Способ приготовления катализатора для синтеза аммиака Советский патент 1979 года по МПК B01J37/08 

Изобре.тение относится к области приготовления катализаторов, в частности для синтеза аммиака. Известен способ приготовления катализатора для этого процесса, при котором окись алюминия пропитывают раствором карбоната цезия, затем сушат при , прокаливают 8 ч при , смешивают с нитратом железа, вьдерживают при 100С, формуют и восстанавливают 1. Известен также способ приготовлен плавлением исходных компонентов в зоне высоких температур с последующей грануляцией расплавленной массы пропусканием ее через несколько го ризонтально расположенных пленок воды при 15-20 С 2 . Ближайшим известным способом является способ получения катализатора синтеза аммиака путем непрерывно подачи железосодержащей.холодной ших ты и кислорода в движущийся слой ка тешизаторного плава,нагретого до 15 , непрерывного слива и гранул ции , причем скорость подачи шихты составляет 100-1000 кг/ч, а скорост подачи кислорода 30-300 м /ч 31. Известный способ имеет ряд существенных недостатков. Подача в горячий катализаторный Ьлав холодной железосодержащей шихты приводит к разбрызгиванию и выбросу из тигля жидкого катализаторного плава,что обусловлено наличием в шихте, представляющей собой порсяиковое железо с промоторами или отработанный катализатор, адсорбированного водорода и следов масла. Разбрызгивание катализаторного плава, имеющего температуру 15002000 С, весьма опасно для обслуживакяцего персонала, а выброс через летку большого количества плава может вызвать сильный паровой вз{хлв в грануляторе, заполненном водньин раствором минеральных солей. Кроме того, в результате разбрызгивания происходит налипание катализаторной массы на теплоотвсдящие поверхности окислительного тигля, при этом нарушается тепловой баланс и в значительной мере затрудняется ведение технологического процесса. Засыпка холодной шихты приводит К охлаждению части катализатсамого плава в месте подачи шихты, что уху.цшает перемешивание жидкого плава и обсуловливает неоднородность сливаемого в гранулятор катализатора по степени окисления. Вместе с тем, от степени окисления существенно зависит механическая прочность катализатора.) при данной средней степени окисления .неоднородный катализатор имеет меньшую механическую прочность, чем однородный. .

; Кроме того, холоднаяшихта, не вступившая в реакцию взаимодействия с :кислородом, имея меньший удельный вес, чем расплавленный катализатор, плавает на поверхности плава и может попасть В леткур нарушая равномерность слива плава в гранулятор. В ;результате получается неустойчивая струя .плава, которая делится на гранулы разного размера, ухудшается форма получаемых гранул.

: При скорости подачи железосоде жащей шихты в движущийся слой катализаторного плава, равной 100-1000 кг/ч скорость слива получаемого плава соет4вляет 135-1350 кг/ч. При такой скорости слива необходима ус.тановка специального устройства для разбива струи плава (вращающийся барабан) или создание турболизованного потока охлаждающей жидкости. При таких способах разбива струи получают смесь гран ;л различного размера, причем выход нужной фракции (7-10 мм) составляет вфего 20-25%. Избыточное количество мфлких фракций подвергается перепЛс1Вк4„

: Слив плава с большой скоростью может привести к скоплению в охлаждающей шдкости большого количества неюс тЫвших гранул, находящихся в напряжённом состоянии,, что потенциа.пьно срздает опасность сильного парового взрыва. Для предотвращения взрыва при быстром сливе необходимо увеличйвать скорость охлаждения гранул, 4tro приводит к уменьшению механической прочности получаемого катализатора и ухудшению формы гранул (образуются раковины, появляются; слипшиеся гранулы и т.д.).

Целью изобретения является устранение взрывоопасности, получение катализатора с более высокой механической прочностью и увеличение выхода катализатора фракции 7-10 мм,

Для достижения указанной цели подаваемую шихту удермшвают над катали торным плавом магнитным полем до нагревания до точки Кюри (765°С), причем скорость подачи нагретой шихты в движущийся катализаторный плав сосТ;г вляет 25-100 м/ч, а кислорода 830 .

