СПОСОБ ФОРМОВАНИЯ КАТАЛИЗАТОРОВ, СОРБЕНТОВ И НОСИТЕЛЕЙ Российский патент 1994 года по МПК B01J37/00 B29C47/12 

Изобретение относится к технологии формования катализаторных масс и может быть использовано в производстве формованных катализаторов, сорбентов и носителей
Известен способ экструзионного формования катализаторных масс, масс для производства носителей катализаторов или сорбентов и носителей с использованием шнековой формовочной машины, включающей матрицу с формующим мундштуком [1].

Недостатком этого способа является выполнение формующего мундштука из стали, что приводит к неоптимальным условиям формования по причине высокой адгезии формуемой массы к металлу. В результате формование приходится осуществлять, как правило, только при высоком значении перепада давлений между входом и выходом катализаторной массы из формующего мундштука. Это приводит к так называемому скин-эффекту - получению экструдатов с пониженной пористостью в поверхностных слоях формованных частиц.

В ряде случаев, напротив, получаются трещиноватые экструдаты по причине нарушения сплошности зерен. Другой недостаток известного способа связан с тем, что канал (отверстие) формующего мундштука изнашивается в процессе эксплуатации, и это требует замены всей матрицы.

Решением, частично устраняющим первый из указанных недостатков является специфическая подготовка формуемых масс: введение в их состав пластификаторов, например, крахмала, поливинилового спирта и т.п. и/или внутренних смазок, например, графита [2]. Однако это решение не способно привести во всех случаях к бездефектному формованию различных масс: так называемые трудноформуемые массы остаются трудноформуемыми и при введении в их состав указанных целевых добавок.

Известен способ формования указанных масс, в соответствии с которым при экструзии используют сменный формующий мундштук, выполненный из сверхтвердого материала, например, алмаза, корунда и т.п. [3].

Известен также способ формования катализаторов сложной конфигурации (витой трех- или многолистник клевера), в соответствии с которым формование ведут на экструдере со сменным формующим мундштуком, выполненным из полимерного термопласта - полиоксиметилена торговой марки Delrin (R) [4]. Использование объясняется сложной формой канала самого мундштука и связанными с этим технологическими сложностями его изготовления.

Целью изобретения является разработка способа формования катализаторной массы, массы носителя катализатора или сорбента, позволяющего легко оптимизировать условия формования и получать бездефектные формованные изделия даже при формовании трудноформуемых масс, а также разработка способа формования, позволяющего получать экструдаты сложной геометрической формы с развитой внешней поверхностью.

Определяющее значение при формовании играют силы адгезии формуемой массы к материалу мундштука и силы когезии формуемой массы. Установлено, что мерой количественной характеристики этих сил являются коэффициенты, соответственно, коэффициент внешнего трения в паре трения материал мундштука-формуемая масса и коэффициент внутреннего трения формуемой массы.

В соответствии с изобретением предлагаемый способ формования катализаторов, сорбентов и носителей экструзией через фильеру, включающую матрицу со сменным формующим мундштуком, выполненным из конструкционного полимерного материала, при этом используют формующий мундштук, выполненный из материала, коэффициент внешнего трения которого в паре материал-формуемая масса относится к коэффициенту внутреннего трения формуемой массы, как 0,80: 1,49.

Предпочтительно, в соответствии с изобретением предлагается использовать в качестве полимерного материала композиционный полимерный материал.

Кроме того предлагается использовать композиционный полимерный материал, содержащий пластификаторы и/или антифрикционные твердые материалы.

При осуществлении способа в соответствии с изобретением предусматривается возможность использования наряду с новыми условиями, составляющими сущность заявленного изобретения, общеизвестных технических приемов, например таких, как подготовка катализаторной массы к экструдированию, включающая изменение коэффициента внутреннего трения ее введением пластификаторов катализаторной массы (внутренней смазки), например, крахмала, поливинилового спирта и т.п., пептизаторов (например, минеральных и/или органических кислот и т.п.).

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

П р и м е р 1. Формовочная масса ванадиевого сернокислотного катализатора (ВСК) марки СВД влажностью 30 мас.% экструдируют на шнековом экструдере (ПШ-150) через фильеру, включающую матрицу с формующими мундштуками (диаметр 5 мм, длина 15 мм), которые выполнены из нержавеющей стали марки 1Х18Н10Т. Предварительно определяют коэффициент внутреннего трения (f) формуемой массы, равный для массы СВД (сульфатно-ванадиево-диатомитная контактная масса), основные характеристики массы СВД: состав, мас.%: V₂O₅ 6-7, K₂O 9-10, CaO 2-3, SiO₂ 56-62, контактная масса содержит сульфаты (в пересчете на анион SO₄) 18-19, сумму Al₂O₃ + Fe₂O₃ не более 5; общая пористость составляет около 20%, удельная поверхность 3-4 м²/г, средний радиус пор 200-300 нм) и коэффициент внешнего трения (m) пары трения формуемая масса - материал мундштука. В процессе экструзии контролируют производительность (G кг/мин) по формованному продукту. После термообработки экструдеров (сушка 2 ч при температуре 100^оС, прокалка 2 ч при температуре 500^оС) у готовых экструдатов катализатора определяют следующие показатели качества: каталитическую активность Х, (% по степени окисления SO₂ в SO₃ в стандартных условиях на проточной установке, общую пористость V_o (см³/г), механическую прочность на сжатие по образующей (Z, (МПа) и удельную поверхность по БЭТ (Брунауэру-Эммету-Теллеру) (S,(м²/г).

