Современные исследования в области производства катализаторов паровой конверсии СО

В настоящее время разными учеными проводятся исследовательские работы, направленные на усовершенствование технологии приготовления железохромовых катализаторов и получения катализаторов нового поколения.

Анализ процесса конверсии СО в действующих технологических схемах производства аммиака и исследования, проводимые в Ивановском государственном химико-технологическом университете (Россия), дают основания считать, что для стадии среднетемпературной конверсии оксида углерода (II) перспективными являются катализаторы на основе ферритов, приготовленные по методу механохимического синтеза. Установлено, что индивидуальные ферриты в целом имеют хорошую каталитическую активность, однако на них синтезируется значительное количество побочных веществ. В связи с этим были разработаны физико-химические основы приготовления катализатора на основе ферритов кальция и меди, промотированные щелочными металлами [21] и лантаноидами [22, 31, 37]. Показано, что введение калия способствует увеличению активности катализатора, а добавка церия – селективности.

Значительный интерес представляет предложенный способ получения железохромового катализатора путем осаждения композиции, содержащей двухвалентное и трехвалентное железо совместно с промотирующими добавками [24]. Содержание Fe²⁺ и Fe³⁺ в исходном растворе берется в таком соотношении, чтобы катализаторная масса после прокаливания имела состав, соответствующий Fe₃O₄. В случае использования в качестве сырья двухвалентного железа, в ходе процесса осаждения его частично окисляют до трехвалентного. Технический результат состоит в том, что отпадает необходимость в стадии восстановления катализатора перед его использованием, что положительно сказывается на прочности и активности получаемого катализатора.

В настоящее время кафедрой охраны труда и окружающей среды Украинской государственной академии железнодорожного транспорта (г. Харьков) совместно с НТЦ ЗАО «Северодонецкое объединение Азот» и Национальным техническим университетом «Харьковский политехнический институт» проводятся исследования по разработке катализатора среднетемпературной конверсии оксида углерода (ІІ) на базе железного купороса, который является отходом производства титановых белил [45, 46]. При выполнении работ были определены оптимальные параметры процесса приготовления катализатора и отработана технология, которая позволяет получить катализатор с техническими характеристиками, соответствующими требованиям технических условий. Катализатор готовится путем совместного осаждения многокомпонентной системы сульфатов железа, меди и хрома карбонатом натрия. Для повышения активности в катализаторную массу вводится промотирующая добавка в виде сульфата калия. Приготовленная опытная партия катализатора проходит полупромышленные испытания на базе НТЦ ЗАО «Северодонецкое объединение Азот».

Кафедрой химической технологии неорганических веществ, катализа и экологии Национального технического университета «Харьковский политехнический институт» проводятся исследования направленные на улучшение самой технологии получения железохромового катализатора, а также его технических характеристик [47, 48]. Предложено получение катализатора путем совместного осаждения исходных солей железа, хрома и меди при использовании в качестве сырья хлорида железа (III). Для сокращения материальных затрат рассматривается возможность проведения восстановления катализатора не в конверторе рабочей парогазовой смесью, а за счет введения соответствующего восстановителя в катализаторную массу перед ее формовкой.

Таким образом, имея многолетнюю историю развития, вопрос усовершенствования существующих способов получения среднетемпературных катализаторов паровой конверсии СО остается актуальным и до настоящего времени. Это говорит о широком использовании данных катализаторов и необходимости постоянного повышения их качества, что диктуется современными условиями промышленного производства, экономики и экологии.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Производство аммиака / Семенов В.П., Киселев Г.Ф., Орлов А.А. и др.; Ред. В.П. Семенова. – М.: Химия, 1985. – 368 с.

2. Технологія зв’язаного азоту: Підручник / Товажнянський Л.Л., Лобойко О.Я., Слабун І.О. та ін.; Ред. О.Я. Лобойко. – Х.: НТУ «ХПІ», 2007. – 536 с.

3. Технология связанного азота / Атрощенко В.И., Алексеев А.М., Засорин А.П. и др.; Ред. В.И. Атрощенко. – К.: Вища шк., 1985. – 327.

4. Технологія аміаку: навчальний посібник / Янковський М.А., Демиденко І.М., Мельников Б.І. та ін. – Дніпропетровськ: УДХТУ, 2004. – 300 с.

5. Справочное руководство по катализаторам для производства аммиака и водорода: Пер. с англ. / Ред. В.П. Семенова. – Л.: Химия, 1973. – 248 с.

6. Технология катализаторов / И.П. Мухленов, Е.И. Добкина, В.И. Дерюжкина, В.Е. Сороко; Ред. И.П. Мухленова. – Л.: Химия, 1974. – 328 с.

