CC BY
48
службы катализатора. В условиях промышленной эксплуатации катализаторы должны выдерживать нагрев до 11000С при объемных скоростях 1000-10000 ч- .
В процессе разложения аммиака нами были испытаны никельсодержащие катализаторы, отличающиеся различным содержанием активных компонентов. Образец КДА-10А содержит 8,7% СаО и 63% А^. Образец КДА-18А содержит 77% А^3. Остальные образцы приготовлены на носителе НИАП-22.
Концентрация аммиака на входе в реактор составляет 3% об. (остальное - аргон), объемная скорость 5000 ч-1 , объем загружаемого катализатора - 4 мл, температура -8500С. Результаты эксперимента представлены в таблице 1.Таким образом все испытанные образцы обладают высокой активностью в процессе крекинга аммиака и обеспечивают остаточное содержание аммиака в отходящих газах не более 0,08 % об.
Список литературы
1Ефремов, В.Н. Очистка от аммиака низкоконцентрированных содержащих аммиак вентиляционных выбросов/ В.Н. Ефремов, А.Н. Ефремов, В.В. Левченко, Н.С. Расторгуева, Е.З. Голосманн// Хим. пром., 1995, № 10.- С. 43-48.
2. Сауль, О.П. Оценка стабильности катализатора разложения аммиака 01-11 (ВАББ) в условиях коксохимического производства и подбор отечественных катализаторов для этого процесса/ О.П. Сауль, О.И. Платонов, Е.З. Голосман, Е.И. Андрейков, В.Н. Егоров, И.И. Мельников, Р.И. Щукина //Катализ в промышленности, 2006, № 2.- С. 34-39.
3. Голосман, Е.З. Катализаторы для процессов получения защитных атмосфер/ Е.З. Го-лосман//Сталь, 1996, № 8.- С. 55-57.
4. Голосман, Е.З. Очистка технологических и выбросных газов с использованием промышленных цементсодержащих катализаторов/ Е.З. Голосман//Хим. технология, 2000, № 12.- С. 25-35.
УДК 66.097.3:66.094.1
М.А. Кишкинская, Г.В. Мещеряков, М.И. Квасова
Новомосковский институт Российского химико-технологического университета им. Д. И. Менделеева, Новомосковск, Россия
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО СОСТАВА ИЗНОСОУСТОЙЧИВОГО КАТАЛИЗАТОРА СИНТЕЗА МЕТАНОЛА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ НА ХРОМАЛЮМОБОРАТНОМ НОСИТЕЛЕ
The increase of the capacity of the industrial equipment makes a high demand to the mechanical durability of the catalysts which can be satisfied by the use of the catalysts on the carriers.
For preparing an active wearstability copper-containing catalyst of synthesis of the methanol the oxide chromic aluminum boron carrier is the most perspective carrier, which has high mechanical durability and developed porous structure.
Увеличение единичной мощности промышленного оборудования предъявляет повышенные требования к механической прочности катализаторов, которые могут быть удовлетворены использованием катализаторов на носителях.
Для приготовления активного медьсодержащего износоустойчивого катализатора синтеза метанола перспективным является оксидный хромалюмоборатный носитель, обладающий высокой механической прочностью и развитой пористой структурой.
С целью определения оптимального состава наносимой на хромалюмоборатный носитель контактной массы для износоустойчивого катализатора синтеза метанола на
основе оксидов меди, цинка, хрома и алюминия, а также оценки влияния каждого оксида на активность катализатора был применен метод планирования эксперимента. В качестве независимых факторов были выбраны: Х1-мольное отношение оксидов цинка и меди; Х2-мольное отношение оксидов хрома и меди; Хз- мольное отношение оксидов алюминия и меди. Основной уровень Х°{, интервал варьирования Д Х{ для катализатора были выбраны на основании предварительно проведенных исследований. Для определения коэффициентов линейного уравнения регрессии:
У = Ьо + Ь1Х1 + Ь2Х2 + ЬзХз
з
использовали полуреплику от ПФЭ 2 с генерирующим соотношением:
хз=х№
Дисперсность воспроизводимости, ошибку коэффициентов уравнения регрессии и ^отношения для них определяли по известной методике [1]. Активные компоненты наносили методом пропитки на хромалюмоборатный носитель.
Для приготовления пропиточных растворов использовали азотнокислые соли. Число циклов "пропитывание-прокаливание" соответствовало трем. Пропитку носителя растворами азотнокислых солей проводили при 80 °С в течение двух часов. Затем гранулы катализатора сушили при 120 °С и прокаливали при постепенном подъеме температуры при 550 °С в течение четырех часов. Катализатор испытывали при давлении 30 МПа и при температурах 220, 260 и 300 °С.
