Способ пассивации катализатора аммиачного производства Советский патент 1992 года по МПК B01J37/14 B01J23/76 

бо инертного газа, недостаточная устойчивость запассированного катализатора к дальнейшему окислению, необходимость точных дозировок малых концентраций кислорода, пожаровзрывоопасность процесса пассивации.

8 связи с вводом в эксплуатацию агрегатов синтеза аммиака большой единичной мощности (1360 т МНз в 1 сут),в реакторы которых загружается более 100 т катализатора СТК-1, более 150т катализатора НКТ-4 и до 40 т катализатора НКМ-1, время пассивации значительно возросло и возникла необходимость в разработке новых способов .пассивации пирофорных катализаторов.

Было предложено применять для пассивации катализаторов диоксид углерода, который является отходом аммиачного производства. Сам диоксид углерода, как слабый окислитель, очень медленно устраняет пирофорность катализаторов и поэтому целесообразно использовать смесь окислителей С02, 02, Н20. Эффект достигается за счет синнергизма действия смеси окислителей, Примесь кислорода ускоряет. процесс окисления катализатора слабыми окислителями С02 и НаО, а одновременное присутствие паров воды катализирует окисление кислородом. Эндотермические реакции разложения С02 и Н20 в значительной степени компенсируют тепловой эффект экзотермической реакции окисления катализатора, в результате чего пассивация протекает в мягких условиях, что позволяет получить стабильный защитный слой при минимальной степени окисления катализатора. Смесь окислителей состава СОз 98,5 об.%. 02 0,1 об.%, Н20 1,4 об.% при обьемной скорости 15000 пассивирует 4 г катализатора НКТ-4 за 30 мин в интервале температур 78-230°С, а катализатор СТК- 1 (4 г) за 90 мин в интервале температур 310-500°С,

Был предложен способ пассивации катализатора НКМ-1 смесью СО2 с 0,4 об,% Оа при температуре1 100°С или смесью С02 с 0.05 об.% 02 при температуре 250°С. Время пассивации 0,5 г катализатора составляет 11-14,5ч.

Основными недостатками этого способа являются недостаточная скорость процесса, значительный расход пассивирующего агента (более 4000 ч), необходимость точной дозировки небольших концентраций кислорода.

Известен способ пассивации катализатора синтеза аммиака смесью С02 и 02, включающий обработку катализатора в течение 5 мин в интервале температур 380530°С смесью состава С02 88-96,5 об.%. 02

3,5-12 об.%. Объемная скорость смеси 250 ч .

Основным недостатком этого способа

является невозможность его применения

для устранения пирофорности катализаторов СТК-1, НКТ-4, НКМ-1 ввиду очень большого содержания кислорода в смеси (катализаторы сгорают). Кроме того, он недостаточно экспрессен и пожароопасен.

0 Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ пассивации катализатора аммиачного производства, в частности для конверсии газов путем обработки пирофорного катали5 затора газовой смесью окислителей, включающей диоксид углерода, кислород, воду, и азота, выбранной из группы: С02 - 1,0-99,0 об.%, Н20 - 1,0-99,0 об.% С02 - 99,0-99,5 об.%, Ог - 0,5-1,0 об.%

0 С02 - 1,0-98,0 об.%, Н20 - 1,0-98 об.%. 02-0,01-1,0об.%

СОз - 1,0-97 об. %, Н2О - 1.0-97 об. %. О - 0.01-1,0 об.%, N2 - 1.0-97 об.%.

Время пассивации 2 г катализатора

5 СТК-1 составляет 30 мин в интервале температур 100-500°С.

Основными недостатками -этого способа являются недостаточная экспрессность процесса, значительный расход пассивиру0 ющего агента (более 3000 ч ,1), недостаточная устойчивость эапассивированного катализатора к повторному окислению.

Цель изобретения - сокращение продолжительности пассивации, снижение

5 расхода газовой смеси и получение катализатора с увеличенной устойчивостью к окислению.

Для достижения поставленной цели пассивацию катализаторов аммиачного

0 производства ведут путем обработки пирофорного катализатора газовой смесью окислителей, включающей диоксид углерода, кислород и воду, при следующем содержании компонентов. % об.: СО2 96,6-97,45.

5 02 2,5-3,2. Н2О 0,05-0,2.

Катализатор НКТ-4 обрабатывается в интервале температур 0-200°С, катализатор СТК-1 в интервале 0-500°С, а катализатор НКМ-1 в интервале 0-320°С.

0 Существенными отличиями предложенного способа является использование смеси с определенным соотношением компонентов.

Использование смеси предлагаемого

5 состава позволяет сократить время пасси- вации до 3 мин вместо 30 мин, устранять пирофорность катализаторов при меньшем расходе пассивирующей смеси (150 вместо 3000 ) во всем возможном (для каждого катализатора) интервале температур. Остаточная пирофорность катализаторов отсутствует либо незначительна. Ниже 0°С пассивацию неудобно проводить с технологической точки зрения, кроме того, происходит изменение агрегатного состояния одного из компонентов смеси (Н20), что резко снижает эффект. Верхние пределы температур пассивации обусловлены рабочим диапазоном и термостойкостью катализаторов. При содержании кислорода в смеси ме- нее 2,5 об.% процесс пассивации замедляется, а при содержании кислорода более 3,2 об. % резко возрастают скорость и степень окисления катализатора, так как кислород начинает доминировать в смеси и происходит неконтролируемый разогрев катализатора, который начинает окисляться всей массой. Наряду с влиянием на скорость процесса пассивации влага существенно влияет на активность катализаторов и содержание паров воды в смеси более 0,2 об.% увеличивает степень окисления и снижает активность катализаторов. Содержание влаги в смеси менее 0,05 об.% не позволяет значительно ускорить процесс пассивации.

