SU1011238A1 - Катализатор дл термического разложени закиси азота - Google Patents

Abstract

КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ ЗАКИСИ АЗОТА, о т л и чающийс  тем, что, с целью повышени  активности катализатора, он содержит карбид кальци , окись кальци , хлориды кальци , натри , .алюмини , магни  и марганца, активный углерод, ферросилиций и карбид кремни  при следующем соотношении компонентов , мас.%: Карбид Ксшьци  8,16-10,05 . Окись-кальци . 14,04-14,37 Хлорид натри  12,51-13,63 Активный углерод 10,74-11,56 4,46-4;82 Ферросилиций 0,81-0,93 Хлорид алюмини  (Л 0,32-0,38 Хлорид магни  0,1,4-0,18 Хлорид марганца 0,03-0,04 Карбид кремни  Хлорид КсШЬЦИЯ Остальное

Description

1C

СО 00 Изобретение относитс  к химическо технологии, в частности к процессам термического разложени  закиси азота, образующейс  в результате реакций, протекающих с выделением окислов азота, например, при получении азотной кислоты и аммиака. Термическое разложение з.акиси азота без применени  катализаторо характеризуетс  температурой начала разложени  ( ) равной 550°С и энергией активации (Ё) равной242,44 кДж/моль llСуществует значительное количество катализаторов, примен ющихс  дл  данной цели и значитель но снижающих Тц.р и Е. Известны катализаторы, предст л ющие собой вещества с довольно сокой стоимостью, например, полих ты- кобальта, меди и марганца t21. Наиболее близким по техническо сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому  вл етс  катализато дл  термического разложени  закис азота, представл ющий окись никел  СЗЗ. Однако у этого катализатора нед таточна  активность. Так, у него. ТН-Р и Ер, 67-84 кДжДюл Цель изобретени  - повышение ак тивности катализатора. Поставленна  цель достигаетс  к тализатором дл  термического разло жени  закиси азота, содержавщм кар |бид кальци , окись кальци , хлорид кальци ,натри ,алюмини ,магни  и м ганца, активный углерод,ферросилици и карбид кремни  при следующем соо тношении компонентов, мас.%; Карбид кальци  8,16-10,05 14,04-14,37 Окись кальци  12,51-13,63 Хлорид натри  10,74-11,56 Активный углерод 4,46-4,82 Ферросилиций 0,81-0,93 Хлорид алюмини  . 0,32-0,38 Хлорид магни  0,14-0,18 Хлорид марганца 0,03-0,04 Карбид кремни  Хлорид кальци  Остальное Предлагаемый катализатор по сра нению с известным обладает повьниен 17 активностью. Так, у него Т, и ЕС) 27,5 кДж/моль. Дл  карбидов металлов характерн сложна  комбинаци  ковалентной и м таллической св зей, реализующихс  в локализованных взаимодействи х металл-металл и металл-углерод, -при этом внедренные атоьдал углерода  вл ютс  донорами электронов в усиливающейс  св зи металл-металл, поэтому р д карбидов был исследован с точки зрени  катализато1)а процесса термического разложени  закиси азота. Каталитические испытани  провод т в стандартных услови х в струевом реакторе из молибденового стекла при расходе закиси азота 30 в неизотермическом режиме. Скорость подъема температуры в интервале 100-400°С составл ла 5 мин. В продуктах реакции- непрерывно определ ют концентраций азота, кислорода и окислов азота. Пробы отбирают по мере подъема температуры через каждые 10°. Дл  разделени  компонентов газовой смеси примен ют стандартный хроматограф ЛХМ-8М с колонками длиной 2 м и диаметром 0,004 м, заполненными Полисорбом-Б, газ-носитель - аргон, температура колонок . Удельную поверхность карбидов опрег дел ют методом низкотемпературной адсорбции азота. Дл  опытов отбирают фракцию с удельной поверхностью 7080 . Экспериментально установлено ,, что термораспад закиси азота в указанных услови х описьЗваетс  уравнением реакции первого пор дка при нормальном давлении по исходному веществу . Кинетические параметры реакции , рассчитанные на вычислительном устройстве 15-ВСМ-5, представлены в табл. 2. Приведенные данные свидетельствуют о том, что все исследуежле к рбиды , за исключением карбидов сремни  и бора, значительно снижают Т.р и Ед, причем, как показывает регрессионный анализ, Т,. р закономерно уменьшаетс  в зависимости от величины вторичного потенциала ионизации металла: Т°С 82,7 + 14,48 П„, где П - вторичный потенциал ионизации .Из вы вленной зависимости следует, что карбиды металлов с более низкими вторичными потенциалами иониза,ции можно рекомендовать в качестве эффективных катализаторов термического разложени  закиси азота, в частности карбиды кальци , бари  и стронци . Карбиды бари  и стронци  не производ тс  в большом масштабе, в то врем  как карбиды кальци   вл ютс  крупнотоннажным продуктом предпри тий хими ческой промьшшенности. Таким образом, путь достижени  цели заключаетс  во введении карбида кальци  в состав катализатора процесса термического разложени  закиси азота.

Карбид кальци   вл етс  водоразложимым веществом, поэтому дл  обеспечени  работы катализатора в предварит тельно неосушаемых средах в состав катализаторов необходимо добавить вещества предотвращающие разложение карбида кальци  парами воды, наприги ер СаО и активныйуголь.

