Железооксидный катализатор блочно-сотовой структуры для процесса окисления аммиака и технология его приготовления

• Автор: Кругляков, Василий Юрьевич
• Шифр специальности: 02.00.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 125 с. : ил.

Введение

1. Литературный обзор.

1. I Окисление аммиака

1.1.1 Способ одноступенчатого окисления аммиака.

1.1.2 Способ двухступенчатого окисления аммиака

1.2. Методы приготовления блочных катализаторов сотовой структуры.

1.3 Производство блочных катализаторов методом смешения

1.3.1 Технологические стадии приготовления блочных катализаторов методом смешения.

1.3.2. Формирование пластичной массы пасты из исходной шихты или порошков и основные методы управления е свойствами.

1.3.3. Термическая обработка блоков

Заключение к главе 1.

2. Экспериментальная часть.
2.1 Исходные реактивысырье
2.2. Приготовление катализаторов.
2.3 Физикохимические методы исследования катализаторов
2.3.1. Рентгеиофазовый анализ
2.3.2. Рентгеноструктурный анализ
2.3.3 ИКспектроскопия катализаторов.
2.3.4 Электронная микроскопия
2.3.5 Определение удельной поверхности.
2.3.6 Порометрия.
2.3.7 Механическая прочность и устойчивость к тсрмоцикламтеплосменам
2.3.8. Определение каталитической активности и селективности.
2.3.9. Термический анализ
2.3 Реологические исследования.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1 Влияние природы исходного сырья на свойства катализатора.
3.1.1. Влияние природы исходного сырья на активность и текстурные свойства
катализатор ИК
3.1.2. Исследование центров адсорбции гематитов и приготовленных из них катализаторов
3.1.2. 1. Адсорбция 0 на гематите различного приготовления.
3.1.2.2 Адсорбция 0 на катализаторах из различного сырья.
3.2. Структурномеханические свойства пластичных масс катализатора ИК
3.3. Термическая обработка блочного катализатора ИК
Заключение к главе
4. Технологическая схема приготовления, опытнопромышленные испытания и
результаты промышленной эксплуатации катализатора ИК1 .
4.1 Состав технологической схемы
4.2 Опытнопромышленные испытания катализатора ИК
4.3 Результаты промышленной эксплуатации
Заключение
Библиографический список использованной литературы
Приложение 1. Методы контроля катализатора ИК1.
Приложение 2 Определение каталитических свойств катализатора ИК1.
Приложение
3.1 Определение пластической прочности формовочных масс на коническом пластомстре.
3.2 Определение структурномеханических свойств формовочных масс на пластометре с параллсльносмещающейся пластиной.
Приложение 4 Спецификация основного технологического оборудования
Приложение 5 Временный технологический регламент
Приложение 6 Технические условия ТУ 8 5 3
Введение
Производство азотной кислоты является одним из самых крупнотоннажных процессов современной химической промышленности. Процесс включает в себя каталитическое окисление аммиака кислородом воздуха с образованием оксида азота, который далее окисляется до диоксида и поглощается водой с образованием азотной кислоты. Стадия окисления аммиака до оксида азота II является ключевой в производстве слабой неконцентрированной азотной кислоты и осуществляется в агрегатах разного давления. Выход конечного продукта зависит от селективности катализатора и рабочих параметров процесса. Обычно в качестве катализатора используется пакет из 3 сеток в зависимости ог давления из платино палладий родиевого сплава суммарный вес десятки кг. Условия проведения процесса окисления аммиака представлены в Таблице 1.
Таблица 1. Условия проведения процесса окисления аммиака
Условия промышленных процессов окисления аммиака
Давление, атм Температура О сеток, С Ш,, об. 0 выход, Р1 потери, гт НЖ3 Пробег, месяц
Атмосферное .0.5 .0.0 0.0.
Среднее .5.0 .0.5 0.0.
Высокое .3.5 .0 0.0.
В этих реакционных условиях сетки разрушаются вследствие химического агрессивная среда и физического высокие скорости газовых потоков воздействия и часть платины необратимо теряется. Учитывая высокую стоимость металлов платиновой группы, понятно, что стоимость традиционной каталитической системы очень высока.
В промышленности от до аммиака превращается в азотную кислоту. Агрегаты окисления аммиака работают достаточно стабильно и надежно, параметры их работы близки к оптимальным, что не позволяет надеяться на улучшение экономики процесса за счег повышения селективности. Потеря платины приводит к тому, что через месяца работы выход азотной кислоты падает ниже экономически приемлемого уровня, после чего отработанный пакет сеток заменяют на новый. Резкий рост стоимости платиновых металлов в последние годы стоимость платины на начало г. более 1 ог1 или более рубг. стимулировал интерес к попыткам частичной замены сеток менее дорогими катализаторами.
1 1 ог 1зроЬская унция единица измерения млес 1.1, раичая ,8 граммов.
Актуальность


