Способ приготовления катализатора для синтеза аммиака

Способ приготовления катализатора для синтеза аммиака

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

< о738663 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 02.1?77 (21) 2550441/23-04 с присоединением заявки № (23) Приоритет (51)М. Кл.2

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

С 01 С 1/04

Опубликовано 050680. БюЛлетень ¹ 21 (53) УДК 66.097.3 (088.8)

Дата опубликования описания 050680

П.Д. Рабина, A.A. Давидюк, Л.Д. Кузнецов, Н.Д. Перельман, Ф.М. Журавлев, Л.М. Дмитренко, Л.А. Дрожилов, В .М. Куксо, В .И. Бабий и Н ° А, Киселев (72) Авторы изобретения (71) Заявитель 4

C t

56к Й . (. «,::,1Ц.i i .: (54) СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА 1мо=":Жйж "--":-в

ДЛЯ СИНТЕЗА АММИАКА

Изобретение относится к способу . приготовления железных катализаторов для синтеза аммиака.

Известен способ приготовления катализатора для синтеза аммиака путем получения шихты из смеси магнетита с промоторами-окислами калия, кальция, алюминия, последующей грануляции во вращающемся цилиндрическом сосуде; Полученные гранулы сушат при

120оC и затем спекают при 10001500 С {1).

Однако известный катализатор обладает невысокой активностью, которая равна cicего 10-11 об.% NH, при 15

450 С, давлении 250 атм и объемной скорости 20000 ч 1 .

Наиболее близким к предлагаемому является способ приготовления катализатора для синтеза аммиака путем получения шихты иэ смеси магнетита с промоторами-окислами калия, кальция и алюминия, последующей грануляции полученной шихты во вращающемся25 цилиндрическом сосуде с одновременной подачей связующего вещества, причем грануляцию ведут путем увлажнения 6-12% шихты до содержания влаги

15-20% с последующим накатыванием на полученные зародыши гранул 60-80% шихты, увлажненной до 5-12%, и затем оставшейся сухой шихты, сушки полученных гранул и спекания их при 10001500 С в атмосфере инертного газа, предпочтительно азота {2).

Однако катализатор обладает недостаточно высокой механической прочностью (150 кг/см ) и также имеет недостаточно высокую активность (14,5-16,5% NH> при 400-500 С, объемной скорости 2000 ч и давлении

250 атм). Недостатки объясняются тем, что при приготовлении катализатора иэ магнетита (например наиболее часто применяемого природного магнетита) не получают окисленный катализатор с требуемым для достижения высокой активности и механической прочности соотношением Fe /Fe 0,5:0,62 (концентрация FeO 31-36%), соответствующим стехиометрическому магнетиту или магнетиту с избытком вюстита

FeO. В природных концентратах магнетита количество FeO 27-31%.

Количество FeO в.стехиометрическом магнетите 31%. После спекания магнетита с промоторамй в нейтральной атмосфере возникает мно

738663 гофазная система, содержащая в основном твердые растворы магнетита с окисью алюминия, силикатные стекла и тройные ферриты кальция.

При этом перед образованием твердых растворов FeO взаимодействует с окисью алюминия и образует герценит.

Образование герценита приводит к появлению избыточного (по сравнению со стехиометрическим) количества

Ре Оз и к снижению активности катализатора.

С другой стороны, прочность, а также истираемость окисленных и, главным образом, восстановленных катализаторов синтеза аммиака также зависит от содержания FeO в окисленном катализаторе.

Прочность увеличивается с увеличением концентрации FeO. Например, при росте концентрации FeO 29-36Ъ статическая .прочность плавленного катализатора увеличивается в 1,4 раза, а истираемость уменьшается в

2 раза. Таким образом, для получения высокопрочного катализатора необходимо поддерживать максимально высокие концентрации FeO, возможные без существенного изменения актив ности (35-39Ъ). Этого нельзя достичь при спекании катализатора иэ магнетита в нейтральной атмосфере.

Кроме того, при обжиге в нейтральной атмосфере необходимо затратить большое количество дорогостоя.щих газов (чистый азот, аргон) и значительное количество энергии, необходимой для их подогрева до нужной температуры (1500-1600 С).

Все это приводит к увеличению как эксплуатационных, так и капитальных затрат при производстве катализатора по известному способу.

Целью изобретения является получение катализатора с повышенной активностью и механической прочностью.

Ю

Поставленная цель достигается тем, что в способе приготовления катализатора для синтеза аммиака путем смешения магнетита с промоторами— окислами калия, кальция и алюминия, грануляции полученной шихты с одновременной подачей связующего вещества, сушки полученных гранул, их спекания и восстановления, спекание ведут в газовой смеси, содержащей окись углерода, при следующем сооТношении компонентов,Ъ:

Окись углерода 0,4-4,0

Двуокись углерода 6, 2-9,2

В ода 19 — 20,5

Азот Остальное

Гаэ указанного состава получают сжиганием природного газа s воздухе с недостатком кислорода по сравнению со стехиометрическим.

Спекание в присутствии окиси углерода приводит к восстановлению увлажненной до 8,5Ъ шихты. Сюда же подают струей минеральную связку, например воду, и получают переувлаже ненные зародыши с содержанием влаги

20Ъ ° Образовавшиеся зародыши гранул подвергают дальнеааему окомкованию последовательным накатыванием постепенно подаваемых в гранулятор 400 г

40 шихты, предварительно увлажненной до содержания влаги 8,5Ъ, и затем оставшейся сухой шихты.

