DE2547940B2 - Verfahren zur Herstellung eines Katalysators für die Ammoniaksynthese - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines Katalysators für die AmmoniaksyntheseInfo
- Publication number
- DE2547940B2 DE2547940B2 DE2547940A DE2547940A DE2547940B2 DE 2547940 B2 DE2547940 B2 DE 2547940B2 DE 2547940 A DE2547940 A DE 2547940A DE 2547940 A DE2547940 A DE 2547940A DE 2547940 B2 DE2547940 B2 DE 2547940B2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- catalyst
- cerium
- ammonia
- synthesis
- melting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 46
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims description 38
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 title claims description 23
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title claims description 15
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 title claims description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 7
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 20
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 20
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims description 13
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 8
- 150000000703 Cerium Chemical class 0.000 claims description 6
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 6
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 4
- 239000011591 potassium Substances 0.000 claims description 4
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 3
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims description 3
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 3
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 9
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- HSJPMRKMPBAUAU-UHFFFAOYSA-N cerium(3+);trinitrate Chemical compound [Ce+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O HSJPMRKMPBAUAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N iron(II,III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 4
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 3
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N potassium nitrate Chemical compound [K+].[O-][N+]([O-])=O FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 2
- -1 salt cerium ammonium nitrate Chemical class 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M Acetate Chemical compound CC([O-])=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 101100423891 Caenorhabditis elegans qars-1 gene Proteins 0.000 description 1
- 229910002492 Ce(NO3)3·6H2O Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000722 Didymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000224487 Didymium Species 0.000 description 1
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 1
- BVJRIMBTLVPCFB-UHFFFAOYSA-N [Fe+2].[O-2].[Ca+2].[O-2] Chemical compound [Fe+2].[O-2].[Ca+2].[O-2] BVJRIMBTLVPCFB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011449 brick Substances 0.000 description 1
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 1
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003517 fume Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- CEQFOVLGLXCDCX-WUKNDPDISA-N methyl red Chemical compound C1=CC(N(C)C)=CC=C1\N=N\C1=CC=CC=C1C(O)=O CEQFOVLGLXCDCX-WUKNDPDISA-N 0.000 description 1
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 235000010333 potassium nitrate Nutrition 0.000 description 1
- 239000004323 potassium nitrate Substances 0.000 description 1
- XXQBEVHPUKOQEO-UHFFFAOYSA-N potassium peroxide Inorganic materials [K+].[K+].[O-][O-] XXQBEVHPUKOQEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PUDIUYLPXJFUGB-UHFFFAOYSA-N praseodymium atom Chemical compound [Pr] PUDIUYLPXJFUGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011027 product recovery Methods 0.000 description 1
- 230000036647 reaction Effects 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 238000005549 size reduction Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 238000010301 surface-oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003053 toxin Substances 0.000 description 1
- 231100000765 toxin Toxicity 0.000 description 1
- 108700012359 toxins Proteins 0.000 description 1
- 210000002700 urine Anatomy 0.000 description 1
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 1
- NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N ytterbium Chemical compound [Yb] NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01C—AMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
- C01C1/00—Ammonia; Compounds thereof
- C01C1/02—Preparation, purification or separation of ammonia
- C01C1/04—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase
- C01C1/0405—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase from N2 and H2 in presence of a catalyst
- C01C1/0411—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase from N2 and H2 in presence of a catalyst characterised by the catalyst
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/76—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Katalysators für die Ammoniaksynthese durch
Schmelzen von Eisenoxid, gegebenenfalls mit einem Gehalt an Spuren eines Promotor-Oxids des Aluminiums,
Kalziums, Kaliums, Magnesiums oder Siliciums und Reduzieren mit Wasserstoff oder einem Gemisch aus
Wasserstoff und Stickstoff.
Bekannterweise stellt man Katalysatoren für die Ammoniaksynthese durch Schmelzen her, worauf eine
Reduktion folgt. Viele Verfahrensarten zur Herstellung von Katalysatoren für die Ammoniaksynthese sind
vorgeschlagen worden, aber keine war in Bezug auf die Ammoniakausbeuie zufriedenstellend, die man insbesondere
bei niedrigen Temperaturen bei der Synthese erhalten hat.
Um die Wirksamkeit des Katalysators zu verbessern, wurde vorgeschlagen, dem Eisenoxid vor dem Schmelzen
Spuren von Oxiden andere Metalle zuzufügen, wie z. B. die Oxide des Aluminiums, Kalzium!,, Kaliums,
Magnesiums und Siliciums. Ebenso hat man versucht, zu dem Eisenoxid vor dem Schmelzen kleine Mengen
Ceroxid oder ein anderes Gersalz hinzuzufügen.
Keine dieser Verfahrensarten zur Herstellung eines Katalysators für Ammoniaksynthese ermöglicht es,
Ammoniak bei Temperaturen von weniger als etwa 482 bis 549°C herzustellen, wofür* entsprechend teure
Anlagen erforderlich sind.
Zum nächstkommenden Stand der Technik ist die deutsche Auslegeschrift 11 46 035 zu nennen, die ein
Verfahren zur Herstellung eisenoxidhaltiger Katalysatoren, insbesondere für die Ammoniaksynthese, beschreibt.
Die Katalysatoren werden durch Erhitzen von Eisenoxid, gegebenenfalls in Gegenwart von Promotoren,
auf Temperaturen von 15000C, hergestellt. Das erhaltene Eisenoxid wird anschließend durch Behandlung
mit einem Stickstoff-Wasserstoff-Gemisch reduziert.
Keiner der bisherigen Katalysatoren ermöglicht die Ammoniaksynthese bei niedrigem Druck und niedrigen
Temperaturen mit hoher Ausbeute.
Demgegenüber liegt vorliegender Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen solchen Katalysator für die
Ammoniaksynthese zu schaffen, der auch bei niedrigen Temperaturen und niedrigem Druck zu hohen Ammoniakausbeuten
führt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs genannten Gattung dadurch
gelöst, daß man nach dem Reduzieren die Luft aus den
Poren evakuiert und unter Vakuum mit einer wäßrigen Lösung eines Cersalzes bis zu einem Cer-Gehalt
zwischen 0,1 und 1,5 Gew.-% imprägniert.
Alle wasserlöslichen Salze des Cers sind für das Imprägnieren nach dem Reduzieren entsprechend der
vorliegenden Erfindung geeignet Das bevorzugte Cer-Salz ist Cer-II-nitrat, wie es gewöhnlich vorhanden
und entsprechend löslich ist Jedoch kann man ebenso andere wasserlösliche Cer-Salze verwenden, wie z. B.
das Acetat oder das Doppelsalz Cer-Ammonium-Nitrat. Ebenso kann man Cer-Salze in Mischung mit den Salzen
der anderen seltenen Erden verwenden, z. B. mit Lanthan, Didym, Yttrium, Neodym, Praseodym oder
Ytterbium.
Versuche die mit dem erfindungsgemäß hergestellten Katalysator für die Ammoniaksynthese ausgeführt
wurden haben eine sehr hohe Aktivität ergeben. Unter denselben Betriebsbedingungen gelingt es, wie aus den
Tabellen 3 bis 5 ersichtlich ist, die Ammoniakausbeute bis auf ungefähr 40% zu steigern. Darüber hinaus ist es
möglich, bei viel niedrigeren Temperaturen und Drücken zu arbeiten, um ausgezeichnete Ammoniakausbeuten
zu erzielen. So betragen die Betriebstemperaturen für die Ammoniaksynthese 399 bis 482° C,
gewöhnlich 427 bis 4710C, und die verwendeten
Betriebsdrücke liegen unterhalb von 150 at. Dies sind viel niedrigere Betriebstemperaturen als diejenigen,
welche zur Herstellung von Ammoniak in bekannten Verfahren verwendet werden, wo die Temperatur
zwischen 482 und 549° C bei einem Druck zwischen 150
und 600 at liegen.
Wegen der niederen Temperatur und dem niedrigeren Druck, bei der Ammoniaksynthese kann man
Konverter zur Synthese benützen, die keine doppelte Schalenkonstruktion mit den damit verbundenen
Mehrkosten benötigen. Die reduzierten Grundkosten ermöglichen es, Einheiten mit größerem Fassungsvermögen
mit einem Kostenaufwand zu bauen, der vergleichbar ist mit den Kosten von kleineren Einheiten
der bekannten Bauart. Niedrige Temperatur und niedriger Druck liefern ebenso Betriebsersparnisse, da
sie den Energiebedarf und die Kompressoranlage reduzieren.
Die Erfindung wird nun in den folgenden Beispielen erläutert.
Vergleichsbeispiel
a) Eisenoxid wird mit Spuren von hekannten Promotoren
wie z. B. Aluminiumoxid, Kalziumoxid, Kalium und Siliciumdioxid gemischt. Folgende
Ausgangsstoffe werden zur Herstellung des Katalysators verwendet.
Gereinigter, natürlicher
Magnetit (Korndurchmesser:
0,27-0,85 mm)
Aluminiumoxid
Magnetit (Korndurchmesser:
0,27-0,85 mm)
Aluminiumoxid
Kaliumnitrat
Kalziumoxid
Cer-III-nitrat
Kalziumoxid
Cer-III-nitrat
100,0 Gewichtsanteile
3,5 Gewichtsanteile
2,0 Gewichtsanteile
2,5 Gewichtsanteile
10,0 Gewichtsanteile
Korndurchmesser
% des
trockenen
Erzes
>0,85 mm
0,27-0,85 mm
<O,27 mm
0,27-0,85 mm
<O,27 mm
35,57
43,75
20,68
43,75
20,68
Natürliches Magnetiterz wird zuerst in Tiegeln getrocknet und dann gesiebt, um drei Fraktionen zu
liefern. Die mittlere Fraktion (Korndurchmesser: 0,27—0,85 mm) wird durch eine magnetische Tiennvorrichtung
geleitet, um Siliciumdioxid zu entfernen. Der Siliciumdioxidgehalt wird von 2,39% auf etwa 1%
verringert, was ungefähr der Siliziumdioxidkonzentralion der im Handel erhältlichen Katalysatoren entspricht
Die Menge von ungewünschten Verunreinigungen, die später in dem geschmolzenen Katalysator
bestimmt werden, beträgt 0,035% Phosphor und 0,0007% Schwefel.
Der Katalysator wird in einem kleinen elektrischen Widerstandsschmelzofen hergestellt. Der Ofen enthält
einen Stahlschmelztrog, eine Ziegelstein- und Betonstützmauer, einen Abzug und zwei wassergekühlte
Eisenelektrodcn. Der Abzug dient dazu, die Dämpfe der Stickstoffoxide zu entfernen, die sich beim Schmelzen
entwickeln; er ist mit einem Wäscher und einem Auslaßlüfter verbunden. Die zwei wassergekühlten
Eisenelektroden liefern die Schmelzenergie für die Ofencharge über einen Mehrstufentransformator. Die
primäre Spannung des Transformators wird bei jeder Stufe durch einen Regler gesteuert; dies ermöglicht eine
Kontrolle bis 240 V.
Der Schmelztrog wird mit natürlichem Magnetit von hohem Reinheitsgrad überzogen, der als feuerfestes
Material und als Isolierung dient. Um den Reinheitsgrad des Produktes zu kontrollieren, ist es wichtig, ein
feuerfestes Material zum Überziehen zu verwenden, dessen Zusammensetzung ähnlich der desjenigen
Materials ist, das geschmolzen wird, und das ein Minimum an Verunreinigung enthält. Das gereinigte Erz
wird in die Umhüllung gebracht, um einen flachen Trog zu bilden. Der Schmelzkuchen wird in der Mitte
zwischen den zwei Elektroden gebildet.
Eine typische Schmelzcharge (die Umhüllung ausschließend) enthält etwa 22,7 kg Material, bestehend aus
gereinigtem natürlichem Magnetit | 22 680,0 g |
(Korndurchmesser: 0,27—0,85 mm) | 793,8 g |
Aluminiumoxid | 453,6 g |
Kaliumnitrat | 567,0 g |
Kalziumoxid | |
Eisen (12,7 mm χ 25,4 mm Stäbe | 408,2-430,9 g |
und ein 0,33-mm-Draht) | 2 268,0 g |
Cer-IlI-nitrat | |
Ein Draht wird zu jeder Elektrode gezogen und bildet j;; somit eine verbindende Kette etwa 76 — 102 mm unter
p: der Schmelztrogoberfläche. Die Entfernung zwischen
κ; den Elektroden beträgt etwa 457 mm. Das Chargenma-
I■■ terial wird nach dem Mischen, das zwei Stunden lang in
ifjj· einer Mischvorrichtung ausgeführt wird, flach entlang
der Drahtkette verteilt, wobei eine Aufschüttung gebildet wird. Die Eisenstäbe werden in diese
Aufschüttung plaziert.
Etwa 30 V (Sekundärspannung) wird an die Drahtkette gelegt und später auf etwa 15 V innerhalb einer
Zeitdauer von etwa einer Stunde herabgesetzt. Wäh-
rend des Schmelzens erniedrigt sich der Widerstand zwischen den Elektroden; die primäre Spannung wird
deshalb erniedrigt Der Strom ändert sich während der Schmelzdauer, aber er wird später konstant auf etwa
640 A gehalten. Die Leistung ändert sich während eines Versuches, und zwar fällt sie von dem anfänglich
größten Wert von etwa 10 kW am Ende ab auf etwa 6,0 bis 6,5 kW. Die erforderliche Gesamtzeit zur Bewirkung
eines Schmelzvorganges beträgt etwa 5,0 Stunden.
Der Kuchen kühlt über Nacht ab, bevor er entfernt wird. Das ungeschmolzene und halbgeschmolzene
Material wird mit einer Drahtbürste von der Oberfläche des Kuchens entfernt Der Kuchen wird zuerst mit
einem Vorschlaghammer aufgebrochen und dann zu einem Backenbrecher gebracht. Das Material wird
zerkleinert und gesiebt. Die Fraktion mit einem Korndurchmesser von 1 —3 mm wird als Produkt
gewonnen. Insgesamt werden etwa 22 kg Material in den Schmelztrog geleitet. Ein Kuchen von 8,6 kg wird
gewonnen. Nach dem Zerkleinern und Sieben hat der Kuchen folgende Zusammensetzung:
Korndurchniesscr
Gewichtsanieile
Cjew.-'K,
3 mm
1-3 mm
1 mm
Verlust
1-3 mm
1 mm
Verlust
1,4 kg
2,9 kg
4,2 kg
0,05 kg
2,9 kg
4,2 kg
0,05 kg
16,3%
34,0%
49,1%
0,6%
«ι Das üDergroße Material (Korndurchmesser über
3 mm) wird zur weiteren Größenreduktion und zur Produktgewinnung zurückgeleitet. Das zu kleine Material
wird in einen anderen Schmelzvorgang geleitet. Der Leistungsverbrauch für einen typischen Schmelzvor-
r. gang beträgt etwa 34,5 kW/h.
Der hergestellte geschmolzene Katalysator wird allein durch Wasserstoff reduziert. Jedoch kann man die
Reduktion auch mit einem Wasserstoff-Stickstoffgasgemisch ausführen. Die Entfernung von Sauerstoff durch
die Reduktion ändert die Struktur des Katalysators, indem sie Porosität und innere Mantelflächen erzeugt.
Der reduzierte Eisenkatalysator ist sogar bei gewöhnlichen Temperaturen in Kontakt mit Luft
empfindlich und reagiert ebenso empfindlich auf
•4") Giftstoffe. Vorreduzierte Katalysatoren sind nach der
Reduktion stabilisiert. Die Stabilisierung besteht in einer Oberflächenoxidation des Katalysators, wobei er eine
Sauerstoffmenge in der Größenordnung von 2,0Gew.-% aufnimmt. Der Sauerstoff wird in der
■ίο folgenden Reduktion entfernt. Dies gibt dem Katalysator
seine Aktivität zurück.
Eine Analyse des Katalysators ergibt 2,85 Gew.-% Cer.
B e i s ρ i e I 1
a) Der reduzierte Katalysator wird wie oben im Vergleichsbeispiel hergestellt mit der Ausnahme,
daß kein Cernitrat vor dem Schmelzen zugefügt wird.
b) 8,0 g Cer-III-nitrat Ce(NO3)3 · 6 H2O werden in
200 g deionisiertem Wasser bei Raumtemperatur gelöst. 350 g des reduzierten Katalysators werden
zuerst in ein geschlossenes Gefäß gebracht und evakuiert. Nachdem das Vakuum eine Grenze von
t>5 5—10 mm Hg erreicht erreicht hat, wird die
Cerlösung, die sich in einem Trenntrichter auf dem oberen Teil des geschlossenen Gefäßes befindet,
zugefügt. Man läßt etwa 175— 180 cm3 Cerlösung in
das geschlossene Gefäß fließen, wobei 20—25 cmJ
der Lösung in dem Trichter verbleiben, wodurch eine Dichtung gebildet wird und keine Luft in das
Gefäß gelangt. Die Lösung rek.ht aus, um alle
Katalysatorteilchen einzutauchen. Nachdem die Lösung zugefügt ist, wird das Gefäß etwa 2—4
Minuten lang geschüttelt um zu sichern, daß der ganze Katalysator durch und durch mit der
Cerlösung in Kontakt gebracht wird. Schließlich wird das Absperrventil geöffnet und der Rest der
Lösung in das geschlossene Gefäß abgelassen. Nach einer Minute wird die überschüssige Menge
der Lösung /[etwa 145—150 cm3) abgezogen und
der nasse Katalysator in einem Laborofen unter Vakuum etwa zwei Stunden lang bei 149° C
getrocknet. Ein so behandelter Katalysator enthält im allgemeinen 0,1 —1,5 Gew.-% Cer.
a) Der reduzierte Katalysator wird wie oben im Vergleichsbeispiel hergestellt, mit der Ausnahme,
daß kein Cernitrat vor dem Schmelzen zugefügt wird.
b) 2,5 g Cer-IIl-nitrat werden in 100 g Wasser gelöst
und in 200 g des reduzierten Eisenkatalysators imprägniert. Die überschüssige Menge der Lösung
wird abgelassen. Die Endanalyse zeigt einen Cergehalt im gesamten Katalysator von 0.4
Gew.-% an.
Die Aktivität des Ammoniakkatalysators wird folgendermaßen getestet:
g des Katalysators (1—3 mm Größe) wird jedesmal in einem Testumwandler geleitet. Fünf
Tabelle 3: Ce = 0,32% Fc'"7Fc'' = 0,65
Ccr bei der Nachbehandlung zugefügt
Thermoelemente werden in das Katalysatorbett eingelassen, um die Temperatur anzuzeigen. Das verwendete
Gas ist eine 3 Hj: 1 Ni-Mischung Die Gaszuführungsgeschwindigkeit
wird mit einem Zähler gemessen. Das Gas wird mittels eines Gaskompressors auf den
gewünschten Druck gebracht. Es wird durch einen Gasvorerhitzer geleitet und auf eine Temperatur
zwischen 204 und 399°C erhitzt Anschließend wird es in
das Reaktionsgefäß eingeleitet und zwar zuerst durch die um das Katalysatorbett gewickelten Kupferschlangen
und sodann auch durch das Katalysatorbett seibst. Das aus dem Reaktionsgefäß anströmende Gas wird
dann in eine wassergekühlte und eine in Reihe geschaltete, mittels Fluor-Kohlenwasserstoff gekühlte
Verflüssigungsvorrichutng geleitet. Der erzeugte Ammoniak wird in einer Auffangvorrichtung gesammelt.
Die Ammoniakumwandlung wird bestimmt, indem man Gasproben am Ausgang des Reaktionsgefäßes mit
bekanntem Volumen mit einem Überschuß an Schwefelsäure auffängt und mit 1 N-Natriumhydroxid unter
Verwendung von Methylrot zurücktitriert. Der so bestimmte Ammoniakgehalt bei einer gegebenen
Temperatur und dem entsprechenden Druck verglichen.
Die Ergebnisse, die man erhält, wenn das Cernitrat vor dem Schmelzen zufügt und Cernitrat zur Nachbehandlung
verwendet, sind in den Tabellen 3 bis 5 gezeigt.
Wie man sieht, steigt die Wirksamkeit des Katalysators
bei allen Temperaturschwellen, wenn man mit einer wäßrigen Lösung eines Cer-Salzes nachbehandelt, im
Vergleich zu den Ergebnissen, die man erhält, wenn man Cer vor dem Schmelzen zufügt. Darüberhinaus kann
man bei Temperaturen arbeiten, die niedriger sind als die in der Ammoniaksynthese im allgemeinen verwendeten,
da die Aktivität bei diesen niedrigeren Temperaturen genügend hoch ist.
Druck in dem Rcak- lionsgcfiiU |
Temperatur Temperatur im Aul- des Vorcr- liingcr hit/crs |
M. C | Temperaturen des | Ii | Gaszufuhr H2/N: |
Katalysalnrhettcs. ( | 513 | 's |
',Im.Ii
.. llllMI' |
iltÜ | h. ( | 349 | /j | 471 | 2,85 | /, | 507 | 521 | 486 |
157,5 | -18 | 346 | 443 | 468 | 2,98 | 482 | 488 | 516 | 483 |
157,5 | -18 | 338 | 443 | 427 | 2.91 | 479 | 488 | 488 | 448 |
157,5 | -18 | 338 | 388 | 427 | 2.91 | 452 | 482 | 482 | 447 |
157,5 | -18 | 338 | 388 | 424 | 2.91 | 449 | 449 | 482 | 444 |
157,5 | -18 | 313 | 385 | 393 | 2.91 | 449 | 449 | 427 | 408 |
157,5 | -18 | 313 | 354 | 393 | 2.91 | 418 | 427 | 408 | |
157,5 | -18 | Zurückgeleitclcs NH,% |
354 | 418 | Gleichgewicht NII,"/,. |
Aktivität | |||
Raumgeschwindig keit h ' |
- | AbfluLl aus dem ReaktionsgelaB NH-.1 „ |
17,0 | 85,3 | |||||
17,100 | 1,78 | 14,5 | 17,4 | 86,2 | |||||
16,700 | 1.1H | 15,0 | 22,65 | 64,0 | |||||
16,4(Xl | 14,5 | 22.95 | 69.3 | ||||||
16.40(1 | - | 15.9 | 23.35 | 62.9 | |||||
16,000 | 14.7 | 31.2 | 37.8 | ||||||
15.3(Kl | _ | 11.8 | 31.2 | 37,7 | |||||
is im | 11.75 | ||||||||
Tabelle 4: Ce = 0.65"'^ IV-Vl-V ' - 0,36 Porenvolumen = 0.0546 cm Vg
Mantelfläche = 4.44 nr/g Cer bei der Nachbehandlung zugefügt
Druck in dem Reak tion sgc I a 1.1 |
Temperatur im Aul- langer |
: = 2.85' - 13.7 ι |
1 empcratur des Vorer- hit/ers |
1 em pe rat ure ι | ι des | Kalalysatorbettes. ( | Temperaluren | des | katalvsalorhettes. ( | 526 | 539 | Is | Ίΐ U ι dl- |
atü | ':· ( | Temper im Aul langer |
'■·· ( | /j | '; | U. | 'J | '- | I1. | 524 | 539 | 467 | 488 |
157,5 | -19 | ι-, ι | 360 | 411 | 471 | 493 | 420 | 466 | 483 | 494 | 489 | 468 | 488 |
157.5 | - 19 | - !S | 359 | 413 | 471 | 493 | 420 | 466 | 483 | 463 | 422 | 416 | 448 |
157,5 | -19 | -22 | 328 | 410 | 429 | 457 | 396 | 429 | 442 | 417 | 368 | 372 | 417 |
157,5 | -21 | :i | 261 | 348 | 399 | 426 | 371 | 392 | 394 | Gleichgewicht NHi".. |
Gleichgewicht NU;,".·" |
377 | |
157,5 | -21 | -21 | 248 | 326 | 376 | 399 | Cjas/uluhr Il /N- |
Abfluß aus dem Reaktionsgelaß NHy, |
16,75 | 17.75 | Aktivität | ||
Raumgeschwindig keit h ' |
KaumgeschwindiL'- ken h |
/urückgeleitetes | G as/u l'uh r 11 i/N ι |
Abfluß aus dem Reaktionsgelaß NU.,"» |
2.87 | 10.7 | 16,75 | 17.75 | 91.3 | ||||
16.000 | 15.7O(I | _ | 2,56 | 15.3 | 3. !9 | 10.2 | 22,65 | 25.2 | 92,2 | ||||
16,150 | 15.8(K) | - | 2.82 | 15.45 | 3.27 | 9.8 | 30,45 | 34.5 | 73,7 | ||||
16,250 | 15.700 | 2,82 | 16.7 | 3.(W | 6.51 | 38,75 | 51,2 | ||||||
16.100 | 15.200 | - | 2.82 | 15.6 | 29,4 | ||||||||
16.300 | 1.86 | 2.91 | 11.4 | ||||||||||
Tabelle 5: Ci Mantelfläche |
η 7g | Porenvolumen = 0,1009 cm Vg Cer vor dem Schmelzen zugemischt |
1- | ||||||||||
Druck in dem Rcak- tiunsgefaU |
Lilur | Temperatur des \ orer- hit/ers |
506 | sclinilll | |||||||||
:iiü | '■·· ( | 506 | 468 | ||||||||||
!40 | 3X5 | 450 | 468 | ||||||||||
14K | 388 | 393 | 427 | ||||||||||
140 | 352 | 384 | |||||||||||
140 | 332 | Aktivität | |||||||||||
/urin. Ml: |
.'kticleiletes | 60.3 | |||||||||||
2.0S | 57.5 | ||||||||||||
1-75 | 38.9 | ||||||||||||
1.75 | 18,9 | ||||||||||||
1.75 | |||||||||||||
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zur Herstellung eines Katalysators für die Ammoniaksynthese durch Schmelzen von Eisenoxid, gegebene if alls mit einem Gehalt an Spuren eines Promotor-Oxids des Aluminiums, Kalziums, Kaliums, Magnesiums oder Siliciums und Reduzieren mit Wasserstoff oder einem Gemisch aus Wasserstoff und Stickstoff, dadurch gekennzeichnet, daß man nach dem Reduzieren die Luft aus den Poren evakuiert und unter Vakuum mit einer wäßrigen Lösung eines Cersalzes bis zu einem Cer-Gehalt zwischen 0,1 und 1,5 Gew.-% imprägniert.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB47061/74A GB1479310A (en) | 1974-10-30 | 1974-10-30 | Process for the preparation of ammonia catalyst |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2547940A1 DE2547940A1 (de) | 1976-05-13 |
DE2547940B2 true DE2547940B2 (de) | 1981-07-09 |
DE2547940C3 DE2547940C3 (de) | 1982-05-13 |
Family
ID=10443564
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2547940A Expired DE2547940C3 (de) | 1974-10-30 | 1975-10-25 | Verfahren zur Herstellung eines Katalysators für die Ammoniaksynthese |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US3992328A (de) |
JP (1) | JPS5630066B2 (de) |
CA (1) | CA1056800A (de) |
DE (1) | DE2547940C3 (de) |
FR (1) | FR2289240A1 (de) |
GB (1) | GB1479310A (de) |
IT (1) | IT1047222B (de) |
SE (1) | SE402755B (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4032845A1 (de) * | 1989-11-02 | 1991-07-11 | Lang Chem Tech Prod | Hydrophile katalysatorloesung zur verbesserten verbrennung von kohlenstoff- und kohlenwasserstoffhaltigen stoffen |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
IT1114730B (it) | 1979-02-07 | 1986-01-27 | Ammonia Casale Sa | Catalizzatore sferico attivato con cerio per la sintesi dell'ammoniaca e il procedimento per la sua produzione |
WO1984000702A1 (en) * | 1982-08-19 | 1984-03-01 | Univ Southern Australia | Catalysts |
US4480051A (en) * | 1983-08-03 | 1984-10-30 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Activated iron hydrogenation catalyst |
US4639431A (en) * | 1985-07-11 | 1987-01-27 | Exxon Research And Engineering Company | Catalysts in Fischer-Tropsch process for producing olefins |
US4657885A (en) * | 1985-07-11 | 1987-04-14 | Exxon Research And Engineering Company | Cerium promoted Fischer-Tropsch catalysts |
CN1047098C (zh) * | 1994-06-19 | 1999-12-08 | 浙江工业大学 | 预还原型氨合成催化剂及制备方法 |
CN1047099C (zh) * | 1994-06-21 | 1999-12-08 | 浙江工业大学 | 氨合成催化剂及制备方法 |
US20100183497A1 (en) * | 2007-11-06 | 2010-07-22 | Quantumsphere, Inc. | System and method for ammonia synthesis |
US20090202417A1 (en) * | 2007-11-06 | 2009-08-13 | Quantumsphere, Inc. | System and method for ammonia synthesis |
WO2009061954A1 (en) * | 2007-11-06 | 2009-05-14 | Quantumsphere, Inc. | System and method for ammonia synthesis |
CN109420512A (zh) * | 2017-09-04 | 2019-03-05 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种基于磷酸修饰的光催化材料及其制备方法和应用 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE756609C (de) | 1938-12-23 | 1953-05-26 | Ig Farbenindustrie Ag | Verfahren zur Umsetzung von Kohlenoxyd mit Wasserstoff |
DE1146035B (de) * | 1959-03-02 | 1963-03-28 | Ici Ltd | Verfahren zur Herstellung eisenoxydhaltiger Katalysatoren |
BE606512A (de) * | 1960-07-26 |
-
1974
- 1974-10-30 GB GB47061/74A patent/GB1479310A/en not_active Expired
-
1975
- 1975-10-07 CA CA237,395A patent/CA1056800A/en not_active Expired
- 1975-10-10 US US05/621,272 patent/US3992328A/en not_active Expired - Lifetime
- 1975-10-22 IT IT69625/75A patent/IT1047222B/it active
- 1975-10-25 DE DE2547940A patent/DE2547940C3/de not_active Expired
- 1975-10-28 JP JP13032075A patent/JPS5630066B2/ja not_active Expired
- 1975-10-29 SE SE7512130A patent/SE402755B/xx unknown
- 1975-10-30 FR FR7533185A patent/FR2289240A1/fr active Granted
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4032845A1 (de) * | 1989-11-02 | 1991-07-11 | Lang Chem Tech Prod | Hydrophile katalysatorloesung zur verbesserten verbrennung von kohlenstoff- und kohlenwasserstoffhaltigen stoffen |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5630066B2 (de) | 1981-07-13 |
SE7512130L (sv) | 1976-05-03 |
IT1047222B (it) | 1980-09-10 |
DE2547940C3 (de) | 1982-05-13 |
SE402755B (sv) | 1978-07-17 |
CA1056800A (en) | 1979-06-19 |
US3992328A (en) | 1976-11-16 |
FR2289240B1 (de) | 1979-01-19 |
GB1479310A (en) | 1977-07-13 |
JPS5167281A (de) | 1976-06-10 |
DE2547940A1 (de) | 1976-05-13 |
FR2289240A1 (fr) | 1976-05-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE3403328C2 (de) | Katalytisches Verfahren zur Herstellung von Schwefel aus einem Schwefelwasserstoff enthaltenden Gas | |
DE2547940C3 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Katalysators für die Ammoniaksynthese | |
DE2547939C3 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Katalysators für die Ammoniaksynthese | |
EP0151823B1 (de) | Verfahren zur Herstellung eines V2O5 und Alkalisulfat enthaltenden Katalysators zur Oxidation von SO2 zu SO3 | |
DE1217346B (de) | Verwendung eines Kupfer und Nickel enthaltenden Traegerkatalysators zum Entfernen von Sauerstoff aus Wasserstoff und Sauerstoff enthaltenden Gasgemischen | |
DE19842228B4 (de) | Kohlendioxidgas-Absorber | |
DE1288600B (de) | Verfahren zur Herstellung von Cyclohexanon | |
DE2646627C2 (de) | ||
DE915565C (de) | Verfahren zur Herstellung von Blausaeure | |
DE2158746C3 (de) | Katalysator und dessen Verwendung | |
DE581986C (de) | Herstellung von Wasserstoff oder Wasserstoff-Stickstoff-Gemischen aus Methan oder methanreichen Gasen | |
DE1220398B (de) | Gewinnung von Ammoniak und Schwefeldioxyd aus Ammoniumbisulfat enthaltenden Abfallschwefelsaeuren | |
DE2042396B2 (de) | Verfahren zr Herstellung von Äthylenoxyd | |
DE2458672C3 (de) | Katalysator für die Ammoniakdissaziation | |
DE648509C (de) | Verfahren zur Verarbeitung von ammoniakfreien vorgereinigten Koksofengasen auf Ammoniak | |
DE3226722A1 (de) | Verfahren zur selektiven dampfphasenoxidation von kohlenmonoxid zu kohlendioxid | |
DE2738269B2 (de) | Verfahren zur Herstellung von Aceton aus Isobutyraldehyd | |
DE2745012A1 (de) | Verfahren zum selektiven oxidieren von kohlenmonoxid in wasserstoff und wasserdampf enthaltenden gasgemischen | |
DE806440C (de) | Verfahren zur Herstellung von ungesaettigten Aldehyden | |
DE2057940C3 (de) | Verfahren zur Gewinnung von Nickel und Kobalt aus magnesiumhaltigen Lateriterzen | |
DE921930C (de) | Verfahren zur Umsetzung von Kohlenoxyd mit Wasserstoff | |
AT343603B (de) | Verfahren zur herstellung eines katalysators zur ammoniakdissoziation | |
DE519727C (de) | Verfahren zur Herstellung von poroesen, z. B. als Elektroden verwendbaren Metalloxydformstuecken | |
AT71168B (de) | Verfahren zur Darstellung aromatischer Amine. | |
DE19812509C2 (de) | Katalysator zur Gewinnung von Stickstoffmonoxid und Verfahren zu seiner Herstellung |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OD | Request for examination | ||
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |