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Katalysatorbett für die Zersetzung von Ammoniakgas
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Es ist bekannt, daß man Ammoniakgas durch In-Kontakt-bringen einer
Mischung von Ammoniakgas und Luft mit einem Katalysator, beispielsweise einem Platin-Katalysator,
bei erhöhter Temperatur zersetzen kann.
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Die für die Zersetzung von Ammoniak verwendeten Katalysatoren sind
Platinmetalle, wie beispielsweise Platin, Rhodium, Ruthenium oder Legierungen derselben,
die auf einem runden, kugeligen Träger aus Tonerde, Kieselerde, Zeolith, Kaolin
oder
Siliciumcarbid mit einem Durchmesser von 2 mm bis 10 mm in einer Menge von 0,05
bis 1,0 Gew.-S, bezogen auf das Gewicht des Trägers, aufgebracht sind.
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Die Ammoniakzersetzung besteht in einer Oxidation desselben und wird
bei einer Temperatur von über 1800 C unter Umwandlung des Ammoniaks in Stickstoff
und Wasser durchgeführt.
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Bei der Zersetzung von Ammoniakgas werden jedoch gewöhnlich schädliche
Stickstoffoxide erzeugt, da NO bei einer Temperatur von über 2500 C, insbesondere
von über 3000 C, in steigendem Maße gebildet wird und die Zersetzung von Ammoniak
eine exotherme Reaktion darstellt, bei der die Wärmetönung 76,2 kcal/Mol beträgt,
so daß daher mit dem Ablauf der Zersetzung die Temperatur der das zu zersetzende
Ammoniakgas enthaltenden Luft bis beispielsweise auf eine Temperatur von über 3000
C ansteigt. Mit dem Anstieg der Temperatur steigt fortschreitend auch die Bildung
von 0x an.
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Die Bildung von l40x kann verhindert werden, wenn man die Temperatur
der das zu zersetzende Amrlloniakgas enthaltenden Luft so niedrig wie möglich auf
eine Temperatur von über 1800 C, beispielsweise in einem Bereich von 2000 C bis
2300 C einreguliert.
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Ein Verfahren zur katalytischen Behandlung von Ammoniak enthaltenden
Gasen
wurde in der US-Patentschrift 3 467 491 beschrieben. In dieser Patentschrift wird
ein Verfahren aufgezeigt, welches das Leiten einer Wischung von Ammoniakgas und
Luft über einen Kontakt Irit einen Piat:in-Tonerde-Katalysator bei einem gesteuerten
Temperaturbereich von etwa 2000 C bis etwa 2300 C zur Erzielung einer Umwandlung
in Stickstoff und Wasser ohne Lildung von schädlichen Stickstoffoxiden (NOx) , zur
Gegenstand hat. In der vorstehender US-Patentschrift wird jedoch kein Verfahren
zur Steuerung der Temperatur der Ammoniak-enthaltenden Luft bei der Zersetzung geschaffen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Katalysatorbett zu schaffen,
in welchem die Temperatur der Ammonisk-enthalten Luft, weiche der katalytischen
Wirkung unterworfen werden soll, gesteuert wird, um die Menge an schädlichen Stickstoffoxiden,
die bei der Zersetzung von Ammoniakgas in Stickstoff und Wasser gebildet werden,
so niedrig wie möglich zu halten.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Katalysatorbett für die Verwendung
bei der Zersetzung, von Ammoniakgas in Stickstoff und Wasser mit niedriger Bildung
von schädlichen Stickstoffoxiden.
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Das Katalysatorbett der vorliegenden Erfindung enthält eine Mischung
von katalysatoren für die Verwendung bei der Zersetzung
von Ammoniakgas
und Körnchen von katalytisch jnerten Substanzen.
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Die typischen katalysatoren unfassen Platinmetalle, wie beispielsweise
Platin, Rhodium, Rutbenium oder Legierungen derselben atlS einen runden, kugeligen
Träger aus Tonerde, Kieselerde, Zeolith, Kaolin ode Durchmesser von 2 mm bis 10
mm, mit einem Gehalt von 0,05 bis 1,0 Gew.-s, bezogen auf das Gewicht des Trägers,
Platin, Rhodium, Ruthenium oder Legierungen davon.
