Каталізатор для окиснення аміаку

Каталізатор для окиснення аміаку, що містить оксид заліза (III) і модифікуючі домішки, який відрізняється тим, що він містить оксид заліза (III) у вигляді а-модифікації, а як модифікуючі домішки беруть оксиди міді (II), марганцю (II), кадмію (II), Э. иство «Патент» цинку (II) , нікелю (II), кобальту (II), магнію (II), церію (IV) при такому співвідношенні компонентів, мас.%; Вийахід відноситься до каталізаторів для окиснення аміаку, які використовуються, наприклад, для виробництва азотної кислоти. Відомий каталізатор для окиснення аміаку на основі сс-оксиду заліза (III) І модифікуючих домішок - оксидів церію або лантану та галію при такому співвідношенні компонентів (мас. %): оксиди церію або лантану 0,2 - 5,0 оксид галію 0,5 - 5,5 . а-оксид заліза (НІ) решта (див. авт. свидетельство СССР № 856540, 1981. Б И. № 31, М. Кл. В 01 j 23^76). Даний каталізатор проявляє селективність по оксиду азоту (II), яка дорівнює 95,0-96,0% при температурі 850-870Х. На протязі 100 годин селективність каталізатора не змінюється. Однак, підвищення температури (більш ніж 870°С) призводить до зниження селективності каталізатора. Найбільш близьким до запропонованого за технічною сутністю та результатом, який досягається, є каталізатор для окиснення аміаку на основі у-оксиду заліза (Ш) і модифікуючих домішок (мас. %): оксид магнію 2,0-5,5 оксид цирконію 2,0-5,5 у-оксид заліза (III) решта (див. авт. свидетельство СССР № 1214194, 1986, Б И- № 8 М кл. В 01 і 23/76) температур 780-890вС. і зберігає ЇЇ на протязі 160 годин роботи. В основу винаходу поставлено задачу розробки каталізатора, що містить оксид заліза (III) І модифікуючі домішки, шляхом зміни якісного і кількісного складу, щоб забезпечити підвищення селективності, термостабільності та терміну служби каталізатора при підвищеній температурі. Задача, яка була поставлена, вирішується таким чином, що у відомому каталізаторі для окиснення аміаку до оксиду азота (II), що містить оксид заліза (III) і модифікуючі домішки, згідно з винахідом, як оксид заліза (111) беруть а-модифікацію, а як модифікуючі домішки - оксиди міді (II), марганцю (II), кадмію (II), цинку (II), нікелю (II), кобальту (II), магнію(И) і церію (IV) при такому співвідношенні компонентів (мас.%): ОКСИД МІДІ (II) 5,0-9,0 оксид марганцю (II) 4,0-8.0 оксид кадмію (II) 2,0-4,0 оксид цинку (II) 2,0-3,0 оксид нікелю (II) 2,0-3,0 оксид кобальту (II) 1,0-2,0 оксид магнію (It) 1,0-1,5 оксид церію (IV) 0,1-2,0 а-оксид заліза (ПІ) решта оксид міді (II) оксид марганцю (II) оксид кадмію (II) оксид цинку (II) оксид нікелю (II) оксид кобальту (II) оксид магнію (II) оксид церію (IV) а-оксид-заліза (III) 5.0-9,0 4,0-8,0 2,0-4,0 2,0-3,0 2.0-3,0 1,0-2,0 1,0-1,5 0,1-2,0 решта Ноаий якісний та кількісний склад запропонованого каталізатооа забезпечує в порівнянні з CM ю со < Д.В. "Физико-химические основы синтеза окисных катализаторов", "Наука", Новосибирск, 1978). Каталізатор, що пропонується, в інтервалі температур 850-930"С проявляє селективність по оксиду азоту (И), яка дорівнює 95,4-97,0%. Наведена селективність (95,4-97,0%) не знижується на протязі 250 годин роботи каталізатора. Випробування проводились на лабораторній установці проточного типу при витратах аміачно-повітряної суміші (АПС) 150-300 л/год і вмісті аміаку 10,0-11,0 об'ємн.