Предлагаемый катализатор получают при термобработке карбида кальци  в присутствии активного агента, напримёр , галогенов, азота, серы, четыреххлористого углерода, фосфора, некоторых неорганических солей,и т. д. или высокотемпературной диссоциацией карбида кальци  в вакууме без применени  активного агента. Метод высокотемпературной диссоциации требует высоких, пор дка 2000°С температур, и кроме того углерод, выдел ющийс  в процессе реакции термической диссоциации, пред ставл ет собой непористый графит, который не  вл етс  сорбционноспособным и вследствие этого не может обеспечит защиту карбида кальци  от. паров воды. Из всех указанных активных агентов наименее дефицитным и наиболее pacj пространственным  вл етс  хлЬрид натри . Поэтому процесс получени  катализатора, состо щего из карбида кальци  и защитных компонентов, Греализутют реакцией взаимодействи  карбида: кальци  с хлоридом натри . Температура обработки составл ет и выбрана ввиду того, что при TenfliepaTypax ниже 800°С процесс .превращени  по данной реакции идет неполно и конечный продукт характеризуетс  высоким содержанием карбида кальци  и низким содержанием активного углерода. Увеличение температуры процесса с 800 С до 1100°С не приводит к заметному изменению содержани  карбида кальци  в смеси, но ведет к графитиэации углерода и резкому снижению его пористости и как следствие к снижению его защитных свойств. Врем  обработки составл ет 1 ч, что достаточно дл  полного протекани  реакции в данных услови х.

Пример..

Смесь, состо щую из 91 г технического 70%-ного карбида кальци  (ГОСТ - 1460-46) и 117 г хлорида натри  (ГОСТ 4233-66), Е)азмолотых до фракции 0,15-0,25 мм, внос т в высокотемпературную зону, выдерживают в ней при 800С в течение 1 ч, после чего вынимают из зоны реакции и охлаждают на воздухе.

Вследствие того, что технический карбид кальци  характеризуетс  не абсолютно однородным составом, содержание карбида в полученных образцах колеблетс  от 8,16 до 10,05%. Кинетические параметры процесса термического разложени  закиси азота в зависимости от этого отличаютс  очень незначительно. Табл. 6-8 показывают различиеС этой точки.зрени  катализаторов содержащих 8,16 9,06; 10,05% карбида кальци . В табл. 3 прведена характеристика полученного катализатора .

Расчет на основании констант скорости разложени  закиси азота (табл,.6-8) дл  катализаторов, содержащих 8,16,,9,06, и 10,05% СаС2 показал , что они равны соответственно 29,7, 28,9, и 32,0 кДж/моль.

Т а б ц а 1 . Кинетические параметр пррцесса на карбидах термического разложени  закиси азота металлов Таблица2 . АКТИВНЫЙ Катёшиза )Син

|-ю-.к-«

,

Т, К

ОА.

. 1

443

2,25733

1,0

1,4 453

2,2075

2,1598 463

1,5 473

2,1142.

1,8 483

2,0704

1,92 ,0284 493

2,0

1,19881

2,9 503 513

1,9493

3,3

1,9120 523

4,0

1,8762 533

4,3

1,843,6

4,5 543

1,8083

4,8 553

1,7762 563

5,3

1,7452

7,3 573

ВпК,

«27,

En К

RnKi

NgO

CNj

°ft

8

-3,2038

-3,2038 -2,8653 -2,8653 -2,7958 -2,7958 -2,6696 -2,6696 -2,5573 -2,5573 -2,2400 -2,2400 -2;1293 -2,1293 -1,9980 -1,99-80 -1,8020 -1,8020 -1,7281 -1,7281 -1,6816 -1,6816 -1,6155 -1,6155 -1,5137 -1,5137 -1,1829 -1,1829 Характеристика активного углерода, вход щего в состав .катализатора . | мнгС«/Г I /. г/Да г дисперсность уг- .5iSSJnnn n Дисперстность полученного катализатора тор | Дисперсность, | Содержание фракции,% i 100-300-11 300-500. -52 500-1000,-37 етические параметры термического разложени  закиси азота . на катализаторах, содержащих карбид кальци  Катализатор, содержащий 8,16 СаС,, Т а б л и. ц а 4 0,35 J SS-JsSSlfl Т а б л и ц а 5 . Т а б л и ц а б

Катализатор, содержащий 9,06% СаС«

Продолжение табл, б

i

-4,8173

Продолжение табл. 7 3606331,579816,279,84,0 3706431,555217,166,116,8 3806531,531419,4-53,926,7 3906631,508327,737,534,8 4906731,485937,642,819,6

Продолжение табл. 8 -0,3358-0,0912т1,8020 -0,2764-0,5169-0,2959 -0,1365-0,91900,2289 . 0,27221,38410,5495 0,64751,2381-0,1250

Claims (1)

1. КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ ЗАКИСИ АЗОТА, о т л и чающийся тем, что, с целью повышения активности катализатора, он ’ содержит карбид кальция, окись кальция, хлориды кальция, натрия, алюминия, магния и марганца, активный уг’ лерод, ферросилиций и карбид кремния при следующем соотношении компонентов, мас.%:

   Карбид кальция 8,16-10,05 Окись · кальция. 14,04-14,37 Хлорид натрия 12,51-13,63 Активный углерод 10,74-11,56 Ферросилиций 4,46-4;82 Хлорид алюминия 0,81-0,93 Хлорид магния 0,32-0,38 Хлорид марганца 0,1.4-0,18 Карбид кремния 0,03-0,04 Хлорид кальция Остальное

   SU ...1011238 >