4.1. Оценка активности катализаторов различной природы

По литературным данным из зарубежных источников известно, что в

качестве катализаторов синтеза меламина применялись составы, включающие

практически все элементы таблицы Менделеева.

основ подбора таких катализаторов в литературе нет. Известно лишь, что наи-

большую активность по готовому продукту, как при атмосферном давлении,

так и при повышенном, показывали катализаторы на основе оксидов алюми-

ния и кремния. Интересно было проверить, какой выход по готовому продук-

ту дадут катализаторы, приготовленные нами с учетом опыта зарубежных

фирм. Как правило, каждый новый катализатор является большим секретом

любой фирмы, имеющей производство меламина. А так как качество катали-

затора определяется многими факторами, главными из которых являются ре-

цептура и технология приготовления, то любая фирма, естественно, старается

их не раскрывать.

Поэтому, в качестве катализаторов синтеза меламина нами были опро-

бованы как известные системы, так и вновь приготовленные на основании

опыта работы кафедры «Процессы и аппараты химической технологии» НИ

РХТУ: хромоалюмоборатный носитель, (образец № 1), боратный катализатор

на носителе у-А120з (образец № 2), северодонецкий у-А12Оз фракций 3-5 мм и

6-7 мм (образцы № 3, 4), у-А120з приготовленная по гель технологии (образец

№ 5) активированный уголь марки БАУ (образец № 6), силикагель (образец №

7), так и приготовленные нами композиции на основе оксидов металлов, ре-

комендованных как катализаторы синтеза меламина при повышенном

давлении (образцы № 8-15).

Образец № 8 получен путем смешения порошков у-А1203 и алюмината

кальция в пастообразном состоянии при содержании влаги 42% с

последующей сушкой при 110°С и прокалкой при 550°С.

Образец № 9 получен путем смешения порошков нитрата бериллия, аце-

татов магния, марганца, хрома, коллоидного кремнезема и диоксида алюми-

ния в пастообразном состоянии присутствии 38% влаги с последующими

сушкой пасты при 110°С, прокалки при 400°С.

с добавкой 2% масс, графита, таблетки дробили и отбирали для испытания

фракцию 4-7 мм.

Образец № 10 готовили путем смешения порошков сульфата железа,

молибденовой, у-оксида алюминия и жидкости 100% ортофосфорной кислоты

в присутствии 30% масс, воды с последующими сушкой при 120°С и прокал-

кой полученной пасты при 600°С. Полученный катализатор обладал достаточ-

ной прочностью, поэтому его не таблетировали и дробили с отбором фракции

4-7 мм.

Образец № 11 готовили также как и № 10. Только использовали порош-

ки кремнезема, у-оксида алюминия, нитратов кобальта и железа и жидкость -

100%-ную ортофосфорную кислоту при содержании влаги в пасте 46% масс.

Образец № 12 получали путем смешения порошков молибденовой ки-

слоты, оксалатов меди и марганца, нитратов кобальта, однозамещенного фос-

фата аммония и у-оксида алюминия в пастообразном состоянии в присутствии

44% масс, влаги с последующей сушкой полученной пасты при 120°С, про-

калка при 550°С, таблетирования и дробления готовых таблеток.

Образец № 13 готовили также как и № 9, но использовали порошки ок-

салатов алюминия, меди и хрома и гидроксида бария, карбоната магния и

борной кислоты при содержании влаги в пасте 45% масс.

Образец № 14 приготовили также как и № 9, но использовали порошки

коллоидного кремнезема, гидроксида алюминия (гидраргилата), оксалатов

алюминия, меди и хрома, нитратов кобальта и никеля при содержании влаги в

пасте 48 % масс.

Образец № 15 получали путем осаждения оксалатов кобальта, цинка,

железа из 20%-ного раствора их солей (хлоридов и сульфата) на у-оксиде

алюминия с последующими операциями отмывки осадка от растворимых со-

лей, сушки при 110°С, прокалки при 400°С, таблетирования и дробления го-

товых таблеток.

На рис. 14 приведена схема лабораторной установки определения ак-

тивности катализаторов по выходу готового продукта в процессе синтеза ме-

ламина из карбамида.

Аммиак из баллона (1) подавали через реометр (2) в электроподогрева-

тель (3), расход аммиака 1-20 л/час. Температура в подогревателе поддержи-

вается с помощью нихромовой спирали на уровне 390 - 500°С и контролиру-

ется милливольтметром с хром-капелиевой термопарой (9).

Далее аммиак подавали в реактор (5) , заполненный катализатором в

л

объеме 10 см . Сюда же из дозатора (4) подавали плав карбамида с помощью

крана и с расходом 1-50 г/час. Температуру в зоне катализа (300-460°С) и

температуру плава карбамида в дозаторе (140-150°С) поддерживали с помо-

щью нихромовой спирали включенной через JIATP-9 (8) , а температуру кон-

тролировали милливольтметрами с термопарами (9) .

После зоны катализа продукты реакции и избыточный аммиак выходили

в сублиматор (6), где при охлаждении твердые продукты сублимировались и

оседали на дно сублиматора и газы через барботер (гидрозатвор) (7) выбра-

сывались в атмосферу.

Соединения дозатора (4) с реактором (5), сублиматора (6) с реактором (5)

и сублиматора с барботером (7), выполнены на шлифах. Кроме того, дозатор

имел автономный элетрообогрев. Это позволяло по окончанию каждого

it

Карбамид 4

Рис. 14. Схема лабораторной установки:

1- баллон с NH3, 2 - реометр; 3 - подогреватель NH3; 4 - дозатор карбамида;

5 - реактор с катализатором; 6 - сублиматор; 7 - барботер;

8 - трансформатор; 9 - термопара.

опыта заменять сублиматор (6) на запасной и проводить следующие опыты,

или заменять дозатор (4) на резервный в случае забивки его крана.

После загрузки катализатора и сборки установки сначала производили

разогрев в течение 30 минут. Разогретым аммиаком в подогревателе (3) до

550°С проводилась продувка реактора в течение 1 часа, при этом удалялась

остаточная влага из катализатора и его активации в аммиачной среде.

температуру в катализаторном слое снижали до 420-440°С, подавали карбамид

ОС

из дозатора после предварительного его плавления при 140-150 С. Опыт про-

водили в течение 2-3 часов при температуре в зоне катализа 380-420°С. Полу-

ченный в сублиматоре продукт извлекали и анализировали на содержание в

нем меламина. Об активности катализатора судили по содержанию (% масс.)

меламина в полученном твердом продукте. Таким образом, были испытаны 15

образцов катализаторов, активность которых по содержанию меламина в ко-

нечном продукте приведена в табл. 3.

Таблица 3

Выход меламина на различных катализаторах

Составленные нами композиции катализаторов (образцы № 9-15) дали

низкий выход по готовому продукту, что говорит о нерациональном исполь-

зовании их в процессе синтеза меламина. Наибольшую активность по выходу

конечного продукта показал катализатор у-А1203 (образцы № 3, 4 и 5). Зави-

симость выхода меламина от температуры для этих образцов представлена на

рис. 15.

Исходя из полученных результатов, дальнейшая разработка катализато-

ра для процесса синтеза меламина будет основывалась на получении у-А1203 ,

имеющей такие характеристики, которые способствовали бы максимальному

выходу продукта, т.е. задача поиска нового катализатора будет сводилась к

стабилизации поверхности у-А1203, полученному по золь - гель - технологии.