Двуслойный сетчатый катализатор для окисления аммиака Советский патент 1986 года по МПК B01J23/89 

11271

Изобретение относится к катализаторам из сплавов благородных металлов в виде сеток для окисления аммиака в оксид азота,особенно в процессе производства азотной кислоты. 5

Цель изобретения - уменьшение мае сы платины в катализаторе и ее потерь в процессе окисления аммиака в результате определенного расположе3652

НИН и предпочтительного содержания платины или палладия в слоях при соответствующих содержаниях компонентов в каждом из слоев катализатора.

В табл. 1 приведены составы палладиевых катализаторов, используемых в опытах.

ДВУСЛОЙНЬЙ СЕТЧАТЬЙ КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ОКИСЛЕНИЯ АММИАКА в оксид азота, особенно в процессе производства азотной кислоты, в виде пакета сеток из благородных металлов, выбранных из группы, включающей платину, палладий, родий и рутений при увеличении содержания палладия по ходу реакционного газа, отлича.ющийся тем, что, с целью уменьшения массы платины в катализаторе и ее потерь в процессе окисления аммиака , пакет сеток состоит из двух слоев, первый из которых содержит платину и/или ее сплавы с родием или с родием и палладием, или с палладием, родием и рутением при следующем содержании компонентов, мас.%: или Родни 3,5 4,0 Палладий Платина Остальное 90-95 Платина 5-10 Родий 15-22 или Палладий 2,0-3,5 Родий 0,15-2,0 Рутений Платина Остальное второй слой дополнительно включает золото в сочетании с палладием или с палладием и платиной, или с палладием, платиной и модифицирующей добавкой, выбранной из группы медь, кобальт, серебро, родий и иридий, при следующем содержании компонентов, мас.%: СО Палладий60-99 Золото1-40 или 19 Золото 1 Платина Остальное Палладий ьо или 20 Золото Платина со а Остальное Палладий или ел 14,2-19,6 Золото 2,9-42,7 Платина Модифицирующая добавка, выбранная сн 0,1-0,3 из указанной группы Остальное, Палладий при этом соотношение числа сеток в первом слое и числа сеток во втором слое составляет

Пример 1. В процессе окисления аммиака под давлением около 4,7 ата в трех одинаковых окислитель ных аппаратах, питаемых одной и той же аммиачно-во3душной сме.сью, исполь зовали три различных катализатора: в первом - слой, состоящий из четырех сеток платинового катализатора PtRhlOjBO втором - катализатор, соетоящий из двух сеток платинового катализатора и двух сеток палладиевого катализатора из сплава 1 (PdAu20), а в третьем - слой, состоящий из четырех сеток палладиевого катализатора из сплава 1 (Pd 80, Аи 20). При этом использовали проволоки одинаковых диаметров, а сетки обоих катализ торов имели одинаковую плотность. Удельная мас-са сплава, из которого изготовлен палладиевый катализатор, 0,6 удельной массы платинового катализатора. Удельная нагрузка катализа тора 1 ,4 т NH /м .сут. После одинакового времени работы получали среднюю степень превращения Ш в N0 на предлагаемом катализаторе на 0,5% вы ше, чем на платиновом катализаторе, и на 4,4% выше, чем на палладиевом катализаторе. Потери массы предлагаемого катализатора около 60%, а палладиевого катализатора около 10% потерь массы платинового катализатора, состоящего из четырех сеток (в первом окислительном аппарате). Сетки палла диевого катализатора улавливали около 54% потерь массы платины катализатора. Пример2. В катализаторе, состоящем из семи сеток PtRhlO,тpи последние сетки заменяли палладиевьм катализатором из сплава 2 (катализатор при этом уменьшен приблизительно на 43%). Получены следующие результаты: повьппение зффективности окисления NH- в N0 в среднем на 1,1%, уменьшение потерь массы катализатора PtRhlO на 38,5%, увеличение массы палладиевого катализатора (4Я,5% от потерь массы четырех сеток) и 29,5% от потерь массы семи сеток катализатора PtRh 10). Степень улавливания плати31

ны, теряемой четырьмя сетками, составляла около 71,2%, а суммарное уменьшение потерь платины по отношению к 7-сетчатой шихте - около 82,3%

Примерз. В катализаторе, состоящем из семи сеток PtRhlO,TpH заменяли палладиевым катализа, ором из сплава 3, причем оба вида сеток расположили в пакете попеременно.

Получены следующие результаты: повьшзение эффективности окисления NHij в N0 в среднем на 1,0%, уменьшение потерь массы катализатора PtRh 10 на 33,8%, увеличение массы палладиевого катализатора (52,1% от потерь массы четырех сеток и 34,5% от потерь массы семи сеток катализатора PtRh10). Степень улавливания платины, теряемой четырьмя сетками, около 72%, а суммарное уменьшение потерь платины по отношению к 7-сет чатому катализатору около 81,4%.

Пример4. В катализаторе из 30 сеток PtRhlO, 20 заменили палладиевым катализатором из сплава 4.

Получено среднее увеличение эффективности окисления NH в N0 на 0,4%, уменьшение потерь массы платинвого катализатора на 61,3% и увеличение массы палладиевого катализатора (около 9,0% от потери массы десяти и 3,5% от потерь массы 30 сеток платинового катализатора).

Замена лишь десяти платиновых сето к палладиевыми из сплава 5 при приблизительно одинаковых параметрах окисления аммиака способствовали увеличению эффективности окисления амми ака в оксид азота на 0,5%, уменьшению потерь платинового катализатора на 30,0% и увеличению массы палладиевого катализатора (20,1% от потерь массы 20-ти сеток и 14% от потерь массы 30-ти сеток платинового катализатора) .

При приблизительно равных параметрах окисления аммиака получили увеличение массы палладиевого катализатора из сплава 6 (26,2% от потерь массы 20-ти сеток и 18,3% от потерь массы 30-ти сеток платинового катализатора). В этом эксперименте улавливали 50,7% потерь платины из 20-ти сеток при потерях палладия 52,4% от массы уловленной платины.

Пример5. В реакторе, в котором применяли 7 сеток , применяли катализатор, состоящий из од654

ной сетки PtRhlO и шести сеток палладиевого катализатора из сплава I. Масса этой шихты на 36% меньше массы катализатора PtRhlO.

Получены следующие результаты: уменьшение потерь платины и родия на 96% при потерях 46% и потерях . золота 5,1% от суммы потерь платины и родия из 7 сеток PtRhlO. Однако эффективность окисления аммиака в окись азота уменьшилась в среднем на 1,0%, а также наблюдался небольшой рост сопротивления течению реагирующих газов вследствие сваривания друг с другом палладиевых сеток.

Примерб. В катализаторе, состоящем из 16 сеток PtRhlO, одну заменили сеткой из сплава 6.

Масса катализатора уменьшилась лишь на 2,5%, потери палладия и родия с учетом рекуперации уменьшились на 18%, а потери палладия составили 6,3% от потерь массы из 16 сеток PtRhlO. Незначительными были потери золота. В эксперименте не наблюдалось изменения эффективности окисления аммиака в оксид азота.

Пример7.В катализаторе, состоящем из пяти сеток ГИАП-2 следующего состава, мас.%: платина 75-82; палладий 15-22, родий 2,0-3,5 и легирующие добавки из группы золото, железо и иридий 0,05-0,15, рутений 0,15-2,00, сетки выполнены из проволоки диаметром 0,092 +0,004 мм. Две конечные сетки заменили сетками из сплава PdAu20 выполненными из проволоки диаметром 0,076±0,005j мм. Масса этой шихты меньше на 22,3%, а масса содержащейся в ней птйтины меньше на 32,3%.

Получены следующие результаты: снижение потерь массы катализатора ГИАП-2 на 27,8%, прирост массы сеток PdAu20 составлял 25,3% потерь массы из трех сеток катализатора ГИАП-2 (сумма потерь массы благородных металлов снизилась на 46,1%). Средняя активность окисления NH в N0 ниже на 0,2%.

Эксперимент проводили под дав 1ением 4,7 ата при температуре нитрозовых газов 870-890°С и нагрузке на катализатор 1,4 т NH /м -сут. в течение 47 дней.

Пример8. В катализаторе, состоящем из четырех сеток PtRh5 и одной (последней) из чистой Pt,

выполненных из проволоки диаметром О,060+0j005 мм, две сетки PtRh5, заменили двумя сетками PdAu20 Pl:0,0 выполненными из проволоки диаметром 0,076±0,005 мм.

Расположение сеток следующее: две сетки FtRh5, одна бетка Р1,две сетки PdAuZO PtO,05. Масса катализатора меньше на 4,4%, а масса содержащейся в ней платины меньше на 40,4%.

Получены следующие результаты: снижение потерь массы катализатора, PtRh5 + Pt на 23,9%, прирост массы сеток PdAu20PtO,05 составлял 37,5% потерь массы из трех сеток катализатора PtRh5 (сумма потерь массы благородных металлов уменьшилась на 52,4%). Средняя активность окисления NH в N0 выше на 1 ,1 %.

Эксперимент проводят под давлением около 3,3 ата при температуре нитрозовых газов 830-850 с и нагрузке катализатора около 1 т NHj/M . су в течение 75 дней.

Пример 9. В три параллельно работающих реактора загружают по пять сеток катализатора в первом из сплава PtRhlOij Bo втором.три сетк из PtRhlO, и две сетки из PdAu40,B третьем три сетки PtRhlO, две сетки из PdAu 1 (по направлению пр хождения газа). Масса катализатора во втором реакторе меньше на 14,3%, а в третьем на 17,8% меньше, чем в первом. Потери массы катализатора PtRh 10 во втором реакторена 31,2%, а в третьем на 30,7% меньше, чем в первом. Прирост массы катализатора PdAu40 во втором реакторе составлял 21,3% потерь массы из трех сеток PtRhlO, а прирост массы катализатора PdAul в третьем реакторе 17,7% потерь массы из трех сеток PtRhlO. Сумма потерь благородных металлов уменьшилась во втором реакторе на 45,8%, а в третьем на 43,0%. Средняя эффектиность окисления аммиака до N0 во втором реакторе на 2,1% ниже, а в третьем реакторе на 0,6% вьш1е, чем первом.

Опыт вели под давлением 4,7 ата при температуре нитрозовых газов 860-880°С и нагрузке катализатора 1,4 т NH сут в течение 60 дней.

Сетки PdAu 1 после работы в третьем реакторе стали хрупкими и потрескались .

Пример 10. В шихте каталитора, состоящ€;го из шести сеток ГИАП-1 состав %: Pt 92,5; Rli 3,5; Pd 4,0, изготовленных из проволоки диаметром 0,092 мм, последние три заменили сетками из сплава PdAu -. 19Ptl, изготовленными из проволоки того же диаметра. Масса шихты уменьшилась на 18%, а масса содержащейся в ней платины вдвое.

Получены следующие результаты, уменьшение потерь массы катализатора ГИАП-.1 на 42% и увеличение массы сеток PdAu;. 19Ptl (39,7% от потери массы трех сеток катализатора ГИАП-1), сумма потерь массы благородных металлов уменьшилась на 65,1% Средняя степень превращения NH в N0 снизилась на 0,4%.

Опыт проводили под давлением 4,7 ата при температуре нитрозовых газов 870-890 С и нагрузке катализатора 1,4 т NHj/M.cyT в течение 60 дней.

Пример 11. В шихте катализатора, состоящего из шести сеток с составом PtRh7, две концевые заменют, палладиевым катализатором состава 1 .

Получено снижение потерь массы катализатора PtRh7 на 28% и прирост массы палладиевого катализатора, составляющий 32 5,2% потерь массы из четырех сеток PtRh7.

Эффективность окисления NK в N0 не изменилась.

Степень йозврата платины, теряемой их четырех сеток PtRh7,составляла 53,6%, а суммарное снижение потерь платины по отношению к шихте из шести сеток - около 66,6%.

Данные,касающиеся уменьшения массы платины в катализаторе, потерь платины, времени и режима работы катализатора, представлены в табл.2.

температура н трозовых газов после сеток, С удепьиая нагрузка катализатора, рассчитанная на суммарную поверхность слоев, TNhj/H сут. время работы катализатора, сут, уменьшение массы Pt в катализаторе по отношению

к катализатору по прототипу, X

суммарные потери Pt по истечении времени о( ,Z массы платины, содержащейся в новом катвлияаторе в двух слоях.

Таблица 2