Способ приготовления скелетного никелевого катализатора для гидрирования органических соединений Советский патент 1990 года по МПК B01J25/02 

Изобретение относится к каталитической химии, а именно к приготовлению катализаторов, в частности скелетных никелевых катализаторов, которые могут, быть использованы для гидрирования органических соединений.

Цель изобретения - получение катализатора с повышенной активностью за счет проведения механической обра- ботки при определенных условиях с использованием смеси определенного состава

ел

:&

CD

Способ осуществляют следукяцим образом.

Для синтеза никелевых катализаторов Ранея по предлагаемому способу используют механические реакторы, в которых реализуется режим стесненного удара - планетарная, мельница и центробежный аппарат специальной конструкции, в котором, благодаря особой форме активатора, превалирует радиальное направление вектора скорости шаров. Температура стенки

00

со

специального центробежного реактора в ходе трибохимического синтеза изменяется по-разному в зависимости от состава шихтыо

На чертеже приведен график изменения температуры стенки реактора в ходе трибосинтеза Ni-Al сплавов«

Из чертежа и табл, в которой приведены данные, характеризующие фазовый состав продуктов технической активации Ni-Al сплавов следует, что формированию каждой из Ni-Al фаз соответствует определенньй латентный период и определенная температура. Сам синтез идет очень быстро, а в случае богатых никелем сплавов сопровождается акустическим эффектом и его механизм близок к режиму самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) Это следует также из близости фазового состава продуктов реакции равновесному составуо Аналогичен механизм формирования сплава в планетарной мельнице.

II р и м е РО В барабан центробежного аппарата или планетарной мельницы загружают 200 г шаров диаметром 5 мм, 1 г порошкового никеля и 4 г порошка алюминия (20 мас.% Ki, остальное А1) и перемешивают при скорости движения шаров 5м/с, в течение 30 MHHt, Полученный сплав выщелачивают 20%-ным КОН на кипящей водяной бане в течение 2 ч, отмывают дистиллированной водой и под растворителем переносят в реактор для гидрирования. Гидрирование производят при , атмосферном давлении при интенсивном перемешивании. Скорость реакции контролируют вопюмет- рически и выражают количеством (мл) поглощенного водорода в минуту на 1 г катализатора (мп Н /минт),

В табло2 приведены примеры конкретного осуществления спосо.ба-ана- лога, способа-прототипа и предлагаемого способа

Данные табло2 иллюстрируют преимущества ,предлагаемого способа в сравнении со способом-прототипом и традиционным пирометаллургическим способом (способом-аналогом)о

Так, скелетные катализа торы из сплавов, сформировавшихся по механизму СВС (пpe лaгaeмьri4 способ, раздёй III и пп. 16 и 17 в табл„2) почти н

5

0

5

0

5

0

45

50

55

два порядка активнее катализаторов из сплавов, образовавшихся путем диффузии (разделы ПиУипп 1Аи15, в табло2)о

По сравнению с пирометаллургическим способом-аналогом (примеры 1-3 в табл.2) предлагаемые катализаторы активнее при тех же составах в среднем на 20-30% (примеры 7, 10 и 11 в тйбл.2).

В интервале концентраций компонентов, заявляемом в способе-прото- . типе не удается получить активные катализаторы ни в аттриторе (диффузионное формирование, раздел II в табл.2), ни в аппаратах, реализующих режим стесненного удара (механизм СВС, ппо 12 и 13 в табл.3), ни пирометаллургически (п I в таблв2). При скорости движения шаров ниже заявляемой, режим СВС не устанавливается и в аппаратах, работающих в в режиме стесненного удара, и катализаторы, полученные из таких сплавов, неактивны (пп,1А и 15 в табЛ(,2).

Предлагаемая скорость движения шаров (5-7 м/с) обеспечивает получение активных катализаторов из сплавов, приготовленных в режиме стесненного удара (раздел III в табл.2). В аттриторе даже при большей скорости (ппо20 и 21 в табло 2) такие сплавы получить не удается.

Время активации в планетарной мельнице берется с запасом, так как внешние признаки реакции в этом герметичном аппарате пронаблюдать невозможно,, В случае центробежного аппарата время активации может определяться по внешним признакам реакции, когда оно меньше заявляемого. Однако увеличение времени механической обработки до предлагаемого не ухудшает свойств получаемых из сплавов катализаторов.

Увеличение скорости движения шаров и времени обработки по сравнению с заявляемым не приводит к улучшению результата, увеличивая затраты энергии (пп.16 и 17 в табл«,2).

Таким образом, синтез никель-алюминиевых сплавов в аппаратах, работающих в режиме стесненного удара, протекает по иному механизму, что в аттриторах и других аппаратах с истирающе-раздавливающим действием, , где реализуется диффузионное взаимодействие компонентов. Такое взаимодействие характеризуется низкой скоростью и требует прододжительной актвации (несколько часов).

Механизм синтеза определяется не только типом механохимического аппарата, но и режимом его работы И в планетарной мельнице, и в центробежном аппарате при скорости шаров ниже 5 м/с механизм реакций уже не имеет выраженного цепного характера, а при скорости меньше 4 м/с реакция идет по диффузионному механизму. В этом случае фазовый состав сплава удален от равновесия, а структура отличается высокой степенью разупо- рядочения, что следует из рентгенограмм, на которых в этих случаях наблюдается лишь несколько сильно уширенных Максимумов

Сплавы, сформировавшиеся по СВС- .механизму, после выщелачивания обладают гораздо более высокой активностью (в 40 и более раз), чем обра- зовавшиеся путем диффузии

Использование предлагаемого способа приготовления скелетного никелевого катализатора обеспечивает по сравнению с существующими способами повышение активности катализаторов

в реакциях гидрирования органических соединений, а также простоту и технологичность приготовления катализаторов

Формула изобретения

1 Способ приготовления скелетног никелевого катализатора дпя гидрирования органических соединений, включающий приготовление никель-алюминиевого сплава путем механической обработки смеси порошков никеля и алюминия в измельчительном шаровом аппарате с последующим вьш5елачивакиём и отмывкой катализатора водой, отличающийся тем, что, с целью получения катализатора с по- вьш1енной активностью, механическую обработку смеси проводят в течение 30-40 мин при скорости движения шаров 5-7 м/с в режиме стесненного удара, обеспечивающем условия самораспространяющегося высокотемпературного синтеза

2. Способ , о тличаю- щ и и с я тем, что для приготовлений никель-алюминиевого сплава используют смесь, содержащую 20-60 никеля, остальное алюминий.

Изобретение касается каталитической химии, в частности приготовления скелетного никелевого катализатора для гидрирования органических веществ. Цель - повышение активности катализатора. Для этого готовят никель-алюминиевый сплав механической обработкой в течении 30-40 мин порошков никеля и алюминия при скорости аппарата 5-7 м/с в режиме стесненного удара, обеспечивающем условия самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (акустический эффект). Целесообразно в этом случае использовать смесь порошков металлов, содержащую 20-60% никеля и остальное алюминий. Затем проводят выщелачивание и отмывку катализатора водой. Этот катализатор при гидрировании, например, нитробензола обеспечивает производительность по целевому продукту до 140 мл/мин.г. против 70 мл/мин.г в пирометаллургическом процессе или 0,5 мл/мин.г в процессе механической обработки в аттриторе. 1 з.п.ф-лы, 2 табл., 1 ил.

Таблица 1

70

90

160

180

85

140

NijAl, NiAl

. 3

.NiAl5,

NiAla, Al

Ni, Al

Ni, Al

I. Аналог (пирометаллургический способ)

Таблица2