%. Винахід ілюструється прикладами, які наведені нижче. Приклад 1. Для отримання 1 кг готового каталізатора складу (мас. %): оксид міді (її) 5,0 оксид марганцю (II) 4,0 2,0 оксид кадмію (II) 2,0 оксид цинку (II) оксид нікелю (II) 2,0 оксид кобальту (II) 1.0 оксид магнію (II) 1.0оксид церію (IV) 0,1 а-оксид заліза (III) 82,9 беруть вихідні речовини у кількості, що наведена в таблиці 1 Вихідні речовини змішують та нагрівають в сушильній шафі у потоці інертного газу (азот, гелій) при температурі 150Х до отримання твердої маси. Масу, що одержали, охолоджують, роздрібнюють в шаровому млині до розміру частинок не більш ніж 0,5 мм і поміщають у муфельній печі при температурі 400°С на 6 годин в потоці інертного газу. Потім каталізаторну масу термообробляють у муфельній печі на протязі 2 годин при 600°С і 10 годин при 950*0 (інертне середовище). Охолоджена каталізаторна маса роздрібнюється в шаровому млині до діаметра частинок 0,3-0.5 мм, злегка зволожується бідистильованою водою та пресується у таблетки під тиском 1500 кг/см . Таблетки прогріваються в сушильній шафі на повітрі при температурі 400"С протягом 4 годин (повітряна атмосфера). Після охолодження таблетки роздрібнюються на гранули 2x3 мм. Необхідні фракції відбирають після просіювання через набір сит. Каталізатор готовий до використання. Цей каталізатор проявляє селективність по оксиду азоту (И), що дорівнює 95,4% в Інтервалі температур 850-930"С (див. таблицю 2). Селективність каталізатора не знижується протягом 250 годин роботи (див.таблицю 3). Приклад 2. Для отримання 1 кг каталізатора складу (а мас. %у. оксид міді (II) 7,0 оксид марганцю (II) 6,0 оксид кадмію (И) 3,0 оксид цинку (II) 2,5 оксид нікелю (II) • 2,5 складає af.w/o. Наведена селективність не знижується протягом 250 годин роботи каталізатора (див таблицю 3). Приклад 3. Для отримання 1 кг каталізатора складу (в мас. %): оксид міді (II) • 9,0 оксид марганцю (II) 8,0 оксид кадмію (II) 4,0 оксид цинку (II) 3,0 оксид нікелю (II) 3,0 оксид кобальту (II) 2,0 оксид магнію (II) 1,5 оксид церію (IV) 2,0 а-оксид заліза (III) 67,5 беруть вихідні речовини в кількості, що наведена в таблиці 1. Каталізатор готують за методом, який був наведений у прикладі 1 • Селективність цього каталізатора в інтервалі температур 850-930°С складає 96.5%. Вона не знижується протягом 250 годин Його роботи (див. таблицю 3). Приклад 4 (позамежевий склад). Для отримання 1 кг каталізатора складу (в мас. %): оксид міді (И) 4,8 оксид марганцю (II) 3,8 оксид кадмію (II) 1,8 оксид цинку (II) 1,8 оксид нікелю (II) 1,8 оксид кобальту (II) 0,8 оксид магнію (II) 0,9 оксид церію (IV) 0,08 а-оксид заліза (III) 84,22 беруть вихідні речовини в кількості, що наведена в таблиці 1. Каталізатор готують аналогічно прикладу 1Селективність цього каталізатора в інтервалі температур 850-930"С складає 95,1-94,9% (максимальний показник 95,2% при 880-900°С). Після 140 годин роботи каталізатор знижує селективність на 1,0% при температурі випробувань 930"С (див. таблицю 3) Приклад 5 (позамежевий склад). Для отримання 1 кг каталізатора складу (в мас. %): оксид міді (II) 9,2 оксид марганцю (II) 8,2 оксид кадмію (II) 4,2 оксид цинку (II) 3,2 оксид нікелю (II) 3,2 оксид кобальту (II) 2,2 оксид магнію (И) 1,7 оксид церію (IV) 2,2 а-оксид заліза (НІ) * 65,9 беруть вихідні речовини в кількості, що наведена в таблиці 1. Каталізатор готують аналогічно прикладу 1. Селективність цього каталізатора в інтервалі температур 850-930°С складає 95,0-94,7% (максимальний показник 95,1% при 880-900Х). Після 140 годин'роботи каталізатор ЗНИЖУЄ Кількість речовин, яка необ: Вихідні речовини Приклад 1 Прип Cu(NO3)2 -ЗНаО 151.9 2і; Mn(NO3)z 6Н г О 161.9 