Способ пассивации восстановлен-ного железного катализатора длясинтеза аммиака

 

Сеез Советвнк

Сеарнамстнчеаки к

Реснубюес

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Il АВТОРСКОМ ТИЛЬ(ДЩ (61) Дополиительиоа к евт. свид-ву— (22) Заявлено 1?0679 (21) 2788419/23-04 (5 )

В 01 У 23/70

В 01 23/74 С 01 С 1/04 с присоединением заявки Нов (23) Приоритет—

ГосударственныЯ комитет

СССР яо дмаи изобретеннЯ и открытн Я

Опубликовано 0 7023 1 . Бюллетень» 49 5 (53) g tl

Ф Ят% 66 ° 097, 3

Дата опубликования описания 070281 (088.8) (72) Авторы изобретения

Л.Д. Кузнецов, A.A. Саркисян, П.Д. Рабина, .Т.,И. Кушнаренко, Г.И. Пантазьев, A.A. Василевич и А.А. Аракрлян :- Да. (73) Заявитель

БЦЬ 1 (54) СПОСОБ ПАССИВАЦИИ ВОССТАНОВЛЕННОГО ЖЕЛЕЗНОГО

КАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ СИНТЕЗА АИИИАКА

Изобретение относится к способам пассивации катализаторов, в частности к способу пассивации восстановленного железного катализатора для синтеза аммиака.

В восстановленном состоянии катализаторы синтеза аммиака пирофорны, т.е. они разогреваются на воздухе и теряют активность. Поэтому для облегчения хранения, транспортировки, загрузки и выгрузки предварительно восстановленный катализатор пассивируют. Пассивацию (стабилизацию) обычно осуществляют частичным окислением восстановленного катализатора soapeR- 1 ствием на него инертного газа, содержащего низкие концентрации кислорода.

Известен способ пассивации восстановленного желез ного катализатора для синтеза аммиака путем обработки его двуокисью углерода или смесью, содержащей. 99.-99, 95 вес.% двуокисй уг-, яерода и 0,05-1 вес.% кислброда (1).

Однако при таком способе пассивации полученный каталиэатор недостаточно стабилен и при соприкосновении с воздухом его температура может резко самопроизвольно повыааться.

Известен также способ . пассивации восстановленного железного катализатора для синтеза аммиака, путем последовательной обработки его инертным газом, а затем кислородсодержащим газом (2). Пассивацию начинают при циркуляции чистого азота под давлением

3-5 ат, используя максимально возможную циркуляцию, постепенно добавляют циркуляционную смесь кислород и доводят его содержание до 0,3%. Когда катализатор будет стабильным при

0,3% кислорода, то постепенно увеличивают концентрацию кислорода до 7%.

При этом температуру катализатора поддерживают ниже 95 С.

К недостаткам известного способа относятся большой расход инертного газа (500-1000 нм /м катализатора/ч); необходимость применения специального оборудования для циркуляции инертного газа и дозировки кислорода, невысокая производительность использования аппаратуры из-эа длительного процесса пассивации (минимум 30-60 ч).

C целью упрощения способа пассивации и снижения расхода инертного гата в предлагаемом способе в качестве сислородсодержащего газа используют воздух и обработку катализатора воз801876 духом ведут ступенчато при повышении температуры катализатора на первой ступени до 50-200 С и до 50150 С на последующих ступенях с проо ме>куточным охлаждением катализатора между ступенями до температуры окружающей среды.

Описываемый способ позволяет значительно снизить расход чистого инертного газа, который применяется только для первоначальной продувки катализа- о тора (20-50 м /м катализатора/ч), резко снизить длительность пассивации катализатора в реакционной аппаратуре так как выгрузку катализатора проводят сразу после первоначальной продувки чистым инертным газом и первую ступень обработки катализатора кислородсодержащим газом осуществляют одновременно с его выгрузкой (максимум

24 ч), отказаться от организации дозировки кислорода в инертный газ, т.е 20 упростить сам способ пассивации.

Катализаторы синтеза аммиака, используемле в предлагаемом способе, применяют в виде гранул или зерен неправильной формы размером 5-15 мм.

Восстановленный катализатор содер>кит

85-90% железа, которое находится в мелкодисперсном состоянии (размер кристаллитовА-Fe 150-300 К); он имеет пористую структуру, 30 что обуславливает его высокую удельную поверхность (размер преобладающего радиуса пор 100-200 Х, величина поверхности 10-15 м /г).

При взаимодействии восстановленного катализатора с кислородом происходит экзотермическая реакция окисления железа, причем вначале кислород реагирует с атомами железа на поверхности кристаллитов периферийной части зерен катализатора, а затем 40 окисление распространяется по поверхности пор внутрь зерна. Вследствие высокого значения теплового эффекта реакции окисления железа периферийные кристаллы железа могут быстро разогреваться до температуры 200" С, выше которой начинается объемное их окисление благодаря увеличению подвижности атомов железа в кристаллической решетке. Если окисление катализатора происходит при свободном доступе кислорода, например на открытом воздухе, то объемное окисление приводит к,быстрому повышению температуры до ббО-800 С и катализатор окисляется практически полностью.

