Исследование влияния размера зерна на активность никельсодержащего катализатора в процессе разложения аммиака

целью, которых являлось определение межплоскостного расстояния никель-алюмосодержащей фазы, ее дисперсности и площади дифракционного рефлекса. Результаты рентгенографических исследований приведены в табл. 2.

Анализ полученных экспериментальных данных позволил установить, что это соединение является гидроксокарбоалюминатом никеля (ГКАН) со структурой ГКН. Расчетным путем определено, что ГКАН имеет формулу М6А12С03(0Н)3,5-4Н20. Установлено, что его содержание в исследуемых образцах практически одинаково.

Изучен режим активации исследуемых образцов катализаторов. Обнаружено, что процесс активации начинается при температуре 220ОС, что на 70^100°С ниже по сравнению с этим показателем для промышленного катализатора метанирования. Восстановленные образцы характеризуются высокой дисперсностью металлического никеля, которая в интервале температур активации 230^650°С составляет 3,0^5,0 нм. Удельная поверхность металлического никеля, отнесенная к грамму никеля, остается постоянной величиной независимо от применяемого жидкостного реагента и его концентрации. Ее величина для восстановленных образцов при 300ОС и 400ОС находится на уровне 35^40 м /г М, а для образцов активированных при 550ОС и 650ОС - 45^50 м2/г М.

УДК 66.097.3:66.09.41 Ю.В. Стрекалов

Новомосковский институт Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева, Новомосковск, Россия

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗМЕРА ЗЕРНА НА АКТИВНОСТЬ НИКЕЛЬСОДЕРЖАЩЕГО КАТАЛИЗАТОРА В ПРОЦЕССЕ РАЗЛОЖЕНИЯ АММИАКА

Исследована каталитическая активность никельсодержащего катализатора различного гранулометрического состава. Установлено, что уменьшение размера гранул приводит к увеличению активности катализатора.

Catalytic activity of the nickel-containing catalyst of various granulometric structure is investigated. It is established that reduction of the size of granules leads to increase in activity of the catalyst.

Контролируемые (защитные) атмосферы и восстановительные среды, получаемые путем диссоциации (крекинга) аммиака и не содержащие СО и углеводородов, находят широкое применение в металлургической, машиностроительной, химической и других отраслях народного хозяйства. Защитные инертные атмосферы используют для предотвращения окисления и изменения химического состава поверхности металла, при горячем цинковании, электрохимическом лужении, нанесение покрытий, в производстве стекла, при обработке метизов, изделий из золота. Важным и перспективным направлением является получение из NH3 азотоводородной смеси для восстановления катализаторов в период пуска установок, если другие источники водорода отсутствуют.

Процесс каталитического разложения аммиака также применяется для проведения природоохранных мероприятий. Производство аммиака может служить примером одного из основных источников выбросов аммиака в атмосферу. Выбросы могут возникать на различных технологических стадиях, начиная с колонны синтеза аммиака и кончая его наливом в железнодорожные цистерны. Наиболее значительные выбросы аммиака в атмосферу в этом производстве происходят при продувке инертных газов, при заполнении аммиаком различных емкостей с танковыми газами, а также через различные неплотности оборудования.

Способ каталитического разложения аммиака для получения азото-водородной смеси в условиях требуемой степени разложения может быть перспективным для промышленной реализации только в случае подбора эффективного катализатора. В первую очередь, на этот выбор существенное влияние оказывает термодинамика данного процесса, который в соответствии с принципом Ле Шателье наиболее благоприятно осуществляется при повышенных температурах и пониженных давлениях. Кроме высокой каталитической активности катализатор должен отличаться большой термостабильностью и временем службы.

В данной работе была исследована каталитическая активность катализатора с содержанием №0 = 25 масс.% в интервале температур 500-700 0С, при объемной скорости 1000 ч-1 и давлении 1,25 атм.

Исследование каталитической активности проводили на лабораторной установке проточного типа. Для проведения исследований были приготовлены образцы различного фракционного состава:

1.- 0,315-0,63 мм; 2.- 0,63-1,0 мм; 3.- 1,0-1,6 мм; 4.- 2,0-3,0 мм.

Для выбора режима активации катализатора были выполнены исследования по температурно-программированному восстановлению (рис. 1). Полученные данные свидетельствуют о том, что максимальное количество МО восстанавливается в области температур 400-650 0С.

Рис. 1. Температурно-программированное восстановление катализатора

Показано, что максимум эффекта активации в режиме линейного подъема температуры достигается при 550 0С. В связи с этим, в дальнейших исследованиях активацию катализатора проводили при данной температуре. Динамика восстановления катализатора представлена на рис. 2.

100

со" 99

СО

s 98

S

2 СО 97

к

s т 96

<а

95

со

m 94

ш

ü с 93

.0 X 92

ф

с ф 91

н

О 90

0 50 100 150

Время восстановления, мин

—♦— 0,315-0,63 мм -— 0,63-1,0 мм 1,0-1,6 мм —2,0-3,0 мм

Рис. 2. Динамика восстановления катализатора диссоциированным аммиаком

Достижение постоянства степени превращения аммиака при данной температуре свидетельствует об окончании процесса активации катализатора в этой температурной области. После активации при 550 0С была исследована активность изучаемых образцов катализатора при объемной скорости 1000 ч-1 (рис. 3).

Температура, °С

0,315-0^ мм мм -*- 1^-1,6 мм 2^-3,0 мм

Рис. 3. Зависимость степени превращения аммиака от температуры для катализатора различного фракционного состава

Анализ зависимости, представленной на рис. 3, показывает, что фракционный состав оказывает влияние на каталитическую активность во всем исследуемом интервале температур.

Наиболее высокую каталитическую активность проявляет образец с минимальным размером гранул (0,315-0,63 мм.). Так, например, при температуре 550 0С для этой фракции степень превращения аммиака составляет 99,905%, а для фракции 2,0-3,0 мм это значение составляет 99,75%. С увеличение температуры выше 600 0С степень превращения незначительно изменяется в зависимости от гранулометрического состава катализатора и при достижении 700 0С составляет 99,95-99,97 %, Разница в степени превращения для катализатора с размером зерна 0,315-0,63 мм и 2,0-3,0 мм составляет 0,02%.

С другой стороны уменьшение размеров гранул катализатора в процессе крекинга аммиака, несмотря на увеличение активности, приведет к увеличению гидравлического сопротивления слоя, в связи с чем, необходим выбор оптимального размера катализатора.

Библиографический список

1. Эстрин Б.М. Производство и применение контролируемых атмосфер.

- М.: Металлургиздат, 1963. - 343 с, ил.

2. Якерсон, В. И. Голосман Е.З. Цементсодержащие катализаторы // Успехи химии. - 1990. - Т. 59, вып. 5. - С. 778-806.

3. Очистка от аммиака низкоконцентрированных содержащих аммиак вентиляционных выбросов / Ефремов В.Н. и др. // Хим. промышленность.

- 1995. - №10 (602). - С. 43-49.

УДК 658. 562+378

Полякова Л.В., Малютина Е.В.

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

О БЕЗОПАСНОСТИ ХИМИЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ

Вступивший 1 июля 2003 года в силу Федеральный закон РФ «О техническом регулировании» определил новую систему установления и применения требований к продукции, процессам производства и услугам. Химическая продукция представляет потенциальную опасность в отношении человека и окружающей среды, что предопределяет необходимость технического регулировании безопасного обращения химической продукции на всех стадиях обращения.