DE2326884A1 - METHOD AND DEVICE FOR THE CATALYTIC OXYDATION OF AMMONIA - Google Patents
METHOD AND DEVICE FOR THE CATALYTIC OXYDATION OF AMMONIAInfo
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Description
PATENTANWALTSBÜRO TlEDTKE - BüriLING - KlNNE 2326884PATENT ANWALTSBÜRO TlEDTKE - BüriLING - KlNNE 2326884
8000 München 2 Bavariaring48000 Munich 2 Bavariaring4
Postfach 202403 25. Mai 1973 B 5420P.O. Box 202403 May 25, 1973 B 5420
Imperial Chemical Industries Limited London, GroßbritannienImperial Chemical Industries Limited London, UK
Verfahren und Vorrichtung zur katalytischen Oxydation von AmmoniakMethod and device for the catalytic oxidation of ammonia
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur katalytischen Oxydation von Ammoniak zur Erzeugung von Stickoxyden, die z.B. bei der Herstellung von Salpetersäure verwendet werden sollen, wobei die Oxydation insbesondere unter Verwendung eines anderen Katalysators als einem solchen Metallkatalysator aus der Platingruppe in Ganzmetallform erfolgen soll.The invention relates to a method and a device for the catalytic oxidation of ammonia to produce nitrogen oxides, e.g. the production of nitric acid are to be used, the oxidation in particular using a other catalyst than such a metal catalyst from the platinum group is to be made in all-metal form.
Es ist seit langem Gegenstand von Untersuchungen, eine Alternative zu den Metallkatalysatoren aus der Platingruppe zu finden, die bisher die einzig befriedigenden Katalysatoren für die Oxydation von Ammoniak sind. Kürzlich wurden Erfolge unter Verwendung von teilchenförmigen Oxydkatalysatoren erzielt, z.B. kugelförmiges gesintertes Kobaltoxyd, wobei 3e4PjAj i^^SASi^J-lt wurc^e» daß diesesIt has long been the subject of studies to find an alternative to the platinum group metal catalysts, which are the only satisfactory catalysts for the oxidation of ammonia so far. Recently results have been obtained using particulate Oxydkatalysatoren, including spherical sintered cobalt oxide, wherein 3 e 4PjAj i ^^ ^ J-SASI lt Wurc ^ e "that this
«β 9 °-«Β 9 ° -
Material sich in gewissen Bereichen unterschiedlich von Metallkatalysatoren der Platingruppe verhält, wodurch der unmittelbare Ersatz von Platinmetallgitterkatalysatoren durch ein Bett aus teilchenförmigen! Katalysator zu keinen" voll befriedigenden Ergebnissen führte.Material differs from metal catalysts in certain areas behaves in the platinum group, creating the immediate replacement of platinum metal lattice catalysts through a bed of particulate! Catalyst did not lead to "fully satisfactory results.
Es wurde nunmehr festgestellt s daß das Verfahren,.-wie es gewöhnlich benutzt wird, um die Oxydation über einen Platinmetallkatalysator auszulösen, d.h. örtliches Erhitzen mit einer Flamme zur örtlichen Deaktivierung eines Kobaltoxydkatalysators führt und nicht zu einem befriedigenden Fortschreiten der Reaktion durch den ganzen Katalysator führt Es wurde nunmehr ein neues Verfahren und eine Vorrichtung entwickelt, die diese Schwierigkeit mildern und die angewendet werden können, ob nun ein teilchenförmiger Oxydkatalysator benutzt wird oder nicht.It has now been discovered s that the method, .- as it is usually used to oxidation over a platinum metal catalyst to trigger, ie local heating leads with a flame for local deactivation of a Kobaltoxydkatalysators and does not lead to a satisfactory progress of the reaction throughout the catalyst A new method and apparatus has now been developed which alleviate this difficulty and which can be used whether or not a particulate oxide catalyst is used.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur katalytischen Oxydation von Ammoniak dadurch begonnen, daß man den Katalysator im wesentlichen gleichförmig mit strömendem Heißgas erwärmt, bis der Katalysator die Auslösetemperatur für die Ammoniakoxydation erreicht hat.According to the invention a method for catalytic Oxidation of ammonia started by making the catalyst essentially uniform with flowing Hot gas is heated until the catalyst has reached the trigger temperature for ammonia oxidation.