Процесс пассивации (окисление только поверхностных слоев кристаллитов железа) проводят при низких температурах с тем, чтобы избежать объемного окисления железа (окисле- ф0 ние всей массы кристаллитов). По известному способу низкие температуры при пассивации поддерживают за счет отвода тепла реакции окисления в результате нагрева инертного газа и поэтому концентрацию кислорода в пассивирующем газе поддерживают на достаточно низ ком уровне. В начале процесса пассивации концентрация кислорода О, 3%, а в конце 7%, температуру процесса при этом не поднимают выше 100 С.

Предлагаемый способ пассивации восстановленного железного катализатора для синтеза аммиака основай на том, что в первый момент соприкосновения катализатора с воздухом с большой скоростью, определяемой скоростью внешней диффузии, окисляется лишь наружная незначительная часть поверхности зерна, затем скорость процесса резко замедляется в результате перехода процесса во внутреннюю диффузионную область. При этом успевает разогреться только наружная часть катализатора, а основная масса зерна остается холодной. Если в этот момент доступ воздуха к катализатору прекратить, то благодаря перераспределению тепла поверхностные слои катализатора быстро охлаждаются и процесс объемного окисления резко затормаживается.

После охлаждения катализатора до ,температуры окружающей среды повторная подача воздуха не приводит к быстрому разогреву зерна, так как кислород должен диффундировать к свободной поверхности железа через поры наружной уже запассивированной и частично окисленной части зерна катализатора. Поэтому процесс пассивации в этом случае можно легко регулировать путем прекращения подачи на катализатор воздуха.

Пример 1. 5 м восстановлен3 ного катализатора сА-1 после его эксплуатации в колонне синтеза аммиака в течение трех лет (степень дезактивации 50-бОЪ вЂ” отношение конечной активности катализатора к исходной) продувают чистым азотом (99,95% со скоростью 50 10 м/ч в течение 8 ч при температуре окружающей среди (10 С). Определяют содержание водорода в отходящем азоте, которое не должно превышать 0,3 об.Ъ.

Катализатор по открытому металлическому желобу с углом наклона 50-б0 высыпают в металлические барабаны емкостью 100 л.Во время выгрузки катализатор разогревается до 50 С (1 ступень пассивации). Заполненные катализатором барабаны закрывают легкой крышкой и перевозят на защищенную от атмосферных осадков площадку, где катализатор остывает до температуры окружающей среды. Остывшие барабаны открывают и каталиэа— тор продувают воздухом в течение

4-х мин (II ступень пассивации).

Температура катализатора при продувке воздухом повышается до 50 С. После продувки барабаны закрывают. Ба801876

Формула изобретения

Составитель Т.Белослюдова

Техред N. Рейвес Корректор С.Иекмар

Редактор Л. Волкова

10195/7 Тираж 578 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Закаэ

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 рабаны охлаждают на воздухе до температуры окружающей среды. После этого барабаны снова вскрывают и катализатор продувают воздухом в течение 10 мин (контрольная продувка).

Температура катализатора при продувке повышается до 15 С, т.е. он теряет свои пирофорные свойства и может быть использован по назначению.

II р и м е р 2. 45 м восстановлен- ного катализатора CA-1 в колонне синтеза аммиака после его эксплуатации в течение одного года (степень дезактивации катализатора 20-30% ) продувают чистым азотом со скоростью

100 м3/ч в течение 1 сут. Далее ката-11 лизатор через верхний люк пневмотранспортом или через нижний люк с помощью транспортера перегружают. в металлические барабаны емкостью 300 л.

Барабан, в который подается катали- Щ затор, до загрузки должен быть продут азотом или углекислотой. При транспортировке температура катализатора увеличивается до 200 С. После заполнения барабана катализатором д его закрывают герметично и охлаждают на воздухе до ЗО C. Охлажденный катализатор продувают техническим азотом в течение 10 мин, а затем воздухом в течение 5 мин. При этом температура катализатора повышается до 150 С. После этого катализатор снова охлаждают в закрытом барабане о, до 30 С, затем продувают воздухом, при этом температура его повышается до 100 С. Катализатор снова охлаждают о в закрытом барабане до 30 С, еще раэ продувают воздухом, при этом его а температура повышается до 50 С, и охлаждают до 30 С. Последующая продувка воздухом не дает повышения температуры катализатора. Следовательно, катализатор теряет свои пирофорные свойства и может быть использован по н аз н ачен ию.

Способ пассивации восстановленного железного катализатора для синтеза аммиака путем последовательной обработки его инертным и киСлородсодержащим газом, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа и снижения расхода инертного газа, в качестве кислородсодержащего газа используют воздух и обработку катализатора воздухом ведут ступенчато при повышении температуры катализатора на первой ступени до 50-200 С и до о

50-150 С на последующих ступенях с промежуточным охлаждением катализатора между ступенями до температуры окружающей среды.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

У 493240, кл. В 01 3 11/22, 1973.

2. Справочное руководство по катализаторам для производства аммиака и водорода. Л., "Химия", 1973, с. 214 (прототип).