способ приготовления катализатора для низкотемпературной конверсии оксида углерода водяным паром

Формула изобретения

Способ приготовления катализатора для низкотемпературной конверсии оксида углерода водяным паром, включающий механическую активацию компонентов, содержащих алюминий, медь, цинк, формование, сушку и прокаливание гранул, отличающийся тем, что используют смесь оксидов алюминия, меди и цинка, а механическую активацию компонентов осуществляют в присутствии воды и карбоната аммония при массовом соотношении (Al₂O₃+ZnO+CuO):(NH₄ )₂CO₃:H₂O=1:(0, 1÷0,4):(0,l÷l).

Описание изобретения к патенту

Область техники

Изобретение относится к способу приготовления катализаторов для низкотемпературной конверсии оксида углерода водяным паром, которые могут быть использованы в промышленности для получения азотоводородной смеси для синтеза аммиака.

Уровень техники

Известен способ приготовления катализатора для низкотемпературной конверсии оксида углерода водяным паром. Катализатор получают смешением растворов аммиачно-карбонатных комплексов меди и цинка при температуре 80-90°С в весовом соотношении оксид меди:оксид цинка от 1:1 до 7:1, введением в полученный медь-цинк-аммиачно-карбонатный раствор алюмината кальция и/или бария в весовом соотношении к (CuO+ZnO) от 1:19 до 1:2 при соотношении алюмината кальция к алюминату бария 1:1 с последующей сушкой и таблетированием катализаторной массы [Патент RU 2241540 С2, B01J 37/04, опубл. 12.10.2004 г.].

К недостаткам данного метода можно отмести трудоемкость и продолжительность технологического процесса, значительное количество сточных вод.

Известен также способ приготовления катализатора для низкотемпературной конверсии оксида углерода водяным паром, включающий смешение цинкмедного соединения алюминатами кальция, карбонатом марганца и активированным углем, формованием гранул катализатора с последующей термообработкой. При смешении компонентов катализатора дополнительно вводят по крайней мере одно соединение щелочно-земельных металлов и/или одно соединение редкоземельных металлов, причем общее содержание дополнительных добавок не более 2,0% масс.[Патент RU 2157279 C1, B01J 23/78, опубл. в БИ № 7, 2000 г.].

К недостаткам данного способа относится использование цинкмедного соединения, при получении которого используется большое количество воды. Кроме того, при сухом смешении цинкмедного соединения с носителем не обеспечивается высокая механическая прочность гранул катализатора.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату, то есть прототипом, является способ приготовления катализатора для низкотемпературной конверсии оксида углерода водяным паром, включающий смешение компонентов, содержащих алюминий, медь и цинк, механическую активацию, формование, сушку и прокаливание гранул, причем в качестве медь- и цинксодержащих компонентов используют порошки металлической меди и цинка, а механическую активацию компонентов осуществляют пропусканием газовой смеси, содержащей аммиак, диоксид углерода, кислород, водяной пар [CO₂:NH₃:O₂:H ₂O] при мольном соотношении компонентов - 1:0.22÷1.1:0.12÷0.35:0.13÷0.24 [Патент RU 2306176 С1, опубл. в БИ № 26, 2007 г.].

К недостаткам прототипа следует отнести недостаточно высокую активность катализатора при высоких температурах, а также сложности приготовления многокомпонентной газовой смеси и необходимость ее утилизации на выходе из мельницы.

Сущность изобретения

Задачей изобретения является создание способа получения катализатора для низкотемпературной конверсии оксида углерода водяным паром, обладающего повышенной активностью и исключающего необходимость приготовления многокомпонентной газовой смеси и утилизации на выходе из мельницы.

Поставленная задача решена в предлагаемом способе получения катализатора для низкотемпературной конверсии оксида углерода водяным паром, включающем механическую активацию компонентов, содержащих алюминий, медь, цинк, формование, сушку и прокаливание гранул, в котором используют смесь оксидов алюминия, меди и цинка, а механическую активацию компонентов осуществляют в присутствии воды и карбоната аммония при массовом соотношении (Аl₂О₃ +ZnO+СuО):(NН₄)₂СО₃:Н₂ O=1:(0,1÷0,4):(0,1÷1).

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Пример 1

Для приготовления 100 г катализатора в барабан вибрационной мельницы VM-4 помещают 20 г оксида алюминия, 45 г оксида меди, 35 г оксида цинка, 25 г карбоната аммония и 50 г воды и активируют в течение 40 минут. Массовое соотношение (Аl₂О ₃+ZnO+СuО):(NН₄)₂СО₃:Н ₂O=1:0,2:0,5. Полученную массу формуют в гранулы, которые затем сушат при температуре 110°С в течение 4 часов и прокаливают при 200°С в течение 2-х часов.

Пример 2

Для приготовления 100 г катализатора в барабан вибрационной мельницы VM-4 помещают 20 г оксида алюминия, 45 г оксида меди, 35 г оксида цинка, 10 г карбоната аммония и 10 г воды и активируют в течение 40 минут. Массовое соотношение (Аl₂О ₃+ZnO+СuО):(NН₄)₂СО₃:Н ₂O=1:0,1:0,1. Полученную массу формуют в гранулы, которые затем сушат при температуре 110°С в течение 4 часов и прокаливают при 200°С в течение 2-х часов

Пример 3

Для приготовления 100 г катализатора в барабан вибрационной мельницы VM-4 помещают 20 г оксида алюминия, 45 г оксида меди, 35 г оксида цинка, 40 г карбоната аммония и 100 г воды и активируют в течение 40 минут. Массовое соотношение (Аl₂О ₃+ZnO+СuО):(NН₄)₂СО₃:Н ₂O=1:0,4:1. Полученную массу формуют в гранулы, которые затем сушат при температуре 110°С в течение 4 часов и прокаливают при 200°С в течение 2-х часов

Активность образцов катализатора оценивали по константе скорости реакции конверсии монооксида углерода водяным паром в водород. Условия испытания: температура 240°С, соотношение пар:газ=0,8. Объемная скорость газа 15000 ч^-1. Состав газа, об.%: СО - 12,0; СO₂ - 9,5; Н₂ - 55,0; Не - остальное. [Промышленные катализаторы. Материалы координационного центра. Выпуск 5. Новосибирск. 1976 - с. 78]

Полученные данные представлены в таблице.

Способ приготовления	Активность, константа скорости при t=240°С, см3·г-1 ·с-1
Пример 1	58,2
Пример 2	50,3
Пример 3	56,4
Прототип	32,7

Из приведенной таблицы видно, что использование заявленного изобретения позволяет увеличить активность катализатора на 53,8-79,8%.

Кроме того, при использовании заявленного изобретения отсутствует необходимость приготовления многокомпонентной газовой смеси и дополнительной абсорбционной очистки отходящих газов из-за низкой степени взаимодействия твердой и газообразной фазы.