PL208458B1 - Katalizator do konwersji tlenku węgla - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest katalizator do konwersji tlenku węgla w zakresie temperatury 300480°C, co pozwala na uzyskanie równowagowych stężeń tlenku węgla rzędu 1,6-2,3% objętościowych w gazie opuszczają cym konwertor.

Standardowo reakcja ta;

CO + H₂O » CO₂ + H₂ ; ΔΗ = - 41 kJ/mol jest prowadzona na złożu katalizatora w postaci pastylek o średnicach 6-10 mm i wysokości 4-8 mm. Przy jego wprowadzaniu wypróbowano wiele tlenków metali jako katalizatorów reakcji np. MgO na węglu aktywnym, czy różne kompozycje tlenków żelaza i chromu z tlenkami glinu, krzemu i magnezu („Technologia związków azotowych t. 1. PWT- Warszawa). Ostatecznie wszystkie znajdujące się na współczesnym rynku typowe nowoczesne katalizatory do procesu wysokotemperaturowej konwersji tlenku węgla produkowane przez czołowe firmy zawierają Fe2O3, Cr2O3, CuO w bardzo wąskich proporcjach: 88-90%: 8-10%: 1,3-2,6%. W katalizatorach obecna jest też związana chemicznie woda konstytucyjna i części lotne stąd różnice w analizach konkretnych katalizatorów.

W katalizatorach tych zasadniczą rolę zwiększania szybkości reakcji konwersji pełni tlenek żelaza Fe3O4 (który tworzy się z Fe2O3 w reaktorze w trakcie przygotowywania katalizatora do pracy), tlenek chromu Cr2O3 jest promotorem. Tlenek miedzi CuO blokuje niepożądane reakcje FischeraTropsha tworzenia węglowodorów.

Ten znany powszechnie skład może być jednak modyfikowany, tak aby uzyskać produkt o większej aktywności chemicznej, niższej temperaturze pracy czy lepszych parametrach wytrzymałościowych.

Istota wynalazku polega na tym, że katalizator do konwersji tlenku węgla składa się z tlenku żelaza w ilości od 50% do 82%, tlenku chromu w ilości od 5% do 10%, tlenku miedzi w ilości od 1% do 3% jako zasadniczych składników oraz tlenku glinu w ilości od 0,2% do 5% jako czynnika poprawiającego niewrażliwość katalizatora na długotrwałe działanie podwyższonej temperatury i jego wytrzymałość.

W trakcie prowadzonych badań okazało się , ż e dodatek tlenku glinu zmniejsza utratę aktywności w czasie pracy zwłaszcza w obszarze wyższych temperatur. W efekcie po 24 godzinnym przegrzewaniu katalizatora w temperaturze 500°C standardowy katalizator porównawczy utracił 9% swojej aktywności, podczas gdy katalizator zawierający 3,5% AI2O3 utracił tylko 6,8% pierwotnej aktywności. Zachowanie katalizatora przegrzanego do temperatury 500°C jest o tyle ważne, że z dużą dokładnością symuluje pogarszanie się właściwości katalizatora podczas długotrwałej pracy w reaktorze przemysłowym.

Dodatkowo, średnia wytrzymałość świeżych 50 pastylek katalizatora z tlenkiem glinu na zgniatanie wzdłuż osi pastylki wyniosła 40,5 MPa, przy odpowiedniej wytrzymałości katalizatora standardowego 32 MPa.

Badania rentgenograficzne wykazały, że zastosowanie tlenku glinu spowodowało, że struktura krystalograficzna katalizatora jest lepiej wykształcona i bardziej odporna na oddziaływanie wyższej temperatury.

P r z y k ł a d

Do zbiornika z mieszadłem A o pojemności 10 m³ wprowadzono 7 m³ wody, ogrzano do temperatury 60°C i, przy włączonym mieszadle, przygotowano roztwór soli żelaza, miedzi i lantanu poprzez wsypanie 2200 kg siedmiowodnego siarczanu żelaza(II), 50 kg pięciowodnego siarczanu miedzi(II) i 218 kg dziewię ciowodnego azotanu glinu. Po rozpuszczeniu tych soli dodano 129 kg dwuwodnego dichromianu(VI) sodu. Całość dokładnie mieszano przez 2 godziny utrzymując temperaturę 60°C. W osobnym reaktorze wytrą cania o pojemnoś ci 40 m³ wprowadzono 18 m³ wody, włączono mieszadł o i rozpuszczono 622 kg wodorotlenku sodu, zawartość tego reaktora podgrzano do 80°C i wprowadzono do niego ze zbiornika A roztwór rozpuszczonych soli żelaza(II), miedzi(II) i glinu z dichromianem(VI) sodu, przez cały czas utrzymując temperaturę 80°C i mieszając zawartość reaktora, w którym wytrącał się osad prekursora. Po godzinie prekursor katalizatora z reaktora wytrącania odfiltrowano, zaś placek filtracyjny przemyto dokładnie wodą i wysuszono w temperaturze 105°C. Wysuszony osad rozdrobniono do ziaren 1,5 mm i po dodaniu 15 kg grafitu sprasowano na pastylki o wymiarach = 6 mm i h - 6 mm. Otrzymano 840 kg katalizatora do wysokotemperaturowej konwersji tlenku węgla zawierającego 74,6% Fe2O3, 7,6% Cr2O3, 1,9% CuO, 3,5% AI2O3. Zmierzono aktywność tak otrzymanego katalizatora, a następnie próbkę poddano 24 godzinnym przegrzewaniu w temperaturze 500°C. Utrata aktywności wyniosła 6,8% pierwotnej wartości podczas gdy w porównawczym teście katalizatora zawierającego tylko tlenek żelaza, tlenek chromu i tlenek miedzi spadek aktywności wyPL 208 458 B1 niósł 9%. Badanie wytrzymałości osiowej pastylek katalizatora z tlenkiem glinu wykazało średnią wartość dla 50 szt. 40,5 MPa, podczas gdy takie samo badanie wytrzymałości katalizatora zawierającego tylko tlenek żelaza, tlenek chromu i tlenek miedzi dało wynik 32 MPa.

Claims (1)

1. Katalizator do konwersji tlenku węgla w zakresie temperatur 300-480°C zawierający tlenki żelaza, chromu i miedzi, znamienny tym, że składa się z tlenku żelaza w ilości od 50% do 82%, tlenku chromu w ilości od 5% do 10%, tlenku miedzi w ilości od 1% do 3% jako zasadniczych składników oraz tlenku glinu w ilości od 0,2% do 5% jako czynnika poprawiającego niewrażliwość katalizatora na długotrwałe działanie podwyższonej temperatury i jego wytrzymałość.