Новый углеродный катализатор для химических процессов

Мировое производство фосгена составляет свыше 4 млн т/год. Традиционными катализаторами получения фосгена являются углеродные материалы на основе скорлупы кокосового ореха с удельной поверхностью более 1000 м2/г. Однако, несмотря на высокую избирательность углеродного катализатора, в этом процессе образуются небольшие количества (до 500 ррт) побочных хлоруглеродных соединений (преимущественно СС14). При этом единственным значимым источником СС14 является непосредственное хлорирование углеродного катализатора. Учитывая масштабы производства фосгена, снижение количества или полное устранение побочных продуктов (СС14) становится важной экологической задачей.

Для проведения промышленных испытаний на одном из заводов (Chambers Works) корпорации Du-Pont был разработан новый катализатор, который имел следующие характеристики: диаметр гранулы округлой формы 2,0—3,2 мм (не менее 80%(масс.)); удельная поверхность по БЭТ 350—450 м2/г; объем пор размером менее 150 нм 0,53—0,67 см3/г; механическая прочность на раздавливание не менее 50 кг/см2; содержание золы не более 1%; содержание на поверхности кислородсодержащих функциональных групп не менее 0,1 ммоль/г; рентгеноструктурные параметры: межслоевое расстояние а?002 0,344— 0,352 нм; размеры ОКР (La x Lc) (3—6) х (3—7) нм.

Новый катализатор совместно с традиционным, на основе кокосовой скорлупы, подвергся сравнительным испытаниям по специально разработанной методике с использованием термогравиметрического анализа [9]. Процедура проверки позволила оценить по потере веса устойчивость катализатора на воздухе в широком диапазоне температур от 125 до 500 °С. Было установлено, что новый катализатор практически не подвергся окислению (остаток углерода от 99,52 до 98,37%), почти полностью сохранив параметры пористой структуры, в то время как от промышленного катализатора получения фосгена осталось после окисления при температуре 500 °С всего 2,4%. В масштабе лабораторной установки при синтезе фосгена была получена хорошая корреляция между потерей веса катализатора и концентрацией СС14 в продуктах реакции. Уровень содержания СС14 в продуктах реакции с применением нового катализатора был на порядок ниже, чем у промышленного углерода из кокосовой скорлупы и составил около 50 ррм.

Промышленные испытания нового углеродного катализатора при синтезе фосгена подтвердили его высокую эффективность. После года работы катализатор не потерял своей активности. Регулярный анализ отходящего газа промышленного реактора показал, что уровень образования СС14 реально составлял менее 50 ррм. После 2 лет полномасштабной эксплуатации катализатор продолжал работать с прежней эффективностью.

Применение нового катализатора на заводах корпорации DuPont привело к значительному сокращению остановок процесса, позволило избежать дополнительных капиталовложений (около 2 млн долларов) на установление контроля за выбросами в окружающую среду и сократило ежегодные эксплуатационные расходы (до 300 тыс. долларов в год). В настоящее время материал успешно применяется в промышленности в качестве катализатора синтеза фосгена на заводах DuPont и General Electric, а также Davy Process Technology (Switzerland) AG.