Als strömendes Heißgas wird sehr vorteilhaft das Ammoniak/Luft-Reaktionsgemisch verwendet. Das Gas kann mit' Hilfe geeigneter Einrichtungen, z.B. durch indirekten Wärmeaustausch erwärmt werden, wird jedoch vorteilhaft durch eine chemische Reaktion aufgewärmt, die in diesemThe ammonia / air reaction mixture is very advantageously used as the flowing hot gas. The gas can with ' However, it is advantageous to use suitable equipment, e.g. to be heated by indirect heat exchange warmed up by a chemical reaction resulting in this
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Gemisch stattfindet. Hierfür ist die Verbrennung von Wasserstoff geeignet, da dies schnell genug stattfindet,- um die erforderliche schnelle Temperaturerhöhung zu erreichen, damit ein erheblicher Durchgang an nichtoxydiertem Ammoniak/ Luft-Gemisch verhindert und unerwünschte Nebenprodukte nicht erzeugt werden. . .Mixture takes place. The combustion of hydrogen is suitable for this, as this takes place quickly enough - to the to achieve the required rapid temperature increase, so that a considerable passage of non-oxidized ammonia / Air mixture is prevented and undesired by-products are not generated. . .
Die Wasserstofflamme wird vorzugsweise in einem Raum im Oxydationsreaktxonskessel oberhalb des Bereichs gebildet, der durch den Katalysator eingenommen wird. Sehr vorteilhaft wird der-Wasserstoff über eine Vielzahl von Zuführungsstellen in diesen Bereich eingeführt*, um gleichförmiges Aufwärmen der Gasphase und damit des Katalysators zu gewährleisten.The hydrogen flame is preferably in one Space formed in the oxidation reaction vessel above the area occupied by the catalyst. very hydrogen is advantageous over a large number of Feeding points introduced into this area * to ensure uniformity To ensure warming up of the gas phase and thus the catalyst.
Bei der Durchführung des Verfahrens wird der der Reaktion zu unterziehende Strom an Ammoniak und Luft vorteilhaft dem Katalysator zugeführt, bevor die Wasserstof flamme gezündet wir"d. Hierdurch wechselt der Vorgang schnell und weich von der Anlaufphase in die Produktionsphase. Um wirkungsvolleres Vermischen zu erreichen, wird zweckmäßig eine getrennte Luftzufuhr vorgesehen, um die Masse an Heißgas gegenüber der Masse an Reaktionsgas zu erhöhen. Die Luftzufuhr muß nicht für das Verbrennen des Wasserstoffs ausreichen, vorausgesetzt, daß bereits genügend Luft im Reaktor vorhanden ist.In carrying out the process, the stream of ammonia and air to be subjected to the reaction becomes advantageously fed to the catalytic converter before the hydrogen flame is ignited. d. This changes the process quickly and smoothly from the start-up phase to the production phase. In order to achieve more effective mixing, a separate air supply is expediently provided to the To increase the mass of hot gas compared to the mass of reaction gas. The air supply does not have to be for burning the Hydrogen, provided that there is already enough air in the reactor.
Wenn das Katalysatorbett eben ist, werden der 309884/097 7If the catalyst bed is level, the 309884/097 7
Wasserstoff oder die Luft oder beide vorzugsweise tangential zu Kreisen in einer Ebene quer zur Durchflußrichtung des Reaktionsgases eingefördert, um den Wirkungsgrad beim Durchmischen zu erhöhen, indem man das Gasgemisch in eine" Drehbewegung versetzt. Ist das Katalysatorbett nicht eben, wird die Wasserstofflamme vorzugsweise in einer Zone parallel zur Oberfläche des Katalysatorbetts gebildet..Hydrogen or the air or both, preferably tangential to circles in a plane transverse to the direction of flow of the Reaction gas fed in to increase the efficiency Increase mixing by placing the gas mixture in a " Rotational movement offset. If the catalyst bed is not flat, the hydrogen flame will preferably be parallel in one zone formed on the surface of the catalyst bed.
Der Katalysator wird bevorzugt in einem mehrbodigen oder rohrförmigen oder konischen Bett angeordnet, wie es in den britischen Patentanmeldungen 26 131/72 und 26 132/72 beschrieben ist.The catalyst is preferably placed in a multi-tray or tubular or conical bed, as is is described in British patent applications 26 131/72 and 26 132/72.
Der bevorzugte Katalysator ist ein Kobaltoxydkatalysator, vorzugsweise ein solcher, wie er in der britischen Patentanmeldung 46 775/70 (FR-PS 2 109 930) beschrieben ist, deren Gegenstand mit Bestandteil dieser Beschreibung ist.The preferred catalyst is a cobalt oxide catalyst, preferably such as that disclosed in the UK Patent application 46 775/70 (FR-PS 2 109 930) is described, whose subject matter is part of this description.
Die Erfindung liefert ferner einen Reaktor für die Durchführung des Verfahrens sowie einen Wasserstoffbrenner für das Erhitzen des Gases, das über den Katalysator strömt.The invention also provides a reactor for carrying out the process and a hydrogen burner for heating the gas flowing over the catalyst.
Brenner derjenigen Bauart, wie sie im Anlaufverfahren nach der Erfindung verwendet werden und die eine Einrichtung für das Durchblasen von verbrennbarem Gas über einen Flächenbereich und eine Einrichtung für das Durchblasen von die ^Verbrennung unterstützendem Gas besitzen, wobei das eine oder beide Gase tangential eingeblasen,werden,Burners of the type as they are in the start-up process can be used according to the invention and a device for blowing through combustible gas have a surface area and a device for blowing through the ^ combustion supporting gas, one or both gases being blown in tangentially,
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ν.ν.
erscheinen neu und von besonderem Wert in jeder Situation, in der es erwünscht ist, schnell ein Volumenelement eines strömenden Gases zu erwärmen, beispielsweise, um eine Masse aus Heißgas zu erhalten oder Katalysatoren aufzuwärmen, die sich von den für die Ammoniakoxydation verwendeten unterscheiden, als auch solche zu erwärmen, mit denen die Erfindung in der Hauptsache befaßt ist.appear new and of particular value in any situation where it is desired to quickly become a volume element of a to heat the flowing gas, for example to obtain a mass of hot gas or to warm up catalysts, which differ from those used for ammonia oxidation, as well as those with which the invention is mainly concerned.
Ein bevorzugter Reaktor zur Verwendung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist in den beigefügten schematischen Zeichnungen verdeutlicht, in denenA preferred reactor for use in the process of the invention is shown in the attached schematic Drawings clarified in which
Fig. 1 eine Querschnittsansieht undFig. 1 is a cross-sectional view and
Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie 2-2 in Fig. 1 verdeutlicht.FIG. 2 shows a sectional view along the line 2-2 in FIG. 1.
Das Bezugszeichen 10 bezeichnet den oberen Abschnitt eines Ammoniakoxydationsreaktors; dieser obere Abschnitt endet an seinem unteren Ende in einem Flansch 12, der einen Anschluß mit dem unteren Abschnitt des Reaktors bildet. Der untere Abschnitt ist von Kühlröhren oder einem Wassermantel umgeben, wobei diese Teile jedoch nicht gezeigt sind. Das Katalysatorbett 24 ist auf einer Metallgitterlage 26 gestützt, die ihrerseits durch Lagen 30 aus einem Honigwabenrahmenwerk und einer Metallrahmenkonstruktion 31 gestützt ist. Oberhalb des Katalysators steht eine Rahmenkonstruktion 76 auf einem Ring 77, der das BettNumeral 10 denotes the upper portion an ammonia oxidation reactor; this upper section ends at its lower end in a flange 12 which connects to the lower portion of the reactor. The lower section is made of cooling tubes or surrounded by a water jacket, but these parts are not shown. The catalyst bed 24 is on one Metal grid layer 26 supported, in turn by layers 30 made of a honeycomb framework and a metal frame construction 31 is supported. Above the catalytic converter there is a frame structure 76 on a ring 77 that forms the bed
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umgibt und wird in Richtung auf ihre Mitte durch Anker gestützt, die von der schräg abfallenden Wand des Kessels herabhängen, wobei die Rahmenkonstruktion 76 Hängeschienen oder Aufhänger 80 für Zerstäuber oder Brausen 8 2 und 84 trägt. Die Brausen oder Verteiler 82 dienen für Wasserstoff; sie tragen Düsen 86, die nach unten weisen und werden über eine zentrale Nabe 87 gespeist, die durch das Rohr 90 beliefert wird. Die Brausen oder Verteiler 84 dienen für Luft. Sie sind mit Löchern 8 8 versehen, die jeweils in Fluchtung mit einer Wasserstoffdüse horizontal weisen, so daß sich der Wasserstoff mit der Luft mischt und das Gemisch tangential in der Ebene des Reaktors strömt. Die Verteiler 84 werden über eine zentrale Nabe 89 gespeist, die über das Rohr 72 beliefert wird. Das Bezugszeichen 94 ist eine Zündkerze für das Zünden des Wasserstoff/Luft-Gemisches zum Zwecke der Erhitzung des Katalysators.surrounds and is supported towards its center by anchors attached to the sloping wall of the kettle hang down, the frame structure 76 hanging rails or hangers 80 for atomizers or showers 8 2 and 84 wearing. The showers or distributors 82 are used for hydrogen; they carry nozzles 86 that point down and are over a central hub 87 fed by the tube 90. The showers or manifolds 84 are used for Air. They are provided with holes 8 8 which each point horizontally in alignment with a hydrogen nozzle, see above that the hydrogen mixes with the air and the mixture flows tangentially in the plane of the reactor. The distributors 84 are fed via a central hub 89 which is supplied via the pipe 72. Numeral 94 is a Spark plug for igniting the hydrogen / air mixture for the purpose of heating the catalytic converter.
Die Düsen und Verteiler oder Brausen sind im Kessel stationär, wobei jedoch die Wasserstoff/Luft-Flammen tangential gerichtet werden, wodurch das Verfahrensgas in eine Drehbewegung versetzt wird, so daß ein gut gemischter Heißgasstrom gleichförmig mit dem Katalysator in Berührung kommt.The nozzles and distributors or showers are in The boiler is stationary, but the hydrogen / air flames are directed tangentially, thereby releasing the process gas is rotated so that a well mixed stream of hot gas is uniform with the catalyst comes into contact.
Bei einer, alternativen Brennerausführung wird der Wasserstoff durch die unteren Verteiler oder Brausen gefördert und steigt mit Rücksicht auf die sehr geringe Dichte in die Luftströme auf, die nunmehr horizontal geför-In an alternative burner design, the hydrogen is promoted through the lower manifold or shower head and increases with regard to the very low Density in the air currents, which are now conveyed horizontally
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dert werden. Bei dieser Ausgestaltung sind als Wasserstoffauslässe vorzugsweise Schlitze vorgesehen, möglicherweise ein einziger Schlitz für jede Speiche des Brenners oder ein Schlitz in Form eines Kanals 9 der auf den Speichen gebildet ist und durch die Düsen beliefert wird. Bei dieser Ausgestaltung wird ein einziger strömender Wasserstoffvorhang oder Schleier erzeugt, der schnell von einer einzigen Zündstelle aus gezündet werden-kann.be changed. In this embodiment, slots are preferably provided as hydrogen outlets, possibly a single slot for each spoke of the burner or a slot in the form of a channel 9 which is formed on the spokes and is supplied through the nozzles. In this embodiment, a single flowing hydrogen curtain or veil is generated, which can be ignited quickly from a single ignition point.
Bei jeder Anordnung sollte der Abstand der Düsen oder öffnungen oder die Breite der Förderschlitze so sein, daß Wasserstoff und Luft in gleichförmiger Rate pro Einheitsfläche der Reaktorebene geliefert wird. So sollten die öffnungen in Richtung auf den Umfang näher aneinander stehen als in Richtung auf die Mitte.In any arrangement, the distance between the nozzles or openings or the width of the conveyor slots should be such that that hydrogen and air are supplied at a uniform rate per unit area of the reactor plane. So should they openings are closer to one another in the direction of the circumference than in the direction of the center.
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