Способ приготовления катализатора для низкотемпературной конверсии оксида углерода водяным паром

Изобретение относится к способу приготовления катализаторов для низкотемпературной конверсии оксида углерода водяным паром, которые могут быть использованы в промышленности для получения азотоводородной смеси для синтеза аммиака. Способ получения катализатора для низкотемпературной конверсии оксида углерода водяным паром включает механическую активацию компонентов, содержащих алюминий, медь, цинк, формование, сушку и прокаливание гранул, в способе используют смесь оксидов алюминия, меди и цинка, механическую активацию компонентов осуществляют в присутствии воды и карбоната аммония при массовом соотношении (Al₂O₃+ZnO+CuO):(NH₄)₂CO₃:H₂O=1:(0,l÷0,4):(0,1÷1). Технический результат - создание способа получения катализатора для низкотемпературной конверсии оксида углерода водяным паром, обладающего повышенной активностью. Использование изобретения по сравнению с прототипом позволяет увеличить активность катализатора на 53,8-79,8%. Способ является более простым - исключается необходимость приготовления многокомпонентной газовой смеси и утилизации ее на выходе из мельницы. 1 з.п ф-лы., 1 табл., 3 пр.

 

Область техники

Изобретение относится к способу приготовления катализаторов для низкотемпературной конверсии оксида углерода водяным паром, которые могут быть использованы в промышленности для получения азотоводородной смеси для синтеза аммиака.

Уровень техники

Известен способ приготовления катализатора для низкотемпературной конверсии оксида углерода водяным паром. Катализатор получают смешением растворов аммиачно-карбонатных комплексов меди и цинка при температуре 80-90°С в весовом соотношении оксид меди:оксид цинка от 1:1 до 7:1, введением в полученный медь-цинк-аммиачно-карбонатный раствор алюмината кальция и/или бария в весовом соотношении к (CuO+ZnO) от 1:19 до 1:2 при соотношении алюмината кальция к алюминату бария 1:1 с последующей сушкой и таблетированием катализаторной массы [Патент RU 2241540 С2, B01J 37/04, опубл. 12.10.2004 г.].

К недостаткам данного метода можно отмести трудоемкость и продолжительность технологического процесса, значительное количество сточных вод.

Известен также способ приготовления катализатора для низкотемпературной конверсии оксида углерода водяным паром, включающий смешение цинкмедного соединения алюминатами кальция, карбонатом марганца и активированным углем, формованием гранул катализатора с последующей термообработкой. При смешении компонентов катализатора дополнительно вводят по крайней мере одно соединение щелочно-земельных металлов и/или одно соединение редкоземельных металлов, причем общее содержание дополнительных добавок не более 2,0% масс.[Патент RU 2157279 C1, B01J 23/78, опубл. в БИ №7, 2000 г.].

К недостаткам данного способа относится использование цинкмедного соединения, при получении которого используется большое количество воды. Кроме того, при сухом смешении цинкмедного соединения с носителем не обеспечивается высокая механическая прочность гранул катализатора.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату, то есть прототипом, является способ приготовления катализатора для низкотемпературной конверсии оксида углерода водяным паром, включающий смешение компонентов, содержащих алюминий, медь и цинк, механическую активацию, формование, сушку и прокаливание гранул, причем в качестве медь- и цинксодержащих компонентов используют порошки металлической меди и цинка, а механическую активацию компонентов осуществляют пропусканием газовой смеси, содержащей аммиак, диоксид углерода, кислород, водяной пар [CO₂:NH₃:O₂:H₂O] при мольном соотношении компонентов - 1:0.22÷1.1:0.12÷0.35:0.13÷0.24 [Патент RU 2306176 С1, опубл. в БИ №26, 2007 г.].

К недостаткам прототипа следует отнести недостаточно высокую активность катализатора при высоких температурах, а также сложности приготовления многокомпонентной газовой смеси и необходимость ее утилизации на выходе из мельницы.

Сущность изобретения

Задачей изобретения является создание способа получения катализатора для низкотемпературной конверсии оксида углерода водяным паром, обладающего повышенной активностью и исключающего необходимость приготовления многокомпонентной газовой смеси и утилизации на выходе из мельницы.

Поставленная задача решена в предлагаемом способе получения катализатора для низкотемпературной конверсии оксида углерода водяным паром, включающем механическую активацию компонентов, содержащих алюминий, медь, цинк, формование, сушку и прокаливание гранул, в котором используют смесь оксидов алюминия, меди и цинка, а механическую активацию компонентов осуществляют в присутствии воды и карбоната аммония при массовом соотношении (Аl₂О₃+ZnO+СuО):(NН₄)₂СО₃:Н₂O=1:(0,1÷0,4):(0,1÷1).

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Пример 1

Для приготовления 100 г катализатора в барабан вибрационной мельницы VM-4 помещают 20 г оксида алюминия, 45 г оксида меди, 35 г оксида цинка, 25 г карбоната аммония и 50 г воды и активируют в течение 40 минут. Массовое соотношение (Аl₂О₃+ZnO+СuО):(NН₄)₂СО₃:Н₂O=1:0,2:0,5. Полученную массу формуют в гранулы, которые затем сушат при температуре 110°С в течение 4 часов и прокаливают при 200°С в течение 2-х часов.

Пример 2

Для приготовления 100 г катализатора в барабан вибрационной мельницы VM-4 помещают 20 г оксида алюминия, 45 г оксида меди, 35 г оксида цинка, 10 г карбоната аммония и 10 г воды и активируют в течение 40 минут. Массовое соотношение (Аl₂О₃+ZnO+СuО):(NН₄)₂СО₃:Н₂O=1:0,1:0,1. Полученную массу формуют в гранулы, которые затем сушат при температуре 110°С в течение 4 часов и прокаливают при 200°С в течение 2-х часов

Пример 3

Для приготовления 100 г катализатора в барабан вибрационной мельницы VM-4 помещают 20 г оксида алюминия, 45 г оксида меди, 35 г оксида цинка, 40 г карбоната аммония и 100 г воды и активируют в течение 40 минут. Массовое соотношение (Аl₂О₃+ZnO+СuО):(NН₄)₂СО₃:Н₂O=1:0,4:1. Полученную массу формуют в гранулы, которые затем сушат при температуре 110°С в течение 4 часов и прокаливают при 200°С в течение 2-х часов

Активность образцов катализатора оценивали по константе скорости реакции конверсии монооксида углерода водяным паром в водород. Условия испытания: температура 240°С, соотношение пар:газ=0,8. Объемная скорость газа 15000 ч^-1. Состав газа, об.%: СО - 12,0; СO₂ - 9,5; Н₂ - 55,0; Не - остальное. [Промышленные катализаторы. Материалы координационного центра. Выпуск 5. Новосибирск. 1976 - с. 78]

Полученные данные представлены в таблице.

Способ приготовления	Активность, константа скорости при t=240°С, см3·г-1·с-1
Пример 1	58,2
Пример 2	50,3
Пример 3	56,4
Прототип	32,7

Из приведенной таблицы видно, что использование заявленного изобретения позволяет увеличить активность катализатора на 53,8-79,8%.

Кроме того, при использовании заявленного изобретения отсутствует необходимость приготовления многокомпонентной газовой смеси и дополнительной абсорбционной очистки отходящих газов из-за низкой степени взаимодействия твердой и газообразной фазы.

Способ приготовления катализатора для низкотемпературной конверсии оксида углерода водяным паром, включающий механическую активацию компонентов, содержащих алюминий, медь, цинк, формование, сушку и прокаливание гранул, отличающийся тем, что используют смесь оксидов алюминия, меди и цинка, а механическую активацию компонентов осуществляют в присутствии воды и карбоната аммония при массовом соотношении (Al₂O₃+ZnO+CuO):(NH₄)₂CO₃:H₂O=1:(0,1÷0,4):(0,l÷l).