Способ получения катализатора для синтеза аммиака Советский патент 1981 года по МПК B01J37/08 B01J23/78 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ СИНТЕЗА

АММИАКА

1

Изобретение относится -к получению катализатора для синтеза аммиака и может быть использовано в химической и нефтехимической промьиленнЬсти.

Известен способ приготовления упрочненных окатышей кз материалов, содержащих окислы железа, включающий смешение и увлажнение шихты, состоящей из пыли конверторного производства, углеродсодержащего материала, связующего и упрочняющего веществ, окомкование и последующую термообработку при 90-370°С в среде насьвденного napafl.

Однако в состав окатьшей входит пыпь конверторного производства, содержащая углародсодержащий материал, который дезактивйзирует катализатор. Для гидратации компонентов шихты ее нагревают перед окомкованием во влажной газовой среде при 8090°С в течение 12-14 ч, при этих условиях не происходит взаимодействия промотируиших компонентов с окислами железа, что приводит к снижению производительности и ухудшению качества катализатора.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сушности и достигаеМО1ИУ эффекту является способ получеНИН катализатора для синтеза аммиака путем смешения магнетита с промоторами (Si 0ц, AtjOj , и СаО), формования и сушки с последующей термической обработкой при повышенной температуре и охлаждением в атмосфере аз отар.

Формование проводят окомковани- ем во вращёиощемся цилиндрическом со10суде ;С одновременной подачей связующего вещества (воды), а термическую обработку ведут при 1000-1500 С в атмосфере инертного газа (азота).

Известный способ получения катаtS .гшзатора обладает ошдующими недостатками:

по отдельному окатышу, так и по всей их массе,

В результате использования вышеуказанных температур термообработки 30 смесь окислов железа с промоторак« взаимодействуют недостаточно полно или спекается в монолиты. Это приводит к уменьшению механической прочности катализатора и снижению его ак тивности. Так, механическая прочность катализатора, приготовленного по известному способу из магнетита, составляет всего 100-120 кг/см , а максималь ная активность - 11,4% (по выходу КНо, при и Р 300 ата. С целью получения катализатора с повышенной механической прочностью и активностью предложен способ получения катализатора для синтеза амми ка путем смешения магнетита с промо торами, формования, сушки, термичес кой обработки при 200-ЗОООс в течение 1-3 ч в атмосфере азота или во духа с последукицим восстановлением течение 2-5 ч при 650-750°С водоро содержаадим газом, окислительной пла кой в атмосфере кислорода при 16001900с, гранулированием в потоке воздушно-паровой смеси, дополнитель ным отжигом в атмосфере азота в течение 3-5 ч при 1000-ilOO C и охлаж дением в атмосфере азота. Отличительными признаками изобре тения являются термическая обработка при 200-300°С в течение 1-3 ч в атмосфере азота или воздуха с последующим восстановлением, окислите ной плавкой и гранулированием при вышеупомянутых условиях и дополнительным отжигом в атмосфере азота в течение 3-5 ч при температуре 1000-1100 С. Преимуществом предлагаемого способа является увеличение активности и механической прочности катализатора за. счет равномерного распределения тепла и промоторов по всей массе катализаторного плава. Так, например, механическая прочность катализатора возрастает до 250300 кг/см} а активность - до 15,4% NHo,, что в 2,5 и на 35% больше сравнительно с механической прочностью и активностью известного Катализатора. Пример 1. Шихту готовят из магнетитового концентрата и промоти рующих добавок, взятых в количестве,т: Fe,, 0л 9 25 О, Al,, СаО 250, 100 , S iOg.l-U г окислы железа остальное. ЛНихту тщательно перемеишвают, затем окомковывают в аппарате, выполненном в виде вращающегося со скоростью 12 об/мин ци шндрического сосуда с одновременной подачей в него связывающего вещества, на. пример воды, в количестве 18 г и увлажняют шихту до содержания влаги 20%. Образовавшиеся окатыши подвергают дальнейшему окомкованию последовательным накатыванием подавае мых в аппарат 800 г шихты; образов шиеся окаты111и сушат при 105°С и под ергают прокаливанию при в течение трех часов в атмосфере азота ля удаления несвязанной воды. Полученные окатыши загружают в аппарат, где их обрабатывают в течение 5ч при б50°С водородом. При этом содержание чистого железа в восстановленных окатьлиах составляет не менее 70%, остальное, %: . .%О„4у СаО 3} КдО 0,7, что обеспечивает поддержание устойчивого режима окислительной плавки. Обработанные окатыши загружают в бункер окислительного тигля и подверггиот плавке при 1700 при подаче кислорода со скоростью 0,4 м/мин в количестве 2,5 м; Полученный катализаторный плав подают струей в гранулятор, где за счет гравитационных сил происходит дробление струи на капли. Образование шаровой поверхности гранул идет в восходящем потоке воздуха с распыленной водой, взятых в соотношении 100:1 (об .. При высоте падения 10 м оптимальная скорость потока составляет 10 м/с, а при высоте 16 м - 16 м/с. После охлаждения до 1500с гранулы поступают в кипящий слой катализатора, где охлаждаются воздухом до НОО-с. Затем проводят отжиг катализатора в атмосфере азота при температуре 1100 С в течение трех часов и охлаждают до температуры окружающей среды в атмосфере азота. Состав катализатора, вес.% FeO 29,о; A:B,iQ2,3,o; сао 2,5; i,o; S 10,,0, Feg Oo остальное. П р и м е р 2. Шихту готовят из магнетитового концентрата и промотирующих добавок, взятых в количестве,г: Fe,jOj9l50; At, СаО 250, K,j,O 100,- MgO 100; V- OjlOO. Смешение, окомкованне, сушку и прокаливание в атмосфере азота проводят по примеру 1. Полученные гранулы обрабатывают при температуре в течение двух часов в атмосфере водородсодержащего газа, например конвертированного газа состава, %: , СО 20, H,, остальное N, при этом содержание чистого железа в восстановленных окатышах не менее 80%, остальное %i Ре„Ол10 ; ,4; сао З; %0 о,7. Далее осуществляют окислительную плавку при температуре 1800150С и последукхаие операции по примеру 1. Состав катализатора, вес.% FeO 38,0.; ,3,0; CaO 2,5; К,0 1,0, VjOgO,; MgO 0,8, ,, остальное. Пример 3, Шихту готовят из магнетитового концентрата и промотируюадих добавок, взятых в количестве, rs Fe,. 0,9250) AijOaJOO, СаО 250; KjO lOO; . Шихту тщательно перемешивают, затем 200 г ее окомковывгцот в аппарате, выполненном в виде вращающегося со скоростью 12 об/мин цилиНдрического сосуда при подаче в него связующего вещества, например воды в количестве 20 г. Образовавшиеся окатыши подвергают дальнейшему окомкованию последовательным накатыванием, подаваемых в аппарат 800 г ших ты, сушке при и прокаЛиванию при 300 С в течение 1 ч в атмосфере роздуха для удаления связанной воды. Полученные окатыши загружают в аппарат, где их обрабатывают в течение 5 ч при водородом. При этом содержание железа в восстановленных окатышах составляет не менее 70% (Ред(5, остальное,; (20, At,, CaO З; 0,7; Si Од 1,0, что обеспечивает поддержание устойчивого режима окислительной плавки. Образованные окатыши загружают в бун кер окислительного тигля и подвергаю плавке при 1бОО°С при подаче кислоро да со скоростью 0,2 м /мин в количес ве 0,6 м. Полученный катализаторный плав сл вают одной струей в гранулятор, где за счет гравитационных сил происходи дробление струи на капли. Образовани шаровой поверхности гранул происходи в восходящем потоке воздуха с распыленной водой (соотношение вяздуха и воды 100:1). Для гранул 5-7 мм при высоте паде ния 10 м скорость потока составляет 10 м/с,-Далее гранулы охлаждают возду хом в кипящем слое до 1000°С. Затем проводят отжиг катализатора в атмосфере азота в течение 5 ч при той же температуре. Далее катализатор медлен но охлаждают до температуры окружающей Среды (по 200-с в час) в атмосфере азота. Состав катализатора, вес,% Предлагае- До перегрева 16,7 20,5 20,3 мый После перегрева 5,5 8,5 10,0