7. Очистка технологических газов / Семенова Т.А., Лейтес И.Л., Аксельро Ю.В. и др.; Ред. Т.А Семеновой, И.Л. Лейтиса. – М.: Химия, 1977. – 488 с.

8. ТУ 113-03-317-86. Катализатор железохромовый среднетемпературной конверсии оксида углерода (СТК). – Взамен ТУ 6-03-317-77. Введ. 01.01.87. – М.: Изд-во стандартов, 1986. – 49 с.

9. Справочник азотчика: Физико-химические свойства газов и жидкостей. Производство технологических газов. Очистка технологических газов. Синтез аммиака. – М.: Химия, 1986. – 512 с.

10. ТУ У 71-082-052-2001. Катализатор среднетемпературной конверсии оксида углерода (ІІ). – Ввод. впервые. Введ. 01.03.2002. – Северодонецк: Полиграф-Импульс, 2001. – 39 с.

11. Комова З.В., Калинченко Ф.В., Калиневич А.Ю., Павлюк Е.А. Опыт пуска в эксплуатацию катализатора СТК-СМФ конверсии СО // Катализ в промышленности. – 2003. – № 2. – С. 89-95.

12. Сергеев С.П., Комова З.В., Калинченко Ф.В., Фоменко С.Д., Крейндель А.Н. Из опыта эксплуатации железохромовых катализаторов в первой ступени конверсии СО производства аммиака // Катализ в промышленности. – 2006. - № 6. – С. 9-18.

13. Катализаторы и процессы с их применением в азотной промышленности / Демиденко И.М., Янковский Н.А., Степанов В.А. и др.; Ред. Н.А. Янковского. – Горловка: КП «Горловская типография», 1998. – 198 с.

14. Технология катализаторов / И.П. Мухленов, Е.И. Добкина, В.И. Дерюжкина, В.Е. Сороко; Ред. И.П. Мухленова. – Л.: Химия, 1979. – 328 с.

15. Аммиак. Вопросы технологии / Демиденко И.М., Янковский Н.А., Степанов В.А. и др.; Ред. Н.А. Янковского. – Донецк: ГИК «Новая печать», ООО «Лебедь». – 2001. – 497 с.

16. Алексеев А.М., Михайлова А.В., Бесков В.С., Шитикова Г.С., Кузнецов Б.Н. Формирование промышленных катализаторов производства аммиака. Катализаторы среднетемпературной конверсии оксида углерода водяным паром // Химическая промышленность. – 1995. – № 2. – С. 23-27.

17. Кузнецов Б.Н., Чудинов М.Г., Алексеев А.М., Якерсон В.И. Влияние реакционной, восстановительной и окислительной сред на распределение элементов и валентное состояние железа на поверхности среднетемпературного железохромового катализатора // Кинетика и катализ. – 1996. – Т. 37. – № 6. – С. 23-909-912.

18. Кукушкин И.И. О причинах потери активности и работоспособности катализатора конверсии оксида углерода / Ред. Г. Коваленко. – Луганск: Луганское областное издательство, 1961. – 87 с.

19. Сеттерфилд Ч. Практический курс гетерогенного катализа: Пер. с англ. – М.: Мир, 1984. – 520 с.

20. Костров В.В., Морозов Л.Н. Разработка катализаторов для процессов паровой конверсии монооксида углерода и синтеза метанола // Научные основы приготовления катализаторов. Творческое наследие и дальнейшее развитие работ профессора И.П. Кириллова: Монография / Ред. А.П. Ильина. – Иваново: ГОУ ВПО Иван. гос. хим.-технол. ун-т, 2008 – С. 7-16.

21. Ильин А.П., Кунин А.В., Ильин А.А., Гордина Н.Е., Широков Ю.Г. Разработка катализаторов для процесса среднетемпературной конверсии монооксида углерода в производстве аммиака // Научные основы приготовления катализаторов. Творческое наследие и дальнейшее развитие работ профессора И.П. Кириллова: Монография / Ред. А.П. Ильина. – Иваново: ГОУ ВПО Иван. гос. хим.-технол. ун-т, 2008 – С. 79-97.

22. Курочкин В.Ю., Ильин А.А., Ильин А.П. Регулирование активности и селективности катализатора среднетемпературной конверсии оксида углерода // Современные наукоемкие технологии. – 2007. – С. 78-82.

23. Пат. 2314870 Россия, МПК С1 В01J23/86, B01J37/04, C01B3/16. Катализатор паровой конверсии моноксида углерода, способ его приготовления и способ его использования / Т.М Юрьева, М.П. Демешкина, А.А. Хасин и др. (Россия); Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской Академии наук, Открытое акционерное общество Ангарский завод катализаторов органического синтеза (Россия). – № 2006132151/04; Заявл. 06.09.2006; Опубл. 20.01.2008.

