НАНЕСЕННЫЕ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ КАТАЛИЗАТОРЫ СИНТЕЗА АММИАКА НА ОСНОВЕ γ-AL 2O 3 Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

М.А. Еремин, Н.В. Нефедова.

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

НАНЕСЕННЫЕ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ КАТАЛИЗАТОРЫ СИНТЕЗА АММИАКА НА ОСНОВЕ y-Al 2O3.

The investigation of catalitic activity of low-temperature catalysts of ammonia synthesis supported on y-Al2O3 was performed under pressure 10MPa at temperature up to 500 °С.

Проведено исследование каталитической активности нанесенных катализаторов синтеза аммиака на основе y-Al2O3 при давлении 10 МПа и температуре до 500 °С.

В последние годы для интенсификации процесса синтеза аммиака в крупнотоннажных аппаратах стали применяться насадки нового типа — с радиальным ходом газа, которые в отличие от насадок с аксиальным ходом газа имеют меньшее сопротивление и позволяют работать в более мягких условиях [1].

В связи с этим разрабатываются новые низкотемпературные катализаторы, которые позволили бы повысить выход целевого продукта в более мягких условиях, использующих в качестве подложки активированный уголь, углеродные нанотрубки, цеолиты [2, 3, 4].

Нами в качестве носителя был выбран y-Al2O3. Катализаторы были приготовлены путем пропитывания водными растворами RuCl3 и FeCl3. Щелочной промотор был нанесен в виде водного раствора KNO3. Содержание Ru, Fe, K2O в образцах варьировалось от 0 до 20 %. Основные параметры катализаторов сведены в табл. 1.

Таблица 1. Химический состав и физико-химические свойства исследованных образцов

№ п/п Исходные соединения активного компонента Содержание, % масс. Удельная поверхность, м2/г Выход аммиака, % мол.

Металла К2О

1 RuCl3 4,0 0 130 0,15

2 RuCl3 + KNO3 4,0 4,5 118 1,8

3 RuCl3 + KNO3 4,0 7,5 78 2,6

4 RuCl3 + KNO3 4,0 11,0 56 2,4

5 RuCl3 + KNO3 4,0 8,4 90 2,2

6 RuCl3 + KNO3 10,0 8,0 78 2,4

7 RuCl3 + KNO3 15,0 8,2 56 2,0

8 RuCl3 + KNO3 20,0 7,8 32 1,8

9 FeCl3 + KNO3 4,0 0 150 0,15

10 FeCl3 + KNO3 4,0 4,8 110 0,18

11 FeCl3 + KNO3 4,0 8,0 80 0,7

12 FeCl3 + KNO3 4,0 12,6 54 0,3

Испытания проводились на полупромышленной установке высокого давления синтеза аммиака при объемной скорости W = 30 000 ч-1, давлении 100 атм, в интервале температур от 375 до 500 °С.

Как видно из приведенных данных, активность катализаторов зависит от природы и количества нанесенного активного компонента (Яи, Бе) и концентрации щелочного промотора К2О. Наибольшей активностью обладают образцы с содержанием рутения и оксида калия 4,0 и 7,5-11 %, соответственно. Дальнейшее увеличение содержания ак-

тивного компонента и промотора приводит к значительному падению удельной поверхности и, следовательно, уменьшению каталитической активности.

%аммиака

%аммиака

%аммиака

Зі-------

2,5-

• 1 2 -0-5

^2 -■-6

-*-3 -Ь-7

-•-4 -•-8

375

400

425

450

Температура

475 500

Температура

Температура

Рис. 1, 2. Каталитическая активность Ru-образцов 1-8 (пояснения в тексте).

Рис. 3. Каталитическая активность Fe-образцов 9-12 (пояснения в тексте).

Активность катализаторов с нанесенным FeCl3 была ниже активности образцов с RuCl3 в 4-10 раз при равном содержании щелочного промотора К2О.

