DE102005023605A1 - Katalysatoren und Verfahren zur Oxidation von Ammoniak - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oxidation von Ammoniak, das dadurch gekennzeichnet ist, dass als Katalysator mit katalytisch aktiven Materialien beschichtete Raumkörper aus hochtemperaturstabilem Material, enthaltend eine Fe-Cr-Al-Legierung, eingesetzt werden, sowie den dafür geeigneten Katalysator selbst. DOLLAR A Gegenstände der Erfindung sind weiterhin ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Herstellung von Salpetersäure.

Description

  • Die Erfindung betrifft Katalysatoren und Verfahren zur NH3-Oxidation.
  • Salpetersäure ist eines der wichtigsten anorganischen Chemieprodukte; mengenmäßig gehört sie zu den zehn bedeutendsten Industriechemikalien. Die großtechnische Herstellung von Salpetersäure erfolgt vor allem nach dem Ostwald-Verfahren (siehe Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5. Auflage, Band A17, S. 293 bis 339 (1991) bzw. Büchel, Moretto, Woditsch, Industrielle Anorganische Chemie, 3. Auflage (1998)). Der erste Schritt der Umsetzung ist die Oxidation von Ammoniak. Diese erfolgt mit Luftsauerstoff zu Stickstoffmonoxid, zumeist bei Temperaturen zwischen 820 und 950°C. Bei dieser katalytischen Umsetzung werden gegenwärtig als Katalysatoren vor allem Metallsiebe oder -netze aus einer Platinrhodiumlegierung (manchmal auch Platinrhodiumpalladiumlegierungen) verwendet. Alternativ kommen in einem kleinen Umfang auch Kombinationen aus kleinen Pt-Rh-Legierungen mit Schichten aus granulierten Katalysatoren auf Basis von Metalloxiden zum Einsatz, wie beispielsweise in FR 249 211 und FR 244 315 beschrieben. Die genannte katalytische Oxidation wird in einem Konverter bei einem Druck von ca. 0,1 MPa (atmosphärische Oxidation) und bei 0,4 MPa (Mitteldruckoxidation) oder bei 0,7 bis 1,0 MPa (Hochdruckoxidation) durchgeführt. Für das Erreichen des maximalen Umsatzes ist eine Niederdruckfahrweise vorteilhaft. Die Herstellung sehr großer Mengen fordert jedoch die Druckoxidationen. Den negativen Auswirkungen auf das chemische Gleichgewicht durch die Erhöhung des Drucks wird durch die Erhöhung der Temperatur begegnet, sodass ein guter Konvertierungsgrad erreicht werden kann. Gleichzeitig aber erhöhen sich mit Druck und Temperatur die Verluste des Pt-Rh-(Pd)-Katalysators. Etwa 80 % des Katalysatorverlusts können durch komplizierte Adsorptionsvorrichtungen an Marmor oder Palladiumgoldnetzen zurückgewonnen werden, 20 % gehen durch Verdampfung des intermediär gebildeten PtO2 oder durch mechanischen Abrieb verloren. In den Produktionsstätten, die die katalytische Oxidation des Ammoniak zur Herstellung von Salpetersäure nutzen, betragen die Platinverluste bei einem Druck von 0,4 MPa ca. 100 bis 140 mg Pt pro 1000 kg einer 100 %igen HNO3, bei einem Druck von 1,0 MPa sogar bis zu 380 mg Pt pro 1000 kg HNO3. Diese Verluste sind umso höher, je höher Temperatur und Druck sind.
  • Der zweite Schritt des Prozesses umfasst die Umsetzung des Stickstoffmonoxides zu Stickstoffdioxid bzw. Distickstofftetroxid. Dieser Prozess wird bei vergleichsweise tiefen Temperaturen unkatalysiert mit Luftsauerstoff durchgeführt. Anschließend folgt die Umsetzung mit Wasser zu HNO3.
  • Bei den edelmetallarmen oder edelmetallfreien katalytischen Ammoniakverbrennungen muss zwischen den einstufigen und den zweistufigen Verfahren unterschieden werden.
  • Die zweistufigen Verfahren werden an einer Schicht eines edelmetallfreien Katalysators mit einer nachgelagerten Oxidation an einem Platinnetz durchgeführt. Der Umsatz kann in der ersten Stufe bei geringerer Temperatur nur unvollständig erreicht werden, daher wird in der zweiten Stufe am Edelmetall vollständiger Umsatz erreicht.
  • GB-A-72 26131 beschreibt die Oxidation von NH3 an Co-Oxiden, GB-A-71 7080 im Besonderen an Co-Alumina-Spinellen. GB-A-70 46775 nennt Co3O4 aus der thermischen Zersetzung von CoCO3 als geeigneten Katalysator für die Oxidationsreaktion.
  • In der FR-A-2209713 wird ein Katalysator zur Ammoniakoxidation beschrieben, der auch bei hohen Temperaturen (800 bis 1000°C) ohne Verlust der mechanischen Stabilität betrieben werden kann. Die Zusammensetzung eines Beispiels weist 93 % Co3O4, 3 % Ce2O3, 3 % Nd2O3 und 1 % Mn2O3 auf, als Promotoren sind noch Cr- und Fe-Oxide genannt. Der Hauptanspruch zielt auf Katalysatoren mit spezifischer Oberfläche zwischen 0,5 bis 100 m2, sowie einer Zusammensetzung mit wenigstens 80 % eines Oxides von Bismuth oder Cobalt.
  • DE-A-2142897 beansprucht den Katalysator auf Basis von Cobaltoxid und Lithiumoxid zur NH3-Oxidation, der bei Belastungen von 50.000 h–1 zu einer Ausbeute von 98,7 % (N-bezogen) führt.
  • US-A-4812 300 beschreibt die Oxidation an einem Perovskiten der Formel ABO3, wobei A für Alkalimetalle, Lanthanide oder Actinide, B für ein Element der Gruppe IB, IVB bis VIIB oder Gruppe VIII steht. Auf die Stabilität des Materials wird eingegangen, indem ein Kriterium ist, dass der O2-Partialdruck bei 1000°C bei über 10–15 bar liegen soll. LaCoO3 soll bei einem Gasstrom von 3,3 % NH3 und 6,7 % O2 und 6400 h–1 und 663°C zu einer Selektivität von NO von 96 % (N2 bei 4 %) führen.
  • EP-B-0 384 563 beschreibt einen Prozess zur Ammoniakoxidation und einen Katalysator dafür. Der Hauptanspruch betrifft die Durchführung der Oxidation von Ammoniak mit freiem Sauerstoff an einem mit Lithiumoxid dotierten Cobaltoxid-Katalysator, wobei das Li:Co-Atomverhältnis zwischen 0,6 und 1,5 liegt (klassischer Li-Co-Spinell). Das Verfahren bzw. der Katalysator bietet gemäß Anspruch 3 bzw. 9 eine Selektivität von 0,99 bei einer Temperatur von 800°C und einem Strom aus 10 % v/v Ammoniak, 20 % v/v O2 und 70 % v/v He ausgesetzt ist.
  • Die bislang bekannten edelmetallfreien oder nur gering edelmetallhaltigen Katalysatoren haben den Nachteil, dass sie in Form kompakter Schüttungen einzelner Katalysatorformkörper vorliegen, deren Gasdurchlässigkeit nicht gezielt eingestellt werden kann. Sie weisen einen hohen Druckabfall auf und sind einer hohen mechanischen und statischen Belastung ausgesetzt.
  • Die edelmetallhaltigen Netzkatalysatoren weisen den anfangs bereits ausgeführten extrem hohen Schwund an teurem Edelmetall auf.
  • Nach DE-A-10328278 werden zur Entfernung von N2O bei der Salpetersäureherstellung mit katalytisch aktiven Materialien beschichtete Raumkörper, insbesondere Drahtgewebe oder -gestricke, aus hochtemperaturstabilen Werkstoffen eingesetzt.
    •
  • Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, den zuvor genannten Nachteilen abzuhelfen, das heißt, einen Katalysator für die Oxidation von Ammoniak bereitzustellen, für den keine oder nur geringe Mengen an Edelmetallen benötigt werden, die stabil sind und im Verfahren einen geringen und konstant einstellbaren Druckverlust verursachen.
  • Die Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass für ein verbessertes Verfahren zur Oxidation von Ammoniak als Katalysatoren mit katalytisch aktiven Materialien beschichtete Raumkörper auf der Basis von Fe-Cr-Al-Legierungen einsetzt werden.
  • Gegenstände der Erfindung sind damit ein Verfahren zur Oxidation von Ammoniak, das dadurch gekennzeichnet ist, dass als Katalysator mit katalytisch aktiven Materialien beschichtete Raumkörper aus hochtemperaturstabilem Material, enthaltend eine Fe-Cr-Al-Legierung, einsetzt werden, sowie der dafür geeignete Katalysator selbst.
  • Gegenstände der Erfindung sind weiterhin ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Herstellung von Salpetersäure.
  • Es wurde überraschend gefunden, dass sich ein Katalysator auf der Basis von Fe-Cr-Al-Legierungen und gegebenenfalls weiteren hochtemperaturstabilen Materialien, beschichtet mit nicht edelmetallhaltigen katalytisch aktiven Materialien, für die Oxidation von Ammoniak eignet und dabei keine verfahrenstechnischen oder ökonomischen Nachteile gegenüber der Verwendung der üblichen edelmetallhaltigen Katalysatoren entstehen.
  • Erfindungsgemäß werden für das Verfahren zur Oxidation von Ammoniak als Katalysatoren mit katalytisch aktiven Materialien beschichtete Raumkörper aus hochtemperaturstabilem Material eingesetzt.
  • Als hochtemperaturstabiles Material dienen dabei im Wesentlichen Fe-Cr-Al-Legierungen, wie beispielsweise Kanthal. Daneben können für den Katalysatorkörper auch weitere hochtemperaturstabile Werkstoffe mitverwendet werden. Geeignet sind beispielsweise Edelstahl, V2A und Hasteloy C. Vorteilhafterweise bestehen die Raum körper aber zu mindestens 10 Gew.-%, vorzugsweise zu mindestens 25 Gew.-% und besonders bevorzugt zu 40 bis 80 Gew.-%, aus Fe-Cr-Al-Legierungen.
  • Die Raumkörper können Formkörper, beispielsweise keramische Monolithe, sein. Vorteilhafterweise werden aber Netze, Gewebe oder Gestricke verwendet, die in beliebiger Form, beispielsweise als Einzelschicht, als Schichtungen oder als Packungen eingesetzt werden können. Solche Packungen aus Netzen, Geweben oder Gestricken lassen sich zum Beispiel auf einfache Weise durch Aufwickeln oder Aufeinanderlegen von zwei oder mehreren Bahnen der Netze, Gewebe oder Gestricke, gegebenenfalls unterschiedlich strukturiert, herstellen. Die Packung ist vorwiegend als Rolle ausgebildet. Vorteilhaft einsetzbar sind jedoch auch andere geometrische Formen, insbesondere eine durch Aufeinanderlegen von Bahnen erhaltene Schicht.
  • Solche Raumkörper, bestehend aus Einzelschichten, Schichtungen oder Packungen, sind damit weitgehend dem Reaktorquerschnitt anpassbar. Unter weitgehend wird dabei verstanden, dass keine exakte Anpassung an den Reaktorquerschnitt erforderlich ist, sondern dass fertigungstechnische Toleranzen erlaubt sind.
  • Der Draht der Netze, Gewebe oder Gestricke hat in der Regel einen Durchmesser von 5 bis 5.000 μm, bevorzugt von 50 bis 500 μm, besonders bevorzugt von 60 bis 400 μm und insbesondere von 70 bis 250 μm, und in der Regel eine Maschenweite von 5 bis 5.000 μm, bevorzugt von 50 bis 750 μm, besonders bevorzugt von 60 bis 600 μm, insbesondere von 70 bis 450 μm.
  • Als katalytisch aktive Materialien eignen sich Oxide, wie z. B. MgO, CoO, Co3O4, MoO3, NiO, ZnO, Cr2O3, WO3, SrO, CuO, Cu2O, MnO2, Mn2O3, Al2O3 oder V2O5, Mischoxide wie CuO-ZnO-Al2O3, CoxOy MgO, CoxOy-La2O3, La2CuO4 Nd2CuO4, Cox-ZnO oder NiO-MoO3, Perovskite wie LaMnO3, CoTiO3, LaTiO3, CoNiO3 und/oder Spinelle wie CuAl2O4, ZnAl2O4, MgAl2O4, (Cu, Zn) Al2O4, (Cu, Zn, Mg) Al2O2, (Cu, Zn, Ba) Al2O4, (Cu, Zn, Ca) Al2O4, La2NiO4.
