Платиноидный сеточный катализатор

Изобретение относится к химической промышленности, в частности к производству азотной кислоты, азотных удобрений, синильной кислоты, нитритов и нитратов, и другим производствам химических продуктов, где технологическая схема производства включает каталитическую конверсию аммиака до оксидов азота с использованием платиноидных сеточных катализаторов. Платиноидный сеточный катализатор, сформированный в виде каталитического пакета из послойно уложенных проволочных каталитических сеток, сотканных из проволок диаметром 0,06-0,1 мм, состоящих из сплавов платины с родием, палладием, рутением и другими металлами платиновой группы, отличается тем, что каталитический пакет состоит из двух различных по геометрии плетения типов сеток, последовательно чередующихся по высоте пакета, при этом геометрия плетения первого типа каталитических сеток характеризуется числом переплетений проволок на 1 см² в интервале 1024-450, а геометрия плетения второго типа каталитических сеток характеризуется числом переплетений проволок на 1 см² в интервале 400-200. В результате достигается увеличение конверсии аммиака и уменьшение вложения платиноидов в сеточный катализатор в процессах, включающих в технологической схеме производства химических продуктов каталитическую конверсию аммиака. 1 ил.

 

Изобретение относится к химической промышленности, в частности к производству азотной кислоты, азотных удобрений, синильной кислоты, нитритов и нитратов, и другим производствам химических продуктов, где технологическая схема производства включает каталитическую конверсию аммиака до оксидов азота с использованием платиноидных сеточных катализаторов, выполненных в виде пакета из послойно уложенных проволочных каталитических сеток.

Широко известно использование платиноидных сеточных катализаторов для конверсии аммиака в виде пакета, собранного из тканых проволочных послойно уложенных каталитических сеток, изготовленных из сплавов платины с родием, палладием, рутением и другими металлами платиновой группы и сотканных из нитей (проволок) диаметром 0,06-0,1 мм (например, Караваев М.М., Засорин А.П., Н.Ф.Клещев. Каталитическое окисление аммиака. - Москва: Химия, 1983, с.41, 55).

В данном источнике описаны платиноидные сеточные катализаторы для конверсии аммиака, выполненные в виде однородного пакета, собранного из одинаковых по геометрии плетения сеток, причем пакет содержит, как правило, от 6 до 18 идентичных сеток с числом плетений 1024 на 1 см² при диаметре проволок 0,06-0,1 мм. Такие платиноидные сеточные катализаторные пакеты являются преобладающими при практическом использовании в промышленных процессах, включающих в технологический цикл каталитическую конверсию аммиака в оксиды азота.

Платиноидные сеточные катализаторы в виде пакета из послойно уложенных идентичных по своей геометрической структуре (структуре плетения проволок) каталитических сеток характеризуются существенными недостатками несмотря на их широкое использование в промышленности. На основе анализа результатов многочисленных исследований макрокинетики и механизма реакции окисления аммиака на платиноидных каталитических проволоках (например В.В.Барелко, П.И.Хальзов, В.Н.Доронин. Исследование динамических особенностей процессов перестройки поверхности монолитной платины, стимулированных гетерогенно-каталитической реакцией. Поверхность, 1982, №6, с.91-97 или В.В.Барелко, П.И.Хальзов, В.И.Чернышов. Динамические особенности реакции окисления аммиака на платиноидных сплавах. Химическая промышленность, 1987, N8, с.506) установлено, что платиноидные сеточные катализаторы, выполненные в виде однородного пакета, собранного из одинаковых по геометрии плетения платиноидных каталитических сеток, не обеспечивают максимально возможную конверсию аммиака в оксиды азота. Это связано с тем, что при такой структуре пакета та часть его поверхности, которая находится в непосредственном контакте сеток между собой, недоступна реагентам и практически исключается из процесса катализа, т.е. значительная часть платиноидного катализатора является дорогостоящим балластом. Кроме того, однородный пакет из платиноидных каталитических сеток не позволяет управлять гомогенными, "межсеточными" стадиями каталитического превращения, т.е. не позволяет обеспечить максимальную селективность конверсии аммиака в оксиды азота.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является платиноидный сеточный катализатор для конверсии аммиака в виде однородного каталитического пакета из послойно уложенных идентичных платиноидных каталитических сеток в форме тканой проволочной сетки, сотканной из проволок диаметром 0,06-0,1 мм, изготовленных из сплавов, содержащих платину с родием, палладий, рутений и другие металлы платиновой группы (патент RU, №2212272, кл. В 01 J 23/42, В 01 J 35/04, С 01 В 21/26, 20.09.2003).

Описанная в данном патенте структура платиноидных сеток, у которых тканая ячейка имеет форму прямоугольника с соотношением сторон 1,1-5, а число проволок в тканой сетке на одном сантиметре составляет по одному из направлений тканой структуры - по утку или по основе - 10-30 нитей, а по другому из направлений - по основе или по утку - 50-34 нити, позволяет повысить эффективность конверсии аммиака, однако описанные выше недостатки, связанные со структурой пакета, при которой часть его поверхности, которая находится в непосредственном контакте сеток между собой, недоступна реагентам и практически исключается из процесса катализа, не позволяют в полной мере использовать возможности данного платиноидного сеточного катализатора.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является увеличение поверхности контакта реагентов с платиноидным сеточным катализатором.

