DE2821972A1 - PROCESS FOR PRODUCING AMMONIA - Google Patents
PROCESS FOR PRODUCING AMMONIAInfo
- Publication number
- DE2821972A1 DE2821972A1 DE19782821972 DE2821972A DE2821972A1 DE 2821972 A1 DE2821972 A1 DE 2821972A1 DE 19782821972 DE19782821972 DE 19782821972 DE 2821972 A DE2821972 A DE 2821972A DE 2821972 A1 DE2821972 A1 DE 2821972A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- titanium
- hydrogen
- iron
- alloy
- catalyst
- 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.)
- Withdrawn
Links
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
- B01J23/74—Iron group metals
- B01J23/745—Iron
-
- 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
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/16—Reducing
- B01J37/18—Reducing with gases containing free hydrogen
-
- 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
Description
Die Erfindung betrifft die Synthese von Ammoniak aus molekularem Stickstoff und Wasserstoff unter Einsatz eines neuen Katalysators sowie neuer Methoden, die auf diesem Katalysator basieren. Ammoniak ist ein wichtiges Rohmaterial in der chemischen Industrie, insbesondere zur Herstellung von synthetischen Düngemitteln. Die Agrikulturforschung hat ergeben, daß Stickstoff ein unerläßlicher Bestandteil von Nutzpflanzen ist. Die Hauptquelle für derartigen Stickstoff ist derzeit Ammoniak. Eines der Hauptziele der chemischen Technologie auf dem Gebiet der Düngemittel ist die Herstellung von Ammoniak mit größeren Geschwindigkeiten und damit mit entsprechend niedrigeren Kosten.The invention relates to the synthesis of ammonia from molecular nitrogen and hydrogen using a new one Catalyst as well as new methods based on this catalyst. Ammonia is an important raw material in chemical Industry, especially for the production of synthetic fertilizers. Agricultural research has shown that nitrogen is an indispensable component of crops. The main source of such nitrogen is currently Ammonia. One of the main goals of chemical technology in the field of fertilizers is the production of ammonia at higher speeds and thus at correspondingly lower costs.
Bekannte Methoden zur Herstellung von Ammoniak aus gasförmigem Stickstoff und Wasserstoff verwenden Eisenkatalysatoren verschiedener Typen. Allerdings erfordern derartige Katalysatoren hohe Temperaturen und Drucke, so daß kostspielige Anlagen mit relativ niedriger Kapazität erforderlich sind. Ferner werden diese Katalysatoren relativ schnell bei den erforderlichen Temperaturen und Drucken nach verschiedenen Abbaumechanismen verbraucht.Known methods of producing ammonia from gaseous nitrogen and hydrogen use iron catalysts of different types. However, such catalysts require high temperatures and pressures, so that expensive Relatively low capacity facilities are required. Furthermore, these catalysts become relatively quick when required Temperatures and pressures consumed according to various degradation mechanisms.
Ammoniaksyntheseforschungen in Richtung auf eine Zimmertemperatursynthese in wäßrigen Lösungen, bei der entweder biologische "Stickstoffixierungsbedingungen" simuliert werden oder ein Metallsalz oder ein Komplex als Katalysator zusammen mit einem Reduktionsmittel eingesetzt wird, wurden bereits durchgeführt. Die Untersuchungen wäßriger Systeme befinden sich noch im Stadium der Grundlagenforschung, da noch keine Verfahren kommerzialisiert werden konnten, es wurde jedoch gefunden, daß die Metalle von heterogenen Katalysator ren, welche Ammoniak bei hohen Temperaturen aus gasförmigem Stickstoff und Wasserstoff zu katalysieren vermögen, auch die Ammoniaksynthese katalysieren, wenn sie als Salz oder Komplex in wäßrigen Lösungen vorliegen.Ammonia synthesis research towards room temperature synthesis in aqueous solutions in which either biological "nitrogen fixation conditions" are simulated or a metal salt or a complex is used as a catalyst together with a reducing agent, have already been carried out. The investigations of aqueous systems are still in the basic research stage, because still no process could be commercialized; however, it was found that the metals of heterogeneous catalyst Ren, which are able to catalyze ammonia at high temperatures from gaseous nitrogen and hydrogen, too catalyze ammonia synthesis when they are present as a salt or complex in aqueous solutions.
809847/1032809847/1032
Gasförmiger Stickstoff und Wasserstoff können theoretisch bei Zimmertemperatur und Atmosphärendruck zur Erzeugung von Ammoniak mit einer Gleichgewichtsausbeute von 95,5 % aufgrund thermodynamischer Berechnungen vereinigt werden, es liegen jedoch bisher weder ein Katalysator noch eine Methode zur Ammoniaksynthese bei Zimmertemperatur zur Erzeugung von Ammoniak aus gasförmigem Stickstoff und Wasserstoff in technisch interessanten Geschwindigkeiten vor. Es war daher bisher erforderlich, höhere Temperaturen bei der Synthese von Ammoniak zur Erzielung zufriedenstellender Reaktionsgeschwindigkeiten einzuhalten. Die bisher eingesetzten Eisenkatalysatoren vermögen keine merklichen Ammoniakmengen aus gasförmigem Stickstoff und Wasserstoff bei Temperaturen unterhalb ungefähr 3600C zu erzeugen. Es sind daher sogar höhere Temperaturen zur Erzielung annehmbarer Ausbeuten erforderlich. Höhere Temperaturen haben jedoch andererseits eine drastische Herabsetzung der thermodynamischen Gleichgewichtsausbeute der Reaktion infolge ihrer exothermen Natur zur Folge. Eine Herabsetzung der Gleichgewichtsausbeuten mit zunehmenden Temperaturen läßt sich nur teilweise durch Erhöhen des Arbeitsdruckes ausgleichen, wobei die erforderlichen Drucke sich weitgehend den Belastungsgrenzen der Anlagen nähern, wie sie derzeit in der Industrie zur Verfügung stehen.Gaseous nitrogen and hydrogen can theoretically be combined at room temperature and atmospheric pressure to produce ammonia with an equilibrium yield of 95.5% based on thermodynamic calculations, but so far there is neither a catalyst nor a method for ammonia synthesis at room temperature for the production of ammonia from gaseous nitrogen and Hydrogen at technically interesting speeds. It has therefore hitherto been necessary to maintain higher temperatures in the synthesis of ammonia in order to achieve satisfactory reaction rates. The iron catalysts previously used are capable no significant amounts of ammonia from gaseous nitrogen and hydrogen at temperatures below about 360 0 C to produce. Even higher temperatures are therefore required to achieve acceptable yields. On the other hand, however, higher temperatures result in a drastic reduction in the thermodynamic equilibrium yield of the reaction due to its exothermic nature. A reduction in the equilibrium yields with increasing temperatures can only be partially compensated for by increasing the working pressure, the required pressures largely approaching the load limits of the systems as they are currently available in industry.
