Способ приготовления блочного катализатора для воздушной конверсии метана

Способ приготовления блочного катализатора для воздушной конверсии метана

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение касается каталитической химии, в частности приготовления блочного катализатора для воздушной конверсии метана. Цель - повышение устойчивости к зауглероживанию катализатора со сниженным гидравлическим сопротивлением. Для этого смешивают металлический никель или его оксиды с глиноземом и каолином в присутствии воды до образования однородной массы. Затем добавляют связующее - водный раствор жидкого стекла и проводят экструзию катализаторной массы в раствор хлорида магния. Образующиеся блоки сотовой структуры выдерживают в указанном растворе, сушат и прокаливают. Полученный таким образом катализатор в процессе эксплуатации имеет меньшее гидравлическое сопротивление. При этом, при прокаливании катализатора не образуются токсичные оксиды азота. Стабильность катализатора сохраняется не менее года при работе при 900-1000°С. 3 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЩЕЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (IQl (11) 17 А1 (51)5 В О1 1 37/04, 23/74, 35/04 сю "

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ДЩ i, . "1",;

:.с s.. с..., с

- "-. с/с

Н A ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

° Ввссй в пересчете на М10 составляет 26,8 мас.7, на исходную шихту ° К смеси добавляют

48 мл водного раствора жидкого стекла с плотностью 1,29 г/см и перемешивают до получения пластичной однородной

М с пасты. Пасту переносят в цилиндр формующего устройства и формуют через фильеру в 20Е-ный водный раствор хлористого магния. После 30-минутной вы,цержки в растворе МКС1 отвержденный блок извлекают иэ раствора, продувают сжатым воздухом для удаления остатков раствора и перемещают в суЬ шильньп шкаф, где проводят сушку при постепенном подъеме температуры дп

165 С и выдережке при этой температуре в течение 2 ч. Высушенный блок разрезают на блоки длиной 25 мм, коГОСУДАРСТВЕННЫЙ HQM

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4453136/23-04 (22) 01.07.88 (46) 15.07.90. Бюл. ¹- 26 (72) Ю.В.Фомичев, Е.П.Деменкова, В.M.Êóð÷àòêèí и М.П.Лисянский (53) 66.097.3 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹- 1097369, кл. В 01 1 23/74, 1982, Авторское свидетельство СССР

¹ 1351653, кл, В 01 1 37/04, 1986. (54) СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ БЛОЧНОГО

КАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ ВОЗДУШНОИ КОНВЕРСИИ

МЕТАНА (57) Изобретение касается каталитической химии,в частности приготовления блочного катализатора для воздушной конверсии метана. Цель †. повышение устойчивости к зауглероживанию катаИзобретение относится к приготовлению катализаторов для процесса воздушно-кислородной конверсии метана и может быть использовано для получения восстановительных атмосфер в металлургии.

Целью изобретения является получение катализатора с повышенной усI тойчивостью к зауглероживанию и пониженным гидравлическим сопротивлением за счет использования нового сырья и модификации операции формования.

Пример 1. Для приготовления блочного катализатора смешивают 30 г каолина, 15 г талька, 15 r глинозема и 16 г порошка металлического никеля с размером частиц 10-50 10 м, что

-С лизатора со сниженным гидравлическим сопротивлением. Для этого смешивают металлический никель или его оксиды с глиноземом и каолином в присутствии воды до образования однородной массы.

Затем добавляют связующее — водньп .раствор жидкого стекла †.и проводят экструзию каталиэаторной массы в раствор хлорида магния. Образующиеся блоки сотовой структуры выдерживают в указанном растворе, сушат и прокаливают. Полученный таким образом катализатор в процессе эксплуатации имеет меньшее гидравлическое сопротивление. При этом прн прокаливании катализатора не образуются токсичные с. оксиды азота. Стабильность катализатора сохраняется не менее года при работе при 900-1000 С. 3 табл.

157781,7 торые помещают в муфельную печь, где проводят прокалку при постепенном подъеме температуры до 1030 С и выФ держке при этой температуре в тече5 ние 3 ч. Затем блоки охлаждают вместем с печью до 400 С и выгружают из печи с последующим охлаждением на воздухе. Получают блочный катализатор сотовой. структуры со степенью конвер- Ip сии в реакции неполного окисления ме танаа при 950 С, равной.99,8 мас.% и, сохраняющейся 200 ч испытания. Испы тания проводят в проточной установке при объемной скорости 15000 ч и коэффициенте избытка воздуха 0,25.