Техническим результатом, достигаемым при использовании платиноидного сеточного катализатора, является увеличение конверсии аммиака и уменьшение вложения платиноидов в сеточный катализатор в процессах, включающих в технологической схеме производства химических продуктов каталитическую конверсию аммиака

Поставленная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что платиноидный сеточный катализатор, сформированный в виде каталитического пакета из послойно уложенных проволочных каталитических сеток, сотканных из проволок диаметром 0,06-0,1 мм, состоящих из сплавов платины с родием, палладием, рутением и другими металлами платиновой группы, состоит из двух различных по геометрии плетения типов сеток, последовательно чередующихся по высоте пакета, при этом геометрия плетения первого типа каталитических сеток характеризуется числом переплетений проволок на 1 см² в интервале 1024-450, а геометрия плетения второго типа каталитических сеток характеризуется числом переплетений проволок на 1 см² в интервале 400-200.

На чертеже схематически показан пакет платиноидного сеточного катализатора, в котором по высоте последовательно чередуются два типа сеток.

Платиноидный сеточный катализатор, сформированный из двух последовательно чередующихся типов каталитических сеток, позволил реализовать ряд преимуществ технологического и экономического характера по сравнению с повсеместно использовавшимися до настоящего времени однородными пакетами платиноидных сеточных катализаторов для конверсии аммиака, сформированных из каталитических сеток одного типа.

Эти преимущества описанного выше технического решения иллюстрируются приведенными ниже примерами. Сравнительные эксперименты проведены в условиях пилотного реактора, имеющего следующие характеристики: концентрация аммиака в воздухе 10 об.%, линейная скорость потока 0,5 м/сек, температура на входе 20°С, использованная при плетении опытных сеток проволока с диаметром сечения 0,092 мм изготовлена из стандартного сплава Сп.5 (сплав платины с палладием, родием и рутением), платиноидный катализаторный пакет формировался из шести послойно уложенных каталитических сеток.

Пример 1 (катализаторный пакет сформирован по схеме прототипа).

Катализаторный пакет собран из шести одинаковых сеток с числом переплетений проволок на 1 см² - 1024 (32×32 проволоки на 1 см). Полученная в эксперимента конверсия аммиака составила 92%.

Пример 2.

Катализаторный пакет собран из шести сеток двух различных типов: три сетки первого типа, имеющие число переплетений проволок на 1 см² - 1024, последовательно чередуются с тремя сетками второго типа, имеющими число переплетений на 1 см² - 400 (20×20 проволок на 1 см). Полученная в эксперименте конверсия аммиака составила 96%, т.е. на 4% выше, чем в эксперименте по схеме прототипа. При этом масса платиноидов в сформированном по схеме изобретения катализаторном пакете почти на 20% меньше, чем в пакете, сформированном по схеме прототипа (см. Пример 1).

Пример 3.

Катализаторный пакет собран из шести сеток двух различных типов: три сетки первого типа, имеющие число переплетений проволок на 1 см² - 450 (45×10 проволок на 1 см), последовательно чередуются с тремя сетками второго типа, имеющими число переплетений на 1 см² - 200 (20×10 проволок на 1 см). Полученная в эксперименте конверсия аммиака составила 93%, т.е. на 1% выше, чем в эксперименте по схеме прототипа. При этом масса платиноидов в сформированном по схеме изобретения катализаторном пакете на треть меньше, чем в пакете, сформированном по схеме прототипа (см. Пример 1).

Таким образом, описанный платиноидный сеточный катализатор, сформированный в виде каталитического пакета из послойно уложенных двух различных по геометрии плетения типов каталитических сеток, чередующихся по высоте пакета, позволяет увеличить конверсию аммиака и уменьшить вложения платиноидов в процессах, включающих в технологическую схему каталитическую конверсию аммиака, в сравнении с традиционным однородным по типу сеток платиноидным сеточным катализаторным пакетом, являющимся прототипом данного изобретения.

Настоящее изобретение может быть использовано в химической промышленности при производстве химических продуктов во всех технологических схемах, включающих каталитическую конверсию аммиака.

Платиноидный сеточный катализатор для конверсии аммиака, сформированный в виде каталитического пакета из послойно уложенных проволочных каталитических сеток, сотканных из проволок диаметром 0,06-0,1 мм, состоящих из сплавов платины с родием, палладием, рутением и другими металлами платиновой группы, отличающийся тем, что каталитический пакет состоит из двух различных по геометрии плетения типов сеток, последовательно чередующихся по высоте пакета, при этом геометрия плетения первого типа каталитических сеток характеризуется числом переплетений проволок на 1 см² в интервале 1024-450, а геометрия плетения второго типа каталитических сеток характеризуется числом переплетений проволок на 1 см² в интервале 400-200.