CC BY
60
УДК 661.862.22: 66.093.48
В. А. Васильев. Э. А. Каралин. К. Н. Галямова, А. В. Опаркин, А. Р. Гарифуллин
ИЗМЕНЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ АЛЮМООКСИДНОГО
КАТАЛИЗАТОРА ДЕГИДРАТАЦИИ 1-ФЕНИЛЭТАНОЛА
В УСЛОВИЯХ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОЦЕССА
Ключевые слова: каталитическая дегидратация, 1-фенилэтанол, оксид алюминия, механическая прочность.
Исследовано изменение механической прочности алюмооксидных катализаторов газофазной дегидратации 1-фенилэтанола в условиях промышленной эксплуатации.
Keywords: catalytic dehydration, 1-phenylethanol, alumina, mechanical strength.
Changes in the mechanical strength of alumina catalysts for gas phase dehydration of 1-phenylethanol under industrial conditions has been investigated.
Введение
Дегидратация 1-фенилэтанола (1-ФЭТ) в стирол является одной из четырёх стадий процесса совместного получения оксида пропилена и стирола (PO/SM-процесс [1]). Первые заводы, использующие данную технологию, появились в 70-х годах прошлого века; в России процесс PO/SM реализован на объединении «Нижнекамскнефтехим» (производство функционирует с 1982 года) [2]. В отечественной технологии, газофазная дегидратация 1-ФЭТ осуществляется в присутствии активного оксида алюминия в адиабатическом реакторе с неподвижным слоем катализатора. Рабочие температуры процесса 250^320°C [3]. Для снижения парциального давления углеводородов и компенсации эндотермического эффекта целевой реакции используется молярный избыток воды до 10 моль на моль 1-ФЭТ. С периодичностью ~ один раз в месяц осуществляется окислительная регенерация катализатора (водяной пар + воздух при температурах порядка 500°С) [4].
На сегодняшний день срок промышленной эксплуатации алюмооксидного катализатора дегидратации АОК 63-22/К (производитель - АО «Катализатор», г. Новосибирск; ТУ 6-68-146-02, фазовый состав - у + х - оксиды алюминия; лимитируемые примеси - Na2O не более 0,1 %-мас., железа (III) не более 0,05 %-мас.) в соответствии с технологическим регламентом составляет 1 год [5]. Возможность использования отработанного АОК 63-22/К в качестве носителя для приготовления катализаторов неподвижного слоя была рассмотрена нами ранее в работах [6,7].
Для оценки возможности увеличения срока промышленной эксплуатации АОК 63-22/К в основном процессе, нами исследовано изменение механической прочности образцов отработанного катализатора в зависимости от места его расположения в реакторе.
Известно, что для катализаторов, применяющихся в неподвижном, кипящем и движущемся слоях, требования к механической прочности значительно различаются. В первом случае, основным критерием является прочность гранул на раздавливание; для кипящего слоя прочность на раздавливание не имеет
значения, но важна стойкость зерен на истирание. Для катализаторов в движущемся слое важно и то, и другое [8].
Экспериментальная часть и обсуждение результатов
Для определения механической прочности на раздавливание (МПР) катализаторов использовалась универсальная испытательная машина серии Лв8-5кМХ (компании Shimadzu, Япония). Принцип заключается в определении усилия при равномерном сжатии (скорость 20мм/мин) гранулы между двумя параллельными плоскостями. Отметим, что поскольку в подавляющем большинстве случаев в промышленных партиях катализатора невозможно добиться одинаковых линейных размеров гранул, корректный пересчет абсолютной разрушающей нагрузки для единичной гранулы в удельную нагрузку на единицу линейного размера (например, Н/мм) вызывает затруднения. В связи с этим, в качестве характеристики механической прочности мы использовали абсолютное значение разрушающего усилия отдельной гранулы.
