2O3二组分共混体系，常温下，于碾压机中碾压35min，促使Fe2O3、Al2O3颗粒破碎，并混合均匀，待用；
（3）将经步骤（2）处理所得的Fe2O3/Al2O3二组分体系与8kg的分子筛于烘焙箱中高温烘焙，温度设置为1580℃，烘焙时间为35min，使Fe2O3/Al2O3共融，并重新分布于分子筛表面，得Fe2O3/Al2O3/分子筛催化剂。
根据中国发明专利申请200810058186.0，硫酸钙分解产生氧化钙的反应中添加本实施例之Fe2O3-Al2O3/分子筛催化剂系，催化剂系与硫酸钙的质量比控制在1:4，反应温度控制在600℃。
将实施例1-3所得Fe2O3-Al2O3/分子筛催化剂产品按照ASTM D6175-2003(2008)进行强度性能检测，活性按照式（1-1）计算，检测结果见表1。
表1实施例1－3产品及钒-钠/硅藻土钒系催化剂（S108）性能测试结果比较
| 活性/% | 强度/N.cm-1 | |
| 实施例1 | 73 | 118 |
| 实施例2 | 81 | 114 |
| 实施例3 | 89 | 123 |
| S108 | 53 | 100 |
Claims (6)
1. 一种硫酸钙分解生产氧化钙的催化剂，其特征在于，由以下质量百分比的原料制成：主活性组分氧化铁10－20wt%、助催化剂氧化铝3－7wt%，分子筛63－87wt%，各原料重量百分比之和为100％。
2.根据权利要求1所述的硫酸钙分解生产氧化钙的催化剂，其特征在于，由以下质量百分比的原料制成：主活性组分氧化铁15wt%、助催化剂氧化铝5wt%，分子筛80wt%。
3.一种制备如权利要求1或2所述催化剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将主活性组分氧化铁10－20wt%、助催化剂氧化铝3－7wt%，常温下于高混机中共混20－40min，得Fe2O3/Al2O3二组分共混体系；
（2）将步骤（1）所得Fe2O3/Al2O3二组分共混体系，常温下，于碾压机中碾压30－40min，促使Fe2O3、Al2O3颗粒破碎，并混合均匀，待用；
（3）将经步骤（2）处理所得的Fe2O3/Al2O3二组分体系与63－87wt%的分子筛于烘焙箱中高温烘焙，温度设置为1560－1600℃，烘焙时间为30－40min，使Fe2O3/Al2O3共融，并重新分布于分子筛表面，得Fe2O3/Al2O3/分子筛催化剂。
4.根据权利要求3所述的制备催化剂的方法，其特征在于，步骤（1）中，在高混机中共混30min。
5.根据权利要求3或4所述的制备催化剂的方法，其特征在于，步骤（2）中，碾压的时间为35min。
6.根据权利要求3或4所述的制备催化剂的方法，其特征在于，步骤（3）中，高温烘焙的温度设置为1580℃，烘焙时间为35min。
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