В результате исследования определяли производительность катализатора по сырцу. Оптимизацию составов наносимых активных масс проводили методом "крутого восхождения", используя уравнения регрессии, описывающих максимальную производительность исследуемого образца катализатора. При "крутом восхождении" незначимый параметр Х1 фиксировался на основном уровне, а значимые параметры Х2 и Хз изменяли в соответствии со знаком ^отношения и рассчитанным шагом варьирования.
В результате обработки экспериментальных данных получены уравнения регрессии, характеризующие выход метанола-сырца, метанола:
У1 = 17,2+3,12х1+3,12х2-6,25хз; У2 = 475,25+27,81х1-22,19х2-324,7хз; уз = 842,2+200,8х1-143,8х2-300хз.
Износоустойчивый катализатор испытывали при давлении 30 МПа, объемной
з 1 о
скорости 50-10 ч" и температурах 220, 260, 300 С. Условия опытов и результаты испытаний износоустойчивого катализатора представлены в таблице 1.
Таблица 1. Условия опытов и результаты исследований износоустойчивого катализатора
№ опыта СиО ZnO СГ2О3 AI2O3 Производительность мл/л-ч
220 °С 260 °С 300 °С
хо Х1 Х2 Х5 У1 У2 Уз
1 1 0,7 0,2 0,1 12,5 1,45 140,9
2 1 1,1 0,4 0,05 13,25 429,3 1227,4
3 1 0,7 0,4 0,1 0 0,285 80,7
4 1 1,1 0,2 0,05 0 12,45 15,85
5 1 0,7 0,2 0,05 14,6 1420,28 1440,0
6 1 1,1 0,4 0,1 11,8 1244,0 1770,2
7 1 0,7 0,4 0,05 0 12,25 14,38
8 1 1,1 0,2 0,1 0 47,85 427,3
В таблице 2 приведены 1 - отношения для всех коэффициентов уравнений регрессии по выходу метанола-сырца.
Анализ экспериментальных данных приводит к выводам:
• Содержание оксида цинка в нанесенной контактной массе близко к оптимальному.
• Для увеличения производительности катализатора содержание оксидов хрома и алюминия необходимо уменьшить относительно основного уровня.
Таблица 2. I -отношения коэффициентов уравнений регрессии по выходу метанола-сырца для
износоустойчивого катализатора
№ 1 -отношения для параметров Температура синтеза, °С
220 280 з00
метанол-сырец
11 2п0/ Си0 1,76* 1,55* 0,87*
12 Сг20з/ Си0 -44,76 -з9,85 -42,з1
1з АЬ0з/ Си0 -1з,00 -9,06 -6,75
10 44,76 5з,25 47,5з
*Незначимые 1 - отношения
Условия эксперимента и результаты опытов по оптимизации состава катализатора представлены в таблице 3.
Наибольшую производительность по метанолу - сырцу показали образцы № 29, 30 и 31. Оптимальный состав наносимой на хромалюмоборатный износоустойчивый носитель контактной массы для катализатора:
СиО : 0,92п0 : (0,005^0,015)Сг20з.
Таблица 3. Условия эксперимента и результаты опытов по оптимизации состава
износоустойчивого катализатора
№ опыта Х1 Х2 Хз Производительность, мл/л-ч
2п0/Си0 Сг20з/Си0 АЬ0з/Си0
Х° 0,9 0,25 0,075
ДХ 0,2 0,1 0,025
ь -14з,8 -з00 Уз У4 У5
Ъ-Д Х -14,з8 -7,5
Шаг варьир-я уменьшение в 500 раз
-0,008 260°С 280°С з00°С
9 0,09 0,25 0,075
12 0,9 0,2 0,05 267,5 750,75 1408,8
16 0,9 0,15 0,0з5 212,48 1з15,з 1552,5
26 0,6 0,1 0,005
27 0,8 0,5 0,0
28 1,2 0,2 0,0
29 0,9 0,015 0,0 з129,5 зз40 2875
з0 0,9 0,005 0,0 з150 зз17 з2з5
з1 0,9 0,015 0,0 з150 з9з0 2945
Анализ результатов опытов по оптимизации показал, что активность износоустойчивого катализатора возрастает с уменьшением добавок Сг203 и А120з от основного уровня. Принимая во внимание исследования износоустойчивого катализатора синтеза метанола для работы под давлением 30 МПа предложен катализатор химического состава:
АЬОз : 0,16СиО : 0,1452п0 : 0,19Сг20з : 0,21В20З.
Список литературы
1. Ахназарова, С.Л. Оптимизация эксперимента в химической технологии. Учебное пособие для химико-технологических вузов/ С.Л.Ахназарова, В.В.Кафаров. - М.: Высшая школа, 1978. - 319 с.
