ТЕХНОЛОГИЯ КАТАЛИЗАТОРОВ

Скелетные катализаторы]

Скелетные катализаторы используют в процессах гидрирова­ния Сахаров, жиров, фурфурола, многоядерных хинонов и т. д. Кроме того, они являются составной частью электродов низко­температурных топливных элементов, предназначенных для пре­образования химической энергии в электрическую [142, 149]. Материалами для получения скелетных контактов служат двух - или многокомпонентные сплавы каталитически активных метал­лов с такими веществами, которые можно частично или полностью удалить при обработке растворами сильных электролитов, от­гонке в вакууме или других операциях, основанных на различии их физико-химических свойств. По мере удаления из сплава рас­творимых компонентов происходит перегруппировка атомов оста­ющегося металла в свойственную ему кристаллическую решетку. Так, при выщелачивании АІ из Ni—Аі-сплава атомы никеля пере­страиваются в кубическую гранецентрированную решетку. После удаления из сплава растворимого (например, в щелочи) компо­нента получается почти чистый активный металл в виде мельчай­шего порошка [150]. К каталитически активным относятся пере­ходные металлы; к неактивным — сера, фосфор, алюминий, крем­ний, магний, цинк и ряд других веществ.

Наиболее распространены катализаторы из сплавов никеля с алюминием. Они отличаются высокой активностью, простотой приготовления, хорошей теплопроводностью и высокой механи­ческой прочностью. Эти катализаторы пирофорны, поэтому их

Хранят, транспортируют и работают с ними под слоем жидкости (вода, спирт, метилциклогексан и другие).

В промышленности используют два типа скелетных никелевых катализаторов — катализатор Бага и никель Ренея (пат. США 1563787, 1628191, 1915473). Оба получают из сплава Ni с А1, однако, если никель Ренея представляет собой мелкодисперсный порошок, состоящий из чистого никеля, то ка­тализатор Бага — кусочки никель-алюминиевого сплава (65— 75 % Ni и 35—25 % А1).

Исходные сплавы получают чаще всего пирометаллургическими способами — сплавлением компонентов или алюмотермией. В пос­леднее время используют методы порошковой металлургии — спекание предварительно спрессованных смесей никелевых и алюминиевых порошков в восстановительной или инертной атмо­сфере при 660—700 °С. Реакции между двумя твердыми телами с образованием новой твердой фазы включают процесс диффузии, поскольку реагирующие вещества разделяются образующимся продуктом реакции [147]. Реагирующие вещества сохраняют по­стоянную активность с обеих сторон реакционной поверхности раздела фаз, в связи с чем скорость переноса материала опреде­ляется скоростью нарастания толщины диффузионного слоя про­дукта и выражается формулой

Здесь б—толщина диффузионного слоя продукта; т — время; D — коэф­фициент диффузии; В — постоянная.

Из различных типов печей, пригодных для получения сплава, лучшими являются высокочастотные печи с автоматическим пере­мешиванием компонентов, позволяющие получать катализатор высокого качества.

Для получения активных катализаторов большое значение имеют способ приготовления и состав сплава. При изготовлении никелевого катализатора наиболее приемлемы сплавы, содержа­щие от 40 до 60 % (масс.) активного металла. Повышение содер­жания никеля более 60 % затрудняет разложение сплава щелочью.

Начальные стадии производства для катализатора Бага и никеля Ренея одинаковы; расплавляют АІ примерно при 660 °С, повышают температуру до 900 — 1200 °С и выдерживают расплав при этой температуре некоторое время, необходимое для удале­ния из металла газов и солей. Далее в расплав вносят никель, при этом температура поднимается до 1900 °С за счет теплоты образования сплава. В процессе сплавления металлов наблюдается смещение их внешних электронных уровней, с чем связывают про - мотирующий эффект вводимой добавки (А1). Особое внимание должно быть обращено на правильный выбор условий охлаждения сплава. При медленном остывании образуется мелкокристалличе­ская структура, что способствует получению (после удаления А1) каталитически активного металла в высокодисперсном состоя­нии. Быстрое же охлаждение благоприятствует образованию крупнокристаллической структуры сплава.

Полученный сплав состоит из Ni3AI, NiAI, Ni2AI3, NiAl3. Считают, что наиболее активные катализаторы дают соединения NiAI 3 и Ni2Al3. Формирование катализатора из Ni2Al3 идет через так называемую скелетную стадию. Часть скелета распадается с образованием мелких частиц никеля. Катализатор же из NiAI3 формируется по растворно-осадительному механизму. В этом слу­чае вместо бидисперсного конгломерата из Ni и недоразрушенного Ni2Al3 получается широкий набор частиц различных диаметров.

