ПЛАТИНОИДНЫЙ КАТАЛИЗАТОР Российский патент 1997 года по МПК B01J23/42 B01J35/04 C01B21/26 

Изобретение относится к производству азотной и синильной кислот и касается устройства платиноидного катализатора для окисления исходных компонентов.

Известны платиноидные катализаторы для окисления аммиака, выполненные в виде сеток в различным числом плетеней на 1 см² и изготовленных из различных сплавов, основой которых являются металлы платиновой группы. Сетки собирают в пакет, состоящий из различного их числа. Количество сеток зависит от принятого технологического режима окисления компонентов и увеличивается с увеличением давления и скорости проведения реакции окисления. Количество плетеней на 1 см² каждой сетки одинаково и принято 1024 шт на 1 см², как наиболее оптимальное, и широко используется во всем мире. Однако иногда имеет место применение пакета сеток, собранных из сеток с большим чем 1024 плетения на 1 см² (2500 ^oC 4900 плетений на 1 см²), но (Атрощенко, Каргин, Технология азотной кислоты, М: ГНТИХЛ, 1962, с. 37) распространения они не получили, так как не обеспечивали улучшения окисления аммиака до окисла азота и не уменьшали потерь платиноидов.

Для двухступенчатого катализатора, состоящего из первой ступени, выполненной из платиноидного катализатора, а второй, выполненной из неплатинового катализатора были попытки использовать, в качестве первой ступени платиноидный катализатор в виде сетки с количеством плетений менее 1024 шт на 1 см². (Результаты их применения описаны в докладе Добровольской Н.В. "Закономерности окисления аммиака на двухступенчатом катализаторе и дальнейшие направления совершенствования процесса с. 13-17 (раздел 3) по материалам межзаводской школы 14-17 марта 1972 г. Внедрение и эксплуатация новых видов катализаторов, Черкассы, Отделение НИИТЭХИМ 1972). При их использовании в двухступенчатом катализаторе было получено "некоторое снижение общей степени конверсии", что явилось недостатком их использования в двухступенчатом катализаторе.

Использование платиноидного катализатора, в котором пакет набирается из сеток с плетением менее 1024 шт/см², приводит к резкому снижению конверсии аммиака даже при увеличении удельных капвложений платиноидов и поэтому в практике не используются.

Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого платиноидного катализатора является пакет, состоящий из сеток с одинаковым количеством плетений 1024 шт на 1 см² (Караваев М.М. Каталитическое окисление аммиака, М. Химия, 1983 с 41, 55). Его недостаток заключается в том, что по ходу газа нагрузка на сетки изменяется, а за сет того, что пакет набран из сеток с одинаковым числом плетений, он не обеспечивает оптимального его состава. Отсутствие оптимального состава пакета сеток требует для увеличения конверсии увеличения удельных вложений платиноидов, а это всегда приводит к увеличению их потерь.

В основу изобретения поставлена задача создать такой платиноидный катализатор, который при одних и тех же вложениях платины увеличивал бы конверсию компонентов, в частности аммиака и не увеличивал бы потери катализатора.

Поставленная задача решается за счет следующего технического результата
улучшения условий для прохождения целевой реакции на нижележащих по ходу газа сеток по сравнению с вышележащими. Это улучшает условия для окисления аммиака до окиси азота всего пакета в целом.

Для решения этой задачи в платиноидном катализаторе, состоящем из пакета сеток первыми по ходу газа в диапазоне его температур до 973 K устанавливаются сетки с плетением меньше 1024 и более 6 шт на 1 см².

Для определения причин уменьшения конверсии при изменении числа плетений сеток в пакете, авторами была установлена зависимость конверсии от температуры газа аммиачно-воздушной смеси при различных его давлениях и скоростях.

Исследованиями выявлено, что с увеличением температуры газа выше 900 K степень конверсии дальше не растет, а при температуре 973 K начинает даже падать.

Исходя из этих исследований стало понятным, почему использование пакетов сеток с плетением ниже 1024 шт/см² (сеток редкого плетения) приводит к снижению конверсии. В основном это вызвано разложением компонентов в увеличивающемся объеме между проволоками катализатора при температурах выше 973 K.