  • Vorzugsweise weist das katalytisch aktive Material 0,1 bis 99 Gew.-%, besonders bevorzugt 1 bis 99 Gew.-% und insbesondere 5 bis 95 Gew.-%, Cobaltoxide, wie CoO und/oder Co3O4, auf.
  • Die Herstellung der katalytisch aktiven Materialien ist allgemein bekannt oder kann durch allgemein angewandte Verfahren bewerkstelligt werden.
  • Die Beschichtung des Drahtes der Netze, Gewebe oder Gestricke kann wie folgt durchgeführt werden:
    Vor der Beschichtung wird der Draht vorteilhafterweise, z. B. bei Temperaturen von 100 bis 1500°C, bevorzugt bei 200 bis 1400°C, besonders bevorzugt bei 300 bis 1300°C, getempert. Durch das Tempern ergibt sich als zusätzlicher Effekt eine besonders stabile Haftung der katalytisch wirksamen Partikel am Grundmaterial des Katalysatorkörpers, da bei einer Temperatur des Materials von 100 bis 1500°C ein Teil der Al-Partikel der erfindungsgemäß eingesetzten Fe-Cr-Al-Legierung an die Oberfläche des Katalysatorkörpers wandert und mit den aufgebrachten katalytisch aktiven Materialien besonders innig verbunden wird. Somit werden die katalytisch wirksamen Partikel am beispielsweise Kanthalgewebe fest verankert, ohne deren katalytische Wirksamkeit negativ zu beeinflussen. Darüber hinaus wird ein Abtrag der Katalysatorpartikel von der Katalysatoroberfläche weitgehend verhindert.
  • Die Beschichtung kann vor oder nach, bevorzugt nach der Formgebung zu monolithischen Formkörpern, Einzelschichten, Schichtungen oder Packungen erfolgen.
  • Die Beschichtung mit katalytisch aktiven Materialien kann durch übliche Art und Weise, z. B. durch Aufdampfen, Sputtern, Tränken, Tauchen, Besprühen oder Beschichten mit Pulvern, bevorzugt mit einer wässrigen und/oder alkoholischen Lösung oder Suspension, bevorzugt mit einer wässrigen Suspension, nach bekannten Verfahren erfolgen.
  • Der Feststoffgehalt der Suspension liegt vorteilhafterweise zwischen 2 und 95 Gew.-%, bevorzugt zwischen 3 und 75 Gew.-%, besonders bevorzugt zwischen 5 und 65 Gew.-%.
  • Das Gewichtsverhältnis von Beschichtung zum Raumkörper kann in weiten Grenzen variiert werden und liegt in der Regel bei 0,01 : 1 bis 10 : 1, bevorzugt 0,1 : 1 bis 2 : 1, besonders bevorzugt 0,3 : 1 bis 1 : 1.
  • Auf die Raumkörper kann vor, mit und/oder nach der Beschichtung mit den katalytisch aktiven Materialien zusätzlich noch Pt, Rh und/oder Pd, vorzugsweise Pt, aufgebracht werden. Verwendet werden hierfür die in der Katalysatorchemie üblichen Verbindungen oder die Edelmetalle in elementarer Form. Erfolgt eine solche Dotierung, dann in einer Konzentration bis höchstens 35 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 20 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der aufgebrachten Beschichtung.
  • Nach der Beschichtung und gegebenenfalls Dotierung werden die Katalysatorkörper in der Regel bei Temperaturen von 100 bis 1500°C, bevorzugt 200 bis 1300°C, besonders bevorzugt bei 300 bis 1100°C erneut getempert.
  • Die erfindungsgemäßen Katalysatoren werden in der Regel als Festbettpackung eingesetzt. Die Verweilzeit am Katalysatorbett ist im Normalbetrieb vorteilhafterweise kleiner als 1 s, bevorzugt kleiner als 0,5 s, besonders bevorzugt kleiner als 0,3 s.