До перегрева 14,0 17,8 18,8 16,0 15,0

После перегрева5,0 8,4 9,7 10,8 11,4

100-120

16,7 20,4 20,3 19,1 15,4

200-250 2,2 5,1 6,3 7,8 10,8 FeO 29,о; , СаО 2,5) KjO 1,6; Si02 1,0; Feij O остальное, П р и м е р 4. Шихту готовят из магнетитового концент|рата с прсв ютирующими добавками, взятых в количестве, г Fe« С/, 9 150; СаО 250; К,О 100; MgOlOO, Окомкование, сушку и прокаливание проводят по примеру 3. Полученные гранулы обрабатывают при . в течение 2 ч в атмосфере водородсодержащего газа, например конвертированного газа состава, %; СО-б, СО 20) HjjSO, N2 остальное, при этом содержание чистого железа в восстановленных окатышах составляет не менее 75%, остальное, S: Fe504l5, А%02,4/ СаО 3 К-0 0,7; ,0, МдО 10, ° Далее осуществляют окислительную плавку при температуре 1900с, Грануляцию и отжиг осуществляют по примеру 3, только берут гранулы с размером 7-10 мм, высота падения для них - 16 м, скорость потока .16 м/с. Состав катализатора, вес,%: FeO 38,OJ AjjO,j3,0; СаО 3,0} 1,0 МдО 1,0; V2Ogl,Oj Fe20 остальное. Предлагаемая последовательность получения обеспечивает распределение промоторов по всей массе катгшиэаторного плава и позволяет повысить активность, термостабильность катализатора при синтезе аммиака. В качестве исходного сырья используется дешевый обогас енный природный магнетит. Сравнительные данные по активности прочности катализатора, полученного по изаестнсму п предлагаемому способам, щжведены в таблице. 19,1 15,4 250-300 10,8 11,8 7 856 Формула изобретения Способ получения катализатора для синтеза аммиака путем смешения магнетита с щ ш юторами, формования, суижи, термической обработки при по выпей ной температуре и охлаяздения в атмосфере азота, о т л и ч а rant и и с я тем, что, с целью получеНИН катализатора с повышеиыой механической прочностью и активностью, термическую обработку ведут при 200ЗОО С в течение 1-3 ч в атмосфере азота или воздуха с последушцим восстановлением в течение .2-5 ч при 28 «50-750°С водородсодержащим газом, окислительной плавкой в атмосфере кислорода при 1600-1900°С, гранулированием в потоке воздушно-паровой смеси, и дополнительным отжигом в атмосфере азота в течение 3-5 ч при 1000НОО С. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент СССР № 645599, кл. С 22 В 1/24, 1973. 2. Авторское свидетельство СССР 627850, кл. В 01 J 37/00, 1976 (прототип).