Осажденные ферритовые катализаторы синтеза аммиака

• Автор: Сибилева, Светлана Владимировна
• Шифр специальности: 05.17.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 200 с. : ил.

Оглавление
Введение

1 Литературный обзор

1.1 Синтез аммиака

1.1.1 Кинетика и механизм реакции синтеза аммиака

1.1.2 Технология синтеза аммиака

1.1.2.1 Технологические схемы синтеза аммиака

1.1.2.1 Конструкции колонн синтеза аммиака

1.1.3 Альтернативные процессы и их характеристики

1.1.4 Мировые лидеры и место России

1.2 Катализаторы синтеза аммиака

1.2.1 Железные промотированные катализаторы
1.2.2 Катализаторы на основе рутения
1.2.3 Катализаторы на основе кобальта
1.3 Ферриты: получение и свойства
1.3.1 Основные типы структур и свойства ферритов
1.3.2 Методы получения ферритов
1.3.3 Способы получения магнетита
1.3.4 Применение ферритов
2 Методики проведения экспериментов
2.1 Получение магнетита методом осаждения и прекурсора катализатора
2.2 Определение формовочных свойств на штампе постоянного сечения
2.3 Определение удельного объема пор пикнометрическим методом
2.4 Испытание образцов катализатора на механическую прочность
2.5 Методы расчета по изотермам.адсорбции-десорбции азота
2.6 Методика полного элементного анализа твердых веществ
2.7 Рентгенографический анализ
2.7.1 Качественный рентгенофазовый анализ
2.7.2 Определение параметра решетки
2.7.3 Определение размеров областей когерентного рассеяния
2.8 Определение активности катализаторов синтеза аммиака при атмосферном давлении
2.9 Определение активности катализаторов синтеза аммиака на установке высокого давления

3 Разработка способа приготовления осажденных магнститовых катализаторов
3.1 Влияние параметров синтеза на величину удельной поверхности осажденного магнетита
3.2 Исследование влияния соотношения оксидов РеО:Ре2()з на активность осаждённых катализаторов
3.3 Влияние содержания остаточного хлора на активность катализаторов 1 Об
3.4 Исследование степени осаждения промоторов при получении прекурсора катализатора синтеза аммиака
3.5 Исследование и выбор рациональных условий формования катализаторной массы
3.5.1 Полусухое прессование
3.5.2 Формование экструзией
3.5.3 Испытания на активность в реакции синтеза аммиака
4 Исследование способов введения и природы промоторов на активность катализаторов в реакции синтеза аммиака
4.1 Влияние способа введения промоторов на активность осажденных магнетитовых катализаторов синтеза аммиака
4.2 Осажденные магнетитовые катализаторы, модифицированные иттербием, иттрием и кобальтом
Выводы
5 Приложения
Приложение А
Приложение Б
Приложение В
Библиографические ссылки

Введение
Общепризнано, что наиболее экономически выгодные способы интенсификации процесса синтеза аммиака состоят в применении более активных катализаторов и более совершенных конструкций колонн синтеза. На основании этих тенденций в мировой промышленности можно заключить, что разработки в области новых катализаторов, позволяющих вести синтез в более энергоэкономичных условиях, обоснованы с экономической точки зрения и являются в настоящий момент весьма актуальными. Для увеличения эффективности синтеза аммиака необходимы катализаторы нового типа, использование которых позволит вести процесс с высокими скоростями при пониженных температурах и давлениях:
В настоящее время в отечественной промышленности в основном используют плавленый железный катализатор и схему среднего давления (30 МПа). Большое число работ было посвящено разработке и усовершенствованию плавленого железного катализатора, и на данный момент трудно ожидать существенного увеличения активности плавленых катализаторов только лишь за счет изменения условий плавки. Это обусловлено тем, что в этом процессе уже достигнуты предельно возможные параметры качества железного катализатора: удельная поверхность 10-15 м2/г и
определенная дефектность кристаллической структуры. Поэтому представляет значительный интерес возможность получения катализаторов с большей удельной поверхностью, применяя метод осаждения на стадии синтеза магнетита — прекурсора железного аммиачного катализатора.
В свете современных тенденций создания реакторов синтеза аммиака наиболее перспективными являются конструкции1 радиального и аксиальнорадиального типа. Ввиду малого гидравлического сопротивления в конструкциях радиального типа и перехода к схеме низкого давления (10 МПа) стало возможным использование более активных осажденных катализаторов, но механически менее прочных по сравнению с плавленым катализатором.
качестве прекурсора вместо магнетита, причем оксидные промоторы по существу те же самые. Было показано, что скорость реакции нового катализатора на 30-90% выше, чем скорость традиционного катализатора, и что такое различие активности увеличивается, когда температура уменьшается, таким образом, представляя этот катализатор хорошо пригодным для синтеза при низком давлении. Более того, так как вюстит может быть восстановлен до железа легче, чем магнетит, новый катализатор позволяет значительно сократить продолжительность запуска установки. Сообщается, что устойчивость к спеканию и механическая прочность те же, что и у традиционного катализатора, в то время как устойчивость к примесям СО выше. Так же сообщалось, что новый катализатор успешно используется на китайских аммиачных заводах с 1991. Было заявлено, что производительность аммиака увеличилась на 20%, но дальнейшие преимущества ожидаются, когда новый катализатор будет использоваться на больших современных заводах.
Влияние степени окисления железа на распределение промоторов в плавленых железных каталитических системах и их активность в синтезе аммиака исследовались в работе [94]. В прекурсорах катализаторов, содержащих вюститную фазу кроме магнетитовой фазы, 90% калия находится в легкорастворимых формах, которые не связаны с железом. В катализаторных прекурсорах, содержащих у-Ре203, только около 45% калия находится в формах, не связанных с железом. Было установлено, что при увеличении содержания вюстита (БеО) в прекурсоре катализатора увеличивается содержание кальция, алюминия, калия и кремния в межкристаллитном пространстве, и уменьшается содержание кальция и алюминия, включенных в решетку оксидов железа. Поэтому термостабильность вюститных катализаторов ниже, чем у магнетитовых, что противоречит данным китайских ученых [92, 95].
Такие противоречивые данные подтолкнули авторов статьи [96] провести сравнительное исследование промышленных катализаторов на основе вюстита и магнетита. Многие физические (плотность, пористая структура,