способ приготовления катализатора для среднетемпературной конверсии оксида углерода водяным паром

Формула изобретения

Способ приготовления катализатора для среднетемпературной конверсии оксида углерода водяным паром, включающий механическую активацию железосодержащего компонента с оксидами кальция и меди, смешение с водой до образования пластичной массы, экструзионное формование, сушку и прокаливание гранул, отличающийся тем, что в качестве железосодержащего компонента используют порошок металлического железа, а механическую активацию компонентов осуществляют при пропускании воздуха, обогащенного кислородом с концентрацией 30-100%.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Изобретение относится к способу приготовления катализаторов для среднетемпературной конверсии оксида углерода, которые могут быть использованы в промышленности при получении азотоводородной смеси для синтеза аммиака.

Уровень техники

Известен способ приготовления катализатора для конверсии оксида углерода, включающий смешение порошка оксида железа с раствором хромовой кислоты, экструзионное формование полученной пасты в гранулы, выдержку на воздухе, сушку и прокаливание. По этому способу смешение порошка оксида железа с хромовой кислотой осуществляют в две стадии: сначала 20-50% оксида железа измельчают в присутствии хромовой кислоты до достижения степени растворения оксида железа 5,0-11,0%, а затем полученную суспензию смешивают с остальным количеством порошка оксида железа до образования пасты влажностью 26,0-29,0% [А.с. Su 1235523 A1, B 01 J 37/04, 23/86, опубл. в Б.И. №21, 1986 г.].

Существенным недостатком данного способа является использование в качестве осадителя раствора карбоната аммония, что усложняет технологический процесс, вызывает нежелательное пенообразование на стадии получения карбоната железа. Полученный катализатор содержит до 0,3% соединений серы, которые в процессе эксплуатации вызывают дезактивацию низкотемпературного медьсодержащего катализатора конверсии СО.

Известен способ приготовления катализатора для среднетемпературной конверсии оксида углерода водяным паром, включающий осаждение гидроксида железа из раствора нитрата железа аммиакосодержащим осадителем с последующим получением железосодержащего компонента, приготовлением бихромата меди, смешение с железосодержащим компонентом, сушку, прокаливание, формование катализаторной массы. Данный способ отличается тем, что в качестве осадителя используют аммиачно-карбонатный раствор, осадок гидроксида железа отделяют и промывают, сушат, прокаливают при температуре 380-420°С, полученный железосодержащий компонент, представляющий собой оксид железа смешивают с бихроматом меди, катализаторную массу увлажняют водой, формуют, провяливают на воздухе, сушат и прокаливают при постепенном подъеме температуры со скоростью 30-50°С [Патент RU, 2157731, B 01 J 37/04, опубл. в Б.И. №7, 2000 г.]

К недостаткам данного способа следует отнести трудоемкость и продолжительность технологического процесса приготовления, недостаточно высокую механическую прочность и активность получаемого катализатора, использование дефицитных и токсичных соединений хрома. В процессе приготовления катализатора достаточно трудоемкими, продолжительными и энергоемкими являются стадии приготовления раствора хромовой кислоты, хромата меди, сушки и прокаливания гидроксида железа.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату, то есть прототипом, является способ приготовления катализатора для среднетемпературной конверсии оксида углерода с водяным паром, включающий осаждение гидроксида железа аммиакосодержащим осадителем, промывку гидроксида железа горячей водой от нитрат-ионов до их остаточного содержания менее 0,5%, удаление избыточной влаги, смешение с оксидом кальция и оксидом меди при мольном соотношении компонентов Fe₂O₃:СаО:CuO:=1:1,0÷2,0:0,03÷0,2, механическую активацию смеси в мельнице, сушку при 100°С в течение 6 часов и прокаливание при 450°С в течение 6 часов [Патент RU №2254922, опуб. в Б.И. №18 от 27.06.05 г.].

К недостаткам прототипа следует отнести недостаточно высокую активность при низких температурах, трудоемкость и многостадийность технологического процесса, значительное количество сточных вод при промывке гидроксида железа, выделение в атмосферу токсичного оксида азота при прокаливании катализатора, которые загрязняют окружающую среду.

Сущность изобретения

Задачей изобретения является создание способа получения катализатора для среднетемпературной конверсии оксида углерода водяным паром с более высокой каталитической активностью при сокращении количества технологических операций и общей продолжительности процесса, а также исключении образования сточных вод и вредных выбросов токсичных газов в атмосферу.

Поставленная задача решена в предлагаемом способе приготовления катализатора для среднетемпературной конверсии оксида углерода водяным паром, включающем механическую активацию железосодержащего компонента с оксидами кальция и меди, смешение с водой до образования пластичной массы, экструзионное формование, сушку и прокаливание, при этом в качестве железосодержащего компонента используют порошок металлического железа, механическую активацию компонентов осуществляют при пропускании воздуха, обогащенного кислородом с концентрацией 30-100%. Газовая смесь может быть приготовлена любым известным способом.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Пример 1.

Для приготовления катализатора по предложенному способу используют порошок металлического железа. При получении 100 г катализатора в барабан вибрационной мельницы VM-4 загружают 50 г порошка металлического железа, 25 г оксида кальция и 3 г оксида меди и активируют в течение 60 минут при пропускании через барабан мельницы воздуха, обогащенного кислородом, содержание которого в газовой смеси составляет 50%. Затем в полученную массу добавляют 40 г воды. Массу тщательно перемешивают в течение 30 минут и формуют в гранулы, которые сушат при 100°С в течение 6 часов, а затем прокаливают при 450°С в течение 6 часов. Состав полученного катализатора Fe₂O ₃ - 71.8; СаО - 25,1; CuO - 3,1%.

Пример 2.

Катализатор готовят аналогично примеру 1 с тем лишь отличием, что для приготовления катализатора через барабан вибрационной мельницы пропускают воздух, обогащенный кислородом, содержание которого в смеси составляет 30%. Состав полученного катализатора: Fe₂O₃ - 71,8%; CaO - 24,1%; CuO - 3,1%.

Пример 3.

Катализатор готовят аналогично примеру 1, с тем лишь отличием, что для приготовления катализатора через барабан мельницы пропускают 100%-ный кислород. Состав полученного катализатора: Fe₂O₃ - 71,8%; CaO - 25,0%; CuO - 3,2%.

Активность образцов катализатора оценивали по степени превращения СО в реакции конверсии монооксида углерода водяным паром в водород. Условия испытания: температура 320°С, соотношение пар:газ=0,6, объемная скорость газа 5000 час ^-1. Содержание СО на входе 12% об.

Сравнительная характеристика технических решений
Пример № п/п	Активность(степень превращения СО при t=320°C), %	Количество технологических операций	Количество промывных вод на 1 тонну катализатора, м3 /т	Выброс в атмосферу оксидов азота м 3NOx/т. к-ра
Пример 1	59,0	7	-	-
Пример 2	57,3	7	-	-
Пример 3	59,1	7	-	-
Прототип	48,0	10	30-50	2-2,5

Из таблицы видно, что использование заявленного изобретения увеличивает активность катализатора на 19,4-23,1%, исключает образование сточных вод и выброс в атмосферу токсичных оксидов азота, при этом количество технологических операций сокращается на 30%.