Способ пассивации восстановленного железного катализатора для синтеза аммиака Советский патент 1985 года по МПК B01J37/14 B01J23/78 

СО

4j Изобретение относится к способам пассивации катализаторов. Известен способ пассивации восстановленного железного катализатора синтеза аммиака путем последовательной обработки его инертным газом, а кислородсодержащим газом i При этом пассивацию начинают при мак симально возможной циркулягдии (W 1000 ч) чистого азота под давлением 3-5 ат, содержание кислорода 0,03 об. %, затем постепенно добавляют в циркуляционную смесь кислород и доводят его содержание до 0,3 об.%. Когда катализатор будет стабильным при 0,3 об.% кислорода, постепенно увеличивают концентрацию кислорода до 7 , причем темпера туру катализатора поддерживают ниже . Недостатками этого способа являю ся : большой расход дефицитного чистого азота 1000 нм/ч катализатора, длительность процесса пассиваоди из-за частых вьщержек катализатора до стабильного состояния при каждой дозировке кислорода, отсутст вие надежных методов регулирования температуры катализатора и отвода тепла реакции при его разогреве, и невозможность проведения процесса в крупных агрегатах из-за отсутстви необходимого количества чистого азота. Известен способ пассивации восстановленного железного катализатора для синте.за аммиака путем обработ ки восстановленного катализатора азото-кислородной смесью, содержащей 2-15 об.%. кислорода при 400500 С с последующим охлаждением в потоке этой смеси L2J. Однако такой способ пригоден тол ко для небольших объемов катализато ра, где осуществляется интенсивньш теплообмен. При использовании больших объемов катализатора наблюдается спонтанный разогрев выше 800 С, приводящий к сплавлению катализатора и выводу из строя насадки колонвы синтеза. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ пассив ции восстановленного железного ката лизатора для синтеза аммиака путем продувки восстановленного катализатора азотом с последующей ступенчатой обработкой кислородсодержащим газом при допустимом саморазогреве катализатора до 50-200 С с промежуточным его охлаж,цением между ступенями з}. При этом в качестве кислородсодержащего газа используют воздух, и обработку воздухом на первой ступени ведут, выгружая катализатор в барабаны, и на последующих открывая барабаны для доступа воздуха с промежуточным охлаждением катализатора между ступенями до температуры окружающей среды за счет прекращения доступа воздуха. Недостатками способа являются lie обходимое т ь выгрузки катализатора из реактора, что делает непригодным этот способ для больших объемов, и сложность технологического контроля, так как соприкосновение с воздухом вызывает резкий разогрев, требующий быстрого охлаждения катализатора, что затруднено из-за нахождения катализатора в барабанах и отсуствия газового обдува. Другим Недостатком известного способа является получение катализатора с невысокой стабильностью пассивирующего слоя: катализатор самовозгорается на воздухе при tOOC). Целью изобретения является получение катализатора с повьшенной стабильностью пассивирующего слоя. Эта цель достигается способом пассивации восстановленного железного катализатора для синтеза аммиака путем -продувки, восстановленного катализатора азотом с последующей ступенчатой обработкой кислородсодержащим газом, в качестве которого используют смесь азота и воздуха, при ступенчатом увеличении содержания воздуха в азото-воздушной смеси от 0,1-0,3 до 8-12 об.% в пересчете на кислород при допустимом саморазогреве катализатора до 130-200 С с промежуточгезМ охлаждением после каждой ступени продувкой азотом при снижении температуры до 30-90с. Отличительными признаками изобретения являются использование в качестве кислородсодержащего газа смеси азото1 и воздуха, обработка азотовоздушной смесью при ступенчатом увеличении содержания воздуха в азото-воздушной смеси от 0,1-0,3 . до 8-12 об.% в пересчете на кислород с охлаждением после каждой ступени продувкой азотом при снижении темпер туры до 30-90°С. Использование изобретения дает возможность получить следующим положительный эффект, Благодаря пассивации восстановлен ного катализатора в реакторе синтеза аммиака и в газовом потоке упрощается технологическое осуществление способа: не требуется дополнительног оборудования, связанного с выгрузкой катализатора и пассивацией его в барабанах. Упрощение способа состоит также в возможности быстрого теплоотвода при разогреве катализатора за счет как прекращения доступа окислителя, так и принудительной продувки инертным газом. Кроме того, стабильность пассивирующего слоя полученного пред ложенным способом катализатора возрастает: самовозгорание катализатора имеет место только при 180-210 С (против 100°С по прототипу). При этом уменьшение содержания воздуха в азото-воздушной смеси ниж 0,1-0,3 и 8-12% увеличивает продолжительность пассивации, а увеличение содержания выше указанных значе ний приводит к быстрому саморазогре ву катализатора, что затрудняет от-вод тепла. Охлаждение между ступеня ми ниже 30°С не целесообразно из-за увеличения расхода азота, а выше 90 недопустимо из-за дальнейшего сильного разогрева катализатора при обр ботке азото-воздушной смесью. Используемый в изобретении катализатор представляет собой зерна неправильной формы или гранулы округлой формы размером 1-15 мм. Пористость восстановленного ката лизатора 30-50%, удельная поверхность 5-20 . Изобретение иллюстрируется следующими примерами. Пример 1. Для пассивации восстановленного железного катализа тора к полочной колонне синтеза аммиака агрегата мощностью 1360 т/Ш сутки подведена линия чистого азота в которую врезана линия воздуха. Линии снабжены запорными регулирующими вентилями и расходомерами. Ввод чистого азота в колонну осуществляю через линии холодных байпасов во 1 74 избежание разогрева поступающего газа, выходящим из зоны катализа. При необходимости ликвидации дефекта, образовавшегося в насадке, для аварийной выгрузки из колонны синтеза аммиака и дальнейшего использования 120 т катализатора СА-1, проработавшего в колонне в течение 2 лет в восстановленном состоянии, его подвергают пассивации. С этой целью катализатор охлаждают в колонне синтеза до циркулирующей азотводородной смесью, а затем продувают 2000 м/ч чистого азота (99,97%) в течение 2 ч до температуры . Содержание водорода в отходящем газе не должно превьш1ать 0,3% об. После этого осуществляют попеременно-ступенчатый процесс пассивации и продувки катализатора, причем пассивацию катализатора ведут смесью чистого (99,97%), а затем технического (97-98% N3) азота с воздухом в количестве 2000 м/ч. Процесс осуществляют по следующему графику (см. табл. 1). По окончании процесса пассивации, который осуществляют за 5 сут, катализатор выгружают. Стабильность пассивирующего слоя катализатора 195°С. При мер 2. 100 т катализатора СА-1, проработавпего в колонне синтеза аммиака 5 лет, пассивируют с целью безопасной выгрузки и дальнейк1его повторного использования, С этой целью катализатор охлаждают в токе циркулирую1чей азотоводородной смеси, а затем продувают 2000 чистого азота (99,95%) в течение 10 ч до 20 С. Содержание водорода в отходящем газе не должно превышать 0,3 об.%. После этого осуществляют попеременно-ступенчатый процесс пассивации и продувки катализатора. Пассивацию катализатора ведут смесью чистого (99,95%) азота, а затем технического (97%) азота с воздухом в количестве 2000 м/ч, а продувку чистым, а затем техническим азотом также в количестве 2000 . Процесс осуществляют по следующему графику (табл. 2). Стаби-пьность пассивирующего слоя катализатора . Выгруженньй из колонны синтеза катализатор мало изменил свои химические каталитические свойства

