Получение катализаторов конверсии оксида углерода

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

 высшего профессионального  образования

Томский Политехнический Университет

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

Получение катализаторов конверсии

оксида углерода

                            

 

                                                                                                  

 

 

                                                                                              Выполнил:

                                                                                                  студентка гр. 5472

                                                                                                  Хасанова Н.Ш    

                                                                                                     Проверил:

                                                                                                   доцент каф.ОХТ 

                                                                                                  Швалёв Ю.Б.

 

 

 

 

 

 

Томск 2010

                                                            Содержание

Введение                                                                                                                            1.Физико-химические закономерности синтеза                                                      2.Технологическая схема производства   катализаторов                                                               3.Охрана труда                                                                                                               Заключение                                                                                                                     Список литературы                                                                                                        

 

 

 

 

 

                               

 

 

 

 

 

                                    

                                     

                                         

 

                                                 

                                           Введение

         Технический прогресс химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей,  пищевой, лесотехнической и некоторых других отраслей промышленности тесно связаны с применением катализаторов. Катализаторы  позволяют значительно снизить себестоимость продукции и, как правило, улучшают её качество. Громадное значение приобретают  катализаторы в решении проблемы очистки отходящих газов то вредных примесей.

      Производство катализаторов стало самостоятельной быстро развивающейся отраслью промышленности. В настоящее время используется свыше 150 видов твёрдых катализаторов, разрабатываются сотни новых, усиливается контроль  за их качеством.

      Производство контактных масс   включает следующие основные этапы:

1.Получение исходного  твёрдого материала, который обычно  кроме веществ, входящих в состав  конечного катализатора, содержит  вещества, подлежащие в дальнейшем  удалению. Исходными твёрдыми материалами  могут служить при изготовлении: Al2O3 - выделенный из раствора гель; при изготовлении оксидных и металлических катализаторов- соли летучей или нестойкой кислоты (нитраты, карбонаты, ацетаты, хроматы).

2. Выделение соединения, которое является собственно  катализатором. Из исходного материала  удаляют термическим разложением, выщелачиванием или иным способом  лишние вещества. Катализатор выделяется  при этом в виде в виде  самостоятельной объёмной фазы. При разложении солей таких  металлов, как Cr, Al, Zn, получают трудновосстанавливаемые оксиды, а при термообработке солей    Co, Ni, Fe и других - легковосстанавливаемые до металла кислородные соединения.

3. Изменение состава катализатора  при взаимодействии с реагентами  и под влиянием условий реакции.

        Катализаторы классифицируют по способам производства, учитывая особенность метода приготовления и химическую природу катализатора. Принимая это за основу, контактные массы условно делят на следующие типы: осажденные, на носителях, полученные механическим смешением компонентов, плавленые, скелетные, природные, органические, цеолитные и коллоидные.

       Исходное сырьё для приготовления контактных масс должно удовлетворять определённым требованиям: постоянство химического и фазового составов, отсутствие вредных примесей, требуемый размер частиц, нужная влажность, возможно меньшая стоимость. Однородность химического состава катализатора в значительной степени определяется постоянством химического состава сырья, размером частиц в нем, влажностью, способом и продолжительностью перемешивания исходных составляющих, а также условиями их транспортировки, загрузки и хранения.

        Фазовый состав сырья может влиять на пористую структуру катализатора. Некоторые вещества в очень незначительных количествах сильно уменьшают активность и избирательность катализатора. Основное количество нежелательных примесей находится в сырье. Требования к чистоте исходных компонентов связаны со стоимостью конечного продукта.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                         

      

Физико-химические закономерности синтеза

            Основные процессы в производстве катализаторов относятся к группам гидродинамических, тепловых, диффузионных, механических, химических.

        Гидродинамические процессы включают перемещение жидкостей, разделение суспензий, перемешивание. Для перемещения жидких реагентов и промежуточных продуктов   используют  различные насосы: поршневые, центробежные, струйные. Суспензии разделяют отстаиванием, фильтрованием. Для перемешивания реагентов широко применяют различные конструкции металлов: пропеллерные, турбинные, лопастные, рамные, якорные и т.д.

     К тепловым процессам относят, нагревание, охлаждение, выпаривание, конденсацию паров. Для нагревания в катализаторных производствах  используют глухой или острый пар, горячую жидкость, топочные газы, электрический ток.

      Экстракция из пористых твёрдых тел, растворение, кристаллизация, адсорбция и сушка, широко используемые в контакте контактных масс, относятся к массообменным (диффузионным) процессам. Наиболее часто, практически во всех технологических схемах, применяют сушку различных материалов.

      Механические процессы включают перемещение твёрдых частиц, измельчение, классификацию, формовку и другие операции. Перемещение твёрдых материалов достигается с помощью транспортёров, шнеков, элеваторов. Для измельчения используются дробилки, мельницы. Классификацию сырья и готовой продукции проводят в грохотах, гидравлических классификаторах, воздушных сепараторах.

       Химические процессы в производстве катализаторов весьма разнообразны. Они могут проходить гомогенно в жидкой или газовой фазе и в гетерогенных процессах. Широко применяют гетерогенные процессы, в которых химические реакции сопровождаются диффузией и переходом компонентов из одной фазы в другую. В системе газ - жидкость часто используют процессы хемосорбции газовых компонентов и обратные процессы десорбции с разложением молекул жидкой фазы. В системе газ - твёрдое вещество также применяют хемосорбцию и десорбцию; в системах жидкость- твёрдое и жидкость- жидкость- избирательную  экстракцию с образование новых веществ в экстрагенте. Сложные многофазные процессы с образованием новых веществ происходят при термообработке катализаторов. При этом, как правило, в общем твёрдофазном процессе принимают участие появляющаяся при нагревании эвтектическая жидкая фаза или компоненты газовой фазы [3].

          Метод приготовления определяет степень дисперсности собственно каталитического компонента, форму, пористую структуру, активность контактных масс. Каталитическая активность характеризуется изменением скорости химической реакции в результате введения в систему катализатора. Механическая прочность гранул достигается правильно подобранным способом формовки, условиям термообработки.

           Изменение физических характеристик катализатора в зависимости от термического воздействия:

    60                                                        7

 

    40                                                        5

 

    20                                                        3

      0                                                        1

                  300     500     700    900

          Температура прокаливания,0С

Рис.1 зависимость удельной поверхности (кривая 1), удельного объёма пор (кривая 2) и кажущейся плотности (кривая 3) катализатора от температуры прокаливания.

       Увеличение кажущейся плотности катализатора сопровождается соответствующим уменьшением удельного объёма пор. Заметное уменьшение поверхности начинается при 3000С и происходит в основном из-за уменьшения степени шероховатости стенок пор. катализатор марки ГИАП-482 более устойчив к действию сернистых соединений.

       Заданный тип пористой структуры и удельной поверхности определяют различными приёмами. В осаждённых контактных массах это во многом зависит от условий осаждения (Рн среды, концентрации исходных растворов, температуры, скорости осаждения, времени созревания осадка). При сухом смешении компонентов пористость во многом определяется способом формования, степенью измельчения исходной шихты, добавкой специальных веществ. Оптимальный размер гранул определяют минимумом суммарных расходов на производство контактной массы, транспортировку реагентов и преодоление гидравлического сопротивления массы в процессе работы. Средний размер частиц Fe2O3 составляет 8-10 мкм. Механическая прочность гранул достигается правильно выбранным способом формовки, условиями термообработки.

      Растворение- процесс перехода твёрдой фазы  в жидкую. В растворённом и  в значительной мере диссоциированном  состоянии увеличивается подвижность  и химическая активность молекул. В производстве катализаторов  для конверсии растворяют практически чистые твердые соединения, перевод которых в раствор позволяет ускорить проведение последующих химических реакций.

         Суммарная скорость определяемая количеством вещества, которое растворяют за время

                               Gp/tp=D/g*(Cp-C0)=BFCp*(Cp-C0)                                              (1.1)

uде g-толщина диффузионного пограничного подслоя;

      FCp-средняя во времени поверхность растворения;

       С0-средняя концентрация растворяющегося вещества в основной массе              раствора;

      B-коэффициент массоотдачи в жидкой фазе.

          Перемешивание, позволяющее уменьшить g и равномерно распределить твёрдые частицы в жидкой фазе, ускоряет растворение. Другим фактором, ускоряющим процесс является температура. С ростом температуры увеличивается коэффициент диффузии и соответственно массоотдачи вследствие уменьшения вязкости жидкой фазы. Для большинства веществ с повышением температуры растворимость в воде непрерывно возрастает. Одновременно повышается и скорость растворения. Более быстрому растворению способствует измельчение исходного сырья. Растворение проводят в реакторах с механическим перемешиванием.

       Осаждение- процесс образования твердой  фазы в результате химической  реакции при сливании растворов  исходных компонентов. Переход растворённого  вещества в осадок- совокупность  двух процессов: образования зародышей  твёрдой фазы и роста кристаллов  или укрупнения гелеобразных  частиц при одновременном их  осаждении. Каталитически активными  формами являются  термодинамически  неустойчивые состояния вещества, процесс образования которых  следует проводить в условиях, далеких от равновесия кристаллизация ускоряется при понижении температуры.

      Число зародышей  n связано со степенью пересыщения С/Cp соотношением

                                          n=A(C/Cp-1)                                                                    (1.2)

где А- коэффициент пропорциональности

       С-концентрация  раствора.

     Чем больше  пересыщение, тем больше образуется  центров кристаллизации и тем  более мелкий и активный получается  осадок. Для увеличения числа  зародышей кристаллизации следует  использовать концентрированные  исходные  растворы. Повышение температуры  и Рн среды, а также увеличение  ионной силы раствора способствует  уменьшению n. Скорость образования зародышей зависит  также от механического воздействия на раствор.

     Перемешивание  вносит энергию, которая необходима  для начала процесса кристаллизации. Благоприятствует образованию зародышей  воздействие электрического, магнитного  полей, ионизированное излучение, внесённое  в зону зародышеобразования кристаллов  данного вещества или посторонних  включений.