При указанной влажности сухой шихты получают 95Ъ гранул, размером

7-8 мм. Образовавшиеся сферические гранулы сушат при 150ОС, нагревают со скоростью 100 С в минуту и спекают нри 1400оС 30 мин в токе дымовых газов состава,Ъ: CO 0,4, СО 9,2, Н О 19 и И1 71,4. Расход дымовйх газов 6 л/мин. Для - приготовления дымовых газов сжигают 0,57 л/мин метана в смеси с 5,41 л/мин воздуха.

Спеченные гранулы охлаждают до

200 С в атмосфере дымовых газов и далее на воздухе.

Пример 2. Для получения катализатора с тем же размером гранул, содержащего 35Ъ FeO, готовят шихту из тех же компонентов. Грануляцию ведут по примеру 1. Образовавшиеся гранулы сушат при 150 С, нагревают со скоростью 100 C/ìèí до 1400ОC и спекают 30 мни в токе б0

Fe>O> до Fe0 и позволяет получить катализатор с оптимальным содержанием FeO (31-36Ъ), обеспечивающим максимальную активность и механичес.кую прочность. Проведение процесса спекания в атмосфере продуктов сгорания природного газа не требует применения дорогостоящих инертных газов (аргон, чистый азот), а использование тепла реакции горения природного газа позволяет избежать установки электрических подогрева-. телей или топки и теплообменников для нагрева инертного газа.

Пример 1. Для получения катализатора с размером гранул 715 8 мм и содержанием FeO. 31Ъ готовят шихту, состоящую, г: марнетитовый концентрат с общим содержанием желе-. за 71,6Ъ-462,5, окись алюминия 17,5, окись кальция 12,5 и бентонит 10 г.

;Щ пихту тщательно перемешивают, отделяют 50 r с у х оoй 8 ш их т ы, остальную шихту увлажняют до содержания влаги 9Ъ и гранулируют. Гранулятор представляет собой цилиндрический сосуд диаметром 0,6 м с высотой борта 0,2 м, вращающийся со скоростью 25 — 35 оборотов в минуту и находящийся под углом 45-50О к горизонту.

Грануляцию ведут следующим образом.

Во вращающийся гранулятор подают

50 r (в пересчете на сухой продукт) 5

738663 дымовых газов состава,Ъ: СО 2,0, СО 7,85, Н, О 19,7 и М 70,45.

Расход дймовых газов 6 л/мин.

Для приготовления дымовых газов сжигают О, 59 л/мин метана в смеси с 5,35 л/мин воздуха. Охлаждение гранул ведут по примеру 1.

Пример 3. Для получения катализатора с содержанием FeO 39%, по химическому и гранулометрическому составу соответствующему каталиР 10 затору по примеру 1, гранулы сушат при 150ОС, нагревают со скоростью

100 С в мин до 1400 С и спекают при этой температуре 30 мин в токе дымовых газов состава,Ъ: СО 4,0, СО 6,2, Н О 20,4 и Ng 69,4. Расход дымовых газов 6 л/мин. Для приготовления дымовых газов сжигают

0,61 л/мин метана в смеси с

5,26 л/мин воздуха. Охлаждение гранул ведут по примеру 1. 20

27,0 14,5 17,2 19,1 19,7 18,5 17,6 150

Известный

Предлагаемый по примеру 1

31,0 16,0 19,1 21,2 21,6 20,35 19,3 210

35,0 16,1 19,2 21,2 21,6 20,35 19,3 260

39,0 15,0 18,1 20,1 20,4 20,2 18,2 320

Формула изобретения при следующем соотношении компонен® тов,Ъ:

Окись углерода 0,4-4,0

Двуокись углерода 6,2-9,2

Вода 1 9-20, 5

4 Азот Остальное

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

Составитель М. Локтев

Редактор М. Недолуженко Техред Л.Теслюк Корректор С. Шекмар

Тираж 809 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 2990/1

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,4

Способ приготовления катализатора для синтеза аммиака, путем смешения магнетита с промоторами — окислами калия, кальция и алюминия, грануляции полученной шихты с,одновременной подачей связующего вещества, сушки полученных гранул, их спекания и восстановления, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью получения катализатора с повышенной активностью и механической прочностью спекание ведут в газовой смеси, содержащей окись углерода, Пример 4 ° Катализаторы испытывают на активность в стандартной установке высокого давления при объемной скорости 20000 ч 1 и давлении 250 атм. Прочность определяют по методу раздавливания отдель ных сферических гранул. Сравнительные результаты испытаний активности и прочности известного и предлагаемых катализаторов приведены в таблице.

Kate следует из полученных данных, катализаторы по примерам 1-3 предлагаемого изобретения обладают на

10-15% более высокой активностью и в 1,4-2 раза большей прочностью, чем катализаторы, полученные по известному способу. Кроме того, в способе не используются дорогостоящие инертные газы и оборудование для их нагрева, что значительно удешевляет процесс получения катализаторов.

1. Патент Англии 9 850843, кл. 1 (1A), 26.01.1969.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2336990/23-04, 17.03.1976 (прототип).