Физико-химические характеристики катализаторов

Марка катализатора (способ формования)	Размер гранул. мм	Содержание компонентов, % мас.	Насыпная плотность, г/см^3	Общий объем пор, см^3/см^3	Удельная поверх-ность, м^2/см^3	Активность, константа скорости при 350 ^оС, нсм^3/(г·с)
Fe2O3	Cr2O3	SO3
481 (табл.)	12×12			0,3	1,1-1,3	0,50		1,1-1,3
482 (форм.)	8×5		7,5	0,35	1,1-1,2	0,65		1,0-1,3
482 (табл.)	8×8	92,5	7,3	0,30	1,7-1,75	0,58		0,9-1,1
482-М (табл.)	8×8	91,7	7,2	0,60	1,55-1,65	0,50		0,6-0,8

В начале 80-х годов начинается выпуск железохромовых катализаторов под маркой СТК (среднетемпературная конверсия). Такая маркировка осталась и по сегодняшний день.

В странах СНГ (особенно в России) катализаторы паровой конверсии СО выпускают под марками СТК-1-5, СТК-1-7, СТК-2-5, СТК-1М, СТК-2М-9 [2]. Их производят в соответствие с требованиями [8]. Свойства этих катализаторов приведены в табл. 2.

Таблица 2

Техническая характеристика железохромовых катализаторов

Показатели	Типы катализаторов
СТК-1-5 (экстр.)	СТК-1-7 (экстр.)	СТК-2-5 (табл.)	СТК-1М (экстр.)	СТК-2М-9 (табл.)
высш. сорт	І сорт	высш. сорт	І сорт	высш. сорт	І сорт	высш. сорт	І сорт	высш. сорт	І сорт
Содержание, % мас.
Fe2O3, не мен.	88,0	88,0	88,0	88,0	87,0	87,0	86,0	86,0	85,0	85,0
Cr2O3, не мен.	7,0	7,0	7,0	7,0	6,5	6,5	6,5	6,5	6,5	6,5
SO3, не бол.	0,3	0,4	0,3	0,4	0,3	0,4	0,3	0,4	0,3	0,4
MnO2							1,2-1,6	1,2-1,8	1,2-1,6	1,2-1,8
Размер гранул. мм
диаметр	4,5-5,0	4,5-5,5	7,0-7,5	7,0-8,0	5±0,1	5±0,1	4,5-5,0 или 7,0-7,5	4,5-5,5 или 7,0-8,0	9,0±0,2	9,0±0,3
высота					5±0,5	5±0,5			9,0±0,1	9,0±0,1
Насыпная плотность, г/см^3	1,2	1,3	1,2	1,3	1,6	1,7	1,2	1,3	1,6	1,7
Удельная поверхность, м^2/г	25-30	25-30	20-25	25-30	25-30
Пористость, %	60-65	60-65	45-50	60-65
Преоблада-ющий радиус пор, нм
мелких			150-200
крупных
Прочность, МПа
средняя	3,5	2,5	3,0	2,0	4,0	2,5	3,0	2,0	4,0	3,0
минимальная	1,8	1,2	1,5	1,0	2,5	1,5	1,5	1,0	2,5	2,0
Активность, константа скорости при 350 ^оС, нсм^3/(г·с)	1,4	1,2	1,4	1,2	1,4	1,2	2,2	1,9	1,8	1,3

Первая цифра после СТК означает способ приготовления катализатора: 1 – формованный, 2 – таблетированный. Вторая цифра означает диаметр гранул или таблеток в мм. Буква «М» – катализатор модернизированный. В данном случае катализатор усовершенствован за счет его промотирования марганцем, который вводится в состав катализатора в виде KMnO₄ [4].

Представленные выше катализаторы используются как в «старых» схемах производства аммиака на базе парокислородной каталитической или высокотемпературной конверсии метана, так и в современных крупных агрегатах, работающих по энерготехнологическому принципу. Процесс конверсии СО в «старых» схемах проводится в одну стадию только на железохромовом катализаторе при атмосферном давлении или при 2-3 МПа. В первом случае целесообразнее использовать формованные катализаторы типа СТК-1, при работе под давлением – таблетированные, типа СТК-2. В крупных агрегатах производства аммиака рекомендуется использовать железохромовый катализатор марок СТК (СТК-1-5, СТК-2-5, СТК-1М) – на первой ступени при давлении до 3 МПа [9].

В Украине железохромовые катализаторы производятся НПК «Алвиго-КС» г. Северодонецк в соответствие с требованиями [10]. Характеристики выпускаемых катализаторов показаны в табл. 3.

Таблица 3

Технические характеристики катализаторов СТК

Показатель	Марки катализаторов
СТК-СМТ	СТК-СМФ	СТК-1	СТК-СФ
Внешний вид	Таблетки темно-коричневого цвета	Экструдаты коричневого цвета
Размер, мм: а) диаметр высота б) диаметр высота	9,0±0,5 5,5±1,0 6,0±0,5 5,0±1,0	5,0±0,5 - 7,0±0,5 -
Насыпная плотность, г/см^3, не более	1,4	1,3
Механическая проч-ность при раздавли-вании, МПа, не менее средняя минимальная	2,5 1,2	2,0 1,0
Содержание, % мас.
Fe2O3, не менее	83,0	83,0	88,0	83,0
Cr2O3, не менее	7.5	7,5	7,0	7,0
CuO, не менее	2,0	2,0	-	-
промоторы	-	-	-
S, не более	0,05	0,05	0,05	0,05
Na2O	0,15	-	-	-
Активность, константа скорости при 350 ^оС, нсм^3/(г·с)	1,8	1,5	1,2	1,3

Из данных таблицы следует, что для конверсии СО водяным паром предназначены катализаторы четырех марок, отличающиеся формой, размером гранул и химическим составом.

Катализатор марки СТК-1, несмотря на появление новых, более активных катализаторов, из-за его низкой цены и стабильной работы по-прежнему широко используется заводами. Это объясняется тем, что производственные линии этих предприятий предусматривают реакторы конверсии оксида углерода (ІІ) большого объема, и где проведение процесса при таких технологических режимах как, например, низкая рабочая температура, невозможно без проведения реконструкции аппарата.

Совершенствование СТК-1 привело к созданию новых промотированных марок железохромого катализатора. Этим было достигнуто несколько целей. Во-первых, увеличение активности, что позволило снизить температуру ведения процесса и обеспечить более низкое содержание СО на выходе из реактора. Так, например, катализаторы марок СТК-СМТ и СТК-СМФ предназначены для эксплуатации в агрегатах синтеза аммиака при температуре на входе в реактор 315-325 ^оС. Катализатор марки СТК-СФ применяется при начальной температуре ведения процесса 325-340 ^оС. Во-вторых, такие катализаторы более селективны, практически полностью подавляют реакцию Фишера-Тропша и могут работать при низких отношениях пар:газ без закоксовывания [11, 12].

Среди зарубежных среднетемпературных катализаторов паровой конверсии СО наибольшее распространение получили марки 71-5 фирмы ICI (Великобритания), SK-201-2 фирмы Haldor Topce (Дания), К 6-11 фирмы BASF (Германия), С-12-1 фирмы ССІ (США), TZC-3/1 фирмы INS (Польша). Все перечисленные катализаторы близки по химическому составу: содержат около 90 % мас. оксида железа, 6-10 % мас. оксида хрома и 0,1-0,5 % мас. серы. Практически все катализаторы выпускаются в таблетированном виде. Отличие составляет присутствие промотирующих добавок в составе катализаторов, наличие которых увеличивает активность некоторых из них в 1,5-2 раза по сравнению с существующими аналогами [13].

Дата добавления: 2015-05-29