Диссертант участвовал в постановке задач, решаемых в диссертационной работе, в разработке технологии приготовления катализатора, технических заданий на изготовление нестандартного оборудования и наработке опытных партий катализатора принимал участие в интерпретации данных физикохимических методов. Экспериментальные результаты, приведенные в работе, кроме физикохимических методов исследования, получены самим автором. Автор обобщил и оформил полученные результаты. Способ одноступенчатого окислении аммиака. Промышленное производство азотной кислоты осуществляется путем каталитического окисления аммиака кислородом воздуха с последующим поглощением оксидов азота водой . В отходящих газах может находиться также и не прореагировавший аммиак. Термодинамические расчеты изменения свободной энергии показывают, что приведенные выше основные реакции могут идти практически до конца. Поэтому в процессе окислении аммиака, который может протекать в нескольких направлениях, состав конечных продуктов определяется, прежде всего, избирательной способностью катализатора. При определении лимитирующей стадии реакции каталитического окисления аммиака рассматривают два предельных случая 6. Поступление молекул реагентов аммиака и кислорода к поверхности катализатора физический процесс происходит значительно медленнее, чем сама каталитическая реакция на поверхности. Тогда для повышения скорости образования целевого продукта оксида азота совершенно бесполезно повышать эффективность катализатора, а надо позаботиться об ускорении доступа реагентов к поверхности. Подача реагентов к поверхности происходит значительно быстрее самой химической реакции. Вот здесь имеет смысл совершенствовать катализатор, подбирать оптимальные условия для каталитической реакции, так как лимитирующей стадией в данном случае является каталитическая реакция на поверхности. В гг. М.И. Темкин и Апельбаум Л. Е Реакция проводилась в смеси аммиака с воздухом и кислородом, содержащей около об. ЫНз, при давлениях 1 атм. С, при этом селективность близка к 0 М. И. Темкин впервые показал, что реакция протекает во внешне диффузионной области. Скорость реакции определяется диффузией аммиака, так как реакция проводится при избытке кислорода по отношению к стехиометрии. Концентрация аммиака у поверхности катализатора мала по сравнению с концентрацией кислорода, что обеспечивает высокую селективность. Разность температур катализатора и газовой смеси близка к 0 С, к концу слоя она уменьшается приблизительно до нуля. Исходя из внешне диффузионного характера кинетики, можно прогнозировать степень превращения аммиака, как функцию геометрических характеристик слоя катализатора и гидродинамических характеристик потока газовой смеси. Для реакции окисления аммиака характерны зависимости скорости от линейной скорости газа, незначительное время контакта КГ1 сек, относительно низкая энергия активации до 2,5 кДжмоль. Опытным путем установлено количество аммиака, диффундирующего к сеткам и прореагировавшего на этих сетках 3,7. Б геометрическая поверхность 1см2 сетки, см2 п число сеток с диаметр проволоки, Уоскорость ЛВС, приведенная к 0С и 0, Мпа, лч см2. Эта зависимость дана авторами для 0С, хотя указывается, что температура на количество прореагировавшего аммиака влияет незначительно. При использовании уравнения 8 необходимо помнить, что оно позволяет определять только общее количество прореагировавшего аммиака, по не выход оксида азота, который сильно зависит от температуры. Для практических целей большой интерес представляет зависимость, позволяющая рассчитать время контактирования при максимальном выходе 0. А и В зависят от температуры процесса. Авторы 9 считают, что в области высоких степеней превращения аммиака в 0 и высоких давлениях скорость процесса тормозится продуктом реакции оксидом азота II. Я.М. Фогель с соавторами опубликовали результаты изучения реакции окиления аммиака при давлении реакционной смеси мм. В температурном интервале С не было обнаружено каких либо интермедиантов в заметных количествах. Кислород находился на поверхности катализатора как в диссоциированной, так и молекулярной форме. Вследствие этого аммиак окисляется до оксида азота как атомарным, так и молекулярным кислородом на поверхности Р1.