24. Пат. 2305006 Россия, МПК С2 В01J37/02, B01J23/86, B01J23/885, C01B3/16. Высокотемпературные катализаторы конверсии на основе шпинели / Э.Ю. Уорд, С.А. Эксон, П.Д. Мюррей (Великобритания); Джонсон Мэтти плс (Великобритания). – № 2004110624/04; Заявл. 22.08.2002; Опубл. 20.08.2005, Бюл. № 24.

25. Пат. 40867 Украина, МПК B01J23/86, B01J23/885. Установка для виробництва залізохромового каталізатора / О.М. Федоров, В.П. Ляхов, А.З. Лисиця та ін.(Україна); ТОВ НВК «Алвіго-КС» (Україна). – № 2000085091; Заявл. 31.08.2000; Опубл. 15.08.2001, Бюл. № 7.

26. Пат. 2275963 Россия, МПК С2 В01J37/03, B01J23/745, B01J23/26. Способ приготовления железохромового катализатора / Комова З.В. (Россия), Калинченко Ф.В., Коробка Н.С. (Украина) и др.; ООО «Алвиго-М» (Россия). – № 2004110959/04; Заявл. 13.04.2004; Опубл. 10.10.2005.

27. Пат. 2254922 Россия, МПК С1 В01J37/04, B01J23/78, B01J23/72, В01J23/745. Способ приготовления катализатора для среднетемпературной конверсии оксида углерода водяным паром / Ильин А.П., Смирнов Н.Н., Ильин А.А., Кунин А.В. (Россия); Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ивановский государственный химико-технологический университет» (Россия). – № 2004100464/04; Заявл. 05.01.2004; Опубл. 27.06.2005, Бюл. № 18.

28. А.с. 341518 СССР, МПК B01J23/86. Катализатор для конверсии окиси углерода водяным паром / А.А. Денисов, Б.А. Жидков, А.С. Прыгунов (СССР). – № 1487408/23-04; Заявл. 12.10.70; Опубл. 07.05.85, Бюл. № 17.

29. Пат. 2059430 Россия, МПК С1 B01J23/885, C01B3/16. Катализатор для паровой конверсии оксида углерода / Андреева Н.А., Горбачева Н.Б., Семенова Т.А. и др. (Россия); Государственный научно-исследовательский институт азотной промышленности и продуктов органического синтеза (Россия). – № 93025940\04; Заявл. 30.04.93; Опубл. 10.05.96, Бюл. № 13.

30. Пат. 2157731 Россия, МПК С1 В01J37/04, B01J23/881, B01J23/885, В01J23/86. Способ приготовления катализатора для среднетемпературной конверсии оксида углерода с водяным паром / Шаркина В.И., Серегина Л.К., Горожанкин Э.В., Аксенов Н.Н. (Россия); Меньшов В.Н. (Россия). – № 2000108697/04; Заявл. 11.04.2000; Опубл. 20.10. 2000.

31. Пат. 2170615 Россия, МПК В01J37/04, B01J23/78, B01J23/83, В01J23/881, B01J23/889, C01B3/16. Способ приготовления катализатора паровой конверсии оксида углерода и катализатор паровой конверсии оксида углерода / Калиничев А.Ю. (Россия), Калиниченко Ф.В. (Украина), Данилова Л.Г. (Россия) и др.; Довганюк В.Д. (Россия). – № 2000122324/04; Заявл. 24.08.2000; Опубл. 20.07.2001.

32. Пат. 2291744 Россия, МПК С1 В01J37/04, B01J23/745, B01J23/72, В01J23/78. Способ приготовления катализатора для среднетемпературной конверсии оксида углерода водяным паром / Ильин А.А, Ильин А.П., Смирнов Н.Н. (Россия); Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ивановский государственный химико-технологический университет» (Россия). – № 2005137678/04; Заявл. 02.12.2005; Опубл. 20.01.2007, Бюл. № 2.

33. А.с. 1482721 СССР, МПК B01J23/86, С01В3/16. катализатор для конверсии оксида углерода / З.В. Комова, Б.Г. Тагинцев, Т.А. Семенова и др. (СССР). – № 4159657/04; Заявл. 12.12.86; Опубл. 30.05.89, Бюл. № 20.

34. А.с. 1593698 СССР, МПК В01J37/04, 23/86. Способ приготовления таблетированного катализатора для конверсии оксида углерода / Г.Г. Щибря, В.Г. Тагинцев, Е.П. Ковтуненко и др. (СССР). – № 4303453/23-04; Заявл. 03.09.87; Опубл. 23.09.90, Бюл. № 35.