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Die körnchen aus katalytisch inerter Substanz umfassen Tonerde, kieselerde,
Zeolith, Kaolin, Siliciumearbid, katalytisch inerte metalle und Metalloxide mit
einem Durchmesser von 2 mm bis 10 mm. Derartige Metalle sind beispielsweise Aluniiniun
und rostfreier Stahl. Derartige Metalloxide sind beispielsweise Zinkoxid, Titanoxid
und dergleichen.
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Anstelle von Körnchen aus inerter Substanz karin aucll ein Rin aus
der inerten Substanz, wie beispielsweise ein "Raschigring" verwendet werden.
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Das Katalysatorbett enthält 1 Gewichtsteil des Katalysators und von
0,2 bis 10 Oewichtsteile der katalytiscii inerten Körnchen.
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Die Größen der Katalysatoren und der inerten Körnchen und das Verhältnis
derselben kann in Abhä-jgi6keit von der Ammoniakrnenge in dem zu behandelnden Gas
und der Raumgeschwindigkeit und der Lineargeschwindigkeit des Gases in den atalysatorbett
bestimmt werden.
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Die Bildung von schädlichen Stickstoffoxiden bei der Zersetzung von
Ainioniakgas kann herabgesetzt werden, wenn man das Katalysatorbett der vorliegenden
Erfindung verwendet, welches durch das nachfolgende Beispiel näher erläutert wird.
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Um ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erreichen,
wird anhand der anliegenden Zeichnungen zunächst der Stand der Technik und dann
die vorliegende Erfindung erläutert.
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Fig. 1 zeigt einen Querschnitt eines herkömmlichen Katalysatorbettes.
Ein den Katalysator enthaltender Reaktor besteht aus einem ilohlzylinder mit einem
Außendurchmesser von 6 cm und einem Innendurchmesser von 3 cm. Der den Katalysator
enthaltende Reaktor (Zylinder) hat einen Eingang 1 zu Einleiten einer Mischung von
Ammoniakgas und Luft. In den Zylinder werden Katalysatoren 2 eingefüllt, die von
einem Sieb (perforierte Platte) 3 so getragen werden, daß das Katalysatorbett
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eine Dicke von etwa 24 cm und ein Volumen von etwa 500 ml aufweist. Der Katalysator
besteht aus Platin, das in einer Menge von 0,5 Gew.-% auf einem runden, kugeligen
Träger aus Tonerde mit einem Durchmesser von 4 mm bis 6 mm aufgebracht bzw. enthalten
ist. Luft mit einem Gehalt von 4 zi an Ammoniakgas, die auf eine Temperatur von
etwa 2300 C vorgeheizt worden war, wurde in einer Menge von 100 Liter pro Minute
durch das Katalysatorbett 4 geleitet. Die Raumgeschwindigkeit (RG) und die lineare
Geschwindigkeit (LG) der Ammoniak-enthaltenden Luft in dem Katalysatorbett 4 betrugen
12 000 Std. 1 bzw. 0,67 m/Sek. Die Ammoniak-enthaltende Luft wird zur Zersetzung
des Ammoniaks der katalytischen wirkung ausgesetzt und tritt dann unten aus dem
den Katalysator enthaltenden Reaktor aus. Während des getriebes wurde der den Katalysator
enthaltenden Reaktor von außen durch Luft gekühlt. In diesel balle betrug die lilaximaltemneratur
der das Amnoniak-enthaltenden Luft in den, Katalysatorbett 4 3850 C und die Temperatur
des Abgases am Ausgang war etwa 3000 C, und die Konzentrationen an Ammoniak (NH3)
und schädlichen Stickstoffoxiden (NOx) in dem Abgas waren 200 ppm bzw. 3 500 ppm.
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Durch die Fig. 2 wird die vorliegende Erfindung nachfolgend erläutert.