Пример 1. Образец промышленного катализатора НКТ-4{ табл. 1, навеска 4 г, зернение 2-3 мм) восстанавливают в лабораторном реакторе азотоводородной смесью (содержание водорода 0,5-5,0 об.%) при 180-230°С. После этого катализатор охлаждают в потоке ABC до 1°С и обрабатывают в течение 150 с пассивирующей смесью со скоростью 150 . Температуру катализато- ра Доводят до комнатной и проверяют стабильность защитного слоя, пропуская через реактор поток воздуха. Температура катализатора не должна превысить 90°С.

Опыты по примерам 2-5 проводят ана- логично примеру 1, только изменяют состав пассивирующей смеси и температуру пассивации (табл.2).

Пример 6. Образец промышленного катализатора СТК-1 {табл, 3. навеска 4 г, зер нение 2-3 мм) восстанавливают в лабораторном реакторе азотоводородной смесью (содержание водорода 75 об.%) при 300- 350°С. После этого катализатор охлаждают до 1°С и в течение 3 мин обрабатывают пассивирующей смесью со скоростью 150 . Далее по примеру 1.

Опыты по примерам 7-10 проводят аналогично примеру 6, изменяя состав смеси и температуру пассивации (табл.2).

Пример 11. Образец промышленного ч катализатора НКМ-1 ( табл. 4, навескз 4 г, зернение 2-3 мм)восстанавливают азотоводородной смесью в лабораторном реакторе при ступенчатом подъеме температуры до 400°С и выдерживают в течение 1 ч. Далее по примеру 6.

Опыты по примерам 12-15 проводят аналогично примеру 11, изменяя состав смеси и температуру пассивации (табл.2).

Примеры 1-15 показывают, что смесь предлагаемого состава эффективно устраняет пирофорность катализаторов во всех интервалах температур с незначительной либо нулевой остаточной пирофорностью. При уменьшении содержания кислорода в смеси менее 2,5 об.% и влаги менее 0.05 об.% продолжительность пассивации увеличивается и для устранения пирофор- ности катализаторов НКТ-4 и СТК-1 требуется 25 мин, а для НКМ-1 40 мин. Увеличение содержания кислорода в смеси более 3,2 об.% вызывает большие разогревы в процессе пассивации и в результате сильного окисления катализаторы полностью теряют свои свойства. Увеличение концентрации водяных паров более 0,2 об.% приводит к увеличению степени окисления и к потере активности катализаторов, а для катализатора НКМ-1 и к замедлению процесса пассивации.

По сравнению с прототипом (табл.5) предлагаемый способ позволяет в 10 раз сократить продолжительность пассивации, в 20 раз расход пассивирующего агента и практически полностью исключает вероятность повторного разогрева запассивиро- ванного катализатора на воздухе после выгрузки.

Формула изобретения Способ пассивации катализатора аммиачного производства путем обработки пирофорного катализатора газовой смесью окислителей, включающей диоксид углерода, кислород и воду, отличающийся тем. что, с целью сокращения продолжительности пассивации, снижения расхода газовой смеси и получения катализатора с увеличенной устойчивостью к окислению, для обработки используют указанную газовую смесь со следующим содержанием компонентов, об.%:

Диоксид углерода96.60-97,45

Кислород2,5-3,2

Вода0,05-0,2

Таблица 1

Изобретение .касается каталитической химии, в частности способа пассивации катализатора аммиачного производства. Цель - сокращение продолжитежнос ти пассийга- ции, снижение расхода газовой смеси и получение катализатора (НТ) с увеличенной устойчивостью к окислению. Для этого пирофорный КТ обрабатывают газовой смесью окислителей состава, 66.%: диоксид углерода 96,6-97,45. кислород 2,5-3,2 и вода - 0,05-0,20. Это позволяет-в 10 раз сократить продолжительность пассивации, в 20 раз уменьшить расход гаЗЬвой смеси и практически полностью йскл ючить разогрев за- пассивиробанного НТ. 5 табл. сл с увеличением содержания кислорода в инертном газе от0,1-0,2 до 3-5 об.%. Катализатор НКТ-4 пассивируют в интервале температур 40-65°С с постепенным увели- чением содержания кислорода в азоте от 0,1-0.2 до 1,0-1,2% об,%,по окончании пассивации постепенно доводят содержание кислорода до 5 об,%. Катализатор НКМ-1 пассивируют в интервале температур 40- 60°С с повышением концентрации кислорода в азоте 0,2-0,3 - 1-2 66;%.. Недостатками этого способа являются малая скорость процесса (большие затраты времени), большой расход чистого азота лич 4 00 00 ел Os

Таблица 2

Таблица 3

Таблице 4