Катализатор для паровой конверсии оксида углерода

 

Использование: в химической и нефтехимической промышленности. Сущность: предложен катализатор для паровой конверсии оксида углерода, содержащий следующее соотношение компонентов, мас.%: оксид хрома 6,5 - 7,5; оксид меди 2,0 - 10,0; оксид алюминия 1,0 - 4,0; оксид железа - остальное. 1 табл.

Изобретение относится к катализаторам паровой конверсии оксида углерода и может быть использовано в химической, нефтехимической промышленности, например в производстве аммиака, водорода и других производствах, где на стадии конверсии оксида углерода в качестве катализаторов используются контакты на основе оксидных соединений железа.

Известен катализатор паровой конверсии оксида углерода, содержащий оксиды железа и хрома [Справочник азотчика. М. Химия, 1986, с. 140] В настоящее время во всем мире производятся работы по модернизации действующих крупнотоннажных агрегатов производства аммиака с целью снижения их энергоемкости, разрабатываются и вводятся новые экономичные установки. Одним из эффективных способов снижения энергозатрат является уменьшение расхода технологического пара, что поставило проблему возможности использования катализаторов, содержащих в своем составе оксиды железа и хрома. При проведении процесса на железохромовом контакте в процессе среднетемпературной конверсии оксида углерода при соотношении пар:газ менее 0,5:1 происходит образование органических соединений, на синтез которых расходуется водород. Количество образовавшихся примесей может достичь величин, при которых расход водорода на их гидрирование будет соответствовать уменьшению производительности аммиачного агрегата на ≈ 3% Многие из образующихся соединений являются ядами для катализаторов последующих стадий (таких как катализатор низкотемпературной конверсии оксида углерода и др.). Данные катализаторы дорогие и замена их в процессе работы требует больших затрат.

Кроме этого, в процессе эксплуатации при низком соотношении пар:газ железохромовый катализатор полностью или частично разрушается, что приводит к росту сопротивления конвертора и, как следствие, перегрузке катализатора.

Наиболее близким к изобретению является катализатор для паровой конверсии оксида углерода, содержащий оксиды железа, хрома, а также оксиды металлов I, II, IV, VII, VIII групп, предпочтительно оксид цинка. Данному катализатору присущи вышеуказанные недостатки катализатора на основе оксидов железа и хрома, несмотря на то, что при проведении процесса паровой конверсии оксида углерода при низком соотношении пар:газ на данном катализаторе образование примесей незначительно снижается (см. нижеприведенную таблицу).

Задачей изобретения является получение контакта, который в процессе паровой конверсии оксида углерода при низком соотношении пар:газ менее 0,5:1 не образует побочных органических примесей, а также не разрушается в процессе работы при данном соотношении пар:газ.

Поставленная задача достигается тем, что катализатор для паровой конверсии оксида углерода, содержащий оксид хрома, оксид железа и оксид металла I группы Периодической системы дополнительно содержит оксид алюминия, а в качестве оксида металла I группы Периодической системы оксид меди при следующем соотношении указанных компонентов, мас.

Оксид хрома 6,5-7,5 Оксид меди 2,0-10,0 Оксид алюминия 1,0-4,0 Оксид железа Остальное Сопоставительный анализ заявляемого изобретения с прототипом показал, что предложенный катализатор дополнительно содержит оксид алюминия, при новом соотношении компонентов. Таким образом, заявляемый катализатор соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение изобретения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".

П р и м е р 1. К 300 г отмытой от сульфат-иона пасты карбоната железа, полученной осаждением углекислым аммонием из раствора сернокислого закисного железа (влажность пасты 70%) добавляют азотнокислую медь Cu(NO₃)₂ ˙6Н₂О в количестве 14 г и азотнокислый алюминий Al(NO₃)₃ ˙9Н₂О в количестве 15 г, растворенные в 100 мл воды. Пасту тщательно перемешивают, прокаливают при температуре 300^оС в течение 2 ч. Полученную окись железа с добавкой окиси меди и алюминия смешивают с рассчитанным количеством раствора хромового ангидрида (10 г в 35 мл воды) и пастообразную массу тщательно перемешивают, а затем просушивают в течение 3 ч при 100-105^оС. Массу растирают и прессуют в таблетки размером 5 х 5 мм. Готовые таблетки прокаливают при 450^оС в течение 5 ч.

Получают катализаторную массу состава из расчета от окислов металлов, мас. Cu 5; Al₂O₃ 2; Cr₂O₃ 7,5; Fe₂O₃ 85,5.

П р и м е р 2. К 300 г отмытой от сульфат-иона пасты карбоната железа, полученной осаждением углекислым аммонием из раствора сернокислого закисного железа, (влажность пасты 70%), добавляют азотнокислую медь в количестве 19,5 г и азотнокислый алюминий в количестве 14,3 г, растворенные в 100 мл воды.

