DE2341624B2 - Katalysator für die Oxydation von Ammoniak - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Katalysator für die Oxydation von Ammoniak zur Erzeugung von Stickoxiden für die Salpetersäureherstellung, bestehend aus einem Netzpaket, das Drähte aus Edelmetall- und Unedelmetall-Legierungen enthält.

Durch die Oxydation von Ammoniak werden die zur Herstellung von Salpetersäure benötigten Stickoxide gewonnen. Bei diesem Prozeß finden als Katalysatoren vornehmlich Platin-Rhodium-Legierungen Anwendung. Technologische und physikalischchemische Gründe waren maßgebend für die heute fast ausnahmslos genutzte Form engmaschiger Netze. In dichter Packung aufeinanderliegend werden von diesen bis zu 50 Stück in einem Reaktor angeordnet. Derartig gebildete Katalysatornetzsysteme werden von dem bis auf 250' C vorgewärmten Ammoniak-Luftgemisch durchströmt. Dabei findet der mit großer positiver Wärmetönung verbundene Umsatz in Stickoxide und Wasserdampf statt. Die Ausbeute an Stickoxiden schwankt zwischen 90 und 98%.

Als Folge der an dem Katalysator stattfindenden thermischen Vorgänge nimmt dieser während des Oxydationsprozesses eine Temperatur zwischen 820 und 950 C an. Die Netze unterliegen somit während ihrer Betriebszeit einer erheblichen thermischen Beanspruchung, der sich in Hochdruckanlagen noch eine beträchtliche mechanische Belastung überlagert. Hieraus resultiert ein beachtlicher Verschleiß, der in Verbindung mit den in ihrer Ursache noch wenig geklärten, bei der Reaktion auftretenden hohen Verluste an Platin und Rhodium ein häufiges Wechseln und Umarbeiten der Katalysatornetze erforderlich macht.

Da sich seit einigen Jahren die Entwicklung forttetzt, größere Drücke und höhere Temperaturen bei der Ammoniakverbrennung anzuwenden, bedeutet das, daß die Zeiträume zwischen zwei Netzwechseln sich verringern und damit die Stillstandszeiten der Anlagen zunehmen. Diesen Tatbestand lassen alle bisherigen Bemühungen, welche zum Ziele haben, die Menge des eingesetzten Platin-Rhodium-Katalysators und/oder die Verluste desselben zu verringern und/oder eine Verbesserung der Ausbeute an Stickoxiden zu bewirken, unberücksichtigt. Bisweilen wird im Hinblick auf die Nutzungsdauer der Netze diesem Gesichtspunkt sogar entgegengewirkt.

Bekannt sind Verfahren, die unter Ersatz eines Teils der Katalysatormenge durch ein strömungstechnisch günstig wirkendes regelmäßiges oder unregelmäßiges Geflecht von Unedelmetaildrähten zu einer Verringerung der Katalysatormenge und dadurch auch zu einer Senkung der Platinverluste führen (deutsche Offenlegungsschrift 2 101 188 und deutsche 5 Offenlegungsschrift 2 239 514). Ein Nachteil dieser Verfahren besteht darin, daß die eingesetzten Katalysatornetze aus Platin-Rhodium in Folge der vorerwähnten Beanspruchung in recht kurzen zeitlichen Abständen regelmäßig erneuert werden müssen.

ίο Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Katalysator in Netzform zu finden, der den bei der Ammoniakoxydation auftretenden thermischen und mechanischen Beanspruchungen möglichst lange standhält und damit die Stillstandzeiten

der Verbrennungsanlagen vermindert.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch g^Jösi, daß man einen Katalysator in Form eines Netzpakets verwendet, das aus Netzen von Platin-Rhodium-Legierungen und Unedelmetall-Legierun-

" gen hergestellt wurde, wobei alle oder ein Teil der einzelnen verwendeten Netze sowohl Drähte aus einer Platin-Rhodium-Legierung als auch Drähte aus oxydationsbeständigen, warmfesten Unedelmetall-Legierungen enthalten.

Diese erfindungsgemäßen Katalysatornetze haben eine bedeutend längere Lebensdauer als die bekannten Katalysatornetze aus Platin-Rhodium-Legierungen, so daß die Häufigkeit des Netzwechsels in den Verbrennungsanlagen verringert werden kann.

Gleichzeitig wird mit den erfindungsgemäßen Katalysatornetzen eine den bekannten Verfahren gleichwertige Verminderung des Platineinsatzes und eine damit verbundene Senkung der Verluste an diesem Metall erreicht.

Das Netzgewebe ist vorzugsweise ein Mischgewebe aus Platin-Rhodium-Drähten mit bis zu 30% Rhodium und Unedelmetalldrähten eines zünder- und hitzebeständigen Stahls. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines Stahls mit Gehalten von 20 bis 25% Chrom und 3 bis 5% Aluminium. Der Durchmesser der Unedelmetalldrähte liegt in der Größenordnung derjenigen der Edelmetalldrähte, nämlich bei 0,06 bis 0,15 mm.

Es hat sich erwiesen, daß diese Unedelmetalldrähte als Träger für die eingewobenen Katalysatorfilamente wirken und dadurch eine längere Nutzung ihrer katalytischen Eigenschaft ermöglichen. Aus diesem Verhalten sowie aus den erheblichen Einsparungen an eingesetzter Katalysatormenge und deren Verlusten resultieren für den Prozeß der Ammoniakverbrennung in allen Brennertypen wesentliche wirtschaftliche Vorteile.

Vorteilhafterweise bildet man das Netzgewebe so aus, daß entweder nur die Kettendrähte oder mn die Schußdrähte aus der Unedelmetall-Legierung bestehen. Um den Katalysatornetzen eine noch höhere Lebensdauer zu verleihen, kann man aber auch einen Teil der Kettendrähte aus Platin-Rhodium durch Unedelmetalldrähte — vorzugsweise in regelmäßiger Anordnung — ersetzen und für die Schußdrähte ebenfalls Unedelmetall verwenden. Genausogut kann aber für die Schußdrähte in diesem Fall auch eine Platin-Rhodium-Legierung Verwendung finden. Weiterhin ist es möglich, die einzelnen Katalysatornetze eines Netzpakets mit einem verschieden großen Anteil an Unedelmetalldrähten auszustatten, was je nach dem Typ der Verbrennungsanlage weitere Vorteile bringen kann.

Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Katalysatornetze bleibt die Umwandlungsrate von Ammoniak in Stickoxide — im Vergleich zu den bekannten Katalysatoren — "nverändert.

Die folgenden Beispiele sollen die Vorteile des erfindungsgemäßen Katalysators näher erläutern:

Beispiel 1

In einer 7-atü-Anlage wurden an Stelle von 35 PtlORh-Netzen solche mit einem um 5O°/o verminderten Edelmetallgehalt eingesetzt, d. h. die Schußdrähte der Netzgewebe bestanden aus einer Eisenlegierung mit 23% Chrom und 4% Aluminium. Dabei stellte es sich heraus, daß bei einem unveränderten Umsatz von 91 bis 93% die Betriebszeit zwischen zwei Netzwechseln von 60 Tagen auf 85 Tage gesteigert werden konnte und dabei der Verlust von Platin und Rhodium von 1,85 g/t N-NH₃ auf 1,14 g/t N-NH3 abgesunken war.

Beispiel 2

Eine Verlängerung der Einsatzzeit der Netze von 180 auf 270 Tage wurde in einer 2,5-atü-Anlage mit einer Flächenbelastung von 5 tato N/m² durch den Einbau erfindungsgemäßer Netze der Zusammensetzung nach Beispiel 1 erreicht. Der Pt-Verlust von 0,66 g/t N-NH₃ konnte dabei auf 0,35 g/t N-NH₃ vermindert werden.

Beispiel 3

Schließlich konnte in einer mit 22 tato N/m² belasteten 7-atü-Anlage eine Laufzeit von 136 Tagen mit 25 Mischgewebenetzen nach Beispiel 1 während eines Einsatzes erzielt werden, wohingegen unter gleichen Betriebsbedingungen PtlORh-Netze nur 90 Tage Verwendung finden können. Der spezifische Pl Verlust betrug 0,71 g/t N-NH₃ gegenüber einem sonstigen Durchschnittswert von etwa 1,2 g/t N-NH₃.

Kennzeichnend für alle Versuche waren somit Platinersparnisse im Einsatz von etwa 50%, eine

ίο Senkung der spezifischen Edelmetallverluste um bis zu 47% und eine Verlängerung der Nutzungsdauer der Katalysatornetze um bis zu 52%. Diese Feststellungen bieten für die Erzeugung von Stickoxiden durch die Ammoniakoxydation wesentliche wirtschaftliche Vorteile. Ihre Bedeutung ist deshalb so groß, weil die Anwendung platin-sparender Verfahren in Anlagen mit Arbeitsdrücken bis zu 5 atü bisher aus anwendungstechnischen Gründen nur beschränkten Erfolg gehabt hat. Die erfindungsgemä-

ao ßen Katalysatornetze können demgegenüber in allen derartigen Anlagen problemlos mit dem beschriebenen Erfolg eingesetzt werden. In Hochdruckanlagen kommen vorrangig die verminderten Platinverluste und die größere Lebensdauer der erfindungsgemäßen Netze zur Geltung, wodurch die Produktivität dieser Anlagen gesteigert wird.

Anstatt der in den Beispielen eingesetzten Eisenlegierung mit 23% Chrom und 4% Aluminium können natürlich auch andere, unter den Bedingungen der Ammoniakverbrennung oxydationsbeständige und warmfeste Unedelmetall-Legierungen Verwendung finden.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Katalysator für die Oxydation von Ammoniak zur Herstellung von Stickoxiden, in Form eines Netzpakets, das aus Netzen von Platin-Rhodium-Legierungen und Unedelmetall-Legierungen hergestellt wurde, dadurch gekennzeichnet, daß alle oder ein Teil der einzelnen verwendeten Netze sowohl Drähte aus einer Platin-Rhodium-Legierung als auch Drähte aus oxydationsbeständigen, warmfesten Unedelmetall-Legierungen enthalten.