RU2209117C1 - Catalytic element of regular cellular structure for heterogeneous high- temperature reactions - Google Patents
Catalytic element of regular cellular structure for heterogeneous high- temperature reactions Download PDFInfo
- Publication number
- RU2209117C1 RU2209117C1 RU2002101413A RU2002101413A RU2209117C1 RU 2209117 C1 RU2209117 C1 RU 2209117C1 RU 2002101413 A RU2002101413 A RU 2002101413A RU 2002101413 A RU2002101413 A RU 2002101413A RU 2209117 C1 RU2209117 C1 RU 2209117C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- blocks
- catalyst
- catalytic element
- ammonia
- Prior art date
Links
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 title claims abstract description 34
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 210000003850 cellular structure Anatomy 0.000 title abstract 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 54
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 13
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 abstract description 41
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 abstract description 6
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 abstract description 6
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 abstract 2
- 239000007809 chemical reaction catalyst Substances 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 description 25
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- LELOWRISYMNNSU-UHFFFAOYSA-N hydrogen cyanide Chemical compound N#C LELOWRISYMNNSU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 9
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 7
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 6
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 6
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 4
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005915 ammonolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- ZNBNBTIDJSKEAM-UHFFFAOYSA-N 4-[7-hydroxy-2-[5-[5-[6-hydroxy-6-(hydroxymethyl)-3,5-dimethyloxan-2-yl]-3-methyloxolan-2-yl]-5-methyloxolan-2-yl]-2,8-dimethyl-1,10-dioxaspiro[4.5]decan-9-yl]-2-methyl-3-propanoyloxypentanoic acid Chemical compound C1C(O)C(C)C(C(C)C(OC(=O)CC)C(C)C(O)=O)OC11OC(C)(C2OC(C)(CC2)C2C(CC(O2)C2C(CC(C)C(O)(CO)O2)C)C)CC1 ZNBNBTIDJSKEAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052878 cordierite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N dimagnesium dioxido-bis[(1-oxido-3-oxo-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3-disila-5,7-dialuminabicyclo[3.3.1]nonan-7-yl)oxy]silane Chemical compound [Mg++].[Mg++].[O-][Si]([O-])(O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2)O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2 JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 229910000378 hydroxylammonium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000003685 thermal hair damage Effects 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Catalysts (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к каталитическим элементам регулярной сотовой структуры для гетерогенных высокотемпературных реакций, например для конверсии аммиака, и может быть использовано в производствах азотной, синильной кислот, гидроксиламинсульфата в качестве катализатора второй ступени. The invention relates to catalytic elements of a regular honeycomb structure for heterogeneous high-temperature reactions, for example, for the conversion of ammonia, and can be used in the production of nitric, hydrocyanic acid, hydroxylamine sulfate as a second-stage catalyst.
Известен сотовый каталитический элемент (патент РФ 2128081, МПК B 01 J 35/04, С 01 В 21/26, 1999), который размещают в корпусе реактора на поддерживающем устройстве в виде слоя из отдельных призм, состыкованных боковыми гранями без зазоров. В случае использования каталитического элемента в качестве катализатора для конверсии аммиака второй ступени, на нем сверху располагают слой платиноидных сеток, являющихся катализатором первой ступени. Known honeycomb catalytic element (RF patent 2128081, IPC B 01 J 35/04, C 01 B 21/26, 1999), which is placed in the reactor vessel on a support device in the form of a layer of separate prisms joined by side faces without gaps. In the case of using a catalytic element as a catalyst for the conversion of ammonia of the second stage, a layer of platinum networks, which are the catalyst of the first stage, is placed on top of it.
Недостатком каталитического элемента является низкий срок его службы, т. к. состыкованные без зазора отдельные призмы при термическом воздействии разрушаются, особенно расположенные в центре слоя. The disadvantage of the catalytic element is its low service life, because individual prisms that are joined without a gap when destroyed by thermal damage are destroyed, especially those located in the center of the layer.
Известен монолитный носитель катализатора и способ его получения (заявка Японии 62-191048, МПК B 01 J 35/04, B 01 D 53/36, 1987), полученный из кордиерита, который имеет большое число пор, пропускающих воздух и простирающихся в осевом направлении, и узкие промежутки между порами. На поверхности центральной части внутренней стенки формируют необожженный подложечный слой, в котором создают поры, пропускающие воздух, и одновременно в поры микропористой стенки, составляющую наружную периферийную часть носителя, вставляют оболочку, способную расширяться при нагревании. Наружная периферийная часть расширяется при расширении оболочки, и образуется монолитный носитель катализатора, не имеющий трещин. Known monolithic catalyst carrier and method for its production (Japanese application 62-191048, IPC B 01 J 35/04, B 01 D 53/36, 1987) obtained from cordierite, which has a large number of pores that allow air to pass and extend in the axial direction , and narrow gaps between the pores. An unbaked substrate layer is formed on the surface of the central part of the inner wall, in which pores are passed that allow air to pass through, and at the same time, a shell capable of expanding when heated is inserted into the pores of the microporous wall constituting the outer peripheral part of the carrier. The outer peripheral part expands as the shell expands, and a monolithic catalyst support is formed that does not have cracks.
Известен катализатор выделения оксидов азота из отходящих газов сжигания (заявка ФРГ 3430886, МПК B 01 J 35/04, 1986), состоящий из отдельных сформованных керамических блоков длиной 10-50 см с пористой поверхностью и квадратными каналами для протекания газов. Блоки по всем 4 граням скреплены брусками квадратного сечения с центральным выступом с одной стороны и впадиной с противоположной. Эти выступы и впадины служат для монтажа слоя блоков. На боковых сторонах блоков имеются выступы, проходящие по блоку параллельно каналам. A known catalyst for the separation of nitrogen oxides from the exhaust gas of combustion (application Germany 3430886, IPC B 01 J 35/04, 1986), consisting of individual molded ceramic blocks with a length of 10-50 cm with a porous surface and square channels for the flow of gases. Blocks on all 4 faces are fastened with square bars with a central protrusion on one side and a depression on the opposite. These protrusions and troughs serve for mounting a layer of blocks. On the sides of the blocks there are protrusions extending along the block parallel to the channels.
Недостатками описанных катализаторов является сложный способ их приготовления. The disadvantages of the described catalysts is a complex method for their preparation.
Известно каталитическое устройство, имеющее сотовидные ячейки (заявка Японии 53-137866, МПК B 01 D 53/34, 1978). Для получения катализатора с сотовидной структурой готовят сотовидный носитель в виде кубических блоков со сквозными сверлеными отверстиями. Эти блоки после пропитки каталитически активными агентами устанавливают в каталитической коробке с зазором между слоями блоков. Для поддержания заданного расстояния между слоями блоков устанавливают планки, разделяющие слои. A catalytic device having honeycomb cells is known (Japanese Application 53-137866, IPC B 01 D 53/34, 1978). To obtain a catalyst with a honeycomb structure, a honeycomb carrier is prepared in the form of cubic blocks with through holes. These blocks after impregnation with catalytically active agents are installed in a catalytic box with a gap between the layers of the blocks. To maintain a predetermined distance between the layers of blocks, planks separating the layers are installed.
Недостатком является трудоемкий способ изготовления сверленых отверстий и каталитической коробки, и зазор, имеющийся только между слоями блоков, лишь в некоторой степени решает проблему увеличения срока службы катализаторов, но не в полной мере. The disadvantage is the time-consuming method of manufacturing drilled holes and a catalytic box, and the gap available only between the layers of the blocks only to some extent solves the problem of increasing the life of the catalysts, but not fully.
Известен блочный сотовидный катализатор, установленный в кассеты с сетчатыми стенками (заявка Японии 54-141382, МПК B 01 J 1/00, 1979). Для предупреждения раздавливания нижерасположенных блоков за счет веса вышерасположенных блоков сетчатые стенки кассет имеют опорную прочную решетку, на которую опираются сотовидные блоки катализатора. Опорные решетки обладают некоторой гибкостью и связаны с каталитическими сотовыми блоками катализатора с некоторым зазором, благодаря которым тепловое расширение блоков не производит разрушение кассет и их деформацию. Known block honeycomb catalyst installed in cassettes with mesh walls (Japanese application 54-141382, IPC B 01 J 1/00, 1979). To prevent crushing of the downstream blocks due to the weight of the upstream blocks, the mesh walls of the cassettes have a strong support grid on which the honeycomb blocks of the catalyst are supported. The support gratings have some flexibility and are connected with the catalytic honeycomb blocks of the catalyst with a certain gap, due to which the thermal expansion of the blocks does not produce destruction of the cassettes and their deformation.
Однако к недостаткам описанного каталитического элемента следует отнести то, что блоки деформируются не только по высоте, но и по ширине, особенно при значительных диаметрах реактора и соответственно диаметрах слоя каталитического блока. However, the disadvantages of the described catalytic element include the fact that the blocks are deformed not only in height but also in width, especially with significant reactor diameters and, accordingly, the diameters of the catalyst block layer.
Наиболее близким техническим решением является каталитический элемент для конверсии аммиака на основе неплатиноидного оксидного катализатора, выполненного в виде слоя из отдельных призм, соединенных боковыми гранями без зазоров, и имеющего сотовые каналы (заявка ЕР 0260704, МПК B 01 J 21/04, 1988). The closest technical solution is a catalytic element for the conversion of ammonia based on a non-platinoid oxide catalyst, made in the form of a layer of individual prisms connected by side faces without gaps and having honeycomb channels (application EP 0260704, IPC B 01 J 21/04, 1988).
Недостатком прототипа является небольшой срок службы каталитического элемента и малая прочность при нагревании. The disadvantage of the prototype is the short life of the catalytic element and low strength when heated.
Задачей, решаемой настоящим изобретением, является создание каталитического элемента сотовой структуры, который имеет высокую прочность. The problem solved by the present invention is the creation of a catalytic element of a honeycomb structure, which has high strength.
Поставленная задача решается с помощью каталитического элемента регулярной сотовой структуры для гетерогенных высокотемпературных реакций, который выполнен в виде слоев из отдельных призм, соединенных боковыми гранями и имеющих сотовые каналы, отдельные призмы при укладке их в слой сотовой структуры имеют зазор между боковыми гранями 0,1-1,0 диаметра сотового канала. Для укладывания по периметру слоя используются усеченные под диаметр контактного аппарата блоки треугольной и трапециевидной форм, что приводит к дополнительному повышению устойчивости к термическому расширению по периметру слоя сорбента и катализатора. The problem is solved with the help of a catalytic element of a regular honeycomb structure for heterogeneous high-temperature reactions, which is made in the form of layers of separate prisms connected by side faces and having honeycomb channels, individual prisms having a gap of 0.1- 1.0 diameter of the cell channel. For laying along the perimeter of the layer, triangular and trapezoidal blocks truncated to the diameter of the contact apparatus are used, which leads to an additional increase in resistance to thermal expansion along the perimeter of the sorbent and catalyst layer.
Для второй ступени конверсии аммиака используют катализатор состава, мас.%: Fе2O3 - 80-90; Сr2O3 - 5-10; Аl2O3 - 5-10.For the second stage of ammonia conversion, a composition catalyst is used, wt.%: Fe 2 O 3 - 80-90; Cr 2 O 3 - 5-10; Al 2 O 3 - 5-10.
Каталитический элемент для конверсии аммиака и синтеза синильной кислоты выполнен из материала, имеющего состав, маc.%: 2MgO•2Аl2О3•5SiO2 - 80-85; Pt - 1,0; связующее - остальное.The catalytic element for the conversion of ammonia and the synthesis of hydrocyanic acid is made of a material having the composition, wt.%: 2MgO • 2Al 2 O 3 • 5SiO 2 - 80-85; Pt - 1.0; the binder is the rest.
Предпочтительно использовать по периметру блоки, имеющие сечение прямоугольного треугольника с выпуклой гипотенузой. Радиус выпуклости гипотенузы соответствует рабочему радиусу контактного аппарата. It is preferable to use around the perimeter blocks having a section of a right triangle with convex hypotenuse. The radius of the bulge of the hypotenuse corresponds to the working radius of the contact apparatus.
Предлагается использовать в каталитическом элементе для конверсии аммиака в качестве сорбента сотовой структуры дополнительный слой термостабильного керамического носителя, имеющего регулярную сотовую структуру и типоразмер, предпочтительно, аналогичный используемому блочному катализатору с регулярной сотовой структурой. Сорбент сотовой структуры укладывается в слой с такими же зазорами - 0,1-1,0 диаметра сотового канала сорбента. It is proposed to use an additional layer of a thermostable ceramic carrier having a regular honeycomb structure and a size, preferably similar to the used block catalyst with a regular honeycomb structure, in the catalytic element for the conversion of ammonia as a honeycomb structure sorbent. The sorbent of the honeycomb structure is laid in a layer with the same gaps - 0.1-1.0 diameter of the honeycomb channel of the sorbent.
В самом каталитическом элементе зазоры между единичными блоками катализатора и сорбента могут различаться в зависимости от состава. In the catalytic element itself, the gaps between the unit blocks of the catalyst and the sorbent may vary depending on the composition.
Укладка отдельных призм в слой с зазором между боковыми гранями 0,1-1,0 диаметра сотового канала является оптимальной для проведения высокотемпературных реакций и приводит к увеличению срока службы катализаторов. The placement of individual prisms in a layer with a gap between the side faces of 0.1-1.0 diameter of the honeycomb channel is optimal for high-temperature reactions and leads to an increase in the service life of the catalysts.
Предлагаемый каталитический элемент может быть использован в различных высокотемпературных процессах, например, окисления аммиака до оксида азота (II), окислительного аммонолиза природного газа (метана), конверсии метана. The proposed catalytic element can be used in various high-temperature processes, for example, oxidation of ammonia to nitric oxide (II), oxidative ammonolysis of natural gas (methane), methane conversion.
Предлагаемый каталитический элемент нами был испытан в двух высокотемпературных реакциях: окислении аммиака до оксида азота (II) и окислительного аммонолиза природного газа. We tested the proposed catalytic element in two high-temperature reactions: oxidation of ammonia to nitric oxide (II) and oxidative ammonolysis of natural gas.
Нижеследующие примеры иллюстрируют предлагаемое решение. The following examples illustrate the proposed solution.
Пример 1. Example 1
В контактный аппарат УКЛ-7 на колосники укладывают распределительную сетку из жаростойкой стали, слой блочного катализатора селективного окисления аммиака до NO состава, маc.%: Fе2O3 - 80-85, Сr2O3 - 5-10, связующее на основе Аl2О3 - остальное, имеющего квадратное сечение. Высота блоков 25-50 мм, сторона блока 70 мм, толщина стенки 1,5 мм, размер канала 5х5 мм. Зазор между боковыми гранями 5 мм, что составляет 1,0 диаметра сотового канала. Для доукладывания по периметру слоя катализатора используются блоки, имеющие треугольную форму с выпуклой гипотенузой. Радиус выпуклости гипотенузы составляет 800 мм. Сверху катализатора укладывают пакет из девяти стандартных платиноидных сеток. Температура эксплуатации контактного аппарата 900-910oС. Концентрация аммиака в аммиачно-воздушной смеси 11,5%. Конверсия аммиака в NO составила 93,5%. Срок эксплуатации каталитической системы не менее 4000 ч с сохранением в норме безвозвратных потерь платиноидов. Количество разрушенных блоков катализатора сотовой структуры не превышает 5% от общего числа загруженных блоков.A distribution grid made of heat-resistant steel, a layer of a block catalyst for selective oxidation of ammonia to an NO composition, wt.%: Fe 2 O 3 - 80-85, Cr 2 O 3 - 5-10, a binder based on Al 2 About 3 - the rest having a square cross section. The height of the blocks is 25-50 mm, the side of the block is 70 mm, the wall thickness is 1.5 mm, the channel size is 5x5 mm. The gap between the side faces is 5 mm, which is 1.0 diameter of the honeycomb channel. For additional laying along the perimeter of the catalyst layer, blocks are used that have a triangular shape with convex hypotenuse. The radius of convexity of the hypotenuse is 800 mm. On top of the catalyst, a stack of nine standard platinoid nets is laid. The operating temperature of the contact apparatus is 900-910 o C. The concentration of ammonia in the ammonia-air mixture is 11.5%. The conversion of ammonia to NO was 93.5%. The service life of the catalytic system is not less than 4000 hours with maintaining the normal irretrievable losses of platinoids. The number of destroyed catalyst blocks of the honeycomb structure does not exceed 5% of the total number of loaded blocks.
Пример 2. Example 2
В реактор синтеза цианистого водорода укладывают разделительную сетку из жаростойкой стали, на которой размещают слой блочного катализатора конверсии аммиака состава, маc. %: 2MgO•2Аl2О3•5SiO2 - 80-85, промотор и связующее - остальное, высотой 25 мм. Единичный блок имеет сечение квадрата со стороной 73 мм, толщина стенки 1,0 мм, сечение канала 4х4 мм. Зазор между боковыми гранями 1 мм, что составляет 0,25 диаметра сотового канала. Для доукладывания по периметру слоя катализатора используются блоки, имеющие треугольную форму с выпуклой гипотенузой. Радиус выпуклости гипотенузы составляет 600 мм. Далее на слой катализатора укладывают четыре платиноидных сетки из сплава 5. Исходная газовая смесь содержала 9-13% метана, 9-12% аммиака, 14-16% кислорода. При температуре эксплуатации 950-1050oС и конверсии по аммиаку 60-65% содержание HCN на выходе из реактора сохраняется на уровне не менее 6,5% в течение 2000 ч непрерывной эксплуатации реактора. Степень разрушения блочного катализатора составляет 3%.A separation grid of heat-resistant steel is laid in a hydrogen cyanide synthesis reactor, on which a layer of a block catalyst for the conversion of ammonia composition, mass. %: 2MgO • 2Al 2 O 3 • 5SiO 2 - 80-85, the promoter and binder - the rest, 25 mm high. A single block has a cross-section of a square with a side of 73 mm, a wall thickness of 1.0 mm, a channel cross-section of 4x4 mm. The gap between the side faces is 1 mm, which is 0.25 of the diameter of the honeycomb channel. For additional laying along the perimeter of the catalyst layer, blocks are used that have a triangular shape with convex hypotenuse. The radius of convexity of the hypotenuse is 600 mm. Next, four platinum mesh of alloy 5 are laid on the catalyst layer. The initial gas mixture contained 9-13% methane, 9-12% ammonia, 14-16% oxygen. At an operating temperature of 950-1050 o C and an ammonia conversion of 60-65%, the HCN content at the outlet of the reactor remains at the level of not less than 6.5% for 2000 hours of continuous operation of the reactor. The degree of destruction of the block catalyst is 3%.
Пример 3. Example 3
В реактор синтеза цианистого водорода загружают слой блочного керамического сорбента сотовой структуры в виде параллелепипедов высотой 25 мм. Сторона блока 65 мм, толщина стенки 0,8 мм, сечение канала 4х4 мм. Единичные блоки квадратного сечения укладываются с зазором между боковыми гранями 1 мм относительно друг друга, что составляет 0,25 диаметра сотового канала. Для дополнительного повышения устойчивости к термическому расширению по периметру слоя используются блоки, имеющие сечение прямоугольного треугольника с выпуклой гипотенузой. Радиус выпуклости гипотенузы соответствует рабочему радиусу контактного аппарата. На слой сорбента укладывают четыре платиноидных сетки из сплава 5, затем располагают слой блочного катализатора конверсии аммиака состава, маc.%: 2MgO•2Аl2O3•5SiO2 - 80-85, промотор и связующее - остальное, высотой 25 мм того же типоразмера, что и сорбент. Порядок укладки блочного катализатора аналогичен порядку укладки сорбента. Исходная газовая смесь содержала 9-13% метана, 9-12% аммиака, 14-16% кислорода. Температура эксплуатации 950-1050oС. Содержание HCN на выходе из реактора 6,5-7,5%. Конверсия по аммиаку 60-65%. Потери платины в два раза ниже установленной нормы. Срок эксплуатации каталитической системы не менее 2000 ч. По истечении данного времени содержание платины в керамическом сорбенте-улавливателе достигает 0,7% маc. Сорбент и блочный катализатор меняют местами. Показатели работы реактора конверсии остаются практически неизменными. Срок эксплуатации каталитической системы 2000 ч. Разрушение блоков сорбента и катализатора не наблюдалось.A layer of block ceramic sorbent of a honeycomb structure in the form of parallelepipeds 25 mm high is loaded into a hydrogen cyanide synthesis reactor. Block side 65 mm, wall thickness 0.8 mm, channel cross section 4x4 mm. Single blocks of square section are laid with a gap between the side faces of 1 mm relative to each other, which is 0.25 diameter of the honeycomb channel. To further increase the resistance to thermal expansion along the perimeter of the layer, blocks are used that have a section of a rectangular triangle with convex hypotenuse. The radius of the bulge of the hypotenuse corresponds to the working radius of the contact apparatus. Four platinum mesh of alloy 5 are placed on the sorbent layer, then a layer of block catalyst for the conversion of ammonia composition, wt.%: 2MgO • 2Al 2 O 3 • 5SiO 2 - 80-85, the promoter and the binder - the rest, is 25 mm high of the same size as the sorbent. The packing order of the block catalyst is similar to the packing order of the sorbent. The initial gas mixture contained 9-13% methane, 9-12% ammonia, 14-16% oxygen. Operating temperature 950-1050 o C. The content of HCN at the outlet of the reactor is 6.5-7.5%. Ammonia conversion 60-65%. Losses of platinum are two times lower than the established norm. The service life of the catalytic system is at least 2000 hours. After this time, the platinum content in the ceramic sorbent trap reaches 0.7% wt. The sorbent and block catalyst are interchanged. The performance of the conversion reactor remains virtually unchanged. The life of the catalytic system is 2000 hours. The destruction of the sorbent and catalyst blocks was not observed.
Пример 4. Example 4
В реактор синтеза цианистого водорода загружают слой шестигранных блоков керамического сорбента сотовой структуры высотой 25 мм. Сторона блока 50 мм, толщина стенки между цилиндрическими каналами 2,0 мм, диаметр канала 5 мм. Зазор между боковыми гранями блоков 2 мм, что составляет 0,4 диаметра сотового канала. Слой по периметру доукладывают сегментами катализатора, имеющими форму трапеции с выпуклым основанием. Радиус выпуклости основания трапеции соответствует радиусу контактного аппарата. На слой сорбента укладывают две платиноидных сетки и поверх сеток слой блочного катализатора сотовой структуры состава, маc.%: 2MgO•2Аl2O3•5SiO2 - 80-85, промотор и связующее - остальное, одного и того же типоразмера, что и сорбент. Зазор составляет также 2 мм - 0,4 диаметра сотового канала. Перепад давления на каталитической системе не более 20-25 мм водяного столба при линейной скорости газового потока 1,2 м/с и температуре эксплуатации 950-1050oС. Исходная газовая смесь содержала 9-13% метана, 9-12% аммиака, 14-16% кислорода. Содержание HCN на выходе из реактора 6,5-7,5% при конверсии по аммиаку 60-65%. Срок эксплуатации каталитической системы 2000 ч без увеличения норм безвозвратных потерь платиноидов. По истечении данного времени платиноидные сетки заменяют, а катализатор и сорбент с содержанием платины 0,7 маc.% меняют местами. Срок эксплуатации каталитической системы 2000 ч. Показатели практически не изменились. Разрушение блоков сорбента и катализатора не наблюдалось.A layer of hexagonal blocks of a ceramic sorbent of a honeycomb structure with a height of 25 mm is loaded into a hydrogen cyanide synthesis reactor. Block side 50 mm, wall thickness between cylindrical channels 2.0 mm, channel diameter 5 mm. The gap between the side faces of the blocks is 2 mm, which is 0.4 of the diameter of the honeycomb channel. A layer along the perimeter is additionally laid with trapezium-shaped catalyst segments with a convex base. The radius of the convexity of the base of the trapezoid corresponds to the radius of the contact apparatus. Two platinoid nets are placed on the sorbent layer and on top of the nets a layer of block catalyst of the honeycomb structure, wt.%: 2MgO • 2Al 2 O 3 • 5SiO 2 - 80-85, the promoter and the binder - the rest, of the same size as the sorbent . The gap is also 2 mm - 0.4 diameters of the honeycomb channel. The pressure drop across the catalytic system is not more than 20-25 mm water column at a linear gas flow velocity of 1.2 m / s and operating temperature of 950-1050 o C. The initial gas mixture contained 9-13% methane, 9-12% ammonia, 14 -16% oxygen. The HCN content at the reactor outlet is 6.5-7.5% with an ammonia conversion of 60-65%. The life of the catalytic system is 2000 hours without an increase in the rate of irretrievable losses of platinoids. After this time, the platinum chains are replaced, and the catalyst and sorbent with a platinum content of 0.7 wt.% Are interchanged. The life of the catalytic system is 2000 hours. The performance has not changed. The destruction of the blocks of the sorbent and catalyst was not observed.
Пример 5. Example 5
В контактный аппарат УКЛ-7 на колосники укладывают слой шестигранных блоков керамического сорбента сотовой структуры высотой 40 мм. Сторона блока 60 мм, толщина стенки между цилиндрическими каналами 2,0 мм, диаметр канала 4 мм. Порядок укладки слоя аналогичен примеру 4. Зазор между боковыми гранями блоков 3 мм, что составляет 0,75 диаметра сотового канала. Поверх сорбента располагают шесть платиноидных сеток, распределительную сетку из жаростойкой стали, на которую укладывают слой термостабильного катализатора сотовой структуры состава, маc.%: 2MgO•2Аl2О3•5SiO2 - 80-85, промотор и связующее - остальное. Высота слоя 40 мм, сторона блока 60 мм, толщина стенки между цилиндрическими каналами 2,0 мм, диаметр канала 4 мм. Зазор между боковыми гранями блоков 3 мм, что составляет 0,75 диаметра сотового канала. Перепад давления на каталитической системе не более 60-65 мм водяного столба при линейной скорости газового потока 7 м/с и температуре эксплуатации 900-910oС. Конверсия аммиака в NO составила 93,8%. Срок эксплуатации каталитической системы не менее 4000 ч с сохранением в норме безвозвратных потерь платиноидов. По истечении данного времени платиноидные сетки заменяют, а катализатор и сорбент с содержанием платины 0,4 мас.% меняют местами. После 4000 ч работы сохраняются в норме безвозвратные потери платины.In the contact apparatus UKL-7, a layer of hexagonal blocks of a ceramic sorbent of a honeycomb structure with a height of 40 mm is laid on the grid-irons. Block side 60 mm, wall thickness between cylindrical channels 2.0 mm, channel diameter 4 mm. The procedure for laying the layer is similar to example 4. The gap between the side faces of the blocks is 3 mm, which is 0.75 of the diameter of the honeycomb channel. Six platinum-shaped grids are placed on top of the sorbent, a distribution grid of heat-resistant steel, onto which a layer of thermostable catalyst of honeycomb structure is laid, wt.%: 2MgO • 2Al 2 O 3 • 5SiO 2 - 80-85, the promoter and the binder - the rest. Layer height 40 mm, block side 60 mm, wall thickness between cylindrical channels 2.0 mm, channel diameter 4 mm. The gap between the side faces of the blocks is 3 mm, which is 0.75 of the diameter of the honeycomb channel. The pressure drop across the catalytic system is not more than 60-65 mm of water column at a linear gas flow velocity of 7 m / s and operating temperature of 900-910 o C. The conversion of ammonia to NO was 93.8%. The service life of the catalytic system is not less than 4000 hours with maintaining the normal irretrievable losses of platinoids. After this time, the platinum networks are replaced, and the catalyst and sorbent with a platinum content of 0.4 wt.% Are interchanged. After 4000 hours of work, the irretrievable loss of platinum is normal.
Пример 6. Example 6
В контактный аппарат УКЛ-7 на колосники укладывают слой блоков сорбента сотовой структуры, имеющих квадратное сечение высотой 25 мм. Сторона блока 70 мм, толщина стенки 2,0 мм, размер канала 4х4 мм. Порядок укладки аналогичен примеру 1 с зазором между боковыми гранями 1 мм, что составляет 0,25 диаметра сотового канала. Поверх сорбента располагают распределительную сетку из жаростойкой стали, слой блочного катализатора селективного окисления аммиака до NO с зазором 4 мм между боковыми гранями, что составляет 1,0 диаметра сотового канала, и состава, маc.%: Fе2О3 - 80-85, Сr2О3 - 5-10, связующее на основе Аl2О3 - остальное, имеющего квадратное сечение и габариты, аналогичные сорбенту, вновь распределительную сетку из жаростойкой стали, а поверх пакет из восьми платиноидных сеток. Перепад давления газового потока аммиачно-воздушной смеси (АВС) на каталитической системе 50-55 мм водяного столба при линейной скорости газового потока 7 м/с и температуре эксплуатации 900-910oС. Концентрация аммиака в АВС 11,5%. Конверсия аммиака в NO составила 93,5%. Срок эксплуатации каталитической системы не менее 4000 ч с сохранением в норме безвозвратных потерь платиноидов. По истечении данного времени платиноидные сетки и сорбент заменяют на новые, разрушенные блоки катализатора отправляют на утилизацию. Степень разрушения не превышает 5%. Сорбент с содержанием платины 0,2 маc.% используют как катализатор второй ступени окисления аммиака до NO в контактных аппаратах среднего и высокого давления производств азотной кислоты.In the contact apparatus UKL-7, a layer of honeycomb sorbent blocks having a square section 25 mm high is laid on the grid-irons. Block side 70 mm, wall thickness 2.0 mm, channel size 4x4 mm. The laying procedure is similar to example 1 with a gap between the side faces of 1 mm, which is 0.25 diameter of the honeycomb channel. On top of the sorbent is a distribution grid of heat-resistant steel, a layer of a block catalyst for the selective oxidation of ammonia to NO with a gap of 4 mm between the side faces, which is 1.0 of the diameter of the honeycomb channel, and the composition, wt.%: Fe 2 O 3 - 80-85, Cr 2 O 3 - 5-10, a binder based on Al 2 O 3 - the rest, having a square cross section and dimensions similar to a sorbent, again a distribution grid of heat-resistant steel, and on top of a packet of eight platinoid grids. The pressure drop of the gas flow of ammonia-air mixture (ABC) on the catalytic system of 50-55 mm of water column with a linear velocity of the gas flow of 7 m / s and operating temperature of 900-910 o C. The concentration of ammonia in ABC is 11.5%. The conversion of ammonia to NO was 93.5%. The service life of the catalytic system is not less than 4000 hours with maintaining the normal irretrievable losses of platinoids. After this time, the platinum mesh and the sorbent are replaced with new, destroyed catalyst blocks sent for disposal. The degree of destruction does not exceed 5%. Sorbent with a platinum content of 0.2 wt.% Is used as a catalyst for the second stage of the oxidation of ammonia to NO in medium and high pressure contact devices for nitric acid production.
Пример 7 (по прототипу). Example 7 (prototype).
Аналогичен примеру 1, только блоки установлены без зазоров между боковыми гранями. На доукладку по периметру слоя использовали фрагменты после распила квадратных блоков. Степень разрушения через 4000 ч работы составляет 35%. Similar to example 1, only the blocks are installed without gaps between the side faces. Fragments were used for additional laying along the perimeter of the layer after cutting square blocks. The degree of destruction after 4000 hours of operation is 35%.
Как видно из представленных примеров предлагаемый каталитический элемент обладает повышенной прочностью и высоким сроком службы. As can be seen from the presented examples, the proposed catalytic element has increased strength and high service life.
Claims (3)
Fе2О3 - 80-90
Сr2О3 - 5-10
Аl2О3 - 5-10е3. The catalytic element according to claim 1, characterized in that it is intended for the second stage of ammonia conversion and is made of a material having one of the following compositions, wt.%:
Fe 2 O 3 - 80-90
Cr 2 O 3 - 5-10
Al 2 O 3 - 5-10th
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002101413A RU2209117C1 (en) | 2002-01-11 | 2002-01-11 | Catalytic element of regular cellular structure for heterogeneous high- temperature reactions |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002101413A RU2209117C1 (en) | 2002-01-11 | 2002-01-11 | Catalytic element of regular cellular structure for heterogeneous high- temperature reactions |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2209117C1 true RU2209117C1 (en) | 2003-07-27 |
Family
ID=29211373
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002101413A RU2209117C1 (en) | 2002-01-11 | 2002-01-11 | Catalytic element of regular cellular structure for heterogeneous high- temperature reactions |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2209117C1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2318596C1 (en) * | 2006-11-03 | 2008-03-10 | Александр Анатольевич Кирчанов | Catalytic element for heterogeneous high-temperature reactions |
| RU2362624C1 (en) * | 2008-03-19 | 2009-07-27 | Александр Геннадьевич Тарарыкин | Catalytic element |
| RU2638927C1 (en) * | 2017-03-21 | 2017-12-19 | Общество с ограниченной ответственностью "Экострим" | Catalytic system for conversion of ammonia |
| RU2756660C1 (en) * | 2021-01-25 | 2021-10-04 | Акционерное общество "Специальное конструкторско-технологическое бюро "Катализатор" | Catalytic element of a regular cellular structure for heterogeneous reactions |
| RU2847394C1 (en) * | 2024-09-29 | 2025-10-03 | Открытое акционерное общество "Красноярский завод цветных металлов имени В.Н. Гулидова", ОАО "Красцветмет" | Device for placing a catalytic system in a contact apparatus for ammonia oxidation, contact apparatus for ammonia oxidation and method for installing the device in the apparatus |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2117528C1 (en) * | 1997-03-12 | 1998-08-20 | Институт катализа им.Г.К.Борескова СО РАН | Catalyst for ammonia oxidation |
| RU2128081C1 (en) * | 1997-12-05 | 1999-03-27 | Чернышев Валерий Иванович | Catalytic element for ammonia conversion |
-
2002
- 2002-01-11 RU RU2002101413A patent/RU2209117C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2117528C1 (en) * | 1997-03-12 | 1998-08-20 | Институт катализа им.Г.К.Борескова СО РАН | Catalyst for ammonia oxidation |
| RU2128081C1 (en) * | 1997-12-05 | 1999-03-27 | Чернышев Валерий Иванович | Catalytic element for ammonia conversion |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2318596C1 (en) * | 2006-11-03 | 2008-03-10 | Александр Анатольевич Кирчанов | Catalytic element for heterogeneous high-temperature reactions |
| RU2362624C1 (en) * | 2008-03-19 | 2009-07-27 | Александр Геннадьевич Тарарыкин | Catalytic element |
| RU2638927C1 (en) * | 2017-03-21 | 2017-12-19 | Общество с ограниченной ответственностью "Экострим" | Catalytic system for conversion of ammonia |
| RU2756660C1 (en) * | 2021-01-25 | 2021-10-04 | Акционерное общество "Специальное конструкторско-технологическое бюро "Катализатор" | Catalytic element of a regular cellular structure for heterogeneous reactions |
| WO2022158998A1 (en) * | 2021-01-25 | 2022-07-28 | Акционерное общество "Специальное конструкторско-технологическое бюро "Катализатор" | Catalytic element with a regular honeycomb structure for heterogeneous reactions |
| CN117042873A (en) * | 2021-01-25 | 2023-11-10 | 特殊设计和工程局卡塔利扎托尔股份公司 | Catalytic elements with regular honeycomb structure for heterogeneous reactions |
| RU2847394C1 (en) * | 2024-09-29 | 2025-10-03 | Открытое акционерное общество "Красноярский завод цветных металлов имени В.Н. Гулидова", ОАО "Красцветмет" | Device for placing a catalytic system in a contact apparatus for ammonia oxidation, contact apparatus for ammonia oxidation and method for installing the device in the apparatus |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2556886B1 (en) | Large-capacity metal catalyst carrier and catalytic converter using same | |
| JP3784718B2 (en) | Wave wall honeycomb structure and manufacturing method thereof | |
| US7976783B2 (en) | Reactor with jet impingment heat transfer | |
| JP2000502788A (en) | Ceramic packing with channels for thermal and catalyst beds | |
| EP1375854A4 (en) | HONEYCOMB STRUCTURE AND ITS ASSEMBLY | |
| WO2003039734A1 (en) | Flow distributor for monolith reactors | |
| JPWO2004026472A1 (en) | Honeycomb structure and die for forming honeycomb structure | |
| RU2209117C1 (en) | Catalytic element of regular cellular structure for heterogeneous high- temperature reactions | |
| KR20150119068A (en) | Method for mounting monoliths in a reactor for carrying out heterogeneously catalyzed gas-phase reactions | |
| RU2128081C1 (en) | Catalytic element for ammonia conversion | |
| RU2417840C1 (en) | Catalytic element | |
| RU2318596C1 (en) | Catalytic element for heterogeneous high-temperature reactions | |
| JP2001263051A (en) | Exhaust emission control device for diesel engine | |
| RU2186724C1 (en) | Catalytic element for conversion of ammonia and method of catalytic conversion of ammonia | |
| JPH0755802B2 (en) | Fuel reformer for fuel cell system | |
| US4022581A (en) | Device for the recovery of noble metals | |
| KR20120059266A (en) | High Performance Catalysts Using Precious Metals | |
| RU2227065C1 (en) | Method of conducting of catalytic process and a system for its realization | |
| RU2362624C1 (en) | Catalytic element | |
| JP2001031403A (en) | Hydrogen production equipment | |
| RU2184699C1 (en) | Method of ammonia conversion | |
| RU2195366C1 (en) | Ammonia conversion-involved nonplatinoid oxide catalytic member | |
| RU79451U1 (en) | CATALYTIC ELEMENT | |
| KR100336821B1 (en) | A method for manufacturing three direction-honeycomb module for solid catalyst support or dispersant and three direction-honeycomb module manufactured from this method | |
| US11839851B2 (en) | Reactor system including a catalyst bed module and process for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides contained in gas streams |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200112 |