Каталізатор для другого ступеня окиснення аміаку

Каталізатор для другого ступеня окиснення аміаку, що містить оксид кобальту, який відрізняється тим, що він містить додатково оксиди цирконію та хрому при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: оксид кобальту Со3O4 70,0-75,0 оксид цирконію ZrO3 20,0-25,0 оксид хрому Сr2О3 3,0-5,0. Винахід відноситься до хімічної промисловості і може бути використаний в отриманні каталізаторів другого ступеня для окиснення аміаку у виробництві азотної кислоти. Відомий каталізатор двохступінчастого окиснення аміаку до оксиду азоту (II). Він містить, в мас. %: оксид кобальту (II, III) - 61,0-69,0; оксид нікелю (II) - 25,0-35,0; оксид берилія - 1,0-3,0 [1]. Проведення процесу на даному каталізаторі приводить до утворення разом з оксидом азоту (II) оксиду азоту (І) - 0,6-0,7%, що є недоліком даного каталізатора. Відомий також каталізатор окиснення аміаку на основі оксиду кобальту (II, III), що містить, в мас. %: оксид кальцію - 2,0-3,0; оксид нікелю (II) 20,0-30,0; металевий алюміній - 0,8-1,5; решта оксид кобальту [2]. Недоліком данного каталізатора є високий ступень перетворення аміаку в оксид азоту (І) - 0,65-0,7 %, що знижує вихід оксиду азоту (II) - 96,0- 96,5 %. Найбільш близьким за технічною суттю і ефектом, що досягається, до описуваного винаходу є каталізатор двохступінчастого окиснення аміаку, що містить оксиди кальцію, нікелю, алюмінію, марганцю, фосфору, основним компонентом є оксид кобальту [3]. Ступінь окиснення аміаку в оксид азоту (II) рівний 96,5%, в оксид азоту (І) - 0,65%, решта - елементарний азот. Недоліком даного способу є великий ступінь перетворення аміаку в оксид азоту (І) і, відповідно, зменшення виходу основного продукту (NO). Для усунення вказаних недоліків запропоновано каталізатор другого ступеня для окиснення аміаку, що складається з шару каталізатора на основі оксидів кобальту, цирконію і хрому. У основу винаходу поставлено завдання зниження ступеня окиснення аміаку в оксид азоту (І), оскільки виділений в атмосферу N2O руйнує озоновий шар у верхніх шарах атмосфери. Руйнуюча роль його як парникового газу в 300 разів перевищує вплив двоокису вуглецю. Завдання досягається тим, що запропонований каталізатор містить оксиди кобальту, цирконію, хрому. Введення в каталізатор на основі оксиду кобальту оксидів цирконію і хрому сприяє утворенню аніонних вакансій, які забезпечують високу селективність по оксиду азоту (II) і зниження виходу оксиду азоту (І) в 4 - 5 разів. Технологія приготування каталізатора включає: термічне розкладання азотнокислого кобальту, азотнокислого цирконія (азотнокислий цирконіл); механічне змішення в кульовому млині с (19) UA (11) 87611 (13) C2 (21) a200800210 (22) 04.01.2008 (24) 27.07.2009 (46) 27.07.2009, Бюл.№ 14, 2009 р. (72) БЛИЗНЮК ОЛЬГА МИКОЛАЇВНА, САВЕНКОВ АНАТОЛІЙ СЕРГІЙОВИЧ, РАТУШНА ЛІДІЯ МИКОЛАЇВНА, СКЛЯРОВ ВІТАЛІЙ ЛЕОНІДОВИЧ, АНТОНОВ ОЛЕГ МИХАЙЛОВИЧ (73) НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ "ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ" (56) UA 68047 A, 15.07.2004 RU 2207904 C1, 10.07.2003 RU 2251452 C1, 10.05.2005 EP 0835686 A2, 15.04.1998 US 5690900, 25.11.1997 3 87611 добавкою оксиду хрому; зволоження порошку 5-7 %-вою азотною кислотою; пресування формовальної маси у вигляді прутків на шнекпресі; пров'яленя; прожарення. Пропоновані і відомі зразки каталізаторів випробовували на лабораторній установці проточного типу в кварцовому реакторі при атмосферному тиску, температурі 1073 - 1123 К, лінійній швидкості 0,3 -0,5 м/с, вмісті аміаку 9,2 - 10,0 об.%. Результати випробувань представлені в таблиці 1. Пропонованій винахід ілюструється наступними прикладами. Приклад 1 Для отримання 100 г каталізатора беруть наважки солей: 271,7 г азотнокислого кобальту Co(NO3)2×6H2O; 43,4 г азотнокислого цирконіла ZrO(NO3)×2H2O і піддають термічному розкладанню в муфельной печі при 400 °С до повного видалення оксидів азоту. Отриманий порошок подрібнюють і перемішують в кульовому млині з 5 г оксиду хрому (хч або чда). Після цього в порошок додають 5-7%-ву азотну кислоту в кількості, необхідній для отримання вологості 18-22%. Отриману масу формують у вигляді прутків діаметром 3-5мм, пров'ялюють на повітрі і прожарюють в муфельной печі при 900-950 °С протягом 4-5 годин. Змішення нітратів в заданих кількостях проводиться так, щоб співвідношення всіх компонентів було наступним: Со3О4 - 75,0 %; ZrO2 - 20,0 %; Сr2О3 - 5,0 %. Приклад 2 Для приготування 100 г каталізатора беруть 268,1 г азотнокислого кобальту; 45,6 г азотнокислого цирконіла; 5 г оксиду хрому. Змішення нітратів в заданих кількостях проводиться так, щоб співвідношення всіх компонентів було наступним: Со3О4 - 74,0 %; ZrO2 - 21,0 %; Сr2О3 - 5,0 %. Приклад 3 Для приготування 100 г каталізатора беруть 264,4 г азотнокислого кобальту; 47,8 г азотнокислого цирконіла; 5 г оксиду хрому. Змішення нітратів в заданих кількостях проводиться так, щоб 4 співвідношення всіх компонентів було наступним: Со3О4 - 73,0 %; ZrO2 - 22,0 %; Сr2О3 - 5,0 %. Приклад 4 Для приготування 100 г каталізатора беруть 260,8 г азотнокислого кобальту; 49,9 г азотнокислого цирконіла; 5 г оксиду хрому. Змішення нітратів в заданих кількостях проводиться так, щоб співвідношення всіх компонентів було наступним : Со3О4 - 72,0 %; ZrO2 - 23,0 %; Сr2О3 - 5,0 %. Приклад 5 Для приготування 100 г каталізатора беруть 257,2 г азотнокислого кобальту; 52,1 г азотнокислого цирконіла; 5 г оксиду хрому. Змішення нітратів в заданих кількостях проводиться так, щоб співвідношення всіх компонентів було наступним: Со3О4 - 71,0 %; ZrO2 - 24,0 %; Сr2О3 - 5,0 %. Приклад 6 Для приготування 100 г каталізатора беруть 253,6 г азотнокислого кобальту; 54,3 г азотнокислого цирконіла; 5 г оксиду хрому. Змішення нітратів в заданих кількостях проводиться так, щоб співвідношення всіх компонентів було наступним: Со3О4 - 70,0 %; ZrO2 - 25,0 %; Сr2О3 - 5,0 %. Приклад 7 Для приготування 100 г каталізатора беруть 271,7 г азотнокислого кобальту; 45,6 г азотнокислого цирконіла; 4 г оксиду хрому. Змішення нітратів в заданих кількостях проводиться так, щоб співвідношення всіх компонентів знаходилося в співвідношеннях: Со3О4 - 75,0%; ZrO - 21,0%; Сr2О3-4,0%. Приклад 8 Для приготування 100 г каталізатора беруть 271,7 г азотнокислого кобальту; 47,8 г азотнокислого цирконіла; 3 г оксиду хрому. Змішення нітратів в заданих кількостях проводиться так, щоб співвідношення всіх компонентів було наступним: Со3О4 - 75,0 %; ZrO2 - 22,0 %; Сr2О3 - 3,0 %. У прикладах 2-8 умови приготування каталізатора аналогічні прикладу 1. Таблиця 1 Результати випробувань різних каталізаторів окиснення аміаку до NО і N2О Склад каталізатора Прототип Приклад 1 Приклад 2 Приклад 3 Приклад 4 Приклад 5 Приклад 6 Приклад 7 Приклад 8 Ступінь конверсії до NО, α % 96,5 97,5 97,4 97,3 97,2 97,1 97,3 97,4 97,4 Таким чином встановлено, що на розробленому каталізаторі, що включає оксиди кобальту, цирконію і хрому отримана мінімальна кількість закису Ступінь конверсії до Ν2О , α % 0,65 0,15 0,16 0,17 0,18 0,19 0,17 0,16 0,16 азоту (І) 0,15 %, що в 4,5 рази менше, ніж на застосованих в промисловості. 5 87611 Джерела інформації 1. Караваев М.М., Засорин А.П., Клещев Н.Ф. Каталітичне окислення аміаку- М.-Химия, 1985. - с. 188-194. Комп’ютерна верстка І. Скворцова 6 2. А.с. СРСР № 1363581, МКИ3 В 01J 23/78 1985. 3. А.с. СРСР № 1771114, МКИ3 В 01J23/84; 27/185, 3 01 В 21/26-1990. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601