Экспериментальные значения МПР (выборка - 90 измерений) для исходного, и двух образцов отработанного катализатора АОК 63-22/К из входного и выходного сечения слоя (высоко- и низкотемпературная зоны реактора) приведены в табл. 1. На рис. 1-3 для той же выборки приведено относительное распределение МПР гранул в узких диапазонах с шагом 20 Н/гранула.
Таблица 1 - Механическая прочность гранул катализатора в различных сечениях аппарата
Катализатор МПР, Н/гранула
Средняя Min Max
Свежий 51 33 97
Входное сечение 37 19 81
Выходное сечение 38 18 68
Результаты исследования показывают, что при эксплуатации в условиях промышленного процесса механическая прочность гранул катализатора АОК 63-22/К снижается на ~30 % вне зависимости от его расположения в реакторе. Для свежего катализатора основная доля гранул имеет прочность на уровне 40*60 Н, при этом 20 % гранул имеют прочность свыше 60 Н. Прочность гранул отработанного катализатора смещается в диапазон 20-40 Н/гранула, а количество гранул с прочностью свыше 60 Н не превышает 3 %.
Литература
1. B.S. Kwak, T.J. Kim, I.L. Sang, Applied Catalysis A: General, 238, 1, 141-148 (2003).
2. Сайт химического портала rcc.ru: http://rcc.ru/Rus/Chemicals/
3. П.А. Кирпичников, В.В. Береснев, Л.М. Попова, Альбом технологических схем основных производств промышленности синтетического каучука. Химия, Л, 1986. 224 с.
4. Пат. РФ 2019289 (1994).
5. И. В. Солдатов, Э. А. Каралин, А. С. Павлов, А. Г. Абрамов, Д. В. Ксенофонтов, Х. Э. Харлампиди, Вестник Казанского Технологического Университета, 2, 47-49 (2009)
6. Э.А. Каралин, Д.В. Ксенофонтов, И.В. Солдатов, Н.П. Мирошкин, Х.Э. Харлампиди, А.Г. Абрамов, А.С. Павлов, Т.В. Туркова, А.И. Алешин, Т.В. Борисова, Н.В. Елохина, Катализ в промышленности, 2, 50-53 (2010).
7. Д.Т. Мухамадиев, А.Г. Абрамов, Э.А. Каралин, Д.В. Ксенофонтов, Вестник Казанского Технологического Университета, 7, 290-293 (2010).
8. О.В. Крылов, Гетерогенный катализ: Учебное пособие для вузов. Академкнига, Москва, 2004. 679 с.
^ 60,0 ф
& 500
л m
ш 40,0 m о if
а 30,0
ю
о
§ 200 а
10,0
0,0-1---'---i-1-1-i-
20-40 40-60 60-80 80-100
Прочность на раздавливание, Н/гранулу
Рис. 3 - Отработанный катализатор (низкотемпературная зона)
© В. А. Васильев - инженер кафедры ОХТ КНИТУ, [email protected]; Э.А. Каралин - д.т.н., профессор кафедры ОХТ КНИТУ; К. Н. Галямова - студент КНИТУ; А. В. Опаркин - аспирант кафедры ОХТ КНИТУ; А. Р. Гарифуллин - аспирант кафедры ПНТВМ КНИТУ.
© V. А. Vasilyev- Engineer of The Department of General Chemical Technology KNRTU, [email protected]; E. A. Karalin -Dr. Tech. Sci, professor of The Department of General Chemical Technology KNRTU; K.N. Galyamova - Student KNRTU; A. V. Oparkin - Postgraduate student of The Department of General Chemical Technology KNRTU; A. R. Garifullin - Postgraduate student of The Department of Plasma Technology and Nanotechnology of High Molecular Weight Materials KNRTU.
Рис. 1 - Свежий катализатор
^ 70,0 ф
t 600 JJ
ш 50,0
m
m
1400 § 30,0
a 20,0 10,0
20-40 40-60 60-80 80-100
Прочность на раздавливание,Н/гранула
Рис. 2 - Отработанный катализатор (высокотемпературная зона)
В0,0
70,0
60,0
50,0
40,0
30,0
20,0
0,0
