ТЕХНОЛОГИЯ КАТАЛИЗАТОРОВ

КАТАЛИЗАТОРЫ, ПОЛУЧАЕМЫЕ МЕХАНИЧЕСКИМ СМЕШЕНИЕМ КОМПОНЕНТОВ

У всех катализаторов этого типа на одной из начальных ста­дий производства компоненты механически смешивают друг с дру­гом. В процессе приготовления катализатора возможно образова­ние твердых растворов, химических соединений, многофазных систем. Различают сухой и мокрый способы смешения [44, 47].

При мокром способе смешивают суспензию одних компонентов с раствором других. Далее осадок отжимают от раствора на прес­сах, сушат и формуют. Содержание растворенного компонента в катализаторе определяется концентрацией его в растворе, сорб - ционной способностью суспензии и остаточной влажностью осадка. Такое смешение позволяет получить достаточно однородную кон­тактную массу, однако реализация его в промышленных условиях представляет известные трудности.

Смешение сухих компонентов производят с одновременным увлажнением образовавшейся смеси, что необходимо для полу­чения при последующей формовке прочных гранул. При таком способе смешения реагенты недостаточно равномерно распреде­ляются по объему зерна. Общая технологическая схема приго-

Измельчение исходных материалов в значительной степени •определяет однородность контактной массы. Процессы измельче­ния условно подразделяют на дробление (крупное, среднее и мелкое) и измельчение (тонкое и сверхтонкое). Однородность возрастает со степенью измельчения я исходных материалов:

П = Did. (3.43)

Здесь Dud — средние характерные размеры куска материала до и после измельчения соответственно.

Характерным линейным размером куска шарообразной формы является диаметр, кубической формы — длина ребра. Характер­ный линейный размер кусков неправильной геометрической формы можно найти по формуле:

D = yWh - (3.44)

Здесь I, b, h — максимальные длина, ширина и высота куска.

Средний характерный размер куска в смеси равен: dcpiCj -(- dcp2C2 + • • • + dcpnCn d=B Ct + C.-H ■•• + Cn • (3-45)

Здесь dcpl, dcp2, ...,dcp„— средине размеры кусков каждой фракции, мм; Clt Cit..., Сп — содержание каждой фракции, % (масс.).

В производстве контактных масс методом смешения в боль­шинстве случаев требуются высокие степени измельчения, дости­гаемые в барабанных, шаровых и вибрационных мельницах. На первых стадиях дробления в качестве измельчающих машин при­меняют валковые и щековые дробилки для прочных материалов и молотковые — для рыхлых.

Смешение компонентов является основной технологической стадией процесса. В значительной степени оно определяет глу­бину взаимодействия между компонентами. Последняя обуслов­лена дисперсностью оксидов, их природой, соотношением компо­нентов, плотностью прессования, составом окружающей среды, температурой прокаливания.

Смешение измельченных сыпучих материалов проводят в сме­сителях различной конструкции: барабанных, шнековых, лопаст­ных, ленточных и др. Однородность катализатора как по партиям,, так и в отношении отдельных гранул достигается интенсивным перемешиванием шихты и гомогенизацией контактных масс в про­цессе производства [47]. При смешении любого числа компонентов смесь анализируют путем оценки распределения одного компо­нента в остальной системе методами статистического анализа. Совершенной смесью двух компонентов считают такую, где любая единичная частица симметрично окружена постоянным числом зерен обоих компонентов. Однако такая модель не может быть реализована в промышленных условиях, так как нарушается при любом последующем перемешивании. Более целесообразно' применять в качестве идеальной такую смесь, в которой имеется максимальная хаотичность в распределении частиц при средне­статистической равномерности.

Степень однородности смеси характеризуют выборочным стан­дартным отклонением массовой доли (s):

S = (тг-.?)*/(ЛГ-1). (3.46>

Здесь т,- — массовая доля исследуемого компонента в і-й пробе; s — вы­борочное среднее отклонение массовой доли компонента; N — число проб.

Значение s зависит от массы контрольной пробы (число ча­стиц в пробе). На стадии смешения компонентов в катализатор вносят различные технологические добавки, способствующие порообразованию (вода, глицерин, смолы), упрочнению катализа­тора (растворимое стекло, алюминат натрия, полиуретановый клей и т. д.) и облегчению процесса формования гранул (раство­римое стекло, некоторые кислоты, вода и др.).

При введении в смесь жидкой фазы, особенно обладающей спо­собностью растворять соединения активного компонента, процесс взаимодействия значительно облегчается. Аналогичное влияние оказывает интенсивная механическая обработка (механическая активация) смеси порошков исходных компонентов. Особенно интересно совмещение обоих методов — одновременное исполь­зование интенсивной механической обработки и химического воздействия жидкой фазы, т. е. так называемый механохимический метод [144 ]. Механохимический метод получения оксидных ка­тализаторов представлен схемой 3.

Тонкий размол совмещается с воздействием реакционноспособ - ной жидкой фазы и поверхностно-активных веществ. Тонкодис­персное сырье, получаемое в присутствии поверхностно-активных веществ, смешивается с помощью интенсивных механических или вибрационных воздействий, обусловливающих полную гомогени­зацию системы и снятие внутренних напряжений.

Формовка гранул. Для рассматриваемой группы контактных масс принципиально возможно использовать такие способы фор­мовки, как экструзия, вмазывание пасты в отверстия перфориро­ванной стальной пластинки, прессование. Однако высокая проч­ность гранул достигается лишь в процессе прессования массы с введением в нее связующих добавок.

Удобным методом формовки увлажненной шихты является гра­нулирование на тарельчатом грануляторе, позволяющее полу­чать зерна сферической формы [47]. Гранулятор представляет собой диск с бортиками, вращающийся на наклонной оси. Поро­шок катализатора, увлажненный водой или раствором связую­щего, непрерывно подают из питателя на диск гранулятора, где он закатывается в шарики. Специальным скребком, укрепленным в центре диска, готовые гранулы сбрасываются в приемный бун­кер. Размер получаемых гранул (d) для данной смеси (с определен­ной способностью к грануляции) зависит от следующих величин:

D = f{6Н, сод, W). (3.47)

Здесь 6Н — угол наклона оси гранулятора; сод — частота вращения диска; W — влажность порошка.

Температурную обработку (при определенных в каждом кон­кретном случае температурах) применяют для повышения проч­ности и окончательного формирования структуры гранулы катали­затора. Режим прокаливания (і, т, среда) зависит от условий при­менения катализатора и характера исходного сырья. Требуемая пористая структура контактных масс достигается варьированием степени измельчения исходных составляющих, температуры про­каливания, добавок специальных порообразующих веществ. Поры — это промежуток между частицами исходных составляю­щих и связующих добавок или же каналы, образовавшиеся в ре­зультате выделения газов и паров при выгорании компонентов твердого тела.

Гранулы могут быть упрочнены при нагревании вследствие •спекания исходных частиц порошка, протекающего по механизму межкристаллической диффузии [47], или за счет плавления эвтектики.

Прокаленный катализатор отсеивают от пыли и упаковывают.