Реферат

Курсовая работа содержит: 39 листов, 5 таблиц, 6 использованных источников.

Графическая часть: технологическая схема производства – 1 лист.

КАТАЛИЗ, КАТАЛИЗАТОР, ПРОИЗВОДСТВО КАТАЛИЗАТОРА, ЖЕЛЕЗООКСИДНЫЙ КАТАЛИЗАТОР К-24И, ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ ПРОИЗВОДСТВА КАТАЛИЗАТОРА, МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС, СХЕМА

Цель курсовой работы – оценить воздействие на окружающую среду производства железооксидного катализатора К-24И.

В курсовой работе рассмотрены общие характеристики катализатора К-24И, технология производства железооксидного катализатора, основные механизмы катализа, проведен расчет материального баланса.

ВВЕДЕНИЕ

Гетерогенный катализ имеет огромное значение для химической и нефтехимической индустрии. Железооксидные катализаторы являются основой ряда катализаторов дегидрирования олефиновых и алкилароматических углеводородов. В современных условиях имеет огромное значение улучшение технико-экономических показателей процессов получения углеводородов, что в свою очередь, в значительной степени определяется эффективностью работы катализатора. Поэтому знание природы каталитической активности и создание катализаторов, обладающих высокими селективностью, активностью и механической прочностью является одним из важнейших направлений для решения задачи повышения экономической эффективности и конкурентоспособности российской промышленности.

В связи с возрастающим загрязнением атмосферы больших городов и промышленных районов возрастает актуальность совершенствования способов очистки промышленных газов и выхлопных газов автотранспорта. Оксид углерода как продукт неполного сгорания топлива содержится в выхлопных газах автотранспорта (до 5-6%), во многих выбросах промышленных предприятий, образуется при отжиге огнеупоров, в содовом производстве и т.д. К достоинствам каталитических методов очистки газов необходимо отнести более низкие температуры процессов по сравнению с термическим дожиганием.

На сегодняшний день актуальной является задача замены катализаторов на основе благородных металлов на более дешёвые оксидные катализаторы очистки отходящих газов промышленности и выхлопных газов автотранспорта.

1 Литературный обзор

1.1 Общие сведения о железооксидных катализаторах.

Fe-содержащие системы проявляют высокую каталитическую активность в ряде химических реакций: железооксидные катализаторы активны в таких реакциях, как дегидрирование этилбензола в стирол, конверсия водяного пара, селективное окисление метана до формальдегида, селективное окисление сероводорода в серу; сульфид железа проявляет активность в реакции гидродехлорирования хлорорганических соединений и в процессе ожижения угля; металлическое железо является катализатором разложения этана с образованием волокнистых материалов.

Большинство гетерогенных катализаторов при длительной промышленной эксплуатации теряют свою первоначальную активность. Оксидные железокалиевые катализаторы дегидрирования углеводородов в ходе эксплуатации дезактивируются и перегружаются через 1-2 года. Одной из наиболее распространенных причин дезактивации катализаторов является отравление различными примесями, содержащимися в сырье. Установлено, что снижение активности катализаторов обуславливается блокировкой поверхности и изменением химического состава гранул катализатора под действием ионов хлора и серосодержащих примесей. Однако, даже при отсутствии указанных выше примесей в сырье оксидные железокалиевые катализаторы дегидрирования углеводородов в ходе эксплуатации дезактивируются. При длительной эксплуатации в промышленных реакторах оксидных железокалиевых катализаторов основной причиной дезактивации последних является снижение содержания калия, которое приводит к уменьшению способности к реокислению Fe2+ в Fe3+ в условиях каталитического процесса. Для более глубокого понимания причин дезактивации в данной работе изучены характеристики образцов катализатора К-24И после его эксплуатации в течение 10200 ч в промышленном реакторе дегидрирования метилбутенов. Образцы были отобраны из различных точек реактора по ходу движения сырья.

В результате исследования характеристик отработанного катализатора К-24И установлено, что практически во всех случаях наблюдается разрушение его гранул. Наибольшему разрушению подвергаются верхние слои катализатора. Это объясняется тем, что они подвергаются максимальным динамическим нагрузкам. Кроме того, в верхней зоне реакция дегидрирования метилбутенов протекает с наибольшими скоростями. И, как следствие, наиболее интенсивны окислительно-восстановительные переходы в катализаторе. Кроме разрушения гранул, наблюдается и уменьшение содержания калия в слое катализатора по ходу движения паро-сырьевого потока. Причиной уменьшении является унос калиевого промотора в виде газообразного КОН, который образуется при разложении феррита калия.