Характеристика катализатора: высота 25 мм; диаметр 10 мм; объемный вес 0,67 г/смэ; количество отверстий на 1 см 72, каналы квадратного сече- 20 ния, сторона. квадрата 1 мм; толщина перегородок 0,27 мм; водопоглощение

18-20%.

Пример 2. Катализатор готовят по примеру 1, но в исходную шихту вводят 10 r порошка металлического никеля, что в пересчете на NiO составляет 18,2- мас.% на исходную шихту.

Пример 3. По примеру 1, отличается тем, что в исходную шихту вво- 30 дят 5,5 r порошка металлического никеля, что в пересчете на NiO составляет 10 7 мас.% на исходную шихту.

Пример 4 (запредельный). По примеру 1, отличается тем, что в исходкую шихту добавляют 4 г порошка металлического никеля, что в.пересчете на ЧхО составляет 8 мас° . % на исходную шихту.

Пример 5 (по аналогу). Смешивают 30 r каолина, 15 r талька и

15 r глинозема. Далее по примеру 1.

Полученный блочный носитель помещают в раствор азотно-кислого никеля и оставляют в нем 15 мин. После этого носитель вынимают из раствора, про: дувают сжатым воздухом для удаления остатков раствора и .сушат в сушильном шкафу при 110 С в течение 1 ч. Высушенный образец прокаливают в муфель50 ной печи при 900 С в течение 3 ч.

Вес исходного носителя 2,8 г, вес носителя с NiO 3, 17 г. Получают ка- тализатор со степенью конверсии в ре55 акции неполного окисления метана при

950 С, равной 99,8 мас.%.. Однако после 100 ч испытания степень конверсии уменьшилась до 93 мас.%.

П р.и м е р 6. По примеру 1, отличается тем, что в исходную шихту добавляют 20 г Nip что составляет

25 мас.% на шихту.

Пример 7. По примеру 1, отличается тем, что в исходную шихту добавляют 25 r Ni

Данные по активности полученных катализаторов приведены в табл.1.

Данные по составу полученных катализаторов приведены в табл.2.

Пример 8 (практическое использование катализатора). Для,приготовления катализатора смешивают

600 г каолина, 300 г талька, 300 r глинозема и 320 г порошка металлического никеля. К смеси добавляют 375 мл водного раствора жидкого стекла с плотностью 1,29 г/см . Перемешивание проводят в месильной машине с Z-образными лопастями 20 мин до получения пластичной однородной пасты. Далее по примеру 1, Сушку проводят по рео жиму: выдержка 60 С в течение 1 ч; при 80 С вЂ . 1 ч; при 105 С вЂ” 1 ч; при

165 С вЂ” 2 ч. Торцы блока, имеющие неровности, обрезают до длины блока

150 мм и каналы блока продувают сжатым воздухом для удаления крошки.

Затем помещают в камерную электропечь и проводят прокалку в следующем режиме: выпержка при 400 С в течение

1 ч; при 600 С вЂ” i ч; при 1030 С

3 ч.

Прокаленный блок охлаждают вместе с печью до 400 С и вынимают из печи с последующим охлаждением на воздухе °

Механические свойства полученного блока: прочность на раздавливание в осевом направлении 122 кг/см, в радиальном 46 кг/см . Полученный блочный катализатор сотовой структуры испытан в процессе воздушной конверсии метана в эндогенераторе модели "Эльтерма для получения эндогаза, использ емого в качестве защитной атмосферы при цементации и закалке деталей в печах (пример 8)." За меру активности катализатора принимали глубину конверсии метана. Работа катализатора считается удовлетворительной, если в составе эндогаза содержание СО не превышает 0,5 мас.%, содержание СН < — не более 1, 5 мас.%, содержание О - не более 0,3 мас.%.

1577817

Условия испытания катализатора:

Производительность эндогенератора, м /ч 15

Температура в зоне. реакции, С 980-1000

Коэффициент избытка воздуха

Количество катализатора

0,25

Два блока, расположенные соосно

0,67

Высота блока, мм

Диаметр, мм

Объемный вес, г/смз

Количество отверстий на 1 см 72

Каналы квадратного сечения, сторона квадрата, мм 1

Толщина перегородок, мм 0,27

Водопоглощение, Е 18-20

Степень конверсии метана, мас. 99,8

За 12 мес. работы степень конверсии СН уменьшилась до 98,6 мас.X при этом содержание метана в эндогазе достигло 1,5 мас.X предельно допустимого значения ° Открытая площадь поперечного сечения блока составляет

72-74Х поэтому гидравлическое сопротивление его составляет незначительную величину. В процессе эксплуатции о катализатора при 1000 С и линейной скорости газового потока в реакторе

12-15 м/с сопротивление блочного катализатора длиной 300 мм составляет

6-8 мм вод.ст.

