Введение к работе
Актуальность работы. Процесс окисления аммиака в производстве слабой (неконцентрировашюй) азотной кислоты - основной потребитель катализаторов, содержащих металлы платшювой группы. Лучшими катализаторами по своей активности и селективности справедливо считаются сплавы платины с родием и палладием (Сплав I) или платины с родием, палладием и рутением (Сплав 2). Эти катализаторы выпускаются в виде тканных или вязаных сеток. В процессе работы сетки разрушаются, и часть платины безвозвратно теряется. Анализ работы пакета платиноидных сеток показал, что последние по ходу газа сетки работают неэффективно и поэтому1 могут быть заменены на оксидный катализатор [1,2]. В 60-е годы для агрегатов, работающих при атмосферном давлешш, ГИЛПом разработана двухступенчатая каталитическая система, состоящая из сетки и слоя оксидного таблетировашюго железохромового катализатора КН-2. Применение системы обеспечило значительное снижение безвозвратных потерь платиноидов. Для агрегатов, работающих при повышенном давлении (УКЛ-7), в 70-е годы был разработан более термостабильный железоалюмшшевый гранулированный катализатор НК-2У (85% Fe2Cb, 15% АЬОз). Однако зернистые катализаторы при эксплуатации в УКЛ-7 обладают рядом характерных недостатков: истираемость и пыление во время эксплуатации, неоднородности и высокое гидравлическое сопротивление слоя, просыпи и необходимость изготовления загрузочных корзин. Неоднородности упаковки и толщины слоя зернистого катализатора но сечению реактора могут приводить к проскоку аммиака, что способствует снижению степени конверсии аммиака до оксида азота и повышению взрывоопасности процесса.
Значительно улучшить распределение аммиачно-воздушной смеси (ABC) по сечению реактора можно путем замены зернистого катализатора под пакетом сеток на блоки сотовой структуры с параллельными однонаправленными каналами. Обеспечивая гидродинамические преимущества (однородность и низкий перепад давления), упорядоченный слой не требует изготовления загрузочных корзин. При этом блочный катализатор должен соответствовать ряду требований, предъявляемых к катализаторам:
производительность (активность и селективность)
термостабильность
механическая прочность
срок службы
доступность сырья
простота и эколопгчность способа приготовления
Метод смешения является наиболее простым и экологически безопасным способом приготовления катализаторов. Однако при изготовлении блоков сотовой структуры методом смешения следует иметь в виду, что состав катализатора может отличаться от состава граігулированного катализатора НК-2У. Свойства катализатора будут зависеть не только от состава, но и от природы сырья, а оптимальные условия на всех стадиях приготовления (подготовка сырья, формовка, термообработка) следует определить.
Цель работы. Разработка методом смешения из доступного коммерческого сырья массивного оксидного железоалюминиевого катализатора окисления аммиака блочно-сотовой структуры и технологии его приготовления.
Научная новизна
Изучено влияние природы исходного сырья (гематитов разного способа производства и различных промышленных связующих на основе оксида алюминия), на свойства катализатора (прочность и активность). .
Определены структурно-механические параметры формуемых пластических масс, полученных на основе гематита и связующих, и определены условия формования качественных блоков из разного сырья. Обоснована стадия «вылеживания» катализаторной массы перед формованием.
Исследованы процессы, протекающие на стадии термообработки катализаторов, приготовленных из различного сырья. На основе полученных данных определены условия и оптимальный режим термообработки блоков.
Установлена корреляция между активностью (выход N0 при 100% степени превращения аммиака) и количеством нитрит-нитратных комплексов на поверхности катализаторов.
Практическая ценность. Разработан блочный катализатор сотовой структуры (ИК-42-1) и технология его приготовления из коммерческого сырья различного производства. На основании проведенных исследований разработаны и составлены технические условия, технологический регламент и создана гибкая технологическая линия производительностью до 3 тон в год, организовано изготовление и поставка блочного катализатора на предприятия азотной промышленности для эксплуатации в промышленных агрегатах УКЛ-7 в составе двухступенчатой каталитической системы. Применение катализатора позволяет снизить вложения и потери платиноидов на ~ 25% и ~ 15%, соответственно.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на научных конкурсах Института катализа, 4 международных конференциях, в том числе: 2nd International Seminar Monolith Honeycomb Supports end Catalysts. 1997. P. 118. Novosibirsk, Russia, V Российская конференция с участием стран СНГ «Научные основы приготовления и технологии катализаторов», Омск, 2004, III International Conference «Catalysis: fundamentals and application», 2007. Novosibirsk, Russia, VI Российская конференция с участием стран СНГ «Научные основы приготовления и технологии катализаторов», пос. Новомихайловский, 2008., Научно-практической конференции «Современные керамические материалы и их применение - 2010» г. Новосибирск, 2010г.
Личный вклад соискателя. 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 физико-химических методов. Экспериментальные результаты, приведенные в работе, кроме физико-химических методов исследования, получены самим автором. Автор обобщил и оформил полученные результаты.
Публикации. По теме диссертации опубликовано: 5 статей и 6 тезисов докладов на российских и международных конференциях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введешш, четырех глав, заключения, приложения, выводов и списка литературы, насчитывающего 178 наименований. Работа изложена на 125 страницах машинописного текста, содержит 40 рисунков, 13 таблиц.