Следует отметить, что необратимая дезактивация катализатора при длительной эксплуатации в промышленных реакторах наблюдается и в том случае, когда в дезактивированных образцах катализатора концентрация калия достаточно высока (до 22 %масс в пересчете на К2СО3). В этом случае мы наблюдаем дезактивацию катализатора, не связанную с изменением его химического состава и процессами физического разрушения. Скорее всего, речь идет о структурных и фазовых изменениях, которые вызывают так называемое «старение» катализаторов. Поскольку основным компонентом катализаторов дегидрирования углеводородов являются оксидные соединения железа, то можно предположить, что именно его состояние ответственно за изменение активности и селективности железокалиевых катализаторов.

Дегидрирование изопентана в присутствии железооксидных катализаторов обладает целым рядом преимуществ по сравнению с дегидрированием на ранее использовавшихся фосфатных катализаторах. Фосфатные катализаторы требовали окислительной регенерации через каждые 10 мин дегидрирования метилбутенов. Вместо фосфатных катализаторов были внедрены оксидные железокалиевые катализаторы (К24-И, КД-1), продолжительность работы которых без регенерации составляет от 500 до 1000 ч. Перевод систем дегидрирования на железооксидные катализаторы позволил снизить содержание полимеризующихся микропримесей и ликвидировать стадию отмывки контактного газа дизельным топливом и увеличить межремонтный пробег. Продолжительность эксплуатации железооксидных катализаторов, используемых при дегидрировании метилбутенов на ОАО «Синтез- Каучук», достигает 10000 ч

В процессах дегидрирования олефиновых и алкиларомэтических углеводородов широко используются железооксидные катализаторы, отличающиеся способностью работать длительными циклами или непрерывно без регенерации. Их производят методом формования из пластичных масс. Основными стадиями приготовления являются: смешение исходных компонентов, формование, сушка, прокалка на воздухе и активационная разработка в атмосфере с пониженным парциальным давлением кислорода.

Анализ литературных данных показал, что, несмотря на то, что железооксидные контакты давно используются в промышленности, а исследования природы их каталитической активности начались с 60-х годов прошлого века, фазовый состав и генезис каталитически активной системы, влияние типа щелочного промогора, изучены мало.

Предыстория исходных компонентов, особенно оксидов железа, играет весьма важную роль для этого варианта технологии, поскольку от них в значительной степени зависит взаимодействие составляющих компонентов катализатора и формирование ряда характеристик катализатора, в частности его пористой структуры.

Железооксидные катализаторы обладают высокой механической прочностью, технология их получения проста. Для их приготовления могут быть использованы широкодоступные реактивы, при этом входящие в состав последних примеси, за исключением ионов хлора, не оказывают влияния на каталитическую активность полученного оксида железа в окислении сероводорода. Каталитические свойства оксида железа зависят от температуры прокаливания образцов. С ее повышением значительно уменьшается удельная поверхность катализаторов и удельный объем пор. При этом снижается активность, однако, возрастает селективность в образовании элементной серы. По известным в настоящее время сведениям, оптимальной температурой прокаливания для железооксидных катализаторов является 600-700 С.

Для предотвращения спекания оксида железа в процессе приготовления катализаторов может быть применен метод нанесения активной массы на пористый носитель. При этом в катализаторе сохраняются поры среднего диаметра, обеспечивающие высокую каталитическую активность. Нанесенные катализаторы имеют перед массовыми еще и то преимущество, что они проявляют более высокую селективность и обладают высокой механической прочностью.

Основным методом промышленного производства стирола является каталитическое дегидрирование этилбензола. Этим методом получают более 90% мирового производства этилбензола. В качестве катализаторов дегидрирования применяются сложные композиции на основе оксидов цинка или железа. Раньше наиболее распространенным был катализатор стирол-контакт на основе ZnO. В последнее время используют, главным образом, железо-оксидные катализаторы, содержащие 55-80% Fe2O3; 2-28% Cr2O3; 15-35% K2CO3 и некоторые оксидные добавки. В частности широко используется катализатор НИИМСК К-24 состава Fe2O3 – 66-70%; K2CO3 – 19-20%; Cr2O3 – 7-8%; ZnO2 – 2,4-3,0%; K2SiO3 – 2,0-2,6%. Значительное содержание K2CO3 в катализаторе обусловлено тем, что он способствует дополнительной саморегенерации катализатора за счет конверсии углеродистых отложений водяным паром. Катализатор работает непрерывно 2 месяца, после чего его регенерируют, выжигая кокс воздухом. Общий срок службы катализатора – 2 года.