Удерживаемая над зеркалом катализаторного плава цшхта, представляю-nJaH собой формованое порошковое желе зо с промоторами или отработанный катализатор, нагревается за счет тепла излучения плава. При этом из нее Удаляется адсорбированный и растворенный водород и выгорает масло. При достижении температуры (точка Кюри) железо теряет свои магнитные свойства и шихта падает в движущийся слой катализаторного плава, не вызывая его разбрызгивания, так как она освобояодена от водорода и масла.

Засыпка разогретой до 760°С шихты в катализаторный плав не нарушает ,его температурного режима, что способствует улучшению перемешивания катализаторного плава, однородности ег по степени окисления и равномерности слива плава в гранулятор. Следствием этого является увеличение механической прочности катализатора и улучшение его гранулометрического состава.

Изменяя расстояние между магнитами, создающими магнитное поле, можно точно регулировать подачу шихты в движущийся катализаторный плав. Кром того, поскольку часть тепла реакции используется на подогрев шихты,уменьша.ется расход кислорода, требуемого для разогрева шихты до температуры, соответствующей точке Кюри (765°С). Скорость подачи шихты в движущийся катализаторный плав поддерживают в пределах 25-100 м/ч, что соответствует скорости слива катализаторного плава, равной 30-140 м/ч.При данной скорости слива, происходит спонтанный разрьт струи на гранулы размером 3-12 мм, которые находят наибольшее применение в азотной промышленности в настоящее время. Меняя скорость слива плава, можно регулировать размер гранул и добитьс по.пучения гранул заданного размера. Это упрощает технологию производства, отпадает необходимость как в установке специального устройства для разбива струи, так ив организации повторной плавки.

При малой скорости слива плава не может произойти накопления большого количества неостывших гранул в охлаждающей жидкости, находящихся в напряженном состоянии, что исключает возможность взрыва.

В связи с этим оказывается возможным более медленное охлаждение образовавшихся гранул (меньшая скорость перемешивания охлаждаквдей жидкости), вследствие чего увеличивается механическая прочность получаемого катализатора.

Так, при известном способе приготовления катализатора при испытаниях грайул фракции 7-10 мм на прочность на раздавливание 50% гранул выдерживали нагрузку 270 кг/см , а по предлагаемому способу 60%, механическая прочность на истирание составляет соответственно 90 и 93% (см. таб|лицу) . Над водоохлаждаемлм (или футерова нным) тиглем устанавливают постоянные магниты (марки ИНДК-25БА с маг:нитной индукцией 12800 Гс) , эадержи вающие шихту над зеркалом катализаторного плава, В бункер, расположенный над магнитами, загружают исходную шихту следукядего состава, %: Fejuen,80-93j А1гОз1-6%,-К4О 0,5-2 СаО 2-4, а также , TiOj, 5. В тигель, охлаждаемый водой или футерованный, предварительно загружают формованую шихту того же состав подают газообразный кислород (90-99% и шихту поджигают. По мере окисления и расплавления шихты в тигле образу ется зеркало катализаторного плава, имеющего температуру 1500-2000с. За счет излучения зеркала плава шихта, задерживаемая магнитами над тиглем, постепенно разогревается. При достижении температуры, равной 765°С (точ ка Кюри), железо теряет свои магнитные свойства и шихта падает в тигель в движущийся слой катализаторного пла ва со скоростью 100 кг/ч, обеспечивае мой расстоянием межцу магнитами, равным 200 мм. Oднoвpe eн o в тигель подают кислород со скоростью 30 HNlV. Катализаторный плав по мере .накопления непрерывно сливается из тигля чербз водоохла)адаемую летку со скоростью 140 кг/ч и плав гранулируется. Получают гранулы 7-10 мм. Так как при нагревании шихты до 760°с из железа вьвделяется адсорбированный и раствоЕ енный водород, в зону магнитного поля и в бункер с шихтой подают технический азот с целью предотвраще {ин создания взрывоопасной концентрации водорода. Скорость подачи разогретой шихты можно регулировать водооклаждаемыми шторками, выдвигаемыми над поверхностью плава. При использовании в качестве исходного сырья отработанного катализатора процесс осуществляют аналогичным способом. В этом случае шихта имеет следук1г1Ий состав, % Fe 65-85; А1гОзЗ-1; KjO 0,5-2; СаО 2-4, остальное TiO, M|D, 2гОги окислы железа