  • Die erfindungsgemäßen mit katalytisch aktiven Materialien beschichteten Raumkörper werden zur katalytischen Oxidation von Ammoniak zu Stickoxiden verwendet und können dafür in entsprechenden Reaktoren angeordnet werden.
  • Die oben beschriebene katalytische Oxidation von Ammoniak zu Stickoxiden ist bei der großtechnischen Herstellung von Salpetersäure einsetzbar.
  • Eine Vorrichtung zur Herstellung von Salpetersäure aus Ammoniak umfasst in dieser Reihenfolge
    • a) einen Reaktor zur katalytischen Oxidation von Ammoniak zu Stickoxiden, wie er vorstehend beschrieben wurde, sowie
    • b) eine Absorptionseinheit zur Absorption von Stickoxiden in einem wässrigen Medium.
  • Die erfindungsgemäßen Katalysatoren weisen eine hohe Stabilität auf und enthalten keine oder nur geringe Mengen an Edelmetallen. Die eingesetzten katalytisch aktiven Komponenten, insbesondere auch – falls mitverwendet – die Edelmetalle gehen auf Grund der erfindungsgemäßen Beschaffenheit der Katalysatorkörper und deren Vorbereitung – wie weiter oben beschrieben – eine besonders feste Verbindung ein, sodass ein Abtrag von katalytisch aktivem Material und damit auch Verlust von Edelmetall weitgehend minimiert wird.
  • Beim Einsatz der Katalysatoren im erfindungsgemäßen Verfahren ist eine problemlose Anpassung der Formkörper an die jeweiligen Reaktoren möglich. Der Druckverlust wird gering gehalten und ist bei Bedarf konstant einstellbar. Es wird ein hoher Umsatz und eine weitgehend konstante NOx-Selektivität erreicht.
  • Als zusätzlicher Effekt ist ein verringerter Anfall des unerwünschten N2O bereits in der Stufe der NH3-Oxidation zu verzeichnen, sodass die übliche N2O-Menge bei der Salpetersäureherstellung geringer ausfällt und damit die Aufwendungen für die Lachgasbeseitigung sinken. Verantwortlich für die verringerte N2O-Bildung ist einmal die geringere Beschädigung der Katalysatoroberfläche. In Fachkreisen wird vermutet, dass der übliche Katalysatorabtrag und die damit einhergehende Beschädigung der Katalysatoroberfläche bei den Katalysatoren und in den Verfahren des Standes der Technik ein wesentlicher Grund für die unerwünschte Nebenreaktion zu N2O ist. Zum anderen begünstigt der erfindungsgemäß eingesetzte Katalysator selbst in gewissem Maße den Abbau von sich bildendem N2O, was ebenfalls den Gesamtanfall an Lachgas in der Salpetersäureanlage verringert.
  • Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne jedoch hierdurch eine entsprechende Eingrenzung vorzunehmen.
    •
  • In den Beispielen 1 bis 12 wurde ein Kanthal-Metallgewebe-Band (⌀ 195 mm), Werkstoffnummer 1.4767 der Fa. Montz GmbH, D-40705 Hilden, eingesetzt. Es wird im Folgenden als „Kanthal-Metallgewebe" bezeichnet.
  • Das verwendete Disperal®Sol P2 stammte von der Fa. Sasol.
  • Beispiel 1:
  • Ein Kanthal-Metallgewebe wurde mit einer Zahnradwalze (Modul 1,0 mm) gewellt und anschließend 5 h bei 950°C an der Luft geglüht. Das so erhaltene Netz wurde mit einer Suspension aus 25 g Disperal®Sol P2, 175 g Wasser und 25 g katalytisch aktivem Pulver der Zusammensetzung 92,7 Gew.-% CoO, 5,6 Gew.-% Mn2O3, 1,4 Gew.-% H3PO4 und 0,31 Gew.-% NaO beschichtet. Das Netz wurde 4 h bei 200°C getrocknet und 2 h bei 950°C geglüht.
  • Die Gewichtszunahme der Netze durch die Beschichtung betrug 15,33 Gew.-% nach dem Glühen.
  • Beispiel 2:
  • Analog Beispiel 1 wurde ein Kanthal-Metallgewebe behandelt. Das so erhaltene Netz wurde mit einer Suspension aus 25 g Disperal®Sol P2, 175 g Wasser und 25 g katalytisch aktivem Pulver der Zusammensetzung 63,5 Gew.-% Al2O3, 16,7 Gew.-% CuO und 19,8 Gew.-% ZnO beschichtet. Das Netz wurde 4 h bei 200°C getrocknet und 2 h bei 950°C geglüht.
  • Die Gewichtszunahme der Netze durch die Beschichtung betrug 13,95 Gew.-% nach dem Glühen.
  • Beispiel 3:
  • Ein Kanthal-Metallgewebe wurde 5 h bei 950°C an der Luft geglüht. Das so erhaltene Netz wurde mit einer Suspension aus 25 g Disperal®Sol P2, 175 g Wasser und 25 g katalytisch aktivem Pulver der Zusammensetzung 87,3 Gew.-% CoO, 5,3 Gew.-% Mn2O3, 1,3 Gew.-% H3PO4, 0,29 Gew.-% NaO und 5,82 Gew.-% PtO2 beschichtet. Das Netz wurde 4 h bei 200°C getrocknet und 2 h bei 950°C geglüht.
  • Die Gewichtszunahme der Packung durch die Beschichtung betrug 15,85 Gew.-% nach dem Glühen.
  • Beispiel 4:
  • Ein Kanthal-Metallgewebe wurde 5 h bei 950°C an der Luft geglüht. Das so erhaltene Netz wurde mit einer Suspension aus 12,5 g Disperal®Sol P2 (Fa. Sasol), 200 g Wasser und 37,5 g katalytisch aktivem Pulver der Zusammensetzung 87,3 Gew.-% CoO, 5,3 Gew.-% Mn2O3, 1,3 Gew.-% H3PO4, 0,29 Gew.-% NaO und 5,82 Gew.-% PtO2 beschichtet. Das Netz wurde 4 h bei 200°C getrocknet und 2 h bei 950°C geglüht.
  • Die Gewichtszunahme der Packung durch die Beschichtung betrug 15,15 Gew.-% nach dem Glühen.
  • Beispiel 5:
  • Ein Kanthal-Metallgewebe wurde mit einer Zahnradwalze (Modul 1,0 mm) gewellt und anschließend 5 h bei 950°C an der Luft geglüht. Das so erhaltene Netz wurde mit einer Suspension aus 25 g Disperal®Sol P2, 175 g Wasser und 25 g katalytisch aktivem Pulver der Zusammensetzung 92,7 Gew.-% CoO, 5,6 Gew.-% Mn2O3, 1,4 Gew.-% H3PO4 und 0,31 Gew.-% NaO beschichtet. Das Netz wurde 4 h bei 200°C getrocknet und 2 h bei 950°C geglüht.
  • Die Gewichtszunahme der Packung durch die Beschichtung betrug 15,33 Gew.-% nach dem Glühen.
  • Anschließend wurden die Netze mit Platinnitratlösung (mit 20 Gew.-% Pt) getränkt, getrocknet und bei 550°C geglüht.
  • Die Gewichtszunahme der Netze durch die Tränkung betrug 7 Gew.-% nach dem Glühen.
  • Beispiel 6:
  • Analog Beispiel 1 wurde ein Kanthal-Metallgewebe-Netz behandelt. Das so erhaltene Netz wurde mit einer Suspension aus 25 g Disperal®Sol P2, 175 g Wasser und 25 g katalytisch aktivem Pulver der Zusammensetzung 63,5 Gew.-% Al2O3, 16,7 Gew.-% CuO und 19,8 Gew.-% ZnO beschichtet. Das Netz wurde 4 h bei 200°C getrocknet und 2 h bei 950°C geglüht.
  • Die Gewichtszunahme der Netze durch die Beschichtung betrug nach dem Glühen 13,95 Gew.-%.
  • Anschließend wurden die Netze mit Platinnitratlösung (mit 20 Gew.-% Pt) getränkt, getrocknet und bei 550°C geglüht.
  • Die Gewichtszunahme der Netze durch die Tränkung betrug 7 Gew.-% nach dem Glühen.
