Катализатор для синтеза аммиака и способ его получения Советский патент 1982 года по МПК B01J23/78 B01J37/04 C07C1/04 

(54) КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ СИНТЕЗА АММИАКА :И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ

Изобретение относится к катализатору синтеза аммиака и к способу его попу.чения.

Известен катализатор дня синтеза аммиака, содержащий магнетит и промоторы - окиси алюминия, кальция, калия, магния и кремния и металлический церий. При этом содержание церия в катализаторе 0,,5 вес.% 1.

Катализатор обладает невысокой активностью в реакции синтеза аммиака (при 4ОО-500°С и объемной скорости 161ОО-165ОО ч выход аммиака составляет 13,5-17,88 об.%).

Наиболее близким к предлагаемому тго технической сущности и достигаемому результату является катализатор для си теза аммиака в шариковой фо{ые с диаметром 1 - 25 мм, содержащий магнетит и окиси алюминия, калия, кальюш и магния при следующем соотношении компонентов, вес.%:.

Окись алюминия 2,0-3,5

Окись калия0,6-1,7

Окись кальция2,О-3,5

Окись магния0,1-0,4

МагнетитОстальное

В качестве связующего катализатор 5 содержит бентонит С 2.

Известный катализатор обладает нед« статочно высокой актрвностью. Так, вы- ,ход аммиака при объемной CKopocTja . 2ОООО и давлении 315 кг/см при 10 составляет 12,7 об.%, а при 45О°С - 20,9 об.%.

Цель изобретения - повышение активности катализатора в интервале температур 370-450 0.

15 Указанная цель достигается тем, что катализатор для синтеза аммиака в шврвковой форме с диаметром 1-25мм, содержащий магнетит и окиси алюминия, калия, кальция и магния, содержит в ка20 честве магнетита магнетит, содержащий 28 вес.%закиси железа, и дополнительно двуокись кремния и металлический церий при следующем соотношении компонентов, вес.%: Окись алюминия2,0-3,5 Окись капияО 6-1,7 Окись кальция2,,5 Окись магнияОД-О,4 Двуокись кремния0,2-0,5 Церий .0,5-2,5 Магнетит, содержащий 28 вес.% закиси железа Остальное Активность предлагаемого катализатора в синтезе аммиака увеличивается по сравнению с прототипом и составляет при идентичных условиях эксперимента при 16,4-18,0 об.%; при 450°С 20,.9-23.0 об.%. При этом катализатор обладает достаточной Теплостойкостью (его активность после перегрева в течение 1О ч при 600° соответствовала первоначальной). Известен способ получения катализатора для синтеза аммиака путем смещения окиси железа и промотирующих окислов алюминия, кальция, калия, магния, двуокиси кремния расплавления смеси в присутствии 0,1-0,2 вес.% порошкообразного графита, дробления и просеивания расплавленной и охлажденной болванки, восстановления катализатора при помощи водорода или азотно-водородной смеси, обработки восстановленного катализатора раствором нитрата церия и сушки С1 . Недостатки способа .- получение катализатора с невысокой активностью (выход аммиака 13,5-17,88 об.%) и необходимость введения дополнительного процесса восстановления. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ получения ка тализатора для синтеза аммиака путем смешения магнетита с 2,0-3,5 вес.% окиси а;поминия, 2,О-3,5 вес.% окиси кальция, 0,1-О,4 вес.% окиси магния и 0,6-1,7 вес.% в пересчете на окись калия соединения калия - карбоната калия, расплавления смеси при 1600°С, охлаждение ее воздухом с последующим удалегаем шлака, измельчением охлажденного эасплача на стержневой мельнице, гранудированием при непрерывной подаче порошка, сушкой при 1ОО-2ОО°С и спеканием в атмосфере аргона при 125013 50 С. При этом перед грануляцией добавляю воду и бентонит в количестве 0,258,О вес.% к катализаторной массе 2. меш 65-120 120-22О % 20,94 11,60 2 Недостаток известного способа заключается в получении катализатора с невысокой активностью в реакции сьнтеза аммиака в интервале температур 370-450С (выход аммиака 12,7 и 20,9 об.% при объемной скорости газового потока (Hj /N2 3,1) 2000О , давлении 315 кг/см для 400 и соответственно). Цель.: изобретения - получение катализатора для синтеза аммиака с повышеиной активностью. Указанная пель достигается согласно способу получения каталюатора для сиитеза аммиака путем смещения магнетита с 2,О-3,5 вес.% окиси алюминия, 2,О3,5 вес.% окиси кальция, 0,1-О,4 вес.% окиси магния и 0,6-1,7 вес.% в пере счете на окись калия соединения калия, расплавления смеси При 1 , охлаждения ее воздухом с последующим удалением шлака, измельчением охлажденного расплава на стержневой мельнице, гранулированием при непрерывной подаче порошка, сушкой при 100-200°С VI спеканием в атмосфере аргона при 1250-1350°С, при котором в качестве соединения калия используют гидроокись калия, смешение ведут в присутствии двуокиси кремния и к измельченному на стержневой мельнице расплаву добавляют при перемешивании водный раствор нитрата церия в количеотве, обеспечивающем концентрацию металлического церия в катализаторе 0,52,5 вес.%, и гранулирование проводят в гранупяторе, снабженном тарелкой. Пример 1. Сырье, содержащее, кг: природный магнетит 200; окись алюминия 4,6;. гидрат окиси калия 2,6; окась, кальция 6,6; окись магния 0,28; двуокиськремния 1,44, загружают в смеситель и затем плавят при 1600° С в течение 1ч. Указанная смесь содержит 61,4% и 28% FeO. Массу, полученную при плавлении, после отверждения в результате охлаждения воздухом в тигле извлекают из тигля и после того, как она полностью охладится, дробят и раотирают в порошок в стержневой мельнт)н це. Порощок, полученный в результате измельчения в мельнице, имеет массу 5 кг и следующую гранулометрию:5О 250-270 270-325 6 18,18 44,92 Порошок вдувают в смеситель BMecYe с раствором 0,2 кг нитрата аэрия. Ce(NOj), в 0,2 кг воаы (l,29вес.% металлического перия в кЬнеч ном продукте) .После этого его подают на тарелку гранулятора, имеющую диaмeтJp 125 см и наклон 60 к горваонгальной плоскости, на которой в течение коротко го промежутка времени он превращается в шариковые гранулы, которые имеют диаметр 0,2-0,5мм и которые в резуль тате роста в течение очень короткого времени превращаются в шариковые гранулы диаметром 1,5-2,5 счет аб сорбирования по существу всей массы по рсиика, который в данный момент. загружают в гранулятор. После грануляции продукт имеет шариковых гранул (диаметром 1,52,5мм), далее его прокаливают на электрической спирали для предварительной сушки при , а затем ойкигают b лечи в атмосфере аргона при . Получают катализатор следующего состава, вес.%: Окись алюминия - 2,5 Окись калия0,8 Окись кальция3,2 Окись МагнияО,13 Двуокись кремния0,5 Церий1,3 Магнетит, содержащий 28 вес.% закиси железаОстальноеПример 2. 2,8 кг каталитического порошка, полученного в результате измельчения в стержневой мельнице по примеру 1, распь1ляют н 1есте с раствором, содержащим 0,2 кг нитрата церия и 0,1 1СГ воды (2,3 вес.% металлического церия в конечном продукте). Распыленный порошок гранулируют, сушат и обжигают в соответствии с прв мером 1. Диаметр частиц поддерживают в области 1,5-2,5 мм. Получают катализатор следующего сос ,тава вес.%: Окись алюминия2,5 Окись калия6,8 Окисль кальция3,2 Окись магния0,13 Двуокись кремния0,5 Церий.2,3 Магнетит, содержащий 28 вес.% закиси железа Остальное Пример 3.5кг каталитическог порошка, полученного в .результате измельчения в стержневой мельнице по при меру 1, обрабатывают раствором, состо & в4 ящим из О,1 кг нитрата йерия и 0,2кг воды (О,64 вес,% церия в конечном продукте) После впрыскивания порошок гранулируют, сушат и обжигают в соответствии с примером 1. Получают катализатор следующего состава, вес.%: Окись алкминин -2,5 Окись калия0,8 Окись кальция3,2 Окись магния6,13 Двуокись кремния .0,5 Церий0,64 Магнетит, содержащий 28 вес.% закиси жедеза Остальное Пример 4. Смещивают 206,56кг. природного магнетита, 3,68кг окиси алюминия, 2,1 кг гидроокиси калия. (4,18 кг окиси кальция, 0,21 кг окиси магния и 0,57 кг двуокиси кремния, расплавляют, охлаждают воздухом, освобождают от шлака, дробят и измельчают в порошок как в примере 1. Измельченный порошок обрабатывают раствором нитрата церия в количестве 0,07 кг в 0,1 кг воды (О,5 вес.% металлического церия в окончательном продукте). Обработанный таким образом порошок гранулируют, сушат и спекают как в примере 1, Получают катализатор следующего состава, вес.%: Окись алюминия .2,0 Окись калия0,6 Окись кальция2,0 Окись магния ,0,1 Двуокись кретлния- 0,2 Церий0,5 Магнетит, содержащий 28 вес.% закиси железа Остальное Пример 5. Смешивают 191.68кг природного магнетита, кг окнси алюминия,5,7 кг гидроокиси калия, 7,33 кг окиси кальция,0,86 кг окнси магния и 1,44 кг двуокиси ,расштавляют .оклаждают воздухом, освобождают от шлака, дробят и ;И9 1ельчают в порошок как в примере 1. ; Порошок, полученный таким образам на стержневой мельнице, обрабатывают в смесителе 0,38 кг раствора нитрата церия в О,3 кг воды. Полученный таким образом обработанный порошок гранулируют, сушат и спекают как в примере 1. Получают катализатор следующего состава, вес.%: Окись алюминия3,5 Окись калия1,7 57 Окись кальция3,5 Оквсь магявя0,4 Двуокись кремния0,5 ЦериА2,5 .Магнетит, содержащий 28 iaec.% аакиси жеовэаОстальвое Предлагаемые каталюаторы испытывают в .еялугезе аммиака.. Испытания предлагаемых катализаторов и катализатора-41рототш1а проводят следующим образом. Смесь f -j+SH, полученную крекингом аммиака & атмосферном снарунси подогреваемом реакторе, после очистки или sipoмывки от остаточного аммиака подвергают сжатию в многостадийном возвратно поступательном компрессоре и после окон чательной для удаления последних следов воды и масла направляют в реактор аммиака, где происходит реакция при постоянной темпегатуре (+1°С над катализатором) . Температуру регулируют с помощью наружных электрических подогревателей. Прела того, как полученный газ, отведенный вз конвертора, охлаждают, атлизкруют содержание аммиака и измеряют кочичество остаточного

редлага емы и 1

13,05

370 17,8 40О 20,5 425s 23,05 450

12,5

370 17,05 400 19,9 425 22,5 450

11,6

370 16,4 400 19,3

425 21,7 450 68 По вышеупомянутым цанвым вычислят объемную скорость на входе. Камера дпя катализатора в аммиачном конверторе представляет собой камеру высотой 20мм, объем катализатора соо тавляет 5 см. Восстановление катализатора проводят при 370-500 С и 1ОО бар. При стабилизации катализатора его под вергают действию давления 315 бар, тек4500 С и объемной скорости пературы Стабилизация считается удо20000 ч влетворительной, когда два последовательных ана1|иза -аммиака дают один и тот же результат. При испытаниях активности катализатор доводят до требуемых условий (давление, температура, объемная скорость). Когда условия стабилизируются, анализируют содержание аммиака и измеряют поток газа. Сравнительная характеристика, активностей предлагаемого катализатора .и катализатора-прототипа представлена в таблице (условия испытания: NW 200ОО , Р 315 кг/см, соотношение Н,. Nj 3:1).

9

07671610

Продолжение таблицы