论稀硝生产中贵重金属催化剂的高效利用.pdf

文档从互联网中收集，已重新修正排版，word 格式支持编辑，如有帮助欢迎下载支持。论稀硝生产中贵重金属催化剂的高效利用论稀硝生产中贵重金属催化剂的高效利用摘要：本文从温度、压力等方面分析了稀硝生产中贵重金属铂催化剂消耗较高的原因，并提出了改进措施，为优化生产成本、节能降耗提出个人见解。关键词：稀硝；贵重金属催化剂；改进；措施1 前言中国神马集团尼龙化工公司硝酸装置，是采用美国Weatherly 公司专利技术，年产稀硝 3.3 万吨，浓度为 65%，主要供己二酸装置作氧化剂。在实际生产中，发现铂耗较高，本文从氨和空气的反应条件入手，分析了铂耗偏高的原因，并提出了降低铂耗的一些措施。该装置采用的是铂/铑/钯合金催化剂，比例为 Pt/Rh/Pd=90/5/5，其优点是氨的氧化率高、寿命长、操作方便、可以回收利用和再生，缺点是铂金属较贵重，同时受到储量和生产地区限制。因此，为了降低铂耗和生产成本，采取必要的技改措施，成为我们探索的必由之路。2 问题的提出及分析2.1 铂的催化氧化机理概述催化反应过程：氨和氧分子从气相扩散到铂表面的外扩散过程；氨和氧分子被铂表面活性吸附过程；在铂表面进行-1-word 格式支持编辑，如有帮助欢迎下载支持。文档从互联网中收集，已重新修正排版，word 格式支持编辑，如有帮助欢迎下载支持。化学反应；生成的 NO 和 H2O 从铂催化剂表面解析并扩散到气相中。反应机理：铂催化剂吸附氧的能力极强，在其表面吸附的 O2 中，原子与原子间的共价键被破坏；同时铂催化剂表面吸附氨分子，然后与氨分子中的氮及氢结合；进行电子重排，生成 NO 和 H2O；铂对 NO 和 H2O 吸附能力较小，因此它们离开铂催化剂吸表面而进入气相中。2.2 原因分析2.2.1 高温铂的平均损失量与氧化炉温度的关系如下图 1 所示：1.铂网 2.铂铑网 3.铂铑网图 1 炉温和铂的损失量的关系从图上很容易看出两种现象：含 Rh%的铂损失最小；同一种铂网随着氧化炉温度的升高，铂网的损失量增加。据有关资料介绍，纯铂网表面活性不是很高，为增加其活性和机械强度，工业上采用铂合金，可提高氧化率。在高温作用下，铂合金本身与氧化合，主要已挥发态的 Pt O2 形式存在，造成了网丝的物理腐蚀，因此铂网的温度越高，铂催化剂的损失越大。2.2.2 高压-2-word 格式支持编辑，如有帮助欢迎下载支持。文档从互联网中收集，已重新修正排版，word 格式支持编辑，如有帮助欢迎下载支持。铂网在氨氧化反应高温条件下，会出现激烈的表面结构重排现象，网线外径明显增大，金属软化，结构松弛。因此，当氧化压力增加时，气速较大，冲击铂网表面带走铂金属微粒，造成铂损失。2.2.3 反应气体杂质NH3-AIR 混合气由于过滤不净，存在机械杂质，在气流穿过铂网时，杂质撞击铂网表面，加之铂网表面在高温下松弛，很容易将铂表面撞击至“疲劳”并脱落下微铂粒；其次空气压缩机送出的空气中带有油脂，它可以使铂网在高温下发生脆化，机械强度降低；再者原料气体中夹带的 H2S、C2H2等化学成分，可以使铂网中毒而失去活性，增加再生次数而导致铂耗增加。2.2.4 频繁开停车铂的催化作用适宜在温度、压力稳定的条件下，才能发挥最佳效果，如果频繁开停车，铂网在温度、压力忽高忽低的作用下，其强度、塑性、蠕变速度、韧性、疲劳强度等均发生无规则变化，加速铂损失，缩短铂网寿命。2.2.5 铂网局部过热当 NH3-AIR 混合气在铂网表面分布不均时，导致铂网表面温度高低不一，甚至造成局部过热而引起铂损失，在此情况下，铂网重量越大，铂损失就越大。2.2.6 铂网本身原因-3-word 格式支持编辑，如有帮助欢迎下载支持。文档从互联网中收集，已重新修正排版，word 格式支持编辑，如有帮助欢迎下载支持。铂网在制造中，夹带杂质越多，铂损失就越大。如：铁的氧化物在铂表面上积累，在高温作用下容易促使氨分解，且它能与网丝结合，生成铁铂酸，降低铂网活性和机械强度，因此缩短了铂网的使用周期。2.2.7 使用时间按下式计算：D r/或者 A=100024/其中：D：使用期限M：铂网的工作强度，单位为吨/日克铂g：每生产 1 吨 100%硝酸的铂损失r：重量比原来减少量A：铂网的工作时间a：铂网的需要量b：铂网的能力，被氧化的氨的公斤数/克铂日当铂网达到使用期限，要及时更换或再生，达到报废条件时，要进行回收利用。2.2.8 其它原因铂网的支撑结构长期在高温下作用，使其变形而将网撕破，或者意外事故等，都会使铂网损失加大。3 改进措施要控制压力超高和波动，使铂网在平稳压力下工作，同时控制好氨蒸发器中气氨压力和空气压缩机出口压力，严防-4-word 格式支持编辑，如有帮助欢迎下载支持。文档从互联网中收集，已重新修正排版，word 格式支持编辑，如有帮助欢迎下载支持。超高和波动。温度控制上，要控制好 NH3-AIR 比值和氧化炉温度，防止炉温超高和较大波动。NH3-AIR 混合气净化上，在生产中经常注意氨空过滤器、空气出口过滤器的压差值，发现超高及时清洗或更换滤芯。对氧化炉封头局部改造，使 NH3-AIR 混合气在铂网上均匀分布，防止铂网局部过热。铂网使用至规定时间后，应立即更换或进行再生处理，当达到以下报废条件时，进行报废处理：铂网重量损失在 10%左右；铂网的破损面积达 1/3 以上，无法修补时；使用时间达 14000 小时以上时。在购买铂网时，严格分析铂的纯度，控制铂中杂质含量；优化操作，防止意外事故发生导致铂网破裂。4 改造效果通过上述措施的改造，收到了良好效果，每吨硝稀铂耗降为 0.27 克，与以往相比，每年节约大量购买铂催化剂资金，同时减少了停车更换铂网的次数，极大地减少了生产成本，且在节能降耗方面也起一定的积极作用。参考文献：1 陈敏恒.化工原理.化学工业出版社.2 陈五平.无机化工工艺学.化学工业出版社.-5-word 格式支持编辑，如有帮助欢迎下载支持。文档从互联网中收集，已重新修正排版，word 格式支持编辑，如有帮助欢迎下载支持。3 朱炳辰.化学反应工程.化学工业出版社.4 裴文.高等有机化学.浙江大学出版社.4 刁玉玮.化工设备机械基础.大连理工大学出版社.-6-word 格式支持编辑，如有帮助欢迎下载支持。