Активація каталізатора синтезу метанолу шляхом механічної дії

Abstract

Показано зростання каталiтичної активностi мiдь-цинк-алюмооксидного каталiзатора синтезу метанолу, пiдданого механохiмiчнiй активацiї рiзними способами — шляхом дiї механiчного зсуву до початку каталiтичної реакцiї та дiї механiчного удару безпосередньо в процесi реакцiї. З’ясовано, що механохiмiчнiй активацiї каталiзатора в процесi реакцiї пiддається лише ефективна добавка каталiзатора. Встановлено, що за умов активацiї in situ при температурi 220 °C, тиску 0,1 МПа та оптимальнiй частотi вiбрацiї реактора 5 Гц значення продуктивностi каталiзатора, в розрахунку на внесену добавку (1,5 гСН3ОН (гкат.· год)⁻¹), вдвiчi перевищують результати, одержанi в промислових випробуваннях каталiзатора СНМ-У при 240 °C пiд тиском 9,0 МПа. Зростання активностi каталiзатора пiд дiєю механiчного навантаження пояснюється пiдвищенням концентрацiї дефектiв кристалiчної гратки каталiзатора. Вiдмiчено, що метод механохiмiчної активацiї каталiзатора in situ може бути використаний як альтернатива здiйсненню процеса одержання метанолу з синтез-газу при високих тисках.

Показано возрастание каталитической активности медь-цинк-алюмооксидного катализатора синтеза метанола, подвергнутого механической активации разными способами — посредством действия механического сдвига до начала каталитической реакции и действия механического удара непосредственно в процессе реакции. Выяснено, що механохимической активации in situ подвергается лишь эффективная добавка катализатора. Установлено, что в условиях активации in situ при температуре 220 °C, давлении 0,1 МПа и частоте вибрации реактора 5 Гц значения производительности катализатора, в расчете на внесенную добавку (1,5 гСН3ОН (гкат. · ч)⁻¹), вдвое превышают результаты, полученные в промышленных испытаниях катализатора СНМ-У при 240 °C и давлении 9,0 МПа. Возрастание активности катализатора под действием механической нагрузки объясняется повышением концентрации дефектов кристаллической решетки катализатора. Отмечается, что метод механохимической активации катализатора in situ может быть использован как альтернатива осуществлению процесса получения метанола из синтез-газа при высоких давлениях.

It is shown that the catalytic activity of a copper-zinc-alumina catalyst in the methanol synthesis can be increased by a mechanical activation in different ways — by the force of a mechanical displacement before catalytic reaction’s beginning and by the force of a physical impact during the reaction. It is found that an addition of the effective weight of the catalyst is subjected to a mechanochemical activation in situ only. The performance of the catalyst comprising an effective additive is found to depend on the vibration frequency of a reactor with maximum at 5 Hz. The catalyst productivity (1.5 g СН3ОН (gcat: ·h)⁻¹) obtained under conditions of activation in situ at a temperature of 220 °C, pressure of 0.1 MPa, and vibration frequency of 5 Hz is twice as much as the results obtained under industrial conditions at 240 °C and 9.0 MPa. The increase in the activity of the catalyst under the action of a mechanical load is interpreted by an increase of the concentration of lattice defects in the catalyst. It is noted that the method of mechanochemical activation of the catalyst in situ can be used as an alternative technology in the methanol production from a synthesis gas at high pressures.