СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО КАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ СИНТЕЗА АММИАКА Российский патент 2003 года по МПК B01J23/78 B01J37/08 

Описание патента на изобретение RU2203733C1

Изобретение относится к производству катализаторов для синтеза аммиака и может быть использовано в азотной промышленности.

Известен способ получения гранулированного катализатора для синтеза аммиака плавлением и окислением железа в присутствии промоторов с образованием расплавленной катализаторной массы с последующим ее гранулированием в токе воздуха, обеспечивающем горизонтальное движение гранул и их охлаждение до 1000oС, с последующим восстановлением гранул газом во время самопроизвольного охлаждения[FR 2499871 А1, 20.08.1982].

Использование воздушного потока в известном способе в интервале давлений 250-300 Па для грануляции связано с трудностью ведения данного процесса, т. к. любое отклонение по давлению подаваемого воздуха приводит к отклонению от горизонтального движения гранул. При давлении менее 250 Па гранулы падают вниз, а при Р=300 Па улетают вверх и не попадают на другую стадию - стадию самопроизвольного охлаждения, где происходит дальнейшая стабилизация структуры катализатора.

Это приводит к уменьшению производительности установки, к образованию нестандартных гранул до 30%.

Кроме того, такой способ грануляции не позволяет получать заданный фракционный состав катализатора, получают преимущественно гранулы катализатора крупных размеров (5-7 мм, 7-10 мм).

Известен также способ приготовления гранулированного катализатора для синтеза аммиака плавлением исходных компонентов в зоне высоких температур, например в электрической дуге, с последующим гранулированием катализаторной массы путем пропускания через несколько горизонтально расположенных пленок воды [RU 230098 А, 24.07.1970]. Грануляция в воду приводит к снижению механической прочности катализатора.

Известен также способ получения гранулированного катализатора для синтеза аммиака путем окисления металлического железа шихты, содержащей промотизирующие добавки, образование путем сплавления окислов железа и промоторов катализаторной массы, грануляции плава в начале на движущейся наклонной плоскости с ниспадающим потоком воды, образовавшиеся гранулы охлаждают до начала кристаллизации катализаторного плава в зоне температур 1450-1350oС, а затем охлаждение гранул проводят на движущейся горизонтальной поверхности, смоченной водой, при быстром охлаждении гранул снизу и медленном - сверху за счет тепла излучения гранул, отраженного тепловым экраном, расположенным над движущейся горизонтальной поверхностью, до окончательной кристаллизации плава при температуре 1350-12000oС, полученные гранулы направляют далее на отжиг и охлаждение [RU 2142340 С1, 10.12.1999].

К недостаткам известного способа следует отнести проведение грануляции в две стадии, необходимость изменения наклона плоскости и высоты падения струи катализаторного плава, а также использование воды при грануляции.

Наиболее близким решением к предлагаемому изобретению является способ получения гранулированного катализатора для синтеза аммиака путем окисления металлического железа, плавления его окислов с промоторами, грануляции катализаторного плава и охлаждение гранул с 1600 до 1000oС в потоке паровоздушной смеси, направления гранул в теплоизолированный реактор, в котором за счет тепла, выделяющегося при охлаждении гранул, сначала проводят термический обжиг в зоне температур 1000-800oС, затем в зоне температур 800-450oС - восстановление или окисление катализатора путем подачи газа-восстановителя с последующим окончательным охлаждением от температуры 450 до 50oС в токе инертного газа [RU 913636 С1, 27.06.1995].

Недостатком известного способа является спонтанный разрыв струи на гранулы в восходящем потоке паровоздушной смеси, не обеспечивающей получение заданного узкого интервала гранулометрического состава катализатора с большим процентом выхода основной необходимой фракции.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа получения катализатора, лишенного вышеупомянутых недостатков, обеспечивающего получение гранул катализатора в узком интервале гранулометрического состава, необходимого для радиальных насадок колонн синтеза аммиака, широко внедряемых в настоящее время в азотную промышленность.

Для решения поставленной задачи предложен настоящий способ получения гранулированного катализатора для синтеза аммиака путем окисления металлического железа, плавления его окислов с промоторами, грануляции катализаторного плава и охлаждение гранул с 1600 до 1000oС путем слива плава на вращающийся роторный формователь с полусферическими ячейками, направления гранул в теплоизолированный реактор и проведение сначала термического отжига в зоне температур 1000-800oС, затем в зоне температур 800-450oС - восстановление путем подачи газа-восстановителя с последующим окончательным охлаждением от 450 до 50oС в токе инертного газа.