Охлажденный катализатор подвергают дроблению. При рав­ных соотношениях Ni и AI сплав хрупок и легко измельчается. С повышением содержания Ni он становится более прочным и дробится с трудом. Для катализатора Бага сплав дробят на куски размером 3—5 мм, для никеля Ренея — до мелкой крошки.

Никель Ренея в промышленных условиях получают в откры­тых аппаратах, снабженных мешалкой и паровой рубашкой [47]. В аппарат заливают 20—30 % раствор NaOH в количестве, превышающем теоретически требуемое для растворения алюми­ния, постепенно вносят измельченный сплав, включают мешалку и ведут процесс выщелачивания при 120 °С, поддерживая постоян­ным объем реагентов. Повышение температуры выщелачивания до 160 °С приводит к увеличению степени дисперсности никеля Ренея. С ростом температуры выщелачивания удельная площадь поверхности катализаторов из NiAl3 монотонно понижается, а из Ni2Al3, наоборот, увеличивается, достигая максимального значения при 100 °С [151]. О количестве выщелоченного алюми­ния судят по объему выделившегося водорода: 2А1 + 2NaOH + 2НаО = 2NaA102 + ЗН2.

Пересчет на сухой газ при нормальных условиях проводят по формуле:

T>0 = 273 (P-PHjO)/[760 (373 + 01- (3-49)

Здесь vQ и vt — объемы сухого водорода, приведенные к нормальным условиям и условиям опыта соответственно; PHj0 — давление паров воды при темпера­туре t.

Количество выщелоченного алюминия определяют по формуле: G = 0,288», (Р — PHj0)/(273 + /)• (3.50)

Если исходный сплав содержит С % алюминия, то степень выщелачивания х (%) равна:

* = 28,80, (Р - P„t0)/[CGcn (273 + *)]. (3.51)

Здесь Gcn — количество сплава, взятое на выщелачивание.

Активность скелетных катализаторов связана с наличием в них водорода в физически адсорбированном и растворенном состояниях [152]. Содержание водорода зависит от температуры выщелачивания:

Температура выщелачивания, °С... . 50 80 100

Объем Н2, см3 на 1 г катализатора. . . 470 160—170 140

Активность, селективность и устойчивость катализаторов за­висят от состояния адсорбированного ими водорода. Важную роль при этом играет выбор метода сушки легкоокисляющихся катали­заторов, в частности скелетного никеля. Рекомендуется тщатель­ная отмывка катализаторов от воды метанолом или другими спиртами алифатического ряда. Наилучшей является сушка ка­тализаторов от воды при низких давлениях и температурах.

После прекращения выщелачивания большую часть раствора сливают, осадок отмывают от щелочи и в виде водной суспензии переводят в специальную емкость. В последнюю добавляют ми­неральное масло, и полностью удаляют воду нагреванием в ва­кууме. Готовый катализатор хранят и транспортируют в виде масляной суспензии. Регенерацию никеля Ренея не производят, срок службы этого катализатора невелик; он быстро отравляется сернистыми, кислородными и азотистыми соединениями. Ка­тализатор Бага можно регенерировать дополнительным выщела­чиванием А1. На скелетных никелевых контактах процессы идут примерно при 100—120 °С и давлении от 2 до 8 МПа в жидкой фазе. Широкие возможности для оптимизации характеристик катализатора Бага, никеля Ренея дает расширение ассортимента неблагородных компонентов исходных сплавов.

ТЕХНОЛОГИЯ КАТАЛИЗАТОРОВ

Оборудование для классификации материалов

При обработке зернистых материалов возникает необходимость или выделения фракций определенных размеров, или отделения от обрабатываемого материала посторонних примесей и включений. Из разнообразных способов разделения сыпучих материалов на фракции в катализаторных …

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ

Применение высоких давлений, температур и скоростей, кото­рыми характеризуется современное развитие химии, невозможно без знания механических свойств используемых материалов, в том числе сорбентов и катализаторов. Эти материалы, как пра­вило, являются дисперсными …

Машины и устройства для формовки и гранулирования

Формовка и гранулирование служат для получения контактной массы в виде частиц определенной формы и размеров, обеспечи­вающих необходимые кинетические параметры проведения ката­литического процесса (скорость, избирательность и др.) при допу­стимых энергетических затратах …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел. +38 05235 7 41 13 Завод
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 067 561 22 71 — гл. менеджер (продажи всего оборудования)
+38 067 2650755 - продажа всего оборудования
+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи всего оборудования
e-mail: msd@inbox.ru
msd@msd.com.ua
Скайп: msd-alexandriya

Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Представительство МСД в Киеве: 044 228 67 86
Дистрибьютор в Турции
и странам Закавказья
линий по производству ПСВ,
термоблоков и легких бетонов
ооо "Компания Интер Кор" Тбилиси
+995 32 230 87 83
Теймураз Микадзе
+90 536 322 1424 Турция
info@intercor.co
+995(570) 10 87 83

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.