Можно сделать вывод, что применение соединений рутения, а не широко используемого железа, в качестве активной фазы катализаторов синтеза аммиака является оправданным и рациональным в дальнейших исследованиях .

Список литературы

1. Кузнецов, Л.Д. / Л.Д.Кузнецов, А.С.Полевой //Катализ в промышленности, 2002,-№ 5.- С. 58-62.

2. Zbigniew Kowalczyk - An alkali-promoted ruthenium catalyst for the synthesis of ammonia, supported on thermally modified active carbon. /Zbigniew Kowalczyk, Jan Sentek and Slawomir Jodzis. //Catalysis Letters, 45, - 1997 - с. 65-72.

3. Hong-Bo Chen. Novel multi-walled nanotubes-supported and alkali-promoted Ru catalysts for ammonia synthesis under atmospheric pressure /Hong-Bo Chen, Jing-Dong Lin et al. // Applied Surface Science, 180, 2001, c. 328-335.

4. W. Mahdi. Application of Ru exchanged zeolite-Y in ammonia synthesis. / Hong-Bo Chen, Jing-Dong Lin et al. //Catalysis Letters, 14, 1992, c. 339-348.

УДК 628.163

М.А. Ерохин, А.М. Саввинова, Н.П. Какуркин

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

ИЗУЧЕНИЕ ДИНАМИКИ РАСТВОРЕНИЯ КАРБОНАТНОГО ПЕСКА В РАСТВОРЕ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ

The process of dissolution carbon sand in a solution of sulfuric acid in the column device is considered. Necessary time of contact and number of filters - conditioners for receive of potable water of required quality is found.

Рассмотрен процесс растворения карбонатного песка в растворе серной кислоты в аппарате колонного типа. Найдено необходимое время контакта и количество фильтров-кондиционеров для получения питьевой воды требуемого качества

После обратноосмотического опреснения морской воды, получаемый пермеат нельзя использовать для питья в связи с его низким солесодержанием. Поэтому возникает необходимость в проведении искусственной минерализации опресненной воды [1,2]. Одним из способов минерализации является растворение материалов, содержащих карбонат кальция, в слабых растворах кислот, например, в растворе серной кислоты. Подобный способ готовится к реализации на заводе опреснения морской воды в г. Актау По этой технологии часть опресненной воды (второй пермеат), подкисляется серной кислотой и пропускается через фильтры-кондиционеры, представляющие собой аппараты колонного типа, загруженные карбонатным песком, и затем смешивается с остальной частью второго пермеата [2].

Процесс протекает по общей реакции:

СаСО3 + H2SO4 = CaSO4 + Ca(HCO3)2 (0), которая включает в себя быструю реакцию СаСО3 с серной кислотой

СаСО3 + H2SO4 = CaSO4 + H2CO3 (1)

и значительно более медленную реакцию с угольной кислотой

СаСО3 + H2CO3 = Ca(HCO3)2 (2)

Также возможно прохождение реакции взаимодействия СаСО3 с водой:

СаСО3 + Н2О = Са2+ + НСО3- + ОН- (3)

Поскольку к качеству получаемой питьевой воды предъявляются довольно же-

2+

сткие требования (содержание Са не менее 30 мг/л, значение рН - 8.00 - 8.30), то для обеспечения возможности их прогнозирования требуется создание динамической модели. Для этого необходимо провести серию опытов, основной целью которых является получение зависимостей концентраций Са2+, НСО3- и значения рН от времени контакта раствора серной кислоты с карбонатным песком.

Изучение протекания процесса в динамическом режиме проводилось на лабораторной установке, состоящей из колонки (герметично закрытая стеклянная трубка длиной 2 м с внутренним диаметром 18 мм), емкости с исходным раствором серной кислоты (рН 2.50) и насоса-дозатора. Колонка заполнена карбонатным песком фракции 1

- 2.5 мм, состава, показанного в таблице 1 . Высота засыпки менялась в разных сериях