При осуществлении грануляции катализаторного плава и охлаждении гранул используют роторный чугунный формователь, с размером полусферических ячеек от 3 до 15 мм и скоростью вращения 4-6 об/мин.

Предлагаемый способ грануляции позволяет получить заданный узкий интервал гранулометрического состава катализатора с большим процентом выхода основной необходимой фракции.

Использование чугунного роторного формователя позволяет более интенсивно проводить процесс охлаждения до 1000oС, что, в свою очередь, приводит к повышению выхода качественных гранул.

Охлаждение гранул происходит не в потоке воздуха, а в полусферических ячейках, где осуществляется формирование округлой формы и заданного размера гранул.

При таком охлаждении отсутствуют деформированные гранулы и гранулы с многочисленными микротрещинами.

Грануляция и охлаждение в предлагаемом способе осуществляется следующим образом. Плав с летки под действием собственного веса непрерывной струей заполняет ячейки-полусферы графитовых блоков роторного формователя.

Роторный формователь представляет собой металлический диск диаметром 1,5 мм, закрепленный на вертикальном валу. Диск вращается со скоростью 4-6 об/мин. Скорость вращения формователя регулируется вариатором.

На диске плотно друг к другу закреплены графитовые блоки в количестве 20 шт., изготовленные в виде трапеции толщиной 50 мм.

На поверхности высверлены полусферические ячейки заданного диаметра. Графитовые блоки непрерывно охлаждаются водой.

Сформованные в графитовых ячейках гранулы катализатора сдуваются с роторного формователя потоком воздуха и поступают непрерывно в теплоизолированный реактор.

Роторный чугунный формователь по своей конструкции компактен; прост в изготовлении, монтаже, демонтаже и надежен в эксплуатации. На нем изготовлено более 500 т катализатора.

Нижеследующие примеры иллюстрируют настоящее изобретение.

Пример 1.

В окисленной камере дно укладывают небольшими кусочками железа, газовой горелкой разогревают железо до температуры 1400oС, затем подают кислород в количестве 90 м3/ч. После образования расплава по всей поверхности дна камеры толщиной 30 мм и стабилизации слива расплава через летку включают питатели железа и промоторов. Железо подают в количестве 87 кг/ч, а промоторы K2СО3 : СаО : Аl2О3 при их весовом соотношении 1:3:4 в количестве 9,6 кг/ ч. Полученный расплав в количестве 120 кг/ч непрерывно поступает на грануляцию, которую осуществляют путем слива плава на вращающийся со скоростью 4 об/мин роторный чугунный формователь, с ячейками-полусферами размером 3 мм для получения гранул и охлаждения до 1000oС.

После стадии грануляции гранулы катализатора в количестве 120 кг/ч непрерывно поступают в теплоизолированный реактор, где гранулы непрерывно под действием собственного веса перемещаются сверху вниз с постепенным снижением своей температуры с 1000 до 50oС.

В зоне температур 1000-800oС происходит выдержка - термический отжиг образовавшихся гранул катализатора, а затем в зоне температур 800-450oС осуществляют непосредственное восстановление катализатора газом-восстановителем состава Н2 - 75 об.% и N2 - 25 об.% при объемной скорости W=2000 ч-1. Получают 90 кг/ч восстановленного катализатора со степенью восстановления 65%, который потом пассивируют азотом, содержащим 1 об.% O2 при объемной скорости W=2000 ч-1.

Выход катализаторной фракции с размером гранул 1,5-3 мм составляет 80%, механическая прочность - 410 кг/см2 (402•105 Па).

Пример 2.

В окисленной камере дно укладывают небольшими кусочками железа, газовой горелкой разогревают железо до температуры 1400oС, затем подают кислород в количестве 90 м3/ч. После образования расплава по всей поверхности дна камеры толщиной 50 мм и стабилизации слива расплава через летку включают питатели железа и промоторов. Железо подают в количестве 125 кг/ч, а промоторы K2СО3 : СаО : Al2O3 при их весовом соотношении 1:3:4 в количестве 14,4 кг/ч. Полученный расплав в количестве 180 кг/ч непрерывно поступает на грануляцию, которую осуществляют путем слива плава на вращающийся со скоростью 5 об/мин роторный чугунный формователь с ячейками-полусферами размером 7 мм для получения гранул и охлаждения до 1000oС.