Bekannte Verfahren zur Synthese von Ammoniak aus gasförmigem Stickstoff und Wasserstoff über herkömmlichen Eisenkatalysatoren werden bei Temperaturen von ungefähr 5000C durchgeführt. Die Gleichgewichtsausbeute der Reaktion bei dieser Temperatur bei nur 1 Atmosphäre Druck liegt deutlich unterhalb 0,2 %. Höhere Drucke in der Gegend von 150 Atmosphären werden daher eingehalten, um die niedrige Ausbeute bei Umgebungsdruck auszugleichen. Derartig hohe Drucke bedingen hohe Anlage- und Betriebskosten. Ferner liegen die bei derartig erhöhten Drukken erzielten Gleichgewichtsausbeuten gewöhnlich unterhalb 25 %. Dies bedeutet, daß ein erheblicher Teil der Abströme aus den Reaktionsgefäßen einmal oder mehrere Male rezyklisiert werden muß, was erheblich zu den Produktionskosten sowohl im Hinblick auf zusätzliche Anlagen als auch auf längere Be-Known processes for the synthesis of ammonia from gaseous nitrogen and hydrogen over conventional iron catalysts are carried out at temperatures of about 500 0 C. The equilibrium yield of the reaction at this temperature at only 1 atmosphere pressure is well below 0.2%. Higher pressures in the region of 150 atmospheres are therefore maintained in order to compensate for the low yield at ambient pressure. Such high pressures result in high investment and operating costs. Furthermore, the equilibrium yields achieved at such elevated pressures are usually below 25%. This means that a considerable part of the effluents from the reaction vessels has to be recycled one or more times, which significantly increases the production costs, both in terms of additional systems and long-term use.
809847/103 2809847/103 2
2S219722S21972
triebszeiten zur Abtrennung und Rezyklisierung des Produkt-Stroms beiträgt.operating times contributes to the separation and recycling of the product stream.
Aufgrund der vorstehend erläuterten thermodynamischen und kinetischen Gründe sind die Kosten zur Herstellung von Ammoniak nach bekannten Methoden sehr hoch, wobei relativ geringe Produktionsgeschwindigkeiten und kostspielige Anlagen in Kauf zu nehmen sind. Die Kosten für Eisenkatalysator selbst sind ebenfalls beträchtlich, und zwar hauptsächlich deshalb, da spezielle Herstellungsverfahren angewendet werden müssen, um die katalytischen Eigenschaften des Eisens zu verbessern. Daher müssen zusätzliche Komponenten, die als Promotoren bezeichnet werden, dem Eisen zugesetzt werden. In den meisten Fällen müssen sowohl das Eisen als auch die Promotoren auf einem speziellen Träger in einer solchen Weise abgeschieden sein, daß ein ausreichender Kontakt zwischen diesen Bestandteilen und den gasförmigen Reaktanten möglich ist, was wiederum sehr teuer ist.Due to the thermodynamic and kinetic discussed above Reasons are the cost of producing ammonia by known methods is very high, with relatively low production rates and expensive investments have to be accepted. The cost of iron catalyst itself is also considerable, mainly because special manufacturing processes have to be used, to improve the catalytic properties of iron. Therefore, you need additional components called promoters are added to the iron. In most cases, both the iron and the promoters need to be on a special carrier in such a way that there is sufficient contact between these components and the gaseous reactants is possible, which in turn is very expensive.
Die vorstehend geschilderten Nachteile der bisher bekannten Umsetzungen zwischen Stickstoff und Wasserstoff über bekannte Katalysatoren werden durch die Erfindung beseitigt. Der neue erfindungsgemäße Katalysator gestattet zum ersten Male die Einhaltung wesentlich niedrigerer Arbeitstemperaturen und -drucke, wobei dennoch technisch interessante Produktionsraten erzielt werden. Bei derartigen Temperaturen und Drucken fallen die Gleichgewichtsausbeuten in einen Bereich von 30 bis 60 %, so daß die tatsächlichen Ausbeuten merklich verbessert werden. Dieser neue Katalysator besteht aus Titandihydrid, und zwar entweder allein oder in Verbindung mit einer binären Legierung aus Eisen und Titan in einem 1:1-Verhältnis . Unter gewissen Umständen kann die binäre Legierung allein als Katalysator verwendet werden.The above-described disadvantages of the previously known reactions between nitrogen and hydrogen over known ones Catalysts are eliminated by the invention. The new catalyst according to the invention allows for the first time compliance with significantly lower working temperatures and pressures, while still achieving technically interesting production rates. At such temperatures and pressures the equilibrium yields fall in the range of 30 to 60% so that the actual yields are markedly improved will. This new catalyst consists of titanium dihydride, either alone or in conjunction with a binary alloy of iron and titanium in a 1: 1 ratio . In certain circumstances the binary alloy alone can be used as a catalyst.
