Способы приготовления катализаторов

В зависимости от способа производства катализаторы делят на типы: осажденные, на носителях, полученные механическим смешением компонентов, плавленые, скелетные, природные, оргшанические, цеолитные, коллоидные.

 

К качеству сырья при приготовлении любого типа катализатора предъявляются жесткие

 

 

требования: постоянство химического и фазового состава, отсутствие вредных примесей, требуемый размер частиц, нужная влажность, при этом минимально возможная стоимость.

 

Методом соосаждения из растворов получают около 80% катализаторов и носителей (оксидножелезные катализаторы конверсии СО, Al₂O₃. Осадок – гидроксид железа в смеси с гидроксидами промоторов - хрома, др). Процесс: растворение соли – осаждение (в виде гидроксидов) – фильтрование – промывка осадка – формовка катализатора - сушка гранул - прокалка катализатора. Одна из важнейших стадий – прокалка. При прокаливании, вследствие термической диссоциации получается собственно активное вещество катализатора. Условия прокаливания (температура, время, среда, скорость подъема температуры) в значительной степени определяют средний размер пор и размер поверхности катализатора. Смешанные контактные массы отличаются от промотированных тем, что добавки к основному компоненту вводятся в соизмеримых количествах и являются каталитически активными в отношении данной реакции.

 

Применяя различные способы формовки, можно получить частицы катализатора любой формы и размеров, регулировать поверхность и пористость катализатора, изменять его механическую прочность.

Принципиально возможны следующие способы формовки катализаторов и носителей: экструзия, таблетирование, гранулирование, коагуляция в капле и др.

Наиболее универсальные методы – экструзия пасты и таблетирование.

При экструзии влажный осадок выдавливают в виде шнура из непрерывно действующего шнекового пресса. Форма и поперечный размер гранулы определяются отверстиями в формующей головке пресса. На выходе из головки шнур контактной массы режут ножом.

Таблетирование осуществляют в таблеточных машинах под давлением до 30 МПа (300 кг/см²). Получают гранулы в виде цилинлров, колец, седел и т.д.

Гранулирование на тарельчатом грануляторе используют главным образомпри изготовлении контактов механическим смешением компонентов.

Получение катализаторов на носителях методом пропитки (никелевые, алюмопалладиевые, алюмокобальтмолибденовые).

Катализаторы на носителях являются наиболее распространенным типом сложных кон-

тактных масс. В них активная составляющая наносится тем или иным способом на пористую подложку – носитель. Чаще всего носитель инертен для данного процесса и составляет, в отличие от активатора, б'ольшую часть контактной массы.

Как правило, для данного процесса носитель является малоактивным или даже инертным материалом. Есть катализаторы, в которых носители вступают во взаимодействие с собственно катализатором, более или менее глубоко воздействуя на его активность. Таким способом изготавливают катализаторы в виде таблеток, шариков, мелких сфер, порошков.

Пористую основу пропитывают раствором, содержащими не собственно активные компоненты катализатора, а соединения, которые переходят в эти компоненты при соответствующей обработке. Чаще всего применяют соли, анионы которых можно легко удалить в процессе термообработки (нитраты, ацетаты, карбонаты). Например, при синтезе металлических катализаторов сначала получают на носителях их оксиды, которые затем восстанавливают до металла. Пропитка может быть однократной и многократной.

Большое значение имеет выбор соответствующего носителя, который должен удовлетворять следующим требованиям:

- предохранять катализатор от рекристаллизации;

 

 

- увеличивать активную поверхность катализатора и повышать селективность его действия;

- обладать высокой огнеупорностью и механической стойкостью к резким сменам температур (термостойкостью);

- иметь высокую механическую прочность;

- обладать оптимальным радиусом пор (поры очень малого размера, создающие большую величину удельной поверхности, могут быть недоступны как для наносимого активного вещества, так и для реагирующих веществ; слишком большой радиус пор может привести к недостаточной удельной поверхности катализатора).

 

Здесь также важнейшее значение имеют условия подготовки носителя (температура, время, скорость сушки и прокалки) и затем приготовления собственно катализатора (состав и концентрация пропиточного раствора, температура и время пропитки, количество пропиток, температура сушки, прокалки).