24Ї Cd(NO 3 ) 2 4Н г О 48.1 72 Zn(NO3)z 6Н2О 73.1 .91 Ni(NO3)z 6НгО 77.9 97 Co(NO3)2 6НгО 38.8 58 Mg(NO3)2 6НгО 62.1 77. Ce(NO3)3 6H2O 2.49 26 FetNOabQHzO 4195.0 ЗВОі Примітка: усі вихідні реагенти кваліфікаї. Селективність каталізаторів т п/п Селе Каталізатор складу за прикладами 830 850 1 Склад № 1 95.2 95.4 2 Склад № 2 ' 96,8 97,0 3 Склад № 3 96.3 96,5 Позамежеві склади 4 Склад Ns 4 94,8 95,1 5 Склад № 5 94,7 95,0 Зміна селективності каталізаторів по оксид 35424 Склад цього каталізатора було підібрано експериментальним шляхом, так як стан сучасної теорії каталізу не дозволяє теоретично передбачати склад каталізаторів з заданими властивостями (див Дзисько В.А., Карнаухов А.П., Тарасова Д В "Физико-химические основы синтеза окисных катализаторов", "Наука", Новосибирск, 1978). Каталізатор, що пропонується, в інтервалі в температур 850-930 С проявляє селективність по оксиду азоту (II), яка дорівнює 95,4-97,0%. Наведена селективність (95,4-97,0%) не знижується на протязі 250 годин роботи каталізатора. Випробування проводились на лабораторній установці проточного типу при витратах аміачно-повітряної суміші (АПС) 150-300 л/год і вмісті аміаку 10,0-11,0 об'єми % Винахід ілюструється прикладами, які наведені нижче. Приклад І. Для отримання 1 кг готового каталізатора складу (мас. %): оксид міді (II) 5,0 оксид марганцю (II) 4,0 оксид кадмію (II) 2,0 оксид цинку (II) 2,0 оксид нікелю (II) 2,0 оксид кобальту (II) 1,0 оксид магнію (II) 1,0оксид церію (IV) 0,1 а-оксид заліза (III) 82,9 беруть вихідні речовини у кількості, що наведена в таблиці 1. Вихідні речовини змішують та нагрівають в сушильній шафі у потоці інертного газу (азот, гелій) при температурі 150°С до отримання твердої маси. Масу, що одержали, охолоджують, роздрібнюють в шаровому млині до розміру частинок не більш ніж 0,5 мм і поміщають у муфельній печі при температурі 400°С на 6 годин в потоці інертного газу Потім каталізаторну масу термообробляють у муфельній печі на протязі 2 годин при 600'С і 10 годин при 950*43 (інертне середовище). Охолоджена каталізаторна маса роздрібнюється в шаровому млині до діаметра частинок 0,3-0,5 мм, злегка зволожується бідистильованою водою та пресується у таблетки під тиском 1500 кг/см . Таблетки прогріваються в сушильній шафі на повітрі при температурі 400°С протягом 4 годин (повітряна атмосфера). Після охолодження таблетки роздрібнюються на гранули 2x3 мм. Необхідні фракції відбирають після просіювання через набір сит. Каталізатор готовий до використання. Цей каталізатор проявляє селективність по оксиду азоту (II), що дорівнює 95,4% в інтервалі температур 850-930Х (див. таблицю 2). Селективність каталізатора не знижується протягом 250 годин роботи (див. таблицю 3). Приклад 2. Для отримання 1 кг каталізатора складу (в мас. %): оксид міді (II) 7,0 оксид марганцю (II) 6,0 оксид кадмію (II) 3,0 оксид цинку (II) 2,5 оксид нікелю (II) 2,5 оксид кобальту (it) 1,5 оксид магнію (II) 1,25 оксид церію (IV) 1,05 а-оксид заліза (НІ) 75,2 беруть вихідні речовини в кількості, що вказана в таблиці 1. Каталізатор готують аналогічно прикладу 1. Селективність цього каталізатора в інтервалі температур 850-930Х складає 97,0%. Наведена селективність не знижується протягом 250 годин роботи каталізатора (див таблицю 3). Приклад 3 Для отримання 1 кг каталізатора складу (в мас %): оксид міді (II) • 9,0 оксид марганцю (II) 8,0 оксид кадмію (II) 4,0 оксид цинку (II) 3,0 оксид нікелю (II) 3,0 оксид кобальту (II) 2,0 оксид магнію (II) 1,5 оксид церію (IV) 