Однако, установка в пакете сеток редкого плетения первыми по ходу газа, где его температура не превышает 973 K, позволяет уменьшить количество компонентов, прореагировавших на каждой сетке, и к каждой последующей сетке полученная смесь газа подходит с более высокой температурой чем к предыдущей, что является фактором, повышающим конверсию исходных компонентов на нижележащих сетках.

Кроме того, установка сеток редкого плетения первыми по ходу газа позволяет увеличит площадь свободного сечения, а значит снизить скорость прохождения газа в самой напряженной части пакета, что также является фактором, повышающим конверсию.

Дополнительно, такая установка сеток в пакете позволяет использовать их в качестве ламинизатора потока газа для нижележащих без использования для этих целей дополнительных конструкций, что кроме условий, обеспечивающих улучшение конверсии, позволяет отказаться от использования громоздких ламинизаторов, устанавливаемых перед катализатором.

Другими дополнительными исследованиями, проведенными авторами, было установлено уменьшение оптимальной температуры газа после всего пакета сеток, что является определяющим для уменьшения потерь платиноидов (Атрощенко, Каргин, Технология азотной кислоты М. Госхимиздат, 1962, с. 64). Выводы, полученные при исследовании на опытно-промышленном контактном аппарате были полностью подтверждены на промышленном аппарате.

Установка сеток с плетением реже 6 шт на 1 см² не приводит к дальнейшему улучшению характеристик катализатора.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с наиболее близким аналогом показывает, что заявляемое устройство отличается от известного тем, что в нем осуществлена новая взаимосвязь размеров. Все рассмотренные признаки отличны от признаков наиболее близкого аналога и вместе с общими для данных объектов признаками, обеспечивают достижение указанного технического результата, поэтому заявляемое изобретение является новым.

Предлагаемое изобретение соответствует изобретательскому уровню. Рассматривая совокупность существенных признаков, можно отметить, что они не следуют явным образом из известного уровня техники и состав пакета основан на исследованиях, проведенных авторами, в ходе которых определено место установки сеток редкого плетения и новые свойства пакета в целом.

Поскольку отличительные признаки представляют собой количественные характеристики изобретения, то такие признаки не могут рассматриваться в отрыве от признака, к которому они относятся и в отрыве от объекта в целом. Учитывая это, следует отметить, что среди объектов того же назначения известного устройства с той же совокупностью существенных признаков не обнаружено.

На чертеже изображено устройство платиноидного катализатора, состоящего из сеток 1 с плетением 1024-6 плетения на 1 см², установленных первыми по ходу газа, и сеток 2 с другим числом плетений, установленных далее по ходу газа.

Устройство работает следующим образом.

Газ, предназначенный для окисления, проходя последовательно каждую сетку 1, нагревается за счет тепла реакции, что улучшает условия конверсии на последующих сетках при температуре газа до 900 K и далее проходит на сетки 2, где окончательно окисляется.

В таблице сведены примеры осуществления изобретения для средней концентрации аммиака 9,5-10,0% при среднем давлении 4,5-7,3 кг/см².

В примерах 1-8 указаны результаты, полученные на аппарате с диаметром сеток 250 мм. В примере 9 данные аппарата после 3000 ч пробега с диаметром сеток 1600 мм агрегата УКЛ-7. В примере 10 данные аппарата агрегата УКЛ-7 с диаметром сеток 1600, пакет сеток которого состоит из 12 шт и каждая имеет плетение 1024 шт/см². На аппарате с диаметром 250 мм получены такие же результаты.

Как видно из приведенной таблицы, установка сеток с плетением менее 1024 шт и более 6 шт на 1 см² первыми по ходу газа позволяет получить более высокую конверсию при более низкой температуре реакции, что привело к уменьшению потерь, подтвержденных длительной эксплуатацией промышленного аппарата, т.е. поставленная задача достигается.

Платиноидный катализатор, использующийся в производстве азотной и синильной кислоты для окисления компонентов исходного газа, состоящий из пакета сеток, отличающийся тем, что первыми по ходу газа устанавливаются сетки с плетением менее 1024 и более 6 штук на 1 см² в диапазоне температур газа до 973 K. 1 ил., 1 табл.

Платиноидный катализатор, состоящий из пакета сеток для окисления аммиака, отличающийся тем, что первыми по ходу газа в диапазоне температур до 973^oК установлены сетки с плетением менее 1024 и более 6 штук на 1 см².