каталитический элемент для конверсии аммиака

Формула изобретения

Каталитический элемент для конверсии аммиака в виде пакета сетчатых платиноидных элементов с разделительными прокладками из неметаллических материалов, отличающийся тем, что разделительные прокладки модифицированы активной фазой на основе платины, или палладия, или окиси хрома, или окиси кобальта, при этом содержание активной фазы составляет 0,0001 - 0,01% от массы разделительной прокладки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам каталитических элементов, применяемых в производстве азотной кислоты контактным способом и других процессах, где есть стадия каталитической конверсии аммиака.

Известен каталитический элемент, состоящий из платины -первый слой, палладия - второй слой, третий слой состоит из платины или огнеупорных материалов в виде сетки (з-ка Франции N 2445173, кл. B 01 J 23/52, 1980).

Недостатком устройства является невысокая его эффективность из-за большого времени выхода на оптимальный режим (более 2-х суток), высокий коэффициент потерь платины.

Известен также катализатор для конверсии аммиака, в котором предлагается структура каталитического пакета с использованием разделительных прокладок, содержащих не менее 0,01 мас.% активного металла на носителе - оксиде кремния и/или оксиде алюминия в форме тканых и нетканых волокнистых материалов (патент РФ N 2069584, кл. B 01 J 23/38, 1996).

Недостатком известного катализатора для конверсии аммиака является необходимость длительного периода его работы для выхода на оптимальный режим, связанный с активацией поверхности каталитического пакета.

Наиболее близким по технической сущности является каталитический элемент для конверсии аммиака в виде пакета сетчатых платиноидных элементов с разделительными прокладками из неметаллических материалов (патент РФ N 2069585, кл. B 01 J 23/42, 1996 г. - прототип)

Недостатком этого элемента является необходимость такого же по продолжительности времени (около 2-х суток) для выхода каталитического элемента на оптимальный режим.

Задачей настоящего изобретения является ускорение выхода каталитического элемента на оптимальный режим в течение 1-1,5 суток при сохранении расходного коэффициента платиноидов на уровне 0,055 - 0,065 г/т.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном каталитическом элементе для конверсии аммиака в виде пакета сетчатых платиноидных элементов с разделительными прокладками из неметаллических материалов разделительные прокладки модифицированы активной фазой на основе платины или палладия, или окиси хрома, или окиси кобальта, при этом содержание активной фазы составляет 0,0001 - 0,01% от масс разделительной прокладки.

Технический результат от использования изобретения достигается за счет того, что активные разделительные прокладки, особенно на начальном этапе включения катализаторного пакета в процесс конверсии, способствуют сокращению периода выхода на оптимальный режим (с точки зрения конверсии) всего катализаторного пакета. Одновременно активизированные разделительные прокладки сохраняют выполнение своих основных функций антипульсационной защиты платиноидных катализаторных сеток, которые позволяют снижать потери платиноидов, играя роль своего рода демпфера (амортизатора).

Пример 1 (прототип)

Катализаторный пакет для агрегата АК-72 формируется из шести сеток (диаметр сетки 3800 мм) платино-родий-палладиевого сплава, каждая из которых послойно разделена кремнеземными сетками с размером свободной ячейки 10 мм.

Измерение конверсии производится после розжига катализаторных сеток соответственно через 2 часа, через 10 часов и через 24 часа.

Результаты измерения приведены в таблице.

Штатная конверсия (95,5%) достигается только через 48 часов после пуска агрегата.

Пример 2

Аналогичен примеру 1, но кремнеземные разделительные прокладки содержат каталитически активную фазу - платину в количестве 0,01 мас.%.

Платинирование осуществляется путем пропитывания кремнеземной сетки раствором платинохлористоводородной кислоты соответствующей концентрации, сушке сетки и последующем разложении H₂PtCl₆6H₂O при термообработке сетки.

Результаты измерения после пуска агрегата сведены в таблицу.

Штатная конверсия (95,5%) достигается уже через 24 часа после пуска агрегата (после розжига платиноидных сеток).

Для сравнения: 1 день работы агрегата АК-72 при конверсии на 5% ниже штатной приводит к снижению выработки товарной азотной кислоты на 50 т.

Пример 3

Аналогично примеру 2, но кремнеземные разделительные прокладки содержат каталитически активную фазу - платину в количестве 0,001 мас.%.

Результаты измерения после пуска агрегата с указанным пакетом платиноидных сеток сведены в таблицу.

Штатная конверсия (95,5%) достигается через 27 часов.

Пример 4

Аналогичен примеру 3, но кремнеземные разделительные прокладки содержат каталитически активную фазу - платину в количестве 0,0001 мас.%.

Результаты измерения после пуска агрегата сведены в таблицу.

Штатная конверсия (95,5%) достигается через 29 часов.

Пример 5.

Аналогичен примеру 4, но кремнеземные разделительные прокладки содержат каталитически активную фазу - палладий в количестве 0,0001 мас.%.

Нанесение палладия на кремнеземные разделительные прокладки осуществлялось путем пропитки их в растворе соответствующей концентрации хлористого палладия с последующим термическим разложением указанной соли.

Результаты измерения конверсии после пуска агрегата с указанным пакетом платиновых сеток сведены в таблицу.

Штатная конверсия (95,5%) достигается через 29 часов после пуска агрегата.

Пример 6

Аналогичен примеру 5, но кремнеземные разделительные прокладки содержат каталитически активную фазу - палладий в количестве 0,01 мас.%.

Результаты измерения конверсии сведены в таблицу.

Штатная конверсия (95,5%) достигается через 26 часов.

Пример 7

Аналогичен примеру 6, но кремнеземные разделительные прокладки содержат каталитически активную фазу - окись хрома в количестве 0,0001 мас.%.

Нанесение окиси хрома на кремнеземные разделительные прокладки осуществлялось путем пропитки их в растворе соответствующей концентрации уксуснокислого хрома с последующим термическим разложением указанной соли.

Результаты измерения конверсии сведены в таблицу.

Штатная конверсия (95,5%) достигается через 34 часа.

Пример 8

Аналогичен примеру 7, но кремнеземные разделительные прокладки содержат каталитически активную фазу - окись хрома в количестве 0,01 мас.%.

Результаты измерения конверсии сведены в таблицу.

Штатная конверсия (95,5%) достигается через 32 часа.

Пример 9

Аналогичен примеру 8, но кремнеземные разделительные прокладки содержат каталитически активную фазу - окись кобальта (CO₂O₃) - в количестве 0,0001 мас.%.

Нанесение окиси кобальта на кремнеземные разделительные прокладки осуществлялось путем пропитки их в растворе соответствующей концентрации азотнокислого кобальта с последующим термическим разложением указанной соли.

Результаты измерения конверсии сведены в таблицу.

Штатная конверсия (95,5%) достигается через 34 часа.

Пример 10

Аналогичен примеру 9, но кремнеземные разделительные прокладки содержат каталитически активную фазу - окись кобальта в количестве 0,01 мас.%.

Результаты измерения конверсии сведены в таблицу.

Штатная конверсия (95,5%) достигается через 32 часа.

Таким образом, технический результат от использования изобретения выражается в ускорении выхода каталитического элемента на оптимальный режим до 1,0-1,5 суток. Это связано с тем, что разделительные прокладки, модифицированные активной фазой, также являются катализаторами и при этом их активность быстро достигает максимального уровня, при этом расходный коэффициент платиноидов сохраняется на уровне 0,055 - 0,065 г/т.