П р и м е р ы 2-28. Процесс формования катализаторной массы проводят как в примере 1, но используют сменные формующие мундштуки, выполненные из различных конструкционных полимерных материалов. Материал формующих мундштуков, показатели процесса формования и показатели качества полученного катализатора приведены в табл.1.

П р и м е р ы 29-58. Данные примеры иллюстрируют формование гамма-оксида алюминия, который используют в различных процессах в качестве катализатора, носителя катализатора, а также сорбента. Пасту гидроксида алюминия псевдобемитной структуры влажностью 55 мас.% формуют на шнековом экструдере ПФШ-50, включающем матрицу с двадцатью формующими мундштуками, выполненными из нержавеющей стали 1Х18Н10Т (диаметр канала 5 мм, длина 20 мм). Предварительно определяют коэффициент внутреннего трения (f) формуемой массы и коэффициент внешнего трения (m) пары трения формуемая масса - материал мундштука. В процессе экструзии контролируют производительность процесса формования (G) в расчете на сухой формованный экструдат. После термообработки экструдатов (сушка 2 ч, температура 100^оС, прокаливание 2 ч 580^оС) определяют следующие показатели: механическую прочность гранул гамма - Al₂O₃ на сжатие по образующей (Z), и удельную поверхность по БЭТ (S).

Показатели процесса формования и качество готовых экструдатов приведены в табл.2.

Анализ данных, приведенных в табл.1 и 2 показывает, что выполнение условий формования в соответствии с изобретением обеспечивает повышение производительности процесса экструзионного формования на 15-20%, а также показателей механической прочности готового катализатора без снижения, а в ряде случаев и при определенном повышении каталитической активности. Этот факт обусловлен более низкими значениями коэффициента внешнего трения (m) и соответствующим снижением соотношения m/f (колонка 3 табл. 1 и 2). Не отмеченные значками ** показатели колонки 3, а также соответствующие им не отмеченные значками * примеры (колонка 1) иллюстрируют способ в соответствии с изобретением, в то время, как отмеченные этими значками примеры приведены для иллюстрации результатов при несоблюдении условий формования в соответствии с изобретением.

Снижение величин m и m/f является причиной снижения уровня дефектности экструдатов в их поверхностном слое и меньшей концентрацией напряжений в объеме термообработанного экструдата. Снижение коэффициента внешнего трения уменьшает миграцию водной дисперсной фазы из объема формуемого экструдата к его поверхности и обуславливает некоторое повышение показателей структуры катализатора - общей пористости и удельной поверхности. Полученные экспериментальные данные позволяют целенаправленно управлять условиями формования и обеспечивают новый технический результат по сравнению с известными.

Указанные примеры приведены для иллюстрации изобретения, но не ограничивают его сущность.

Назначение: формование масс катализаторов, сорбентов и носителей. Сущность изобретения: при формовании масс катализаторов, сорбентов и носителей через фильеру, включающую матрицу со сменным формующим мундштуком, выполненным из полимерного конструкционного материала, используют материал, коэффициент внешнего трения которого в паре трения материал-формуемая масса относится к коэффициенту внутреннего трения формуемой массы, как 0,80-1,49. Предпочтительно используют коммпозиционный полимерный материал, который может содержать пластификаторы и/или антифрикционные твердые материалы. 2 з. п. ф-лы, 2 табл.

1. СПОСОБ ФОРМОВАНИЯ КАТАЛИЗАТОРОВ, СОРБЕНТОВ И НОСИТЕЛЕЙ экструзией через фильеру, включающую матрицу со сменным формующим мундштуком, отличающийся тем, что формование ведут с использованием сменного формующего мундштука, выполненного из полимерного конструкционного материала, коэффициент внешнего трения которого в паре материал - формуемая масса относится к коэффициенту внутреннего трения формуемой массы, как 0,80 - 1,49. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве полимерного материала используют композиционный полимерный материал. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что используют композиционный материал, содержащий пластификаторы и/или антифрикционные твердые материалы.