Способ приготовления катализатора
Владельцы патента RU 2703560:
Акционерное общество "Екатеринбургский завод по обработке цветных металлов" (RU)
Изобретение относится к способам приготовления катализатора, например, для окисления аммиака и углеводородсодержащих газов, и направлено на получение равномерного покрытия поверхности носителя с усиленной адгезией, позволяющего увеличить рабочий ресурс катализатора, повысить производительность производства и снизить его стоимость. Способ приготовления катализатора включает предварительную термическую обработку инертного носителя в токе воздуха или кислорода, последовательное нанесение на его поверхность промежуточного покрытия из оксида алюминия и платины и осуществление сушки. Перед термической обработкой осуществляют обезжиривание поверхности носителя. Промежуточное покрытие из оксида алюминия получают водным раствором соли алюминия следующего состава, мас.%: девятиводный нитрат алюминия 3,5-5,0; аммиак водный (25% концентрации) 1,4-1,8; гелеобразующая добавка на основе целлюлозы 0,25-0,35; ПАВ 0,1-0,15; вода остальное до 100. 1 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 пр.
Изобретение относится к способам приготовления катализатора, например, для окисления аммиака и углеводородсодержащих газов и может быть использовано преимущественно в производстве азотной кислоты.
Известен способ приготовления катализатора, включающий предварительную термическую обработку инертного носителя в токе воздуха или кислорода, нанесение на его поверхность промежуточного покрытия из оксида алюминия и одного или нескольких металлов платиновой группы и осуществление сушки (п. РФ №2169614, МПК B01J 37/025, B01J 23/63, оп. 27.06.2001 г.).
Недостатком известного способа является недостаточная механическая прочность для использования в процессах высокотемпературного (до 950°С) каталитического окисления аммиака и углеродсодержащих газов из-за его большой толщины и пористости, небольшой ресурс работы из-за многочасовой длительности операций, плохая регенерация и утилизация катализатора, полученная по известному способу из-за его высокой пористости.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ приготовления катализатора, включающий предварительную термическую обработку инертного носителя в токе воздуха или кислорода, последовательное нанесение на его поверхность промежуточного покрытия из оксида алюминия и одного или нескольких металлов платиновой группы и осуществление сушки, причем промежуточное покрытие - оксид алюминия наносят из геля, полученного совмещением в воде исходных компонентов при следующем их соотношении, мас. %: азотнокислый алюминий девятиводный 3-10, аммиак водный (25% концентрации) 1,7-5,5, ПАВ ионогенный 0,25-1,0, вода (остальное) до 100 (п .РФ №2378051, МПК B01J 37/025, B01J 23/40, оп. 10.01.2010 г.).
Недостатками известного способа являются недостаточная равномерность покрытия платиной поверхности носителя из-за того, что в процессе нанесения платиновый раствор под действием силы тяжести скапливается преимущественно в нижней части сетки, а также частичное осыпание с поверхности носителя плакирующего слоя в процессе эксплуатации из-за того, что адсорбции плакирующего слоя оксида алюминия мешают продукты сгорания смазочных материалов, которые всегда присутствуют на исходной сетке.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является разработка способа изготовления катализатора, который дает возможность получить равномерное покрытие поверхности носителя с усиленной адгезией, позволяющего увеличить рабочий ресурс катализатора, повысить производительность производства и снизить его стоимость.
Поставленная задача решается следующим образом.
Способ приготовления катализатора, включающий предварительную термическую обработку инертного носителя в токе воздуха или кислорода, последовательное нанесение на его поверхность промежуточного покрытия из оксида алюминия и платины и осуществление сушки, согласно заявляемому техническому решению, перед термической обработкой осуществляют обезжиривание поверхности носителя, а промежуточное покрытие из оксида алюминия получают водным раствором соли алюминия следующего состава, мас. %:
| девятиводный нитрат алюминия | 3,5-5,0 |
| аммиак водный (25% концентрации) | 1,4-1,8 |
| гелеобразующая добавка на основе целлюлозы | 0,2-0,35 |
| ПАВ | 0,1-0,15 |
| вода | остальное до 100 |
При этом платиновое покрытие наносят из водного раствора платиновой соли следующего состава, мас. %:
| платиновая соль | 6,0-6,5 |
| аммиак водный (25% концентрации) | 2,0-4,0 |
| гелеобразующая добавка на основе целлюлозы | 0,7-0,9 |
| ПАВ | 0,1-0,15 |
| Вода | остальное до 100 |
Предварительное обезжиривание поверхности носителя позволяет удалить с его поверхности остатки смазки, что при последующем окислительном обжиге позволяет образовываться на поверхности сетки хорошо сцепленному с основой магнетиту, что улучшает адгезию к основе следующих наносимых покрытий. Применение гелеобразующей добавки на основе целлюлозы при нанесении промежуточного слоя оксида алюминия и финишного слоя платины позволяет равномерно распределить по поверхности носителя водные растворы наносимых солей, не допуская стекания растворов под действием силы тяжести.
Указанные пределы составляющих водного раствора соли алюминия и водного раствора платиновой соли необходимы и достаточны для получения равномерного покрытия поверхности носителя с усиленной адгезией, позволяющего увеличить рабочий ресурс катализатора.
Выход за указанные параметры приводит к снижению величины каталитической активности и срока службы катализатора. Это связано с тем, что качественный и количественный состав водных растворов напрямую связан с качеством и количеством наносимого промежуточного покрытия и финишного слоя платины: покрытия могут быть слишком тонкими, в результате чего поверхность будет недостаточно развитой для получения высококачественного катализатора, или неравномерными, в результате чего возможно появление трещин в процессе термообработки, что приведет в дальнейшем к частичному осыпанию покрытия.
Наличие отличительных от прототипа существенных признаков позволяет считать заявляемый способ новым.
Из уровня техники не выявлены технические решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками заявляемого объекта, поэтому он соответствует критерию изобретательского уровня.
Возможность осуществления заявляемого способа в промышленности позволяет считать его соответствующим критерию промышленной применимости.
Заявляемый способ иллюстрируется следующим примером.
В качестве инертного носителя использовали металлическую сетку из нержавеющей стали Х23Ю5Т с диаметром проволоки 0,5 мм. Сетку опускали в раствор моющего средства «Персей» и выдерживали при комнатной температуре и перемешивании в течение 2,0-2,5 часа, затем промывали проточной водопроводной водой. Далее сетку подвергали предварительному окислительному обжигу в течение 12 часов при температуре 900°С. На обработанную сетку наносили оксид алюминия из водного раствора, состоящего из следующих компонентов, мас. %: азотнокислый алюминий девятиводный -3,5, аммиак водный (25% концентрации) - 1,5, гелеобразующая добавка на основе целлюлозы (эфир целлюлозы) - 0,3, ПАВ (смачиватель ОП-10) - 0,1, вода - до 100. Полученную сетку в течение 2 часов отжигали в печи при температуре 500°С и наносили платиновое покрытие из водного раствора следующего состава, мас. %: платиновая соль - 6,0, аммиак водный (25% концентрации) - 2,0, гелеобразующая добавка на основе целлюлозы (эфир целлюлозы) - 0,7, ПАВ (смачиватель ОП-10) - 0,1, вода - до 100. Полученную сетку отжигали при температуре 500° в течение 2 часов.
Полученный катализатор испытывали в реакции окисления аммиака на опытной установке при следующих параметрах проведения процесса:
- диаметр реактора (рабочий размер катализаторных сеток) - 52 мм;
- давление-6,3 бар изб. (абсолютное давление 7,3 бар);
- концентрация аммиака в аммиачно-воздушной смеси - 10,0-10,5% от объема;
- температура оксида азота - 900°С;
- загрузка реакторов - 40,0 тН (м2д).
Степень превращения аммиака в окись азота на катализаторном пакете из трех сеток составила 92,8% в начале процесса конверсии и 92,0% в конце опытного пробега через 52 часа работы.
Таким образом, заявляемый способ позволяет изготовить катализатор, который дает возможность получить равномерное покрытие поверхности носителя с усиленной адгезией, позволяющего увеличить рабочий ресурс катализатора, повысить производительность производства и снизить его стоимость.
1. Способ приготовления катализатора, включающий предварительную термическую обработку инертного носителя в токе воздуха или кислорода, последовательное нанесение на его поверхность промежуточного покрытия из оксида алюминия и платины и осуществление сушки, отличающийся тем, что перед термической обработкой осуществляют обезжиривание поверхности носителя, а промежуточное покрытие из оксида алюминия получают водным раствором соли алюминия следующего состава, мас.%:
| девятиводный нитрат алюминия | 3,5-5,0 |
| аммиак водный (25% концентрации) | 1,4-1,8 |
| гелеобразующая добавка на основе целлюлозы | 0,25-0,35 |
| ПАВ | 0,1-0,15 |
| вода | остальное до 100 |
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что платиновое покрытие наносят из водного раствора платиновой соли следующего состава, мас.%:
| платиновая соль | 6,0-6,5 |
| аммиак водный (25% концентрации) | 2,0-4,0 |
| гелеобразующая добавка на основе целлюлозы | 0,7-0,9 |
| ПАВ | 0,1-0,15 |
| вода | остальное до 100 |