2,0 а-оксид заліза (III) 67,5 беруть вихідні речовини в кількості, що наведена в таблиці 1. Каталізатор готують за методом, який був наведений у прикладі 1. Селективність цього каталізатора в інтервалі температур 850-930Х складає 96,5%. Вона не знижується протягом 250 годин його роботи (див. таблицю 3). Приклад 4 (позамежевий склад). Для отримання 1 кг каталізатора складу (в мас. %): оксид міді (II) 4,8 оксид марганцю (II) 3,8 оксид кадмію (II) 1,8 оксид цинку (II) 1,8 оксид нікелю (II) 1,8 оксид кобальту (II) 0,8 оксид магнію (II) 0,9 оксид церію (IV) 0,08 а-оксид заліза (ill) 84,22 беруть вихідні речовини в кількості, що наведена в таблиці 1. Каталізатор готують аналогічно прикладу 1. Селективність цього каталізатора в інтервалі температур 850-930°С складає 95,1-94,9% (максимальний показник 95,2% при 880-900°С). Після 140 годин роботи каталізатор знижує селективність на 1,0% при температурі випробувань 930°С (див. таблицю 3) Приклад 5 (позамежевий склад). Для отримання 1 кг каталізатора складу (в мас. %): оксид міді (II) 9,2 оксид марганцю (II) 8,2 оксид кадмію (II) 4,2 оксид цинку (II) 3,2 оксид нікелю (II) 3,2 оксид кобальту (II) 2,2 оксид магнію (II) 1,7 оксид церію (IV) 2,2 а-оксид заліза (III) - 65,9 беруть вихідні речовини в кількості, що наведена в таблиці 1. Каталізатор готують аналогічно прикладу 1. Селективність цього каталізатора в інтервалі температур 850-930Х складає 95,0-94,7% (максимальний показник 95,1% при 880-900°С). Після 140 годин 'роботи каталізатор знижує селективність на 1,3% при температурі випробувань 930вС (див. таблицю 3). Використання запропонованого каталізатора для окислення аміаку дозволяє підвищити селек 35424 тивність, термостабільність і термін його служби в порівнянні з відомим, що дозволяє при рівних витратах енергетичних ресурсів отримати продукт з меншою собівартістю. Запропонований каталізатор дозволяє економити матеріальні та фінансові ресурси держави. Таблиця 1 Юлькість речовин, яка необхідна для виготовлення 1 кг каталізатору (г) Вихідні речовини 1 Ласа речовини, г Приклад 1 Приклад 2 Приклад 3 Приклад 4 Приклад 5 Cu(NO3)2 ЗН2О 151.9 212.6 273.4 145.8 279.4 Mn(NO3)z 6H2O 161.9 242.8 323.7 153.8 331.8 Cd(NCb)2 4Н2О 48.1 72.1 96.1 43.2 100.9 Zn(NO3)2 6H2O 73.1 , 91.4 109.7 65.8 117.0 Ni(NO3)2 6H2O 77.9 97.3 116.8 70.1 124.6 Co(N0 3 ) 2 6H2O 38.8 58.3 77.7 31.1 85.5 Mg(NO3)2 6H2O 62.1 77.6 93.1 55.9 105.56 Ce(NO3)3 6H2O 2.49 26.1 49.7 1.99 54.7 Fe(NO3)3 9H2O 4195.0 3805.3 3415.7 4261.8 3334.7 Примітка: усі вихідні реагенти кваліфікації "ч.д.а. Селективність каталізаторів по N0 прирізних температурних умовах Каталізатор складу за прикладами N8 п/п Таблиця 2 Селективність каталізатора (%) при температурі (°С) 830 850 880 900 930 .950 1 Склад № 1 95,2 95,4 95,4 95,4 95,4 95,2 2 Склад № 2 ' 96,8 97,0 97,0 97,0 97,0 96,8 3 Склад №3 96,3 96,5 96,5 96,5 96,5 96,2 Склад №4 94,8 95,1 95,2 95.2 94,9 94,6 Склад №5 94,7 95,0 95,1 95,1 94,7 94,3 Позамежеві склади 4 5 • Таблиця З Зміна селективності каталізаторів по оксиду азота (II) від часу роботи (температура процесу 930"С) На піп Каталізатор складу за прикладами Селективність каталізатора(%) після роботи (год) 50 1 2 3 4 5 Склад № 1 Склад №2 Склад №3 Позамежеві склади Склад №4 Склад № 5 too 140 200 250 260 95,4 97,0 96,5 95.4 97,0 96,5 95,4 97,0 96,5 95.4 97,0 96,5 95,4 97,0 96,5 95,3 96,9 96.3 94,9 94,7 94,5 94,2 93,9 93.4 93,6 93,0 93,2 92,7 І 35424 Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122)3-72-89 (03122)2-57-03