Die unter Einsatz dieses neuen Katalysators bei einer gegebenen Temperatur und bei einem gegebenen Druck erzielbaren Reaktionsgeschwindigkeiten liegen wenigstens um einen Faktor von 10 und manchmal um mehrere Zehnerfaktoren über den Reak-Those achievable using this new catalyst at a given temperature and pressure Reaction rates are at least a factor of 10 and sometimes several tens of factors above the reaction
809847/1032809847/1032
tionsgeschwindigkeiten, die unter Einsatz bekannter Katalysatoren und Verfahren erzielbar sind. Folglich werden die Kosten für die Ammoniakerzeugung erheblich herabgesetzt. Ferner sind die erforderlichen Anlagen weniger kostspielig aufgrund der tieferen Arbeitsdrucke, die bei den ausgewählten Arbeitstemperaturen eingehalten werden können. Darüber hinaus wirft der Katalysator selbst viele der Probleme nicht auf, mit denen die bekannten Katalysatoren behaftet waren, beispielsweise die Probleme des Sinterns sowie des physikalischen Zerfalls. Vielmehr wurde gefunden, daß die katalytische Aktivität des Titankatalysators, der erfindungsgemäß eingesetzt wird, mit einem Altern in Gegenwart der Wasserstoffkomponente der Reaktantenatmosphäre ansteigt. Diese Ausbeuteerhöhung ist das Ergebnis von Rissen, die in den Katalysatorteilchen gebildet werden, und zwar sowohl mikroskopischen Rissen (Oberflächenrissen) als auch makroskopischen Rissen (Zerbrechen zu kleineren Teilchen), was eine Erhöhung der aktiven Oberfläche des Katalysators bedingt. Ferner erfolgt in geringerem Ausmaße eine Vergiftung oder Entaktivierung des Katalysators durch Decken der adsorbierenden Stellen durch die Adsorption von Verunreinigungen, die normalerweise in den technisch verfügbaren Stickstoff- und Wasserstoffreaktanten vorliegen. Bei entsprechender Steuerung der Verfahrensbedingungen kann eine Aktivierung des Katalysatorbettes gleichzeitig mit der Produktionsreaktion durchgeführt werden.tion speeds that can be achieved using known catalysts and processes. Consequently, the Ammonia production costs are significantly reduced. Further the required equipment is less costly due to the lower working pressures involved in the selected ones Working temperatures can be maintained. In addition, the catalyst itself does not pose many of the problems with which the known catalysts were affected, for example the problems of sintering and physical disintegration. Rather, it was found that the catalytic Activity of the titanium catalyst used according to the invention with aging in the presence of the hydrogen component the reactant atmosphere increases. This increase in yield is the result of cracks in the catalyst particles are formed, both microscopic cracks (surface cracks) and macroscopic cracks (cracking smaller particles), which increases the active surface area of the catalyst. It also takes place in lesser Extent of poisoning or deactivation of the catalyst by covering the adsorbing sites with adsorption of impurities normally present in the technically available nitrogen and hydrogen reactants. With appropriate control of the process conditions activation of the catalyst bed can be carried out simultaneously with the production reaction.
Die Erfindung betrifft daher die Schaffung eines neuen Verfahrens zur Herstellung von Ammoniak aus Wasserstoff und Stickstoff, wobei Ausbeuten erzielt werden, die höher sind als die bisher erreichbaren Ausbeuten. Durch die Erfindung wird ein katalytisches Verfahren zur Herstellung von Ammoniak aus gasförmigem Wasserstoff und Stickstoff geschaffen, das mit wesentlich erhöhten Produktionsraten arbeitet. Außerdem wird ein wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung von Ammoniak aus gasförmigem Wasserstoff und Stickstoff geschaffen, das bei tieferen Temperaturen und Drucken als sie bisher möglich waren arbeitet, wobei die Verfahrens- und Betriebskosten wesentlich herabgesetzt werden. Erfindungsgemäß wird Ammoniak unterThe invention therefore relates to the creation of a new process for the production of ammonia from hydrogen and nitrogen, yields are achieved which are higher than the previously achievable yields. The invention is a catalytic process for the production of ammonia from gaseous hydrogen and nitrogen created, which with essential increased production rates works. It also becomes an economical method of producing ammonia from Gaseous hydrogen and nitrogen created, which at lower temperatures and pressures than they were previously possible works, the process and operating costs are significantly reduced. According to the invention, ammonia is under
809847/1032809847/1032
Einsatz eines Katalysators hergestellt, der gegenüber einem Vergiften durch Verunreinigungen beständig ist, wie sie normalerweise in technisch verfügbaren Wasserstoff- und Stickstoff reaktantengasen vorliegen. Das erfindungsgemäße katalytische Verfahren bedingt höhere Ammoniakproduktionsraten bei Umgebungstemperatur als sie bisher möglich waren. Der erfindungsgemäße Katalysator begünstigt ferner die Ammoniaksynthese in wäßrigen Lösungen, die molekularen Wasserstoff und Stickstoff enthalten. Außerdem wird durch die Erfindung eine Metallverbindung identifiziert, welche die chemischen Bindungen von Stickstoff- und Wasserstoffmolekülen zu lockern oder aufzubrechen vermögen, wobei eine derartige Verbindung als Katalysator zur Herstellung von Ammoniak aus molekularem Wasserstoff und Stickstoff verwendet wird. Ferner wird durch die Erfindung ein Katalysator geschaffen, der sich leicht und in wirtschaftlicher Weise mit einer bimetallischen Legierung und möglicherweise anderen Komponenten zur weiteren Begünstigung der katalytischen Reaktion einsetzen läßt. Durch die Erfindung wird ein technisches Verfahren für die katalytische Erzeugung von Ammoniak zur Verfügung gestellt, wobei die Kosten für den Katalysator selbst wesentlich geringer sind als die Kosten der bisher für derartige Verfahren bekannten Katalysatoren .Manufactured using a catalyst that is resistant to contamination poisoning, as is normally the case present in technically available hydrogen and nitrogen reactant gases. The inventive catalytic The process requires higher ammonia production rates at ambient temperature than previously possible. The inventive Catalyst also favors the synthesis of ammonia in aqueous solutions, the molecular hydrogen and Contain nitrogen. In addition, a metal compound is identified by the invention, which the chemical bonds of nitrogen and hydrogen molecules being able to loosen or break open, with such a connection used as a catalyst to produce ammonia from molecular hydrogen and nitrogen. Furthermore, through The invention created a catalyst which can be easily and economically treated with a bimetallic alloy and possibly using other components to further promote the catalytic reaction. Through the Invention, a technical process for the catalytic production of ammonia is provided, with the cost for the catalyst itself are significantly lower than the costs of the catalysts previously known for such processes .
