НЕФТЕПЕРЕРАБОТКА

Технология производства осажденных катализаторов

Около 80% катализаторов и подложек получают путем осаждения компонентов из раствора. Этот метод позволяет варьировать пористую структуру и площадь внутренней поверхности катализатора или подложки в широком диапазоне. Недостатками являются высокий расход реагентов и образование большого количества жидких отходов. Если в год производится несколько тысяч тонн катализаторов и носителей, рекомендуется найти другой способ производства. В зависимости от природы осадка, подлежащего осаждению, контактные носители можно разделить на солевые, кислотные и оксидные системы.

Оксидные катализаторы - это контактные среды для оксидов железа с различными ускорителями, используемые при конверсии СО в пар. В этом случае осадок представляет собой смесь аморфного гидроксида железа и гидроксида ускорителя (хрома, висмута и т.д.). Дальнейшая термическая обработка превращает гидроксид в соответствующий оксид металла.

Различные силикагели и гели алюминия, используемые для крекинга, гидратации, дегидратации, алкилирования и изомеризации, имеют кислую поверхность. При их производстве кремниевая кислота, алюмокремнезем и гидроксид алюминия выпадают в осадок в стоке раствора.

Образование солевых катализаторов сопровождается выпадением солевых осадков, которые могут изменить состав на следующей технологической стадии. По этой причине катализатор, полученный осаждением трех фосфатов кальция аммиаком из растворов CaCl₂ и фосфата натрия, используется в производстве катализаторов фенола.

Осаждение - это процесс, при котором раствор исходного компонента плавится и в результате химической реакции образуется твердая фаза. Переход от растворенного вещества к преципитату представляет собой комбинацию двух процессов: зарождение твердой фазы и рост кристаллов или укрупнение частиц желатина при одновременном выпадении осадка. Количество ядер (центров кристаллизации) n связано со степенью насыщения C/Cp:

где A - коэффициент пропорциональности, а C - концентрация раствора.

Чем больше C/Cp - тем больше образуется центров кристаллизации, тем более тонкий и активный осадок образуется.

Гидроксиды можно разделить на три группы в зависимости от их способности к кристаллизации:

1. Аморфные: практически не кристаллизуются, например, силикагель.
2. Mg(OH)₂, Sn(OH)₂ и Cd(OH)₂ быстро кристаллизуются, и аморфная фаза наблюдается только в особых условиях.
3. Аморфные гидроксиды Ti, Zr, Fe, Cu и Al, а также гидратированные оксиды пентанатриевой сурьмы и тетранатриевого олова кристаллизуются относительно медленно, но этот процесс часто сопровождается химическими изменениями и фазовыми переходами.

На рисунке ниже показана технологическая цепочка приготовления контактной массы методом выпаривания. Последовательность отдельных процессов варьируется, и отдельные процессы могут быть объединены или скомбинированы.

Солюбилизация твердых веществ - это гетерогенное физико-химическое взаимодействие между твердыми веществами и жидкостями, включающее переход твердых веществ в раствор. Общая скорость этого процесса определяется количеством вещества Gp, растворенного в момент времени t:

Когда твердое вещество перемешивается и равномерно диспергируется в жидкой фазе, растворение ускоряется при повышении температуры. При повышении температуры коэффициент диффузии D и коэффициент массопереноса (по мере уменьшения вязкости жидкой фазы) уменьшаются.

Фильтрация. Скорость пропорциональна движущей силе и обратно пропорциональна сопротивлению:

Очистка осадка в фильтре может вытеснить фильтрат, застрявший в осадке. Однако осадок распределяется в фильтре неравномерно.

Поэтому промывка вызывает образование вмятин в осадке, что резко снижает эффективность промывки. Продолжительность промывки определяется уравнением:

После фильтрации и промывки осадок обычно содержит около 10-60% воды, которую необходимо удалить. Сушка может осуществляться конвективной сушкой, при которой осадок находится в непосредственном контакте с сушильной средой, контактной сушкой, при которой тепло передается от стенок сушилки к материалу за счет теплопроводности, или электрической сушкой, при которой используются токи высокой частоты. Другим типичным методом является распылительная сушка, которая позволяет получить твердые сухие частицы путем испарения воды из мелкодисперсного раствора или суспензии.

В общем случае скорость сушки u определяется потерей влаги dW материалом за заданный интервал времени dr:

Для получения изделий с осажденным контактом используются туннели, ленты, распылительные сушилки, оборудование с псевдоожиженным слоем и вращающиеся печи.

Охлаждение является одной из наиболее важных операций при производстве контактных окатышей. Во время этого процесса кальцинирования образуется само каталитически активное вещество. Условия обжига (температура, время и среда) определяют средний размер пор и размер контактной поверхности. Охлаждение обычно проводится при температуре, равной или более высокой, чем температура каталитической реакции. На этой стадии используется в пиролизных печах, реакторах шахтного типа, где катализатор нагревается непосредственно горячим воздухом или отходящими газами.

Методы получения катализаторов осаждения различаются по способу формирования. При сухом формовании сырье гранулируется, гранулируется и измельчается. При мокром формовании используются методы коагуляции и экструзии.