Осажденные контактные массы

Осажденные контактные массы получают методом соосаждения компонентов из растворов (получают примерно 80% катализаторов и носителей).
Преимущество метода: позволяет в широких пределах варьировать пористую структуру и внутреннюю поверхность катализаторов.
Недостаток метода: значительный расход реактивов, большое количество сточных вод.
В зависимости от природы выдающего осадка, эти контактные массы делят на:
- солевые (осадок - соль);
- кислотные (осадок – кремниевая или алюмокремниевая кислота при производстве силикагелей, алюмогелей);
- оксидные (осадок – аморфный гидроксид (Fе(ОН)3, который при термообработке переходит в оксид Fе).

Общая технологическая схема приготовления осажденных
катализаторов
Различают два варианта технологической схемы приготовления осажденных катализаторов, которые отличаются способом формовки катализатора (сухой и влажный).
Схема приготовления осажденных катализаторов при сухом способе формовки:
Растворение → осаждение → фильтрование → промывка осадка → сушка осадка → прокаливание катализатора → измельчение → сухая формовка катализатора
Схема приготовления осажденных катализаторов при влажном способе формовки:
Растворение → осаждение → фильтрование → промывка осадка → формовка катализатора → сушка гранул → прокаливание катализатора.

Растворение – процесс перехода твердой фазы в жидкую. В растворенном и в значительной мере диссоциированном состоянии увеличиваются подвижность и химическая активность молекул.
Факторы, ускоряющие процесс растворения:
перемешивание обеспечивает равномерное распределение твердых частиц в жидкой фазе;
повышение температуры обеспечивает увеличение коэффициента диффузии вследствие уменьшения вязкости жидкой фазы;
измельчение исходного сырья
Осаждение – процесс образования твердой фазы в результате химической реакции при сливании растворов исходных компонентов.
Переход растворенного вещества в осадок – совокупность двух процессов: образование зародышей твердой фазы и роста кристаллов.
Факторы, ускоряющие кристаллизацию (осаждение):
понижение температуры;
увеличение концентрации исходных растворов до насыщенных;
перемешивание (вносит энергию, необходимую для начала процесса кристаллизации);
воздействие электрического поля;
использование осадителя (вещества, при добавлении которого нарушается равновесие в системе и начинается кристаллизация).

Характер выделяющегося осадка (дисперсность, пористость, форма частиц) определяется:
температурой осаждения;
рН среды; исходным составом раствора;
концентрацией раствора;
интенсивностью перемешивания;
способом осаждения (периодическое или непрерывное).
Периодическое осаждение: осадитель периодически вводят в раствор, при этом получающийся осадок выводится из реактора периодически, т.е. условия осаждения непрерывно изменяющиеся (концентрация, рН).
Это приводит к тому, что получающийся по составу неоднородный (дисперсность, пористость).
При непрерывном осаждении на протяжении всего процесса в реактор подают растворы исходных компонентов, а из реактора непрерывно отводят получающийся осадок в виде суспензии или пульпы. Условия осаждения – постоянны, продукт – более однородный.

Фильтрование и промывка.
В зависимости от свойств осадка, а также специфики последующих операций переработки осадка используют фильтры разнообразных конструкций: барабанные, дисковые, фильтр-прессы.
Для удаления из осадка компонентов фильтрата осуществляют его промывку на фильтре.
После фильтрования и промывки осадки содержат 25-30% Н2О, которую необходимо удалить, т.е. провести сушку.
Сушка.
По способу подвода теплоты различают сушку:
- конвективную – непосредственное соприкосновение осадка с сушильным агентом (например, горячим воздухом);
- контактную – передача теплоты от стенки сушилки к материалу за счет теплопроводности материала;
- электрическую – с использованием токов высокой частоты.
Распылительная сушка – по существу является конвективным методом. При такой сушке сухие частицы получают при испарении влаги из мелких капель диспергированного раствора или суспензии. Этот метод позволяет заменить процессы фильтрования, сушки и формования, но требует больших затрат энергии.
В производстве осажденных контактных масс используют туннельные, ленточные сушилки, аппараты кипящего слоя, вращающиеся печи.

Прокаливание – один из важных этапов. Условия прокаливания (температура, время, среда) в значительной степени определяют средний диаметр пор и размер поверхности контактной массы.
Обычно прокаливание проводят при температуре равной или выше температуры каталитической реакции.
Формовка (способы обсуждались вначале лекции).
Сухие способы формовки: таблетирование, гранулирование, дробление.
Влажные способы – различные способы формовки влажной пасты.

Производство алюмосиликатных катализаторов
Алюмосиликатные катализаторы представляют собой смешанные оксиды алюминия и кремния, содержащие в качестве активатора небольшие количества воды. Используются в процессах крекинга, алкилирования, полимеризации.
В процессе их приготовления происходит поликонденсация гелей Аl2О3 и SiО2 с образованием связей – Si-O-Al-
Технология микросферического катализатора.
Химический состав катализатора:
SiО2 86-87% (масс)
Аl2О3 12-13% (масс)
СаО, NаО2, MgО – 1% масс.
Катализаторная фабрика имеет три основных отделения: сырьевое, формовочно-промывное и сушильно-прокалочное. Рассмотрим по стадиям технологическую схему производства.

Силикат – глыба,
Н2О
Al(OH)3 , Н2О
H2SO4
Приготовление раствора
Na2O*nSiO2
Приготовление раствора
Al2(SO4)3
Осаждение и формовка
катализатора
Мокрая Синерезис
обработка Активация
гранул Промывка
Сушка
Прокаливание
Отсев пыли и нестандартных гранул
Готовый катализатор

1)Сырьевое отделение состоит из 2-х блоков: приготовления жидкого стекла (Nа2О∙nSiO2) и сернокислого раствора Аl2(SО4)3. Раствор жидкого стекла готовят из силикатниевых кислот (nSiO2∙m Nа2О). Силикат глыбу готовят на стекольных заводах. Ее дробят (размер частиц 10-15мм) и смешивают с водой во вращающихся автоклавах при Т=200-220С, р=0,5МПа. При этом получают раствор жидкого стекла с определенной плотностью (ς=1,45 г/см3). Сульфат Al получают по реакции:
2Аl(ОН)3+3Н2SО4=Аl2(SO4)3+6H2O
в свинцованном изнутри реакторе при Т=100С с непрерывным перемешиванием паром.
Концентрация кислоты в готовом растворе 2-3 г/л.
Оба раствора фильтруют и подают в формовочно-промывное отделение.
2)Формовочно-промывное отделение включает узел формовки микросферического алюмосиликатного гидрогеля и узел его мокрой обработки.
При смешении растворов жидкого стекла и Аl2(SO4)3 образуется коллоидный раствор:
7[Nа2О∙3SiO2]+ Аl2(SO4)3+3Н2SО4 = Nа2О[Аl2О3∙21 SiO2]+6 Nа2SO4+3 H2O
Для того, чтобы гранулы катализатора не были рыхлыми и широкопористыми используют раствор Аl2(SO4)3, подкисленный серной кислотой. Для получения микросферического катализатора струю золя распыляют сжатым воздухом в слой формовочного масла, т.е. способ формовки – коагуляция в капле (рассмотренный ранее).