УТИЛИЗАЦИЯ ОТРАБОТАННЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ ПРОИЗВОДСТВА АММИАКА

Шаркина В. И., Правдин А. И., Михалина Л. Н., Щанкина В. Г., ОАО «Новомосковский
институт азотной промышленности», Новомосковск, Тульская обл., Россия
Бруштейн Е. А., Шустов С. В., АЛВИГО-М, Москва, Россия
Ванчурин В. И., Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева,
Москва, Россия

В связи с сокращением сырьевой базы и ухудшением экологической обстановки целесообразно перерабатывать образующиеся отходы в продукты, пригодные для последующего использования. К числу отходов, которые можно рассматривать как вторичное сырье, относятся отработанные катализаторы.

Анализ научно-технической и патентной литературы показал, что до 1990 г. проблеме утилизации отработанных катализаторов не уделялось достаточного внимания, и только в последнее время стали появляться работы по их рациональному использованию. Известны два основных направления переработки: селективное извлечение ценных компонентов, имеющих коммерческое значение, и использование отработанных катализаторов в качестве сырья для получения новых катализаторов или других материалов. В настоящей работе на примере отработанного железохромового катализатора конверсии оксида углерода марки СТК показана возможность утилизации отработанных катализаторов.

В работе изучены физико-химические свойства отработанного железохромового катализатора марки СТК, поступившего из различных агрегатов синтеза аммиака. Полученные результаты свидетельствуют о том, что в процессе длительной эксплуатации катализатора происходят изменение фазового состава, спекание активного компонента и потеря механической прочности. Так, если свежеприготовленный образец катализатора представлен оксидом железа (II) Fe₂O₃с кристалличностью 200 A°, то после эксплуатации он преимущественно состоит из магнетита Fe₃O₄ с размерами кристаллитов около 600 A°, при этом фаза Fe₂O₃ отсутствует. Химический состав катализатора в процессе эксплуатации практически не изменяется.

Задача исследования – разработка способа утилизации отработанного катализатора марки СТК с целью его дальнейшего использования.

Было изучено влияние температуры прокаливания отработанного катализатора на воздухе в интервале от 500 до 900 °С на переход Fe₃O₄в активную фазу Fe₂O₃. Найдена оптимальная температура, при которой Fe₃O₄ полностью переходит в активный Fe₂O₃. Проведен рентгенофазовый анализ образцов прокаленного отработанного катализатора и получены данные по размеру кристаллитов оксидов железа (II). В результате исследований приготовлен высокодисперсный образец оксида железа с размерами кристаллитов 560 A°, который по фазовому составу идентичен товарному оксиду железа производства «SIDMAR», Бельгия, с размерами кристаллитов 760 A°.

Полученный образец активного оксида железа был использован для следующих целей.

1. Приготовлен образец катализатора среднетемпературной конверсии оксида углерода СТК путем смешивания полученного высокодисперсного активного оксида железа с каталитически активными компонентами. Проведены стадии формования, сушки и прокаливания образца. При этом изучено влияние концентрации вводимых активных компонентов, условий формования, температуры прокаливания и других факторов, определяющих свойства катализатора. Проведено сравнение показателей образца приготовленного катализатора СТК с товарным катализатором СТК (таблица).

Сравнение показателей приготовленного образца с товарным катализатором СТК

Показатель	Катализатор СТК
Показатель	товарный	приготовленный
Насыпная плотность, кг/дм3	1,20–1,35	1,3–1,5
Механическая прочность (индекс прочности на раскалывание), кг/мм диаметра гранулы	1,2–1,5	1,7–2,0
Массовая доля железа в пересчете на Fe2O3, %, не менее	83,0–85,0	85,8
Массовая доля промоторов, %, не менее	8,0–9,0	12,0–13,0
Активность (степень превращения оксида углерода СО)	0,86–0,89	0,85

По каталитической активности полученный образец приближается к товарному катализатору СТК, а по механической прочности превосходит его. Проводится работа, направленная на повышение активности полученного катализатора.

2. На основе полученного активного Fe₂O₃ приготовлены образцы катализатора для очистки отходящих газов производства азотной кислоты от закиси азота. Изучено влияние режима сушки и прокаливания на активность и прочностные характеристики катализатора. Проведены лабораторные и пилотные испытания приготовленных образцов. Результаты испытаний свидетельствуют о возможности использования продукта переработки отработанного катализатора СТК в качестве компонента для получения катализатора очистки отходящих газов от закиси азота.

3. Исследована возможность получения из продукта переработки отработанного катализатора СТК каталитически активного носителя путем формования с введением различных порообразующих добавок. В результате, в отличие от инертного носителя, получен каталитически активный носитель с высокоразвитой пористостью и высокой механической прочностью, который может быть использован при приготовлении нанесенных катализаторов.

Sharkina V. I., Pravdin A. I., Mihalina L. N., Schankina V. G., OJSC «Novomoskovsk Institute of Nitrogen Industry», Novomoskovsk, Tula Oblast, Russia
Brushteyn E. A., Shustov S. V., ALVIGO-M, Moscow, Russia
Vanchurin V. I., D. I. Mendeleyev Russian University of Chemical Technology, Russia, Moscow, Russia

This research aims to develop a recovery method for spent STK catalyst in order to enable its reuse.

Шаркина Валентина Ивановна, вед. науч. сотр., научно-исследовательский технологический отдел, ОАО «Новомосковский институт азотной промышленности», ул. Кирова, 11, Новомосковск, Тульская обл., 301650, Россия. Тел. (48762) 2-26-80. E-mail