После стадии грануляции гранулы катализатора в количестве 180 кг/ч непрерывно поступают в теплоизолированный реактор, где гранулы непрерывно под действием собственного веса перемещаются сверху вниз с постепенным снижением своей температуры с 1000 до 50oС. В зоне температур 1000-800oС происходит выдержка - термический отжиг образовавшихся гранул катализатора, а затем в зоне температур 800-450oС осуществляют непосредственное восстановление катализатора газом-восстановителем состава Н2 - 75 об.% и N2 - 25 об.% при объемной скорости W=2000 ч-1. Получают 130 кг/ч восстановленного катализатора со степенью восстановления 65%, который потом пассивируют азотом, содержащим 1 об.% О2 при объемной скорости W=2000 ч-1.

Выход катализаторной фракции с размером гранул 7-10 мм составляет 45%, механическая прочность - 410 кг/см2 (402•105 Па).

Пример 3.

Способ осуществляют аналогично примеру 1, кроме того, что используют роторный чугунный формователь с полусферическими ячейками размером 15 мм при скорости вращения 6 об/мин. Выход катализаторной фракции с размером гранул 15 мм составляет 65%, механическая прочность - 410 кг/см2 (402•105 Па).

Похожие патенты RU2203733C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО КАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ СИНТЕЗА АММИАКА 1977
  • Лыткин В.П.
  • Меньшов В.Н.
  • Воронцов С.П.
  • Фролов Ю.С.
  • Поликарпова З.А.
  • Чистозвонов Д.Б.
  • Соболевский В.С.
  • Селютина М.Г.
  • Анохин В.Н.
RU913636C
СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ СИНТЕЗА АММИАКА 1976
  • Лыткин В.П.
  • Анохин В.Н.
  • Воронцов С.П.
  • Меньшов В.Н.
  • Соболевский В.С.
  • Чистозвонов Д.Б.
  • Фролов Ю.С.
SU675673A1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ СИНТЕЗА АММИАКА 1999
  • Кузнецов Л.Д.
  • Полевой А.С.
  • Кальнер В.Д.
  • Даньков Ю.В.
  • Сергеев С.П.
  • Лозгачев В.С.
  • Мусаев Л.Х.
  • Шепетовский Д.Б.
RU2142340C1
СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ КОНВЕРСИИ УГЛЕВОДОРОДОВ 2000
  • Меньшов В.Н.
  • Обысов А.В.
  • Гартман В.Л.
  • Миронов Ю.В.
  • Мурашов Н.И.
  • Вейнбендер А.Я.
RU2163842C1
Способ получения катализатора для синтеза аммиака 1977
  • Лыткин Виктор Петрович
  • Меньшов Владимир Никифорович
  • Фролов Юрий Сергеевич
  • Чистозвонов Давид Борисович
  • Соболевский Виктор Станиславович
  • Воронцов Сергей Павлович
  • Анохин Владимир Николаевич
SU667235A1
СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ 2000
  • Голосман Е.З.
  • Нечуговский А.И.
  • Обысов А.В.
  • Боевская Е.А.
  • Саломатин Г.И.
  • Мамаева И.А.
  • Якерсон В.И.
RU2172210C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТА ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗОВ ОТ СЕРНИСТОГО СОЕДИНЕНИЯ 1999
  • Иконников В.Г.
  • Гартман В.Л.
  • Обысов А.В.
  • Вейнбендер А.Я.
RU2142335C1
СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ КОНВЕРСИИ УГЛЕВОДОРОДОВ 1999
  • Федюкин Ю.Г.
  • Ягодкин В.И.
  • Миронов Ю.В.
  • Ежова Н.В.
  • Даут В.А.
RU2143319C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИКЕЛЬ-АЛЮМО-ХРОМОВОГО КАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ, В ЧАСТНОСТИ ДЛЯ МЕТАНИРОВАНИЯ ОКСИДОВ УГЛЕРОДА 2002
  • Обысов А.В.
  • Гартман В.Л.
  • Вейнбендер А.Я.
  • Сухоручкина Л.А.
RU2205068C1
Способ приготовления катализатора для синтеза аммиака 1976
  • Чистозвонов Давид Борисович
  • Козлов Лоллий Иванович
  • Гришко Наталья Ивановна
  • Меньшов Владимир Никифорович
  • Лыткин Виктор Петрович
  • Воронцов Сергей Павлович
  • Анохин Владимир Николаевич
  • Соболевский Виктор Станиславович
SU603423A1

