Введение к работе
Актуальность темы. Производство аммиака является одной из основных отраслей химической промышленности. Его получение осуществляется в крупнотоннажных агрегатах. В связи с высокой энергоемкостью и широкомасштабностью производства в настоящее время во всем мире, в том числе и в России, проводятся работы по модернизации действующих аммиачных агрегатов. При этом решаются две проблемы-снижение энергозатрат и увеличение мощности. Наряду с этим разрабатываются и вводятся в эксплуатацию новые агрегаты с пониженным расходом энергии и усовершенствованной технологической схемой.
Производство аммиака включает в себя ряд технологических стадий,одной из которых является конверсия оксида углерода (СО+НгО = Нг+СОг + 41, 2кДнс/моль). Эта стадия проводится в две ступени: первая при температуре 350-450С на среднетемпературном катализаторе (СТК), вторая-при 225-250С на низкотемпературном катализаторе (НТК). Стадия конверсии вносит существенный вклад в энергетические показатели работы агрегата аммиака, оказывает влияние на величину его мощности. Каждая десятая доля процента непрореагировавшего оксида углерода эквивалентна потере мощности агрегата на 1-1, Ъ'/..
Практика эксплуатации крупных агрегатов производства аммиака показала, что в процессе работы постепенно снижается активность низкотемпературного катализатора, в результате увеличивается остаточная концентрация СО от 0, 2-0, 3'<< до 0, 5-0, 6* и более. Это связано с отравлением катализатора каталитическими ядами, главным образом соединениями серы и хлора.
Стадия среднетемпературной конверсии в обычных условиях работы достаточно стабильна. Однако,в настоящее время для снижения энергетических затрат при модернизации действующих, а также при
разработке новых агрегатов снижают расход пара на предшествующей конверсии СО стадии парового риформинга. Соотношение пар/газ снижается до величины Зі 0-3.2 по сравнению с 3.9-4,0 для действующих агрегатов. Это приводит к снижению количества водяного пара и в конверсии оксида углерода, в результате чего появляется ряд осложнений. Среднетемпературный катализатор дезактивируется, разрушается, кроме того на нем образуется целый ряд побочных продуктов-различных углеводородов. При этом расходуется дополнительное количество водорода. Некоторые из образующихся продуктов являются ядами для НТК.
Представленная работа посвящена изучению дезактивации промышленного низкотемпературного катализатора хлором и серой и соединениями, образующимися при пониженном соотношении пар/газ на среднетемпературном железохромовом катализаторе, а также разработке модифицированного контакта,устойчиво работающего в условиях процесса среднетемпературной конверсии при пониженном соотношении пар/газ.
Таким образом, выполненная работа вносит определенный вклад в решение важнейшей проблемы - снижение энергозатрат аммиачного производства
Цель работы. Исследование процесса дезактивации низкотемпературного катализатора конверсии оксида углерода соединениями серы и хлора,составление математической модели. Изучение причин нестабильной работы среднетемпературного катализатора в условиях пониженного соотношения пар/газ, определение влияния побочных продуктов на работу НТК. Разработка модифицированного контакта с целью использования его для процесса среднетемпературной конверсии СО при пониженном соотношении пар/газ-
Научная новизна. Впервые методом авторадиографии изучены характер накопления и глубина проникновения ядов в грануле катализатора. Получена зависимость степени дезактивации низкотемпературного катализатора конверсии оксида углерода соединениями серы и хлора от толщины отравленной зоны гранулы.
Показано, что степень дезактивации НТК зависит от толщины отравленной зоны, величина которой определяется концентрацией яда в газе и временем его воздействия.
Установлено впервые, что линейная и объемная концентрации яда в отравленной зоне являются постоянными величинами независимо от ее толщины или объема,что получено как экспериментальным так и расчетным путем.
Предложена математическая модель процесса дезактивации НТК в грануле катализатора.
Исследовано отравление низкотемпературного катализатора побочными продуктами, образующимися на СТК при пониженном соотношении пар/газ. Показано, что отравление носит необратимый характер, наибольшее дезактивирующее действие оказывает уксусная кислота.
Практическая ценность. Составлена математическая модель процесса дезактивации низкотемпературного катализатора конверсии СО соединениями серы и хлора. Найдена предельная величина отравленной зоны'гранулы катализатора, которая составляет половину величины зерна,обеспечивающую протекание реакции в кинетическом режиме. Для НТК она составляет 0, 25-0,35мм,после ее достижения катализатор практически не работает-
Показано.что стандартный промышленный железохромовый катализатор не может эксплуатироваться в модернизированных и новых аммиачных агрегатах при соотношении пар/газ менее 0,45-
Разработан способ модифицирования промышленного желе.зохромо-вого катализатора,который позволяет получить контакт стабильно
работающии при пониженном соотношении пар/газ. Приготовлен и испытан в течение 3-х месяцев с положительными результатами на промышленном газе опытный образец катализатора.
Апробация работы. Основные результаты работы были доложены и обсуждены на научно-технической конференции молодых ученых и специалистов ГИАП, г-Гродно, 1987г- ;на 4ой Всесоюзной конференци по кинетике и гетерогенно-каталитическим реакциям "Кинетика-4" г.Ярославль,1988г. і на Втором Всесоюзном совещании по проблемам дезактивации катализаторов, г- УФа, 1989г. ;на 7ом Международном симпозиуме по гетерогенному катализу,Болгария,г.Варна,1991г.
Публикации.По теме диссертации опубликовано 6 научных работ
Структура и обьем диссертации- Диссертация состоит из литера туры, введения,4 разделов, выводов, списка цитированной литератур приложения. Полный обьем диссертации 152 страницы, в том числе р сунков-41. таблиц-12- Список цитируемой литературы включает 150 наименований.
Похожие диссертации на Дезактивация низкотемпературного катализатора и стабилизация работы стадии конверсии СО при пониженном соотношении пар/газ