При контрольных вскрытиях реактора после трех и восьми месяцев непрерывной работы в заводских условиях не были обнаружены какие-либо признаки зауглероживания катализатора. Перепад давления в слое блочного катализатора в течение всего срока эксплуатации не менялся и составлял 68 мм вод.ст., что служит показателем отсутствия зауглероживания катализатора.

Сравнительная характеристика катализатора с образцом, полученным в прототипе, приведена в табл.3.

Пример 9. Практическое использование катализатора, приготовленного по способу-аналогу.

Смешивают 600 г каолина, 300 r талька, 300 r глинозема, добавляют

312 мл водного раствора жидкого стек5 ла с плотностью 1 29 г/см . Далее— по примеру 8. Полученный блочный носитель пропитывают раствором азотнокислого никеля по примеру 5. Получают блочный катализатор сотовой структуры со степенью конверсии в процессе воздушной конверсии метана в условиях работы промышленного эндогенератора 99,8 мас.Х, которая уменьшилась до предельно допустимой

15, (1,4, мас.7 остальное СН ) через 7 сут.

Способ дозволяет получить устойчивый к зауглероживанию катализатор, снизить гидравлическое сопротивление

20 слоя катализатора диаметром 0,1 и высотой 1 м с 583 мм вод.ст ° в прототипе до 23 мм вод.ст. Экологический эффект способа заключается в том, что при прокаливании катализатора не об25 разуются токсичные Оксиды азота.

Дополнительным преимуществом способа является получение стабильного катализатора со сроком службы не менее 12 мес. при эксплуатации в промышленных условиях.при 900-1000 С.

Формула и з обретения

Способ приготовления блочного ка35 тализатора для воздушной конверсии метана путем смешения никельсодержащего сырья с глиноземом и каолином в присутствии воды до получения однородной пасты, добавления связующего, формования катализаторной массы, сушки и прокаливания, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью получения катализатора с повышенной устой45 чивостью к зауглероживанию и пониженным гидравлическим сопротивлением, в качестве никельсодержащего сырья используют металлический никель или его оксиды, в качестве связующего — водный раствор жидкОГО стекла и формОВание ведут экструзией катализаторной массы в раствор хлорида магния с образованием блоков сотовой структуры и последующим их выдерживанием в данном растворе.

1577817

Та блица 1

Характеристика активности катализаторов

Пример Содержание Степень

Ni0 в шихте, конверсии, мас»% мас.%

Продолжитель- Состав конвертированной смеси, ность испыта- мас.% ния, ч

1 26,8

2 18,2

3 10,7

4 8,0 .

5 11,7

6 25,0

7 26,.5

8 26,8

9 11,7

16-14„ 35-40

16-12 36-40

0,1-0,5

О, 1-0,5

Таблица2

Конечный состав катализаторов

Содержание по примеру

Компоне нты, мас.%.

1 2 3 4 5 6 7 8 9

31,0 32,0 37,0

32,0 33,0 39,0

10,0 10,0 11,0

26,0 24,0 12,0

37,0 32,0

39,0 33,0

11,0 10,0

12,0 24,0

32,0 35 0 37,0 39,0

33 О 37 0 40 О 41 О

10 О 10 О 12 О 12 О

24,0 17,0 10,0 7,0

1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0

Таблица 3

Сравнительная характеристика катализаторов

По изобрете- По. прототинию пу

Показатели

Гидравлическое сопротивление слоя катализатора (ф 100 мм, Н=1 м), мм вод,ст»

Зауглероживание, мг С/MrNi

Форма катализатора

583

11

Шарики

925-30 мм

Отсутствует

Блок 4 100 мм

H=150 мм

Составитель Т.Белослюдова

Техред Л,Сердюкова Корректор Э. Лончакова

Редактор Н.Горват

Заказ 1873 . Тираж 413 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

11 II

Производственно-издательский комбинат Патент, г.ужгород, ул. Гагарина, 101

А1 0 з

Si01 .

Mg0

Ni0

Примеси (СаО,Ре20з, Ni О,К,О) 99,8. 99,5

98,5. 95,3

99,8-93,0

99,8

99,8

99,8-98,6

99,8-98,6

200

200

200

100

200

200

12 мес.

7 сут.

0,2

0,5

1,5

4,7

0,2-7,0

0,2

0,2

0,2-1,4

О, 2-1,4