Реферат патента 2003 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО КАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ СИНТЕЗА АММИАКА

Изобретение относится к производству катализаторов для синтеза аммиака и может быть использовано в азотной промышленности. Описан способ приготовления гранулированного катализатора для синтеза аммиака путем окисления металлического железа, плавления его окислов с промоторами, грануляции его окислов с промоторами, грануляции катализаторного плава и охлаждения гранул с 1600 до 1000oС, направления гранул в теплоизолированный реактор и проведения сначала термического обжига в зоне температур 1000-800oС, затем в зоне температур 800-450oС - восстановления путем подачи газа-восстановителя с последующим окончательным охлаждением от 450 до 50oС в токе инертного газа. Грануляцию катализаторного плава и охлаждение гранул осуществляют путем слива плава на вращающийся роторный чугунный формователь с полусферическими ячейками с размером полусферических ячеек 3-15 мм и скоростью вращения 4-6 об/мин. Технический эффект - катализатор получен в узком интервале гранулометрического состава, необходимого для радиальных насадок колонн синтеза аммиака, широко внедряемых в настоящее время в азотную промышленность. 1 з. п. ф-лы.

Формула изобретения RU 2 203 733 C1

1. Способ получения гранулированного катализатора для синтеза аммиака путем окисления металлического железа, плавления его окислов с промоторами, грануляции его окислов с промоторами, грануляции катализаторного плава и охлаждения гранул с 1600 до 1000oС, направления гранул в теплоизолированный реактор и проведения сначала термического обжига в зоне температур 1000-800oС, затем в зоне температур 800-450oС - восстановления путем подачи газа-восстановителя с последующим окончательным охлаждением от 450 до 50oС в токе инертного газа, отличающийся тем, что грануляцию катализаторного плава и охлаждение гранул осуществляют путем слива плава на вращающийся роторный формователь с полусферическими ячейками. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют роторный чугунный формователь с размером полусферических ячеек 3-15 мм и скоростью вращения 4-6 об/мин.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2003 года RU2203733C1

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО КАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ СИНТЕЗА АММИАКА 1977
  • Лыткин В.П.
  • Меньшов В.Н.
  • Воронцов С.П.
  • Фролов Ю.С.
  • Поликарпова З.А.
  • Чистозвонов Д.Б.
  • Соболевский В.С.
  • Селютина М.Г.
  • Анохин В.Н.
RU913636C
Предшественник катализатора для синтеза аммиака 1986
  • Теренс Тистлетвейт
  • Йохан Херман Хендрик Тер Маат
  • Питер Джон Дэвидсон
SU1544175A3
КАТАЛИЗАТОР СИНТЕЗА АММИАКА, СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА И СПОСОБ СИНТЕЗА АММИАКА 1998
  • Носков А.С.
  • Добрынкин Н.М.
  • Цырульников П.Г.
  • Шитова Н.Б.
  • Полухина И.А.
  • Лихолобов В.А.
  • Мороз Б.Л.
  • Дуплякин В.К.
  • Савельева Г.Г.
  • Шур В.Б.
  • Юнусов Сафар Мухтар Оглы
RU2130337C1
СПОСОБ СПУСКА ОТДЕЛЯЮЩЕЙСЯ ЧАСТИ СТУПЕНИ РАКЕТЫ КОСМИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2012
  • Трушляков Валерий Иванович
  • Савин Никита Леонидович
  • Макаров Юрий Николаевич
  • Шатров Яков Тимофеевич
RU2506206C1
Приспособление к ткацкому станку для обрыва кромочных нитей на ткани 1933
  • Ицгал Д.М.
SU34403A1
US 5221657 А, 22.06.1993.

RU 2 203 733 C1

Авторы

Меньшов В.Н.

Лыткин В.П.

Селютина М.Г.

Соболевский В.С.

Козляков В.Г.

Обысов А.В.

Вейнбендер А.Я.

Даты

2003-05-10Публикация

2002-03-05Подача