Научный отчет химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева

Катализаторы с развитой внешней поверхностью

Разработка новых химических катализаторных композиций и рецептур остается генеральным направлением в развитии промышленного катализа. Но не меньшее значение имеет эффективное использование разработанных каталитически активных компонентов. Это решается главным образом созданием такой структуры элементов катализатора, которые обеспечивают размещение максимально возможной активной поверхности и ее доступность участникам реакции. Развитие внутренней пористой структуры - давно и довольно успешно решаемая задача.

Другое направление здесь - назовем его "катализаторы с развитой внешней поверхностью". Наибольший интерес сейчас вызывают крупноформатные катализаторные элементы, или блочные катализаторы. Работа ведется в двух направлениях - разработка сотовых элементов непосредственно из активной каталитической массы и разработка ажурных высокопористых носителей арочно-лабиринтной структуры.

1. По первому из этих направлений обоснован способ модификации активной массы для придания ей необходимых реологических свойств. Разработан метод физико-химического и структурно-кинетического модифицирования каталитической шихты. Для физико-химического модифицирования поверхности гидрофильных частиц активной шихты и целенаправленного создания тиксотропных структур предложено и обосновано использование временного технологического связующего на неводной основе, в частности, петролатума. Структурно-кинетическое модифицирование заключается в разрушении агрегатов коллоидных частиц с использованием добавки - кордиерита, который при внешнем механическом воздействии работает внутри системы как жернова, разрушает эти агрегаты.

Так были приготовлены блочный катализатор окисления аммиака, сорбент сотовой структуры, имеющие стенки толщиной 0,2-1 мм и каналы 1,2- 5 мм. Образцы прошли промышленные и опытно-промышленные испытания.

2. Другое направление в разработке катализаторов с развитой внешней поверхностью - еще большее увеличение свободного пространства и, соответственно, наружной поверхности каталитического элемента. Такую форму обеспечивает высокопористый ячеистый материал. Его получают методом дублирования открытоячеистой пенополиуретановой матрицы керамическим материалом на основе оксида алюминия. Разработаны основные стадии приготовления керамического шликера, а для повышения прочности контакта между зернами наполнителя подобрана дисперсная связка.

Изделия из высокопористых ячеистых материалов имеют небольшую удельную поверхность. Для ее развития разработана методика нанесения вторичного оксидного покрытия. После термической обработки образуется ажурный высокопористый носитель. Затем носитель активируется, в основном, переходными металлами VIII группы таблицы Д.И. Менделеева. Каталитический элемент имеет арочно-лабиринтную структуру, состоит из ячеек диаметром 0,5- 3,0 мм и имеет пористость до 90-95 %. Используя разную подложку для нанесения активного компонента достигают удельную поверхность активного слоя 180- 250 м²/г.

Большую эффективность показало применение высокопористых ячеистых катализаторов в виде неподвижного слоя для жидкофазных и газожидкостных процессов.

Освоено опытное производство блочных ячеистых катализаторов. Проведены широкомасштабные пилотные и опытно-промышленные испытания процессов гидрообессеривания и гидрирования сульфатного скипидара, гидрирования нитросоединений, восстановительного алкилирование анилина и нитробензола формальдегидом, синтеза монометиланилина в жидкой фазе, восстановления оксидов азота аммиаком и др.

д.т.н. Бесков В.С., д.т.н. Беспалов А.В., д.т.н. Ванчурин В.И., к.т.н. Грунский В.Н., д.т.н. Козлов А.И.