Пасту тщательно перемешивают, прокаливают при температуре 300^оС в течение 2 ч. Полученную окись железа с добавкой окиси меди и алюминия смешивают с рассчитанным количеством раствора хромового ангидрида (8,6 г в 35 мл воды) и пастообразную массу тщательно перемешивают, а далее, как в примере 1.

Получают катализаторную массу состава из расчета окислов металлов, мас. CuO 7; Al₂O₃ 2; Cr₂O₃ 6,5; Fe₂O₃ 84,5.

П р и м е р 3. К 300 г отмытой от сульфат-иона пасты карбоната железа, полученной осаждением углекислым аммонием из раствора сернокислого закисного железа (влажность пасты 70%) добавляют медно-аммиачно-карбонатный раствор состава, г/л: Cu 94,7; NH₄ 102,5; CO₂ 76,8 в количестве 42,23 мл. Затем добавляют гидроокись алюминия в количестве 4,6 г и хромовый ангидрид в количестве 9,8 г. В данную массу добавляют 1000 мл воды, тщательно перемешивают в течение 3-х часов. Затем массу отсасывают на воронке Бюхнера, промывают водой. Сушат при температуре 105^оС в течение 4-х часов, прокаливают при 400^оС в течение 5 ч.

Получают катализаторную массу состава из расчета окислов металлов, мас. CuO 2,0; Al₂O₃ 3,0; Cr₂O₃ 7,0; Fe₂O₃ 88,0.

П р и м е р 4. К 280 г отмытой от сульфат-иона пасты карбоната железа, полученной осаждением углекислым аммонием из раствора сернокислого закисного железа (влажность пасты 70%) добавляют медно-аммиачно-карбонатного раствор состава, г/л: Cu 94,7; NH₄ 102,5; CO₂ 76,8 г/л, в количестве 211,2 мл. Затем добавляют гидроокись алюминия в количестве 6,9 г и хромовый ангидрид в количестве 9,8 г.

В данную массу добавляют 1000 мл воды, тщательно перемешивают в течение 3 ч. Затем массу отсасывают на воронке Бюхнера, отмывают водой. Сушат при температуре 105^оС в течение 4 ч, прокаливают при 400^оС в течение 5 ч.

Получают катализаторную массу состава из расчета окислов металлов, мас. CuO 10,0; Al₂O₃ 2,0; Cr₂O₃ 7,0; Fe₂O₃ 81,0.

П р и м е р 5. К 300 г отмытой от сульфат-иона пасты карбоната железа, полученной осаждением углекислым аммонием из раствора сернокислого закисного железа (влажность пасты 70%), добавляют азотнокислую медь Cu(NO₂)₃˙6 Н₂О в количестве 19,5 г и азотнокислый алюминий Al(NO₃)₃˙9 H₂O в количестве 7,35 г растворенные в 100 мл воды. Пасту тщательно перемешивают, прокаливают при температуре 300^оС в течение 2 ч. Полученную окись железа с добавкой окиси меди и алюминия смешивают с рассчитанным количеством раствора хромового ангидрида (9,2 г в 35 мл воды) и пастообразную массу тщательно перемешивают, а далее, как в примере 1. Получают катализаторную массу состава из металлов, мас. Cr₂O₃ 7,0; CuO 7,0; Al₂O₃ 1,0; Fe₂O₃ 85,0.

П р и м е р 6. К 292 г отмытой от сульфат-иона пасты карбоната железа, полученной осаждением углекислым аммонием из раствора сернокислого закисного железа (влажность пасты 70%), добавляют азотнокислую медь в количестве 13,9 г и азотнокислый алюминий в количестве 29,25 г, растворенные в 100 мл воды. Пасту тщательно перемешивают, прокаливают при температуре 300^оС в течение 2 ч. Полученную окись железа с добавкой окиси меди и алюминия смешивают с рассчитанным количеством раствора хромового ангидрида (7 г в 35 мл воды) и пастообразную массу тщательно перемешивают, а далее, как в примере 1.

Получают катализаторную массу состава из расчета окислов металлов, мас. CuO 5,0; Al₂O₃ 4,0; Cr₂O₃ 7,0; Fe₂O₃ 84,0.

Результаты испытаний полученных катализаторов, описанных в примерах 1-6, а также аналога и прототипа приведены в таблице.

Как видно из таблицы, образование органических соединений в процессе конверсии оксида углерода на низком соотношении пар:газ на предлагаемом катализаторе практически отсутствует. Кроме этого, в процессе работы при данных условиях полученный катализатор практически не разрушается, что явилось неожиданным эффектом.

Формула изобретения

КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ПАРОВОЙ КОНВЕРСИИ ОКСИДА УГЛЕРОДА, содержащий оксид хрома, оксид железа и оксид металла I группы Периодической системы, отличающийся тем, что он дополнительно содержит оксид алюминия, а в качестве оксида металла I группы оксид меди при следующем соотношении указанных компонентов, мас.

Оксид хрома 6,5 7,5 Оксид меди 2,0 10,0 Оксид алюминия 1,0 4,0 Оксид железа Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2