(см. табл. 3 и 4) и может быть повторно использован или подвергнут регенерации известными методами.

ПцимерЗ. 90 т катализатора СА-2, проработавшего в колонне синтеза 1 год, пассивируют с целью безопасного вскрытия колонны и ликвидации дефектов в верхнем теплообменнике.

С этой целью катализатор охлаждают в токе циркуляционного газа и технического азота при расходе газа 140 тыс. нм/ч до 50-60 0, а затем проводят попеременно-ступенчатый процесс пассивации и продувки катализатора чистым азотом (концентрация кислорода в азоте 0,02%). Пассивацию ведут смесью чистого, а затем технического (Nj - 98%) азота с воздухом в количестве 6000 м/ч, а продувку чистым, а затем техническим азотоМ в количестве 5000 м/ч. Процесс ведут по следующему графику (см. табл.5).

По окончании процесса пассивации, который осуществляют за 4 сут.

колонну вскрывают и устраняют дефекты в теплообменнике,

Химический состав и каталитические свойства отобранной пробы катализатора практически не претерпели изменений (см. табл. 6 и 7), Стабильность катализатора составила 180 С. Предложенный способ позволяет при

сохранении низкого расхода чистого инертного газа, который применяется только в начальной стадии процесса и для кратковременных продувок катализатора (V 50-100 ч- ) в течение

относительно небольшого времени начальной стадии процесса (2 сут), и дальнейшем использовании технического азота провести пассивацию катализатора в каталитическом реакторе

за 5 сут.

ПРИ этом можно осуществлять вскрытие реактора без выгрузки катализатора, создать безопасные условия выгрузки катализатора и получить

стабильный запассивированный катализатор без ухудшения его каталитических свойств.

Таблица 1

СПОСОБ ПАССИВАЦИИ ВОССТАНОВЛЕННОГО ЖЕЛЕЗНОГО КАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ СИНТЕЗА /11МИАКА путем продувки восстановленного катализатора азотом с последующей обработкой кислородсодержащим газом при допустимом саморазогреве катализатора до 130200С с промежуточным его охлаждением между ступенями, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа и получения катализатора с повышенной стабильностью пассивирующего слоя, в качестве кислородсодержащего газа используют смесь азота и воздуха и обработку ведут при ступенчатом увеличении содержания воздуха в азотовоздушной смеси да 1(Л от 0,1-0,3 до 8-12 об.% в пересчете на кислород с охлаждением между ступенями продувкой азотом при снижении температуры до 30-90°С.

1.Пассивация2.Продувка чистым 3.Пассивация4.Продувка чистым 5.Пассивация6.Продувка чистым 7.Пассивация8.Продувка чистым 9.Пассивация10.Продувка технич азотом11.Пассивация

130

30 130

30 130

30 130

30 130

30 130

Продолжение табл.1

Таблица2

Сравнение химического состава катализаторов СА-1 до загрузки (после восстановления в лабораторной установке) СА-1 после выгрузки по примеру 1 91 СА-1 после выгрузки по примеру 2 90 СА-ГПо ОСТ-6-0371-78

остальное до (100%) - ГезО.

Продолжение табл. 2

ТаблицаЗ Не менее 72 0,8-1, ,5-5,2 2,5-4,0 II1091937 Сравнение каталитических свойств

,

150

0,2 12 ТаблицаД катализаторов

/Остальное - (до 100%)

Продолжение табл.5

Таблицаб

Сравнение каталитических свойств катализаторов СА-2 (до загрузки) 16,5 21,2 21,5 СА-2 (после выгрузки по пр, 3 ) 16,3 21,4 21,5 СА-2 по ТУ-6-03-394-7915,5 20,5 20,0

Таблица 20,5 15,5 13,0 310 94 20,3 15,4 12,5 300. 95 19,5 15,0 - 260 75