35. А.с. 1165453 СССР, МПК B01J23/78, С01В3/16. Катализатор для конверсии окиси углерода / З.В. Комова, Э.Л. Фурен, М.С. Фингерова и др. (СССР). – № 3352215/23-04; Заявл. 16.11.81; Опубл. 07.07.85, Бюл. № 25.

36. А.с. 923586 СССР, МПК B01J23/84, С01В3/16. Катализатор для конверсии окиси углерода / Н.В. Петрушова, Д.А. Алексеенко, Г.И. Пантазьев (СССР). – № 2858152/23-04; Заявл. 15.11.79; Опубл. 30.04.82, Бюл. № 16.

37. Пат. 2320411 Россия, МПК С1 В01J37/04, B01J23/78, B01J23/745, В01J23/72, C01B3/16. Способ приготовления катализатора среднетемпературной конверсии оксида углерода водяным паром / Курочкин В.Ю., Ильин А.П., Смирнов Н.Н (Россия); Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ивановский государственный химико-технологический университет» (Россия). –№ 2007100770/04; Заявл. 09.01.2007; Опубл. 27.03. 2008.

38. Кириллов И.П., Алексеев А.М., Широков Ю.Г. Разработка и внедрение в промышленность бессернистого железохромового катализатора СТК-ЖС // Научные основы приготовления катализаторов. Творческое наследие и дальнейшее развитие работ профессора И.П. Кириллова: Монография / Ред. А.П. Ильина. – Иваново: ГОУ ВПО Иван. гос. хим.-технол. ун-т, 2008 – С. 17-25.

39. Кунин А.В., Андрианасулу Н.Т., Ильин А.А. Исследование и разработка высокоэффективных катализаторов на основе a-Fe₂O₃ // Химия и химическая технология на рубеже тысячелетий: Мат. II Всерос. науч. конф. – Томск: ТПУ. – 2002. – Том 1. – С. 87-90.

40. Пат. 15016 Україна, МПК B01J23/86. Установка для виробництва залізохромового каталізатора / Пантазьєв Г.І., Лисиця А.Н., Деркач В.К. та ін. (Україна); Северодонецьке виробниче об’єднання «Азот» (Україна). – № 94030830; Заявл. 11.05.93; Опубл. 30.06.97, Бюл. № 3.

41. Технология катализаторов / И.П. Мухленов, Е.И. Добкина, В.И. Дерюжкина, В.Е. Сороко; Ред. И.П. Мухленова. – Л.: Химия, 1989. – 272 с.

42. А.с. 384263 СССР, МПК B01J23/86. Катализатор для конверсии окиси углерода / З.В. Комова, Т.А. Семенова, М.И. Маркина и др. (СССР). – № 1653084/23-04; Заявл. 30.04.71; Опубл. 15.09.81, Бюл. 34.

43. Калашник А.В., Полосина Л.В., Калинченко Ф.В. Десульфуризация катализаторов среднетемпературной конверсии оксида углерода // Укркатализ III: Материалы III Украинской научно-технической конференции по катализу. – Северодонецк: А-плюс. – 2002. – С. 49-50.

44. Комова З.В., Калиневич А.Ю., Калинченко Ф.В., Деркач В.К., Полосина Л.В., Коробка Н.С., Кубрак Л.П. Железохромовые катализаторы конверсии СО. Пути их усовершенствования // Укркатализ III: Материалы III Украинской научно-технической конференции по катализу. – Северодонецк: А-плюс. – 2002. – С. 68-69.

45. Гармаш Б.К., Лобойко А.Я., Микиша Г.В. Железохромовый катализатор конверсии СО на базе железного купороса производства Сумского ПО «ХИМПРОМ» // Вопросы химии и химической технологии. – Днепропетровск: УГХТУ, 2006. – № 5. С. 250-251.

46. Гармаш Б.К., Ворожбиян М.И., Шапка А.В., Лобойко В.А., Радченко И.Н. Разработка катализатора среднетемпературной конверсии оксида углерода // Сучасні проблеми технології неорганічних речовин: Збірник матеріалів ІV Української науково-технічної конференції. – Дніпродзержинськ: ДДТУ. – 2008. – С. 170-171.

47. Бутенко А.М., Сінческул О.Л., Лобойко В.О. Одержання каталізатора СТК сумісним осадженням компонентів // Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». – Х.: НТУ «ХПІ», 2008. – № 33. – С. 112-117.

48. Бутенко А.М., Сінческул О.Л., Лобойко В.О. Кінетика осадження іонів Fe³⁺ розчином амоній карбонату в процесі приготування каталізатора СТК // Сучасні дослідження кінетики і механізму гетерогенно-каталітичних реакцій: Матеріали конференції молодих дослідників, аспірантів, студентів. – К.: Інститут фізичної хімії. – 2008. – С. 43.

Поступила в редакцию

Дата добавления: 2015-05-29