Der erfindungsgemäße Katalysator besteht aus Titanhydriden, hauptsächlich Titandihydrid, das eine stabile Verbindung ist. Es wurde gefunden, daß sich Titanmetall mit Wasserstoff unter Bildung eines extrem aktiven Katalysators für die Erzeugung von Ammoniak aus gasförmigem Stickstoff und Wasserstoff vereinigt. Ferner scheint die Reaktion beschleunigt zu werden, wenn das hydrierte Titan mit einer binären Legierung aus Eisen und Titan assoziiert wird, insbesondere als hydrierte Titanphase in der Eisen-Titan-Legierung (die selbst in Eisentitanhydrid umgewandelt werden kann). Unter gewissen Umständen kann die Legierung selbst auch als Katalysator verwendet werden.The catalyst of the present invention consists of titanium hydrides, mainly titanium dihydride, which is a stable compound. It has been found that titanium metal reacts with hydrogen to form an extremely active catalyst for its production combined by ammonia from gaseous nitrogen and hydrogen. Furthermore, the reaction seems to be accelerated, when the hydrogenated titanium is associated with a binary alloy of iron and titanium, particularly as hydrogenated Titanium phase in the iron-titanium alloy (which can itself be converted into iron-titanium anhydride). Under certain circumstances the alloy itself can also be used as a catalyst.
809847/1032809847/1032
Die spezifische Legierung, die mit dem hydrierten Titan gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform assoziiert wird, weist ein Titan:Eisen-Molverhältnis von 1,0 auf und ist von der International Nickel Company erhältlich. Diese Legierung wird näher in einem Buch mit dem Titel "Constitution of Binary Alloys", First Supplement, herausgegeben von R. P. Elliot und veröffentlicht von der McGraw-Hill, New York, New York, 1965 sowie in einem Aufsatz von Reilly et al., auf den nachfolgend näher eingegangen wird, beschrieben. Diese Legierung wird aus relativ reinem Eisen und Titan nach einem Schmelzverfahren erzeugt, das Temperaturen zwischen 1500 und 19000C erfordert. Diese Legierung kann zwar aus technischem Eisen hergestellt werden, die Reinheit von Elektrolyteisen wird jedoch bevorzugt.The specific alloy associated with the hydrogenated titanium in accordance with this preferred embodiment has a titanium: iron molar ratio of 1.0 and is available from the International Nickel Company. This alloy is described in more detail in a book entitled "Constitution of Binary Alloys", First Supplement, edited by RP Elliot and published by McGraw-Hill, New York, New York, 1965 and in an article by Reilly et al which will be discussed in more detail below. This alloy is produced of relatively pure iron and titanium by a melting method, which requires temperatures of 1500-1900 0 C. Although this alloy can be made from technical iron, the purity of electrolyte iron is preferred.
Der kombinierte Katalysator kann nach dem gleichen Verfahren wie die binäre Legierung hergestellt werden, da eine legierte Mischung, die mehr als 1 Mol Titan pro Mol Eisen enthält, eine Masse liefert, die aus zwei Phasen besteht, und zwar der Zwxschenmetallverbxndung mit einem Titan:Eisen-Molverhältnis von 1 und reinem Titan, wobei das letztere in Titandihydrid bei einer anfänglichen Hydrierungsstufe umgewandelt wird. Titandihydrid ist eine stabile Verbindung, die als solche während des Produktionsverfahrens bestehen bleibt, und wird kontinuierlich aktiviert (dekontaminiert), solange sie in Kontakt mit erheblichen Mengen an Wasserstoff steht.The combined catalyst can be made by the same process as the binary alloy, as an alloyed one Mixture containing more than 1 mole of titanium per mole of iron, providing a mass consisting of two phases, namely the intermediate metal compound with a titanium: iron molar ratio of 1 and pure titanium, the latter being converted to titanium dihydride in an initial hydrogenation stage will. Titanium dihydride is a stable compound that persists as such during the production process, and is continuously activated (decontaminated) as long as it is in contact with significant amounts of hydrogen.
Die folgenden Zusammensetzungsbereiche für hydriertes Titan, das mit einer Eisen-Titan-1:1-Verbindung assoziiert ist, bedingen eine merkliche katalytische Aktivität bezüglich der Vereinigung von molekularem Wasserstoff und Stickstoff zur Erzeugung von Ammoniak und werden in der Reihenfolge zunehmender Aktivität für diese Reaktion angegeben: 0,1 Mol hydriertes Ti zu 1 Mol FeTi, 1 Mol hydriertes Ti zu 1 Mol FeTi und 2 Mol hydriertes Ti zu 1 Mol FeTi. Je größer die Menge an Titan ist, die mit der Legierung assoziiert ist, desto größer ist die Reaktionsgeschwindigkeit und die Aus-The following composition ranges for hydrogenated titanium associated with an iron-titanium 1: 1 compound require an appreciable catalytic activity on the union of molecular hydrogen and nitrogen to produce Generation of ammonia and are given in the order of increasing activity for this reaction: 0.1 mol hydrogenated Ti to 1 mole of FeTi, 1 mole of hydrogenated Ti to 1 mole of FeTi and 2 moles of hydrogenated Ti to 1 mole of FeTi. The bigger the Amount of titanium that is associated with the alloy, the greater the reaction rate and the
809847/1032809847/1032
beute der Ammoniaksynthese. Bei Katalysatormassen, die reicher an Titandihydrid sind als einem Molverhältnis von 2:1 entspricht, scheinen derzeit im Handel nicht erhältlich zu sein infolge von Schwierigkeiten, die bei der Herstellung entsprechender Eisen-Titan-Legierungen auftreten. Es ist jedoch anzunehmen, daß noch höhere katalytische Reaktionsgeschwindigkeiten erzielt werden können, wenn größere Mengen an freiem Titan mit der Eisentitanverbindung oder anderen Legierungen assoziiert werden. Daher umfaßt die Erfindung den vollen Bereich der freies Titan enthaltenden Massen. Unter Berücksichtigung der vorstehenden Ausführungen weist der erfindungsgemäß bevorzugten Katalysator 2 Mol hydriertes Titan auf, das mit einem Träger assoziiert ist, der aus einer binären Legierung aus Titan und Eisen in einem Molverhältnis von 1:1 besteht.prey to ammonia synthesis. With catalyst masses that are richer of titanium dihydride are as a molar ratio of 2: 1 do not appear to be commercially available at present due to manufacturing difficulties corresponding iron-titanium alloys occur. It can be assumed, however, that even higher catalytic reaction rates Can be achieved when larger amounts of free titanium with the iron titanium compound or others Alloys are associated. Therefore, the invention encompasses the full range of free titanium containing compositions. Taking into account the above, the catalyst preferred according to the invention has 2 moles of hydrogenated Titanium associated with a carrier made of a binary alloy of titanium and iron in a molar ratio of 1: 1.
Die erfindungsgemäßen Katalysatoren sind zur Ammoniakbildung bei allen Temperaturen um und oberhalb 1800C sowie bei allen Drucken bei und oberhalb Atmosphärendruck aktiv. Je höher die Temperatur oder der Druck oder je höher diese beiden Parameter sind, desto größer sind die erzielbaren Reaktionsgeschwindigkeiten. Die oberen Grenzen bezüglich Temperatur und Druck für die Produktionsreaktionen werden nur durch die physikalischen Parameter der verwendeten Anlage gezogen.The catalysts according to the invention are active for ammonia formation at all temperatures around and above 180 ° C. and at all pressures at and above atmospheric pressure. The higher the temperature or the pressure, or the higher these two parameters, the greater the achievable reaction rates. The upper limits with regard to temperature and pressure for the production reactions are only drawn by the physical parameters of the system used.
Hydriertes Titan scheint eine erhöhte katalytische Aktivität zu entwickeln, wenn es mit der Eisentitanbimetallverbindung legiert oder anderweitig assoziiert wird. Obwohl die Bimetallverbindung selbst eine gewisse katalytische Aktivität zeigt, wird als katalytisch aktivere Komponente das Titandihydrid angesehen. Weitere Information bezüglich der jeweiligen Eigenschaften einer jeden dieser Verbindungen gehen aus einem Artikel hervor, der mit "Formation and Properties of Iron Titanium Hydride" beschriftet ist und von J. J. Reilly und R. H. Wiswall, Jr. (Brookhaven National Laboratory) in "Inorganic Chemistry", Band 13, Nr. 1, 1974 auf den Seiten 218 bis 222 veröffentlicht ist. Ferner ist in diesem Zusammenhang aufHydrogenated titanium appears to develop increased catalytic activity when combined with the iron titanium bimetal compound alloyed or otherwise associated. Although the bimetal compound itself shows some catalytic activity, titanium dihydride is regarded as the more catalytically active component. Further information regarding the respective properties each of these compounds can be found in an article entitled "Formation and Properties of Iron Titanium Hydride "and published by J. J. Reilly and R. H. Wiswall, Jr. (Brookhaven National Laboratory) in" Inorganic Chemistry ", Volume 13, No. 1, 1974 on pages 218 bis 222 is published. Also in this context is on
809847/1032809847/1032
das Buch von W. M. Müller et al. "Metallhydride", veröffentlicht von der Academic Press, New York, New York, 1968, hinzuweisen. the book by W. M. Müller et al. "Metal hydrides" published by Academic Press, New York, New York, 1968.
Das Titanmetall wird, und zwar entweder allein oder zusammen mit der Bimetallegierung, zuerst mit Wasserstoff zur Reinigung des Materials und zur Bildung von Titandihydrid, umgesetzt, wobei vorzugsweise eine getrennte Reihe von Stufen vor der Verwendung dieser Verbindung als Katalysator zur Durchführung der Ammoniakproduktionsreaktion durchgeführt wird. Durch die Hydrierungsstufen werden zuerst die Reaktion-hemmenden oxide sowie andere Verunreinigungen auf den Katalysatorteilchen entfernt, worauf Titandihydrid sowie Eisentitanhydride im Falle einer Assoziierung mit der Bimetallegierung gebildet werden.The titanium metal, either alone or together with the bimetal alloy, is first cleaned with hydrogen of the material and to form titanium dihydride, preferably in a separate series of steps is carried out prior to using this compound as a catalyst for carrying out the ammonia production reaction. Through the hydrogenation stages, the reaction-inhibiting ones become first oxides and other impurities are removed from the catalyst particles, followed by titanium dihydride and iron titanium anhydrides in the case of association with the bimetal alloy.
Die Katalysatormasse sollte in Form von Einzelteilchen mit relativ kleiner Größe (weniger als 16 mesh) eingesetzt werden. Die Teilchen werden dann mit einer Oxidschicht umhüllt. In diesem Zustand bildet das Metall kein Hydrid, das die als Katalysator aktive Verbindung darstellt. Durch diese Aktivierungsstufen werden auch andere Verunreinigungen auf der Oberfläche und im Inneren entfernt, beispielsweise Kohlenstoff- und Stickstoffverbindungen sowie andere adsorbierte Gase als Stickstoff und Wasserstoff. Die anfängliche Reinigung der Teilchen sowie die Bildung des Katalysators wird vorzugsweise dadurch durchgeführt, daß ein in Form von Einzelteilchen vorliegendes Bett aus Titan der Einwirkung von Wasserstoffgas bei Temperaturen zwischen 200 und 4000C sowie Drucken zwischen 10,5 und 14 kg/cm2, absolut (150 bis 200 psia) während einer längeren Zeitspanne unterzogen wird.· Die Reaktantengase werden dann durch das Bett zur Durchführung der Produktionsreaktion geschickt. The catalyst mass should be used in the form of individual particles of relatively small size (less than 16 mesh). The particles are then coated with an oxide layer. In this state, the metal does not form hydride, which is the active compound as a catalyst. These activation steps also remove other impurities on the surface and inside, such as carbon and nitrogen compounds and adsorbed gases other than nitrogen and hydrogen. The initial cleaning of the particles and the formation of the catalyst are preferably carried out by exposing a bed of titanium in the form of individual particles to the action of hydrogen gas at temperatures between 200 and 400 ° C. and pressures between 10.5 and 14 kg / cm 2 , absolute (150 to 200 psia) for an extended period of time. The reactant gases are then passed through the bed to run the production reaction.
Ist der Katalysator mit der binären Eisen-Titan-1:1-Legierung assoziiert, dann schließt sich der anfänglichen Behandlung eine Entgasung und dann wahlweise ein Unterdrucksetzen des Katalysatorbettes mit Wasserstoff mit einem viel höheren DruckIs the catalyst with the binary iron-titanium-1: 1 alloy then the initial treatment is followed by degassing and then optionally pressurizing the Catalyst bed with hydrogen at a much higher pressure
809847/1032809847/1032
und ein Entgasen des Wasserstoffs zur aufeinanderfolgenden Hydrierung und Dehydrierung der Legierung an. Durch dieses Verfahren zerbrechen die auf einem Träger abgeschiedenen Katalysatorteilchen in kleinere Teilchen, wobei viele Risse in der Oberfläche eines jeden Teilchens gebildet werden. Dadurch wird merklich die reaktive Oberfläche des Katalysatorbettes erhöht. Der Dehydrierungszyklus wird bei ungefähr 2000C oder darüber, vorzugsweise bei ungefähr 4000C, durchgeführt. Das Entgasen erfolgt durch Spülen mit reinem Helium bei ungefähr Atmosphärendruck. Der Hydrierungszyklus wird im allgemeinen bei Umgebungstemperatur (20 bis 25°C) sowie unter einem Druck von 70 kg/cm2, absolut (1000 psia) durchgeführt. Wahlweise und vorzugsweise infolge der Möglichkeit von Verunreinigungen im Helium wird das Entgasen in der Weise durchgeführt, daß ein leichtes Vakuum von 25 bis 50 mm Wasser in dem Reaktionsgefäß, welches das Katalysatorbett enthält, erzeugt wird. Dieses Größenverminderungsverfahren wird vorzugsweise solange fortgesetzt, bis die durchschnittliche Teilchengröße 200 mesh oder weniger beträgt.and degassing the hydrogen for sequential hydrogenation and dehydrogenation of the alloy. By this method, the catalyst particles deposited on a carrier are broken into smaller particles, with many cracks being formed in the surface of each particle. This noticeably increases the reactive surface area of the catalyst bed. The dehydrogenation cycle is carried out at about 200 ° C. or above, preferably at about 400 ° C. Degassing is done by purging with pure helium at approximately atmospheric pressure. The hydrogenation cycle is generally carried out at ambient temperature (20 to 25 ° C) and under a pressure of 70 kg / cm 2 , absolute (1000 psia). Optionally, and preferably because of the possibility of impurities in the helium, the degassing is carried out in such a way that a slight vacuum of 25 to 50 mm of water is created in the reaction vessel which contains the catalyst bed. This size reduction process is preferably continued until the average particle size becomes 200 mesh or less.
Anschließend an die Stufen zur Herstellung des Katalysators wird ein gasförmiger Beschickungsstrom aus Stickstoff und Wasserstoff kontinuierlich über das Katalysatorbett zur Durchführung einer Produktionsreaktion geleitet, die unter solchen Temperatur- und Druckbedingungen durchgeführt wird, wie sie zu der gewünschten Ammoniakausbeute in dem Produkt am zweckmäßigsten sind. Erhebliche Produktausbeuten sind bei Temperaturen von nur 1800C und Drucken von Atmosphärendruck erzielbar. Technische Ausbeuten erfordern im allgemeinen höhere Temperaturen zwischen 275 und 325°C und höheren Drucken zwischen 35 und 105 kg/cm2, absolut. Sogar höhere Temperaturen und Drukke erhöhen noch die Reaktionsgeschwindigkeiten, derartigen Drukken sind jedoch durch die Verfahrensanlage Grenzen gesetzt. Ferner können höhere Temperaturen nachteilige Wirkungen auf die Ammoniaksynthesereaktion ausüben, indem die Geschwindigkeit der Ammoniakdissoziation in Stickstoff und Sauerstoff unerwünschte Ausmaße annimmt. Dies bedeutet mit anderen Worten, daßSubsequent to the steps for preparing the catalyst, a gaseous feed stream of nitrogen and hydrogen is continuously passed over the catalyst bed to carry out a production reaction which is carried out under such temperature and pressure conditions as are most expedient for the desired ammonia yield in the product. Considerable product yields can be achieved at temperatures of only 180 ° C. and pressures of atmospheric pressure. Technical yields generally require higher temperatures between 275 and 325 ° C. and higher pressures between 35 and 105 kg / cm 2 , absolute. Even higher temperatures and pressures increase the reaction rates, but such pressures are limited by the process equipment. Furthermore, higher temperatures can have detrimental effects on the ammonia synthesis reaction in that the rate of ammonia dissociation into nitrogen and oxygen becomes undesirable. In other words, this means that
809847/1032809847/1032
übermäßig hohe Temperaturen die Synthesereaktion infolge thermodynamischer Begrenzungen umdrehen können, die auf die exotherme Natur der Reaktion zurückgehen. Bei Temperaturen und Drucken innerhalb der vorstehend angegebenen Bereiche sind Ausbeuten von annähernd 100"% der theoretischen Ausbeute erzielbar.Excessively high temperatures can reverse the synthesis reaction due to thermodynamic limitations that affect the exothermic nature of the reaction decrease. At temperatures and pressures within the ranges given above yields of approximately 100% of the theoretical yield can be achieved.
Ist der Wasserstoffpartialdruck in dem Reaktionsgefäß gleich oder größer als der Gleichgewichtsdissoziationsdruck des Eisentitanhydrids, und der Katalysator mit der binären 1:1~Legierung assoziiert, dann wird diese Legierungsphase in Eisentitanhydrid umgewandelt, das eine stabile Verbindung nur unter derartigen Bedingungen ist. Wird das Katalysatorbett entgast, dann wandelt sich diese Hydridverbindung in die binäre Legierung um, wodurch das Aufbrechen der Teilchen begünstigt wird. Man nimmt, jedoch an, daß die katalytische Reaktion selbst nicht durch die Hydridform der intermetallischen Verbindung gehemmt wird, wenn derartige Drucke bei dem Produktionsverfahren angewendet werden. Der Partialdruck des bei einer gegebenen Temperatur einzusetzenden Wasserstoffs zur Erzielung des Hydridzustandes der Legierung läßt sich aus dem Gleichgewichtsdissoziationsdruck des Eisentitanhydrids bei dieser Temperatur ermitteln, wobei die letztere Beziehung in der Literatur angegeben wird. Bezüglich der spezifischen Temperatur- und Druckbeziehung, wie sie erfindungsgemäß angewendet wird, ist auf den Artikel "Formation and Properties of Iron Titanium Hydride", der weiter oben erwähnt wurde, hinzuweisen.Is the hydrogen partial pressure in the reaction vessel the same or greater than the equilibrium dissociation pressure of iron titanium anhydride, and the catalyst is associated with the binary 1: 1 alloy, then this alloy phase becomes iron titanium anhydride converted, which is a stable compound only under such conditions. If the catalyst bed is degassed, then this hydride compound converts to the binary alloy, thereby promoting the breaking up of the particles will. It is believed, however, that the catalytic reaction itself is not inhibited by the hydride form of the intermetallic compound when such pressures in the production process be applied. The partial pressure of the hydrogen to be used at a given temperature The hydride state of the alloy can be obtained from the equilibrium dissociation pressure of the iron titanium anhydride at this temperature, the latter relationship being given in the literature. Regarding the specific Temperature and pressure relationship as used according to the invention refer to the article "Formation and Properties of Iron Titanium Hydride" mentioned above, to point out.
Das bevorzugte Verfahren sowohl zur Herstellung der kombinierten Form des Katalysators und der anschließenden Erzeugung von Ammoniak wird nachfolgend beschrieben. Ein Katalysatorbett aus im Handel erhältlichen Teilchen aus Titan und Eisen, die in einem Verhältnis von 3:1 legiert worden sind, wird in ein herkömmliches Reaktionsgefäß eingefüllt, wie es beispielsweise derzeit zur Herstellung von Ammoniak mit bekannten Katalysatoren verwendet wird. Diese Masse enthält eineThe preferred method for both making the combined form of the catalyst and then making it of ammonia is described below. A catalyst bed made from commercially available particles of titanium and iron, which have been alloyed in a ratio of 3: 1 is filled into a conventional reaction vessel, such as, for example is currently used for the production of ammonia with known catalysts. This mass contains one
809847/1032809847/1032
Titanraetallphase, die rait einer Eisen-Titan-1:1-Verbindung-Phase assoziiert ist, wobei 2 Mol freies Titan pro Mol Trägerverbindung vorliegen.Titanium metal phase, which is an iron-titanium 1: 1 compound phase is associated, there being 2 moles of free titanium per mole of carrier compound.
Das Reaktionsgefäß wird dann erhitzt und in der Weise entgast, daß bei 4000C ein Vakuum während ungefähr 6 bis 8 Stunden zum Desorbieren und zum Austreiben von verschmutzenden Gasen angelegt wird. Anschließend an das Entgasen wird das Reaktionsgefäß, während es auf 4000C gehalten wird, mit Wasserstoff unter Druck gesetzt (14 kg/cm2, absolut) und bei dieser Temperatur und bei diesem Druck gehalten, bis die Bildung von Titandihydrid beendet ist, was ungefähr 4 bis 6 Stunden dauert. Das Katalysatorerzeugungsverfahren beseitigt auch die Oxidfilme sowie andere adsorbierte Verunreinigungen von dem Katalysator, so daß die Diffusion des Wasserstoffs in die Legierung erhöht wird und eine Adsorption der Reaktantengase während der Produktionsreaktion ermöglicht wird. Die anfängliche Wasserstoffbehandlung wird am besten in der Weise durchgeführt, daß das Wasserstoffgas auf das Reaktionsgefäß in einem statischen Zustand begrenzt ist und nicht strömender reiner Wasserstoff verwendet wird, was übermäßige Temperaturen bei der Hydridbildungsreaktion zur Folge haben könnte. Nach der Entfernung der Oxidfilme beginnt sich Titandihydrid in Gegenwart des Wasserstoffs unter Freisetzung von Wärme zu bilden, die dazu ausreicht, die Reaktortemperatur merklich zu erhöhen. Beginnt die Reaktortemperatur auf die von außen aufrechterhaltene Temperatur (4000C) abzufallen, dann ist die Bildung des Titandihydridkatalysators beendet.The reaction vessel is then heated and degassed in a manner that is applied at 400 0 C a vacuum for approximately 6 to 8 hours to desorb and for expelling the polluting gases. Following the degassing, the reaction vessel, while it is kept at 400 ° C., is pressurized with hydrogen (14 kg / cm 2 , absolute) and kept at this temperature and at this pressure until the formation of titanium dihydride has ended, which takes about 4 to 6 hours. The catalyst generation process also removes the oxide films as well as other adsorbed impurities from the catalyst, thereby increasing the diffusion of hydrogen into the alloy and allowing the reactant gases to be adsorbed during the production reaction. The initial hydrotreatment is best carried out such that the hydrogen gas is confined to the reaction vessel in a static state and non-flowing pure hydrogen is used which could result in excessive temperatures in the hydride formation reaction. After the oxide films have been removed, titanium dihydride begins to form in the presence of the hydrogen, releasing heat which is sufficient to noticeably increase the reactor temperature. If the reactor temperature begins to drop to the externally maintained temperature (400 ° C.), then the formation of the titanium dihydride catalyst has ended.
Ein Verfahren zur Erhöhung der Aktivität des auf diese Weise gebildeten, auf einem Träger abgeschiedenen Katalysators wird dann in der Weise begonnen, daß man den Reaktor auf etwa Umgebungstemperatur (20 bis 25°C) abkühlen läßt, während kontinuierlich ein Vakuum über dem Katalysatorbett angelegt wird, um den Wasserstoff abzuziehen. Nach Erreichen von Umgebungstemperatur wird das Reaktionsgefäß erneut mit Wasserstoff unter einen Druck gesetzt, der oberhalb des Gleichgewichtsdissoziationsdrucks der Hydridform der Eisentitanlegie-A method of increasing the activity of the supported catalyst thus formed is then begun by allowing the reactor to cool to about ambient temperature (20-25 ° C) while a vacuum is continuously applied over the catalyst bed to remove the hydrogen. After reaching ambient temperature the reaction vessel is again pressurized with hydrogen to a pressure above the equilibrium dissociation pressure the hydride form of the iron titanium alloy
809847/1032809847/1032
rung bei der vorherrschenden Temperatur liegt. Ein Wasserstoff druck von 70 kg/cm2, absolut reicht aus, diese Hydrierungsstufe bei den herkömmlichen Umgebungstemperaturen durchzuführen. Nachdem diese Druckbehandlung während einer Zeitspanne von ungefähr 1/2 Stunde durchgeführt worden ist/ wird der Reaktor erneut auf ungefähr 4000C erhitzt, worauf man ihn sofort abkühlen läßt, nachdem er die Temperatur erreicht hat, wobei ein leichtes Vakuum während des Erhitzens und Abkühlens aufrechterhalten wird, um den Wasserstoff in einer Dehydrierungsstufe abzuziehen. Diese Hydrierungs- und Dehydrierungszyklen brechen die Katalysatorteilchen auf, ohne daß dabei die integrale Bindung zwischen der Titandehydridphase und der Zwischenmetallverbindungsphase zerstört wird. Die Zyklen werden vorzugsweise solange wiederholt, bis die gewünschte Teilchengröße erreicht worden ist. Dies dauert gewöhnlich 3 bis 4 Zyklen, und zwar in Abhängigkeit von der ursprünglichen Teilchengröße und den Abmessungen des Katalysatorbettes. Der Katalysator ist dann für die Produktionsreaktion fertig. tion is at the prevailing temperature. A hydrogen pressure of 70 kg / cm 2 is absolutely sufficient to carry out this hydrogenation step at conventional ambient temperatures. After this pressure treatment has been carried out for a period of about 1/2 hour / the reactor is heated again to about 400 ° C., whereupon it is allowed to cool immediately after it has reached that temperature, a slight vacuum during heating and cooling is maintained to remove the hydrogen in a dehydrogenation step. These hydrogenation and dehydrogenation cycles break up the catalyst particles without destroying the integral bond between the titanium hydride phase and the intermetallic compound phase. The cycles are preferably repeated until the desired particle size has been achieved. This usually takes 3 to 4 cycles, depending on the original particle size and the dimensions of the catalyst bed. The catalyst is then ready for the production reaction.
Anschließend an die letzte Dehydrierungsstufe des Größenverminderungsverfahrens wird der Reaktor auf 3000C erhitzt und mit Wasserstoff auf 80 atm gebracht. Eine Reaktantenmischung aus 1 Mol Stickstoff und 3 Mol Wasserstoff wird dann in das Reaktionsgefäß eingeführt. Der Produktstrom wird kontinuierlich mit einer Fließgeschