Факултет по химични технологии катедра „Технология и електрохимични производства” д и п л о м е н п р о е к т
Катализатори за парова конверсия на въглеводородите
Изтегляне 0.58 Mb.
|
Свързани:
НОВА ИСТОРИЯ НА СРЕДНОВЕКОВНА ФРАНЦИЯ
- Навигация на страницата:
- В условията на парова конверсия при високо съдържание на пара и температура по-висока от 750 0
- Хидратацията може да стане при понижаване на температурата под 425 0 С, затова при температури по-ниски от 500 0
3.2.3 Катализатори за парова конверсия на въглеводородитеПаровата конверсия на метана без катализатор протича с приемлива скорост и дълбочина на превръщане върху пълнеж от активни глини само при температури 1250 – 1350 0С. Опитите осъществени в кух кварцов реактор, показали, че при обемна скорост 200 ч-1, отношение пара:газ равно на 2:1 и атмосферно налягане, даже при 1000 0С степента на конверсия на метана не надвишава 8 – 9%, а при 900 0С тя е равна на 1,1%. При нагряване на хомолози на метана в смес с водни пари, без катализатор, над 500 – 600 0С протичат с висока скорост реакции на пиролиз с образуване на ненаситени въглеводороди (етилен, пропилен и др.). Образуват се още метан, етан, пропан и малко водород. Катализаторите за ПК на въглеводородите са предназначени не само за ускоряване на основната реакция, но и за инхибиране на страничните реакции на пиролиз. Крайно нежелателни странични реакции са тези, при които се отделя въглерод. На тези реакции противостои газификацията на въглерода с водни пари. Паровата конверсия на въглеводородите се осъществява в стоманени реакционни тръби (d = 100 – 150 мм) с външно подгряване. Паро-газовия поток се движи през слой от катализатор с височина до 12 м. Максимално възможната обемна скорост на суровината зависи не само от активността на катализатора, но и от скоростта на подаване на топли-на, а също и от съпротивлението на катализаторния слой. В резултат на разработването на високо активни катализатори, лимитиращ фактор при провеждане на процеса се е оказало подаването на топлина. Ускоряването на топлопреноса в слоя катализатор при провеждане на процес под налягане, а също и усъвършенстване конструкцията на пещите и увеличаване дължината на реакционните тръби довело до това, че съпротивлението на слоя катализатор станало лимитиращ фактор на процеса. То в значителна степен зависи от размера и формата на частиците на катализатора и за понижаване съпротивление-то на слоя се използват катализатори с по-големи размери и с пръстеновидна форма. Процесът на конверсия протича на активната повърхност на катализатора. Външната повърхност на частиците е относително неголяма и тя се увеличава за сметка на увеличение пористостта на катализатора и създаване на развита вътрешна повърхност. Към катализатора има изисквания относно неговата термична, химична и механична устойчивост. Срокът на използване на катализатора не трябва да е по-малък от 2 години. Катализатора за ПК на въглеводородите се оценява по съвкупност от свойства като: активност, селективност, коефициент на хидравлично съпротивление, здравина и т.н. Изброените изисквания не са изчерпателни. В случай на временно нарушение в системата за очистване от серни съединения е възможно отравяне на катализатора, така че, той трябва да притежава способност за възстановяване на активността. При понижаване на отношението пара към суровина, е възможно на катализатора да се отдели въглерод, което обикновено води до неговото унищожаване. Катализатор, който не се е разрушил, трябва да може да възстанови своята активност след газификация на въглерода. Също, катализаторът не трябва да отделя летливи компоненти като серни съединения, силициеви оксиди и киселини под действие на водните пари. Тези съединения може да попречат на по-нататъшното протичане на процеса. Катализаторите за ПК съдържат активен компонент, промотор и носител. Като активен компонент се използва никел. Кобалтът е по-малко достъпен и затова не се използва. Паладий, платина, родий и рутений, въпреки, че са по-ефективни от никела са значително по-скъпи. Процеса се катализира от активните центрове, затова основно значение има активната повърхност, а не общата повърхност. Носителят придава на катализатора механична здравина, позволява да се съкрати разхода на активния компонент и да обезпечи необходимата високоразвита повърхност. Никелът на повърхността на носителя е във вид на малки кристали. В условията на парова конверсия при високо съдържание на пара и температура по-висока от 750 0С е възможно нарастване на кристалите и свързано с това понижаване на активността. Носителят трябва да възпрепятства този процес, т. е. трябва да стабилизира катализатора и не трябва да променя свойствата си до температура до 900 0С. В качество на носител се използва алуминиев оксид в α – модификация, оксиди на магнезия и оксиди на силиция. Неголемите добавки от промотор (1 – 1,5%) към основния компонент позволява да се повиши и съхрани активността на катализатора. Като промотор се използват оксиди на магнезия и алуминия. В някои катализатори с цел интензификация на реакцията на газификация на въглерода, в неголеми количества се добавят алкални метали. Във връзка с летливостта на алкалите са предложени катализатори на основа оксиди на урана. С особено внимание трябва да се добавя към носителя магнезиев оксид, тъй като в резултат на неговата хидратация е възможно да се разруши катализатора или да се намали здравината му. Хидратацията може да стане при понижаване на температурата под 425 0С, затова при температури по-ниски от 500 0С е задължително да се избягва контакт на катализатор съдържащ MgO с водна пара. Калциевият оксид, в състава на носителя, ако не е химически свързан, например с алуминиев оксид (калциев алуминат), също е способен на хидратация. Магнезиевият оксид също способства за предотвратяване отделяне на въглерод върху катализатора. Има съобщения за разработка на катализатор с високи якостни показатели от магнезиев оксид без добавка от алкални метали, съдържащ 7% Ni. Вследствие някои свойства на магнезия не се отделя въглерод дори при отношение пара:газ = 2:1. Като най-радикално решение на проблема с конверсия на хомолозите на метана следва да признаем двустепенния процес на ПК. В 1-ва степен процеса се води в адиабатен реактор при 450 – 520 0С с получаване на газ, съдържащ преимуществено метан. Във 2-ра степен се провежда пълна конверсия на метана в реакционните тръби с външно нагряване и с използване на добре представящи се катализатори. В последните години за частична конверсия на въглеводородите са разработени високоефективни и устойчиви катализатори. Катализаторите за частична конверсия също съдържат никел като активен компонент. По-ниската температура на процеса изисква използване на по-активни катализатори. Повишаване на активността на катализатора се постига чрез увеличаване на концентрацията на никел до 40 – 60%, увеличаване на относителната повърхност до 100 – 300 м2/гр и относителната повърхност на активния компонент – никел до 20 – 60 м2/гр. Следва да се отбележи, че повишаване концентрацията на никел в катализатора не означава увеличаване на неговата относителна повърхност, което е видно от следните данни: Изтегляне 0.58 Mb. Сподели с приятели:
|