  • Beispiel 7:
  • Ein Kanthal-Metallgewebe wurde 5 h bei 950°C an der Luft geglüht. Das so erhaltene Netz wurde mit einer Suspension aus 25 g Disperal®Sol P2, 175 g Wasser und 25 g katalytisch aktivem Pulver der Zusammensetzung 87,3 Gew.-% CoO, 5,3 Gew.-% Mn2O3, 1,3 Gew.-% H3PO4, 0,29 Gew.-% NaO und 5,82 Gew.-% PtO2 beschichtet. Das Netz wurde 4 h bei 200°C getrocknet und 2 h bei 950°C geglüht.
  • Die Gewichtszunahme der Packung durch die Beschichtung betrug nach dem Glühen 15,85 Gew.-%.
  • Anschließend wurden die Netze mit Platinnitratlösung (mit 20 Gew.-% Pt) getränkt, getrocknet und bei 550°C geglüht.
  • Die Gewichtszunahme der Netze durch die Tränkung betrug 7 Gew.-% nach dem Glühen.
  • Beispiel 8:
  • Ein Kanthal-Metallgewebe wurde 5 h bei 950°C an der Luft geglüht. Das so erhaltene Netz wurde mit einer Suspension aus 12,5 g Disperal®Sol P2, 200 g Wasser und 37,5 g katalytisch aktivem Pulver der Zusammensetzung 87,3 Gew.-% CoO, 5,3 Gew.-% Mn2O3, 1,3 Gew.-% H3PO4, 0,29 Gew.-% NaO und 5,82 Gew.-% PtO2 beschichtet. Das Netz wurde 4 h bei 200°C getrocknet und 2 h bei 950°C geglüht.
  • Die Gewichtszunahme der Packung durch die Beschichtung betrug nach dem Glühen 15,15 Gew.-%.
  • Anschließend wurden die Netze mit Platinnitratlösung (mit 20 Gew.-% Pt) getränkt, getrocknet und bei 550°C geglüht.
  • Die Gewichtszunahme der Netze durch die Tränkung betrug 7 Gew.-% nach dem Glühen.
  • Beispiel 9:
  • Ein Kanthal-Metallgewebe wurde 5 h bei 950°C an der Luft geglüht. Das so erhaltene Netz wurde mit einer Suspension aus 50 g Disperal®Sol P2 (100 Gew.-% Al2O3) und 200 g Wasser beschichtet. Das Netz wurde 4 h bei 200°C getrocknet und 2 h bei 950°C geglüht.
  • Die Gewichtszunahme der Packung durch die Beschichtung betrug nach dem Glühen 15,15 Gew.-%.
  • Anschließend wurden die Netze mit Platinnitratlösung (mit 20 Gew.-% Pt) getränkt, getrocknet und bei 550°C geglüht.
  • Die Gewichtszunahme der Netze durch die Tränkung betrug 7 Gew.-% nach dem Glühen.
  • Beispiel 10:
  • Ein Kanthal-Metallgewebe wurde mit einer Zahnradwalze (Modul 1,0 mm) gewellt und anschließend 5 h bei 950°C an der Luft geglüht. Das so erhaltene Netz wurde mit einer Suspension aus 25 g Disperal®Sol P2, 175 g Wasser und 25 g katalytisch aktivem Pulver der Zusammensetzung 92,7 Gew.-% CoO, 5,6 Gew.-% Mn2O3, 1,4 Gew.-% H3PO4 und 0,31 Gew.-% NaO beschichtet. Das Netz wurde 4 h bei 200°C getrocknet und 2 h bei 950°C geglüht.
  • Die Gewichtszunahme der Packung durch die Beschichtung betrug 15,33 Gew.-% nach dem Glühen.
  • Anschließend wurden die Netze mit Platinnitratlösung (mit 20 Gew.-% Pt) getränkt, getrocknet und bei 950°C geglüht.
  • Die Gewichtszunahme der Netze durch die Tränkung betrug 7 Gew.-% nach dem Glühen.
  • Beispiel 11:
  • Analog Beispiel 1 wurde ein Kanthal-Metallgewebe behandelt. Das so erhaltene Netz wurde mit einer Suspension aus 25 g Disperal®Sol P2, 175 g Wasser und 25 g katalytisch aktivem Pulver der Zusammensetzung 63,5 Gew.-% Al2O3, 16,7 Gew.-% CuO und 19,8 Gew.-% ZnO beschichtet. Das Netz wurde 4 h bei 200°C getrocknet und 2 h bei 950°C geglüht.
