ТЕХНОЛОГИЯ КАТАЛИЗАТОРОВ

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Производство контактных масс включает следующие основные этапы.

1. Получение исходного твердого материала, который обычно кроме веществ, входящих в состав конечного катализатора, со­держит вещества, подлежащие в дальнейшем удалению. Исход­ными твердыми материалами могут служить: при изготовлении А120з — выделенный из раствора гель, например А1(ОН)3; при изготовлении оксидных и металлических катализаторов — соли летучей или нестойкой кислоты (нитраты, карбонаты, ацетаты, хроматы и дР-)-

2. Выделение соединения, которое является собственно ка­тализатором. Из ис-ходного материала удаляют термическим раз­ложением, выщелачиванием или иным способом лишние вещества. Катализатор выделяется при этом в виде самостоятельной объем­ной фазы. При разложении солей таких металлов, как Cr, А1, Zn, получают трудновосстанавливаемые оксиды, а при термооб­работке солей Со, Ni, Fe и других — легковосстанавливаемые до металла кислородные соединения.

3. Изменение состава катализатора при взаимодействии с ре­агентами и под влиянием условий реакции.

Рассмотрим некоторые общие вопросы.

Исходным сырьем для производства катализаторов обычно служат соли каталитически активных металлов, золи, оксиды, природные минералы. Выбор сырья определяется составом ката­лизатора, содержанием примесей, дефицитностью вещества и его ценой [41 ]. Оно должно удовлетворять определенным требова­ниям: постоянство химического и фазового составов, отсутствие вредных примесей, необходимый размер частиц, нужная влаж­ность, возможно меньшая стоимость и т. д. Однородность химиче­ского состава катализатора в значительной степени определяется постоянством химического состава сырья, размером частиц в нем, влажностью, способом и продолжительностью перемешивания исходных составляющих, а также условиями их транспортировки, загрузки и хранения.

Фазовый состав сырья может влиять на пористую структуру катализатора. Так, оксид алюминия, полученный из байерита, имеет большую удельную площадь поверхности и гораздо мень­ший диаметр пор, чем оксид алюминия из бемита.

Некоторые вещества в очень незначительных количествах сильно уменьшают активность и избирательность катализатора. Основное количество нежелательных примесей находится в сырье. Требования к чистоте исходных компонентов связаны со стои­мостью конечного продукта. Практически допускаемая степень загрязнения может колебаться в широких пределах. Например, серебряные катализаторы окисления этилена до оксида этилена очень чувствительны к содержанию серы. Ванадиевые же контакт­ные массы окисления ароматических углеводородов практически не чувствительны к большим дозам серы и ее соединений. Нецеле­сообразно применять в производстве катализаторов особо чистые сорта сырья. Кондиции на сырье обусловлены прежде всего до­пустимым содержанием специфических для данного катализатора ядов и могут быть значительно менее строгими в отношении без­вредных примесей.

Другой возможный источник примесей — техническая вода, используемая для растворения, разбавления, промывки и т. д.

При особо важных операциях в ряде производств используют очи­щенную или даже дистиллированную воду [941.

Важен выбор материала оборудования, в котором готовят катализатор. Аппаратура должна быть антикоррозионной, не должна образовывать окалину и т. д.

Способы формовки катализаторов и носителей: коагуляция в капле, экструзия, таблетирование, вмазывание пасты, грану­лирование на тарельчатом грануляторе, сушка в распылительной сушилке, размол материала. Формовку материала коагу­ляцией в каплей сушкой в распылитель­ной сушилке широко используют при изготовлении осаж­денных катализаторов, что будет рассмотрено ниже. Наиболее универсальными методами являются экструзия пасты и таблети­рование.

При экструзии [951 влажный осадок (часто со свя­зующим) выдавливают в виде шнура из непрерывно действующего шнекового или гидравлического пресса. Форма и поперечный размер гранул определяются отверстиями в формующей головке пресса. На выходе из головки шнур контактной массы режут вращающимся ножом или натянутой струной, а образующиеся цилиндрики подхватываются ленточным транспортером.

Таблетирование [47, 95] проводят на таблеточных машинах под давлением до 30 МПа (300 кгс/см2). В зависимости от формы матрицы и пуансона получают гранулы в виде цилин­дров, колец, седел, звездочек и т. д. В качестве связующих мате­риалов используют тальк, графит, жидкое стекло, некоторые органические кислоты и другие вещества.

Вмазывание пасты в отверстия перфорированной стальной пластины возможно для гранулирования осадков раз­личной природы и консистенции [95]. Размер получаемых гра­нул определяется толщиной пластины и диаметром отверстий. После подсушки гранулы выбивают из пластины специальным штампом либо выдавливают сжатым воздухом.

Размол монолитных катализаторов осуществляют на ще - ковых дробилках и рабочую фракцию отделяют на виброситах или в барабанных сепараторах. При этом частицы имеют непра­вильную форму, наблюдается большое количество отходов в виде мелочи и пыли, но интервал получаемых размеров зерна может быть очень широк.

Гранулирование на тарельчатом грануляторе используют глав­ным образом при изготовлении контактных масс механическим смешением компонентов.

Способы формовки влияют на удельную поверхность и пори­стую структуру контактных масс, в значительной степени опре­деляют механическую прочность гранул, позволяя получать как очень прочные материалы (при коагуляции в капле, сушкой в распылительной сушилке),так и малопрочные (при таблетирова - нии, экструзии и размоле).

Метод приготовления определяет степень дисперсности соб­ственно каталитического компонента, форму, пористую структуру, а следовательно, и активность контактной массы.

Заданный тип пористой структуры и удельную поверхность получают различными приемами в зависимости от природы изго­тавливаемого катализатора. В осажденных контактных массах это во многом зависит от условий осаждения (рН среды, концен­трации исходных растворов, температуры, скорости осаждения, времени созревания осадков), промывки и термообработки [41 ]. Катализаторы, получаемые путем пропитки активными состав­ляющими пористого носителя, сохраняют в основном его вторич­ную структуру [96]. При сухом смешении компонентов пористость во многом определяется способом формовки, степенью измельче­ния исходной шихты, добавкой специальных веществ. Немало­важное значение на формирование структуры оказывают также температура и время термообработки катализатора [97, 99].

Оптимальный размер гранул определяют минимумом суммар­ных расходов на производство контактной массы, транспортировку реагентов и преодоление внутридиффузионных торможений и гидравлического сопротивления массы в процессе работы [22].

Механическая прочность гранул достигается правильно вы­бранным способом формовки, условиями термообработки. Напри­мер, увеличению прочности способствует спекание первичных кристаллитов по механизму межкристаллической диффузии, це­ментация частиц под влиянием специальных добавок — упрочни - телей [100], вводимых в состав шихты, использование износо­устойчивых носителей [101 ].

Катализаторы, предназначенные для эксплуатации в кипящем слое, получают главным образом нанесением активных компо­нентов на прочные носители или сплавлением исходных состав­ляющих. Из осажденных контактных масс для использования в условиях взвешивания наиболее пригодны алюмосиликаты, алюмогели, силикагели, в процессе приготовления которых про­исходит коагуляция геля в прочные, гладкие сферические гра­нулы.

Ниже рассмотрена специфика производства каждой технологи­ческой группы контактных масс с приведением конкретных тех­нологических схем, реализованных в промышленных условиях.