Разработка и исследование низкотемпературного износоустойчивого катализатора синтеза метанола высокого давления

• Автор: Кишкинская, Марина Александровна
• Шифр специальности: 05.17.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 123 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Общая характеристика процесса синтеза метанола

1.2. Катализаторы синтеза метанола

1.3. Медьсодержащие катализаторы

1.4. Катализаторы на носителях

1.5. Совместное производство метанола и аммиака

1.6. Конструкции насадок реакторов для совместного производства аммиака и метанола

1.7. Постановка задач исследования

2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ КАТАЛИЗАТОРОВ

2.1. Объекты исследования
2.1.1. Исходное сырье для приготовления катализаторов
2.1.2. Методика приготовления катализатора на хромалю моборатном носителе
2.2. Методы исследования катализаторов
2.2.1. Определение механической прочности
2.2.2. Определение истираемости катализатора
2.2.3. Определение удельной поверхности катализатора
2.2.4. Определение удельного объема и радиуса пор
2.2.5. Исследование активности катализатора
3. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ФИЗИКОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ХРОМАЛЮМОБОРАТНОГО НОСИТЕЛЯ
3.1. Влияние состава хромалюмоборатного носителя на его структурномеханические свойств
3.2. Основные стадии получения носителя
3.2.1. Осаждение гидроксида хрома
3.2.2. Формование
3.2.3. Термообработка носителя
4. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗНОСОУСТОЙЧИВОГО НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО КАТАЛИЗАТОРА СИНТЕЗА МЕТАНОЛА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ НА ХРОМАЛЮМОБОРАТНОМ НОСИТЕЛЕ.
4.1. Сравнительная характеристика катализаторов синтеза метанола
4.2. Определение оптимального состава активной массы для хромалюмоборатного носителя
4.3. Получение износоустойчивого катализатора введением хлоридов металлов на стадии формирования гранул носителя
4.4. Влияние концентрации и числа пропиток на активность и пористую структуру катализатора
4.5. Определение поверхности активного компонента в катализаторе
4.6. Исследование стадии термообработки катализатора
4.7. Основные свойства катализаторов
4.8. Схема производства износоустойчивого катализатора синтеза метанола высокого давления на хромалюмоборатном носителе
Литература


В настоящее время в результате развития и совершенствования процесса получения метанола из синтез-газа используются реакторы большой мощности - до т метанола в сутки. Разработаны более активные катализаторы на основе оксидов цинка и меди, которые позволили смягчить условия синтеза - снизить давление до 5 МПа, а температуру до 3 К [6]. В связи с постоянным ростом цен на природный газ стратегия развития производства метанола должна формироваться с учетом ситуации на мировом рынке. Необходимо разрабатывать технологические процессы, позволяющие использовать в качестве сырья "нестандартные" газовые смеси. Известной фирмой "На1с1ог ТорзоГ разработан способ получения метанола из водорода и диоксида углерода, полученных из отработанных* газов [5]. Одним из экономичных способов производства метанола является получение из угля синтез-газа, обогащенного водородом [7]. Перспективным способом получения метанола является процесс неполного окисления природного газа в диапазоне давлений 5- МПа [8]. Представляет интерес синтез метанола из оксидов углерода, водорода в трехфазной системе газ-жидкость-катализатор [9], производство метанола на основе биомасс []. Однако следует признать, что главенствующее положение пока сохраняется за традиционными способами получения метанола, основанными на каталитическом гидрировании оксидов углерода [-]. Используемые в настоящее время в промышленности катализаторы синтеза метанола подразделяют на высокотемпературные (цинк-хромовые, цинк-хромовые с добавками соединений меди) и низкотемпературные (цинк-медь-алюминиевые, цинк-хром-медные и другие медьсодержащие катализаторы). Их производство включает две основные стадии: приготовление контактной массы и восстановление её до активного состояния []. Синтез метанола на высокотемпературных катализаторах проводится при температурах 3 - 3 К и давлениях - МПа []. На отечественных производствах метанола в основном используют активный цинк-хромовый катализатор при - МПа и 3 - 3 К. Селективность процесса синтеза метанола при повышенных давлениях на высокотемпературных цинк-хромовых катализаторах недостаточно велика - содержание органических примесей в метаноле-сырце 4-6 мае. Сравнительно мала и их активность. Использование низкотемпературных катализаторов позволяет уменьшить содержание примесей в метаноле в - раз, повысить качество метанола-сырца, увеличить степень превращения реагирующих компонентов []. Следует отметить, что работа на низкотемпературных катализаторах при повышенном давлении требует от них высокой термоустойчивости, так как в таких условиях выход метанола с единицы объема катализатора и тепловая нагрузка на него больше, чем при низком рабочем давлении [, ]. Добавки хрома, бора и редкоземельных металлов повышают термостойкость катализатора. Имеется также большая группа катализаторов на основе многих химических элементов периодической системы Д. Большое количество катализаторов синтеза метанола описано в монографиях [, ]. Синтез метанола осуществляется при низком (5 МПа), среднем ( - МПа) и высоком ( - МПа) давлениях. В промышленных агрегатах под низким давлением используется катализатор СНМ-1 (CuO 0,5ZnO 0,Al2O3). Из-за невысокой активности, селективности и стабильности данный катализатор не используется под средним и высоким давлением. Для среднего давления в промышленности используется катализатор СНМ-3 (СиОО,пОО,АОзЮ,Сг2Оз). У катализатора СНМ-3 также узок температурный диапазон эффективной работы, активность со временем резко падает, малая прочность и значительная чувствительность к перегревам и ядам, низкая селективность. ДВ-8-1 и ДВ 8 2 (CuO : ZnO : 0,4Сг2О3 : 0,1 А) []. Известно, что наиболее целесообразно применять низкотемпературные катализаторы, так как снижение температуры синтеза способствует повышению равновесных выходов метанола, увеличению селективности процесса и позволяет проводить синтез при пониженных давлениях. Установлено, что значительного снижения температуры в реакции синтеза метанола можно достичь в присутствии катализаторов на основе меди в композиции её с цинком, алюминием, хромом, марганцем, и другими элементами [].