  • Die Gewichtszunahme der Netze durch die Beschichtung betrug nach dem Glühen 13,95 Gew.-%.
  • Anschließend wurden die Netze mit Platinnitratlösung (mit 20 Gew.-% Pt) getränkt, getrocknet und bei 950°C geglüht.
  • Die Gewichtszunahme der Netze durch die Tränkung betrug 7 Gew.-% nach dem Glühen.
  • Beispiel 12:
  • Ein Kanthal-Metallgewebe wurde 5 h bei 950°C an der Luft geglüht. Das so erhaltene Netz wurde mit einer Suspension aus 25 g Disperal®Sol P2, 175 g Wasser und 25 g katalytisch aktivem Pulver der Zusammensetzung 87,3 Gew.-% CoO, 5,3 Gew.-% Mn2O3, 1,3 Gew.-% H3PO4, 0,29 Gew.-% NaO und 5,82 Gew.-% PtO2 beschichtet. Das Netz wurde 4 h bei 200°C getrocknet und 2h bei 950°C geglüht.
  • Die Gewichtszunahme der Packung durch die Beschichtung betrug nach dem Glühen 15,85 Gew.-%.
  • Anschließend wurden die Netze mit Platinnitratlösung (mit 20 Gew.-% Pt) getränkt, getrocknet und bei 950°C geglüht.
  • Die Gewichtszunahme der Netze durch die Tränkung betrug 7 Gew.-% nach dem Glühen.
  • Vergleichsbeispiel 1:
  • Kommerzieller Pt/Rh-Netzkatalysator (90 : 10) von Fa. Heraeus.
  • Beispiel 13
  • Versuche zur Aktivität der Katalysatoren bei der NH3-Oxidation:
  • In einer Laborapparatur wurde Ammoniak in einem Ammoniak-Luftgemisch mit einer Konzentration von 12 Vol.-% Ammoniak und 88 Vol.-% Luft an vorstehend beschriebenen Katalysatoren mit einer Belastung von 36 g/h Ammoniak pro cm2 Netzfläche bei einer Temperatur von ca. 900°C zu Stickoxiden umgesetzt. Umsatz und NOx-Selektivität wurden mittels online-IR-Analytik bestimmt.
  • Figure 00120001

Claims (11)

  1. Verfahren zur Oxidation von Ammoniak, dadurch gekennzeichnet, dass als Katalysator mit katalytisch aktiven Materialien beschichtete Raumkörper aus hochtemperaturstabilem Material, enthaltend eine Fe-Cr-Al-Legierung, einsetzt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Raumkörper in Form von Netzen, Geweben oder Gestricken eingesetzt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Raumkörper Monolithe sind.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die katalytisch aktiven Materialien zu 0,1 bis 99 Gew.-% Cobaltoxide enthalten.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis von Beschichtung zum Raumkörper 0,01 : 1 bis 10 : 1 beträgt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Raumkörper vor, mit und/oder nach der Beschichtung mit den katalytisch aktiven Materialien zusätzlich mit Pt, Rh und/oder Pd dotiert werden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeit des Reaktionsgemisches am Katalysatorbett im Normalbetrieb kleiner als 1 s beträgt.
  8. Katalysator für die Oxidation von Ammoniak, dadurch gekennzeichnet, dass er aus mit katalytisch aktiven Materialien beschichteten Raumkörpern aus hochtemperaturstabilem Material, enthaltend eine Fe-Cr-Al-Legierung, besteht.
  9. Verwendung eines Katalysators gemäß Anspruch 8 für die Oxidation von Ammoniak.
  10. Verfahren zur Herstellung von Salpetersäure, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufe der katalytischen Oxidation von Ammoniak zu Stickoxiden nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 abläuft.
  11. Vorrichtung zur Herstellung von Salpetersäure aus Ammoniak, umfassend in dieser Reihenfolge a) einen Reaktor zur katalytischen Oxidation von Ammoniak zu Stickoxiden, wobei ein Katalysator gemäß Anspruch 8 einsetzt wird, sowie b) eine Absorptionseinheit zur Absorption von Stickoxiden in einem wässrigen Medium.
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