Способ приготовления катализатора для окисления аммиака

 

Изобретение касается каталитической химии, в частности получения катализатора для окисления аммиака. Цель - повышение активности и удельной производительности катализатора. Для этого оксид железа (III) смешивают с соединениями промоторов и образовавшуюся смесь измельчают в присутствии воды. Полученную катализаторную массу подвергают термообработке, добавляют петролатум, олеиновую кислоту, этиловый спирт и кордиерит в массовом соотношении 1:(0,15-0,30):(0,02-0,04):(0,12-0,15):(0,15-0,35), формуют экструзией в сотовые структуры и прокаливают при 850-1100°С. Полученный катализатор при 850°С, объемной скорости 17000 ч^-1 и концентрации аммиака в воздухе 10,5 об. % с одной платиноидной сеткой повышает выход оксида азота с 98,1 до 98,3-98,6% и удельную производительность с 1390 до 3020 - 3060 кг NH₃/T_{кат.сут.} катализатора в сутки. 1 табл.

Изобретение относится к технологии катализаторов, в частности неплатиновых катализаторов для окисления аммиака, и может быть использовано в производстве азотной кислоты. В большинстве известных способов приготовление таких катализаторов на основе оксида железа (III) ведут прокаливанием нитратов. Например, известен способ приготовления катализатора для окисления аммиака путем термического разложения нитратов железа и модифицированных добавок с последующим таблетированием и прокаливанием при 600-700^оС. Наиболее близким по технической сущности является способ получения катализатора для окисления аммиака путем смешения оксида железа (III) с соединениями промоторов, измельчения образовавшейся смеси в присутствии воды, термообработки полученной катализаторной массы с последующим ее формованием путем таблетирования и прокаливанием при 600-700^оС. Недостатком известных способов является получение катализаторов с недостаточно высокой активностью и низкой удельной производительностью. Целью изобретения является получение катализатора с повышенной активностью и удельной производительностью. Предлагаемый способ обеспечивает получение следующего положительного эффекта. При температуре 850^оС, объемной скорости 17000 ч^-1 выход оксида азота увеличивается до 98,6 против 98,1% по прототипу, а удельная производительность увеличивается до 3060 кг NH₃/т катализатора - в сутки против 1390 кг NH₃/ут по прототипу. Поставленная цель достигается тем, что оксид железа (III) смешивают с соединениями промоторов, образовавшуюся смесь измельчают в присутствии воды, полученную катализаторную массу подвергают термообработке, добавляют к термообработанной катализаторной массе петролатум, олеиновую кислоту, этиловый спирт и кордиерит в массовом соотношении 1:(0,15-0,30):(0,02-0,04): (0,12-0,15):(0,15-0,35), формуют путем экструзии в сотовые структуры и прокаливают при 850-1100^оС. Отличительными признаками данного способа являются добавление перед формованием к теpмообработанной катализаторной массе указанных реагентов в определенном соотношении, формование путем экструзии в сотовые структуры и прокаливание при 850-1100^оС. При содержании петролатума, олеиновой кислоты, этилового спирта не в указанных пределах получаемая смесь не пластична, трудно продавливается через фильеру, образцы имеют серьезные дефекты: неправильную форму, сломанные перегородки между каналами, низкую механическую прочность. При запредельном содержании кордиерита в смеси снижается каталитическая активность и удельная производительность сотовых структур. При температуре прокаливания катализатора менее 850^оС не обеспечивается удовлетворительная прочность сотовых структур, а при температуре выше 1100^оС снижается их каталитическая активность. П р и м е р 1. Для приготовления катализатора в реактор загружают 795 г оксида железа (III), 1470 г нитрата алюминия и 19 г нитрата магния, заливают 2,26 л воды. Смесь перетирают с помощью шаров в течение 1 ч, затем включают обогрев реактора и поднимают температуру до 400^оС, термообрабатывают пасту при одновременном ее растирании. После этого порошок выгружают в смеситель, обогреваемый через стенку водяным паром, добавляют к порошку 150 г кордиерита и температуру поднимают до 90^оС. К нагретому порошку катализаторной массы добавляют 150 г расплавленного петролатума, 40 г олеиновой кислоты, 130 г этилового спирта. При этом получают смесь, в которой массовое соотношение порошка катализаторной массы (ПКМ), петролатума (П), олеиновой кислоты (ОК), этилового спирта (ЭС) и кордиерита (К) составляет 1:0,15:0,04:0,13:0,15. Смесь экструдируют в сотовые структуры, затем прокаливают при температуре 850^оС. Готовый катализатор содержит, мас.%: Fe₂O₃ 69,2 Al₂O₃ 17,4 MgO 0,4 Кордиерит 13,0 П р и м е р 2. Аналогично примеру 1 готовят катализатор сотовой структуры из смеси, в которой массовое соотношение ПКМ: П: ОК: ЭС: К = 1:0,30:0,02:0,12:0,35. Смесь экструдируют в сотовые структуры, которые затем прокаливают при температуре 1100^оС. Готовый катализатор содержит,мас.%: Fe₂O₃ 58,9 Al₂O₃ 14,83 MgO 0,37 Кордиерит 25,9 П р и м е р 3. Аналогично примеру 1 готовят катализатор сотовой структуры из смеси, в которой массовое соотношение ПКМ:П:ОК:ЭС:К = 1:0,21: 0,03: 0,15: 0,25, но при приготовлении ПКМ вместо 19 г нитрата магния берут 7,4 г ванадата аммония, а термообработку ПКМ ведут при 300^оС. Смесь экструдируют в сотовые структуры, которые затем прокаливают при 1000^оС. Готовые катализатор содержит,мас.%: Fe₂O₃ 63,5 Al₂O₃ 16,0 V₂O₅ 0,5 Кордиерит 20,0 Получаемые в данном способе катализаторы сотовой структуры представляют собой шестигранные призмы с размером "под ключ" 40 мм и высотой 30 мм, пронизанные параллельными каналами квадратного сечения. Толщина стенки между каналами составляет 0,3-0,4 мм при числе ячеек на 1 см² основания 50-60. Испытания катализаторов проводят в проточном реакторе с одной платиновой сеткой диаметром 25 мм, при высоте катализатора 60 мм, начальной концентрации аммиака в воздухе 10,5 об.%, объемной скорости 1700 ч^-1 и температуре 850^оС. Во всех опытах степень конверсии аммиака на платиноидной сетке составляла 92,3% . Удельная производительность катализатора рассчитывается как количество аммиака, окисленного на единице массы катализатора в единицу времени. Результаты испытаний приведены в таблице. Из таблицы видно, что предлагаемый способ позволяет приготовить катализаторы, обладающие более высокой активностью (на 0,2-0,5%) и удельной производительностью (в 2,2 раза).

Формула изобретения

СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ ОКИСЛЕНИЯ АММИАКА путем смешения оксида железа (III) с соединениями промоторов, измельчения образовавшейся смеси в присутствии воды, термообработки полученной катализаторной массы с последующим ее формованием и прокаливанием, отличающийся тем, что, с целью повышения катализатора с повышенной активностью и удельной производительностью, к термообработанной катализаторной массе перед формованием добавляют петролатум, олеиновую кислоту, этиловый спирт и кордиерит в массовом соотношении: 1: (0,15-0,30): (0,02-0,04): (0,12-0,15): (0,15-0,35) и формование осуществляют путем экструзии с получением сотовых структур с последующим их прокаливанием при 850-1100^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1