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Eine Mischung aus 1 Gewichtsteil Platin-Katalysatoren 2 auf Tonerdeträger
und 1 Gewichtsteil von katalytisch inerten Tonerdekörnchen 5 wurden in den Zylinder
eingefüllt und von einen. ieb 3 so getragen, daß das satalysatcrbett 6 eine Dicke
von etwa 48 cm und ein Volumen von etwa 1000 ml besaß. Der Tonerdeträger und die
Körnchen haben Durchmesser im bereich von 4 mm bis 6 min.
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Es wurde das gleiche Verfahren wie oben gezeigt, wiederholt, wobei
Ammoniak-enthaltende Luft durch das Katalysatorbett 6 geleitet wurde. In diesem
Fall betrug die Raumgeschwindigkeit (RG) und die Lineargeschwindigkeit (LG) der
Ammoniakenthaltenden Luit in aera lxatalysatorbett 6 6000 Std.-1 bzw.
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0,67 m/Sek. Die maximaltemperatur der Ammoniak-enthaltenden Luft in
dem Katalysatorbett 6 betrug 2950 C, die Temperatur des Abgases am Ausgang betrug
etwa 2300 C und die Konzentration des Ammoniaks (NH3) und der schädlichen Stickstoffoxide
(40x) in dem Abgas waren 25 ppm bzw. 160 ppm.
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In dem den Katalysator enthaltenden Reaktor von Fig. 2 wurde das gleiche
Verfahren wie oben angegeben, erneut durchgeführt, mit der Ausnahme, daß Siliciumcarbid-Träger
und -körnckien anstelle von Tonerde-Träger und -körnchen eingesetzt wurden. In dieser.
Falle war die Konzentration an NH# und 0x in dem Abgas 25 ppm bzw. 150 ppm.
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Wie aus den oben angegebenen Ergebnissen entnommen werden kann, ist
es möglich, das Amnoniakgas unter einer minimalen Freisetzung' von schädlichen Stickstoffoxiden
durch Verwendung eines batalysatorbettes zu zersetzen, das eine Mischung von Katalysatoren
für die Zersetzung von Ammoniakgas und Körnchen von katalytisch inerten Substanzen
enthält.
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Die katalytisch inerten Körnchen haben bevorzugt eine, den Katalysatorteilchen
ähnliche Größe. Jedoch wird, wie vorstehend beschrieben, diese Größe in Abhängigkeit
von der gewünschten Raumgeschwindigkeit und der Lineargeschwindigkeit der hmnlorliak-enthaltenden
Luft bestimmt und es werden die inerten Körnchen gewöhnlich in einer Menge im Dereich
von 0,2 bis 10 Gewichtsteilen, bezogen auf die Menge der Katalysatoren, einbesetzt.
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In Fig. 3 zeigt die Kurve a die Lufttemperaturen an jedem Punkt in
dem, den Katalysator enthaltenden Reaktor, wie er durch Fig. 1 wiedergegeben wird,
wobei die Luft (welche ein Ammoniak enthält) auf eine Temperatur von 2300 C vorgewärmt
und über das Katalysatorbett von Fi". 1 in einer Menge von 100 Liter pro minute
geleitet wurde. während des Betriebes wird der den Katalysator enthaltende Reaktor
mittels Luft an der Außenseite gekühlt.
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Die Kurve b zeigt die Temperaturen einer 4 > Ammoniak-enthaltenden
iJuft an jedem Punkt in tlem Katalysatorbett gemäß Fig. 1, wobei die Ammoniak-enthaltende
Luft vorgewärmt und in der gleichen Weise wie oben gezeigt, durchgeleitet worden
war.
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Die Kurve c zeigt die Temperaturen der 4 % Ammoniak-enthaltenden Luft
an jedem Punkt in dem Katalystorbett der vorliegenden Erfindung gemäß Fig. 2, wobei
die Ammoniak-enthaltende Luft vorgewärmt und in der gleichen Weise wie oben angegeben,
durchgeleitet worden war.
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Wie aus den Kurven b und c zu ersehen ist, kann der Temperaturanstieg
der Ammoniak-enthaltenden Luft, welche der katalytischen Einwirkung unterworfen
werden soll, durch Verwendun eines hatalysatorbetts der vorliegenden Erfindung verhindert
werden.