Никелевые катализаторы для процесса очистки азотоводородной смеси от оксидов углерода

Цели. Настоящее исследование посвящено разработке никелевого катализатора нового поколения для очистки азотоводородной смеси от оксидов углерода, который должен аккумулировать лучшие качества контактов серии НИАП-07.

Методы. Использованы дериватографический и рентгенографический методы анализа; методы температурно-программированного восстановления, разложения и совместного температурно-программированного разложения и восстановления; низкотемпературная адсорбция азота (определение удельной поверхности). Механическая прочность определялась на приборе МП-2С раздавливанием гранул с приложением нагрузки на торец. Химический состав и каталитическую активность определяли по методикам ТУ 2178-003-00209510.

Результаты. Выполнены исследования никельалюмокальциевого катализатора метанирования на всех стадиях его приготовления. Показано, что при смешении гидроксокарбоната никеля с активным оксидом алюминия в присутствии водного раствора аммиака происходит образование гидросокарбоалюмината никеля, являющегося предшественником активного компонента катализатора, и установлена его химическая формула. Обнаружено, что величина механической прочности катализатора определяется количеством технического алюмината кальция, добавляемого в Ni–Al композицию. Оптимизированы составы катализатора, имеющего различное содержание активного компонента.

Выводы. Разработанный катализатор имеет пониженную температуру активации, высокую каталитическую активность и термостабильность, большую механическую прочность, устойчивость к воздействию органических и щелочных абсорбентов-поглотителей углекислого газа. Катализатор может изготавливаться в форме кольца, цилиндрических таблеток и экструдатов с различными геометрическими размерами. Начата промышленная эксплуатация катализатора в установке метанирования ООО «Ставролен», г. Буденновск, Ставропольский край, Россия. 

1. Справочник азотчика, под ред. Е.Я. Мельникова. М.: Химия; 1986. 512 с.

2. Очистка технологических газов, под ред. Т.А. Семеновой и И.Л. Лейтеса. М.: Химия; 1977. 488 с.

3. Производство аммиака, под ред. В.П. Семенова. М.: Химия; 1985. 368 с.

4. Справочное руководство по катализаторам для производства аммиака и водорода, под ред. В.П. Семенова. Л.: Химия; 1973. 248 с.

5. Березина Ю.И., Шумилкина В.А., Семенова Т.А. и др. Катализаторы метанирования. Обзорн. информ. Сер. Азотная пром-сть. М.: НИИТЭХим; 1986. 46 с.

6. Обзор и анализ работы реакторов и катализаторов на установках производства этилена и переработки пироконденсата. М.: ООО «ВНИИОС-НАУКА»; 2004. 10 c.

7. Голосман Е.З. Очистка технологических и выбросных газов с использованием промышленных цементсодержащих катализаторов. Химическая технология. 2000;12:25-35.

8. Вакк Э.Г., Шуклин Г.В., Лейтес И.Л. Получение технологического газа для производства аммиака, метанола, водорода и высших углеводородов: теоретические основы, технология, катализаторы, оборудование, системы управления: учеб. пособие. М.: 2011. 478 с. ISBN 978-598801-033-3

9. Димиденко И.М., Янковский Н.А., Степанов В.А., Никитина Э.Ф., Кравченко Б.В. Аммиак. Вопросы технологии, под общ. ред. Н.А. Янковского. Донецк: ГИК «Новая печать». ООО «Лебедь», 2001. 497 c.

10. Ефремов В.Н., Данюшевский В.Я., Греченко А.Н., Голосман Е. З., Якерсон В.И. Формирование никелевого катализатора с различным соотношением окиси алюминия и алюмината кальция. Кинетика и катализ. 1979;20(5):1315-1323.

11. Якерсон В.И., Голосман Е.З. Катализаторы и цементы. М.: Химия; 1992. 256 с. ISBN 5-7245-0762-5

12. Промышленный катализ в газохимии, под ред. С.В. Афанасьева. Самара: АНО «Издательство СНЦ»; 2018. 160 с.

13. Газимзянов Н.Р., Гартман В.Л. Особенности эксплуатации катализаторов метанирования на предприятиях нефтепереработки и нефтехимии. Катализ в промышленности. 2006;4:44-51.

14. Дульнев А.В., Обысов А.В., Дормидонтова С.Г. Способ получения катализатора метанирования: пат. 2472587 РФ. Заявка № 2011144743/04; заявл.03.11.2011; опубл. 20.01.2013. Бюл. № 2.

15. Обысов А.В., Гартман В.Л., Вейнбендер А.Я., Сухоручкина Л.А. Способ получения никель-алюмо-хромового катализатора для окислительно-восстановительных процессов, в частности, для метанирования оксидов углерода: патент 2205068 РФ. Заявка № 2002103954/04; заявл. 18.02.2002; опубл. 27.05.2003.

16. Рождественский В.П., Полянский А.Б., Антипов А.В., Лямина Л.А. Катализатор для синтеза метана: пат. 1287356. СССР. 1984.

17. Кладова Н.В., Борисова Т.В., Качкин А.В., Макаренко М.Г. Способ получения катализатора для гидрирования ароматических соединений, для метанирования СО и СО2: 2186623 пат. РФ. Заявка № 2001106564/04; заявл. 11.03.2001; опубл. 10.08.2002.

18. Голосман Е.З., Ефремов В.Н. Получение и очистка защитных атмосфер на промышленных катализаторах. Deutschland. Saarbucken: Palmarium Academie Publishing; 2016. 68 c. ISBN 978-3-659-72283-7

19. Нечуговский А.И., Греченко А.Н., Голосман Е.З. Изучение взаимодействия гидроксокарбонатов металлов с алюминатами кальция в водной среде. Журн. прикл. химии. 1990;63(8):1747-1751.

20. Лейтес И.Л., Аветисов А.К., Язвикова Н.В., Суворкин С.В., Байчток Ю.К., Дудакова Н.Б., Деев К.Н. Исследование физико-химических свойств модифицированного МДЭА-абсорбента для тонкой очистки синтез-газа от диоксида углерода в производстве аммиака. Хим. пром. сегодня. 2003;1:34-41.

21. Аветисов А.К., Кононов С.М., Соколов А.М., Байтчок Ю.К., Суворкин С.В., Лейтис И.Л., Дерипасов В.В. Опыт модернизации отделения абсорбционной очистки агрегата синтеза аммиака АМ-70 на ОАО «Невинномысский азот» с заменой МЭА-раствора на МДЭА-сорбент российского производства. Хим. пром. сегодня. 2003;2:22-24.

22. Нечуева Л.Г., Березина Ю.И., Язвикова Н.В., Чудинов М.Г., Глаголева Л.И. Производство азотных удобрений. Труды ГИАП. 1979;55:37-44.

23. Кашинская А.В., Ефремов В.Н, Голосман Е.З., Поливанов Б.И. Исследование и внедрение в промышленность наноструктурированного никельцементсодержащего катализатора процесса метанирования. Всероссийская научно-техническая конференция «Проблемы науки». Материалы конференции. Часть 1. Химия и химическая технология. ФГБОУ ВО РХТУ им. Д.И. Менделеева, Новомосковский институт (филиал). Новомосковск: 2019. с. 24-36.

24. Ефремов В.Н., Голосман Е.З., Кашинская А.В., Поливанов Б.И., Полушин А.П. О разрушении активированных никелевых катализаторов метанирования под воздействием неорганических сорбентов СО2. Хим. пром. сегодня. 2018;4:14-21.