Способ приготовления катализатора для синтеза аммиака

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик нн695698 (61) Дополнительное к авт. свиф-ву (22) Заявлено 280576 (21) 2363106/23-04 (51) М. Кл.2 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

В 011 37/08

Государственный комитет

СССР но, делам изобретений и открытий

Опубликовано 05.11.79, Бюллетень № 41

Дата опубликования описания 0511.79 (53) УДК66.097, . 3 (088.8) (72) Авторы JI.Ä.Kóýíåöoâ, A.M.Ëëåêcåeâ, А.Н Воробьев, П.д.Рабина, изабретения А .А. СаркисЯ н, В.Ю. ЗозУлЯ, В . И. ВЯчеславов, A . H. ÇàéÖåâ, Ц.И. Шумляковский, С.Д.Монаков и T. И. Кушнаренко (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ СИНТЕЗА

АММИАКА

Изобретение 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 су шат при 120 С, прокаливают 8 ч при

870 С смешивают с нитратом железа, выдерживают при 100оС, формуют и восстанавливают (1).

Известен также способ приготовления плавлением исходных компонентов - в зоне высоких температур с последующей грануляцией расплавленной массы пропусканием ее через несколько горизонтально расположенных пленок воды при 15-20 С (2), Ближайшим известным способом является способ получения катализатора синтеза аммиака путем непрерывной подачи желеэосодержащей.холодной шихты и кислорода в движущийся слой катализаторного плава,нагретого до 1500-}

2000 С, непрерывного слива и грануляции, причем скорость подачи шихты составляет 100-1000 кг/ч, а скорость подачи кислорода 30-300 м /ч (31.

Известный способ имеет ряд существенных недостатков.

Подача в горячий катализаторный плав холодной желеэосодержащей шихты приводит к разбрызгиванию и выбросу из тигля жидкого каталиэаторно»

ro плаза,что обусловлено наличием в шихте, представляющей собой порошковое железо с промоторами или отработанный катализатор, адсорбированного водорода и следов масла.

Разбрызгивание катализаторного плава, имеющего температуру 15002000 С, весьма опасно для обслуживающего персонала, а выброс через летку большого количества плаза может вызвать сильный паровой взрыв в грануляторе, заполненном водным раствором минеральных солей. Кроме того, в результате разбрызгивания происходит налипание катализаторной массы на теплоотводящие nosepxности окислительного тигля, при этом нарушается тепловой баланс и s значительной мере затрудняется ведение технологического процесса.

Засыпка холодной шихты приводит

К охлаждению части катализаторного плава в месте подачи шихты, что ухудшает перемешивание жидкого плаза и

1 обсуловливает неоднородность сливаемого в гранулятор катализатора по сте695698 пени окисления, Вместе с тем, от степени окисления существенно зависит мех аничес к ая проч иост ь к ат али з ат ор a. > при данной средней степени окисления ,неоднородный катализатор имеет меньшую механическую прочность, чем однородный.

Кроме того, холодная шихта, не вступившая в реакцию взаимодействия с кислородом, имея меньший удельный вес, чем pclcплавленный катализатор, плавает на поверхности плава и может попасть в летку„ нарушая равномерность слива плава в гранулятор.

В результате получается неустойчивая струя,плава, которая делится на гра.— нулы разного размера„ ухудшается фср15 ма получа.емых гранул.

При скорости подачи желеэосодержащей шихты в движущийся слой катализаторного плава, равной 100-1000 кг/ч, скорость слива получаемого плана сос- о тавляет 135-1350 кг/ч. При такой скорости слива необходима установка. сПециального устройства для разбива. струи плава (вращающийся барабан) или создание турболизованного потока ох- 25 лаждающей жидкости. При таких способах разбива струи получают смесь гранул различного размера, причем выход нужной фракции (7-10 мм) составляет всего 20-25%. Избыточное количество 30 мелких фракций подвергается переплавке.

Слив плава с большой скоростью можЕт привести к скоплению в охлаждан>щей жидкости большого количества неос-35 тывших гранул, находящихся в напря>кенном состоянии,. что потенциально создает опасность сильного парового взрыва. Для предотвращения взрыва при быстром сливе необходимо увели- 4р чивать скорость охлаждения гранул, что приводит к уменьшению механической прочности получаемого катализатора и ухудшению формы гранул (образуются раковины, появляются слипшиеся гранулы и т.д .) . i5

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

Для достижения указанной цели подаваемую шихту удерживают над катализа торным плавом магнитным полем до нагревания до точки Кюри (765 С), причем скорость подачи нагретой шихты 55 в движущийся катализаторный плав сост;.вляет 25-100 м/ч а кислорода 8В ..

30 н-.м /ч. удерживаемая над зеркалом каталиэаторного плава шихта, представляющая собой формованое порошковое желе» зо с промоторами или отработанный катализатор, нагревается эа счет тепла излучения плава. При этом из нее удаляется адсорбированный и растворенный водород и выгорает масло. При достижении температуры 765оС (точка

Кюри) железо теряет свои магнитные свойства и шихта падает в движущийся слой катализаторного плава, не вызывая его разбрызгивания, так как она освобождена от водорода и масла.

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

Изменяя расстояние между магнитами,создающими магнитное поле, можно точно регулировать подачу шихты в движущийся катализаторный плав. Кроме того, поскольку часть тепла реакции используется на подогрев шихты,уменьшается расход кислорода, требуемого для разогрева шихты до температуры, соответствующей точке Кюри (765 C).

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 разрыв 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 добиться получения гранул заданного размера.

Это упрощает технологию производства, отпадает необходимость как в установке специального устройства для разбива струи, так и в 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 воэможность взрыва.

В связи с этим оказывается возможным более медленное охлаждение образовавшихся гранул (меньшая скорость перемешивания охлаждающей 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 50Ъ гранул выдерживали нагрузку 270 кг/см, а по предлагаемому способу 60%, механическая прочность на истирание составляет соответственно 90 и 93% (см. таб лицу) .

Над водоохлаждаежм (или футеронанным) тиглем устанавливают постоянные магниты (марки ИНДК-25БА с маг.нитной индукцией 12800 Гс), задержи вающие шихту над зеркалом катализаторного плана. В бункер, расположен- ный над магнитами, загружают исходную шихту следующего состава, 4:

Ре „в„)80-93; AlgOg1-6В;КэО 0,5-2; СаО 2-4, а также ИфО, TiOg, Б О до

5. В тигель, охлаждаемый водой или футерованный, предварительно загружают формованую шихту того же состава, подают газообразный кислород (90-994) и шихту поджигают. По мере окисления и расплавления шихты в тигле образу- 15 ется зеркало катализаторного плана, имеющего температуру 1500-2000 С Эа счет излучения зеркала плана шихта, задерживаемая магнитами над тиглем, постепенно разогревается ° При достижении температуры, равной 765оС (точ- 2О ка Кюри), железо теряет свои магнитные свойства и шихта падает в тигель в движущийся слой катализаторного плава со скоростью 100 кг/ч, обеспечиваеханическая прочность фраки 7-10 мм, Ъ, при нагрузке

0 кг/см

Способ приго товления на истирание раздав ние

12-15 20-26 34-40 19-23

Известный

Предлагаеьий

5-10 35-40 45-55

3-5

Прочностью и увеличения выхода катализатора фракции 7-10 мм, подаваемую ,шихту удерживают над каталнзаторным

,планом магнитным полем до нагрева ! до температуры точки Кюри и подачу

,:нагретой шихты н слой каталиэаторнсго плана ведут со скоростью 25-100 м/ч, а кислорода - 8-30 нм /ч.

Ь

45 источники информации, ;принятые во внимание при экспертизе

1 Патент СЫ Р 3472794 кл. 252"459, опублик. 1969.

2. Авторское снидетельстно СССР

50 Р 230098, кл. В 01 J 37/08, 1967.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 18922, кл. В 01 У 11/30, 1974 (прототип).

Формула изобретения

Составитель Л. Белоус

Редактор В. Минасбекова Техред М.Петко Корректор Н. Степ

Тираж 877 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 аФ

Заказ 6640/8

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Образцы катализаторов, получаемых по обоим методам, имеют одинаковую активность..

Способ приготовления катализатора для синтеза аммиака путем подачи желеэосодержащей шихты и кислорода в движущийся слой каталиэаторного плана, нагретого до 1500-2000 С, с последующим непрерывным его сливом и грануляцией, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью устранения взрывоопасности, получения катализатора с более высокой механической мой расстоянием между магнитами, ранным 200 мм. Одновременно н тигель подают кислород со скоростью 30 нм /ч.

Каталиэаторный план по мере накопления непрерывно сливается из тигля через водоохлаждаемую летку со скоростью 140 кг/ч и план гранулируется. Получают гранулы размером 7-10 мм. Так как при нагревании шихты до 760 С иэ железа выделяется адсзрбиронанный и растворенный водород, н зону магнитного поля и н бункер с шихтой подают технический азот с целью предотвращения создания взрывоопасной концентра-, ции водорода.

Скорость подачи разогретой шихты можно регулировать нодоохлаждаемыми шторками, выдвигаемыми над поверхностью плана.

При использовании в качестве исходного сырья отработанного катализатора процесс осуществляют аналогичным способом. В этом случае шихта. имеет следующий состав, Ъ: Fe 65 85;

А1 0э 3-1; К О 0,5-2; СаО 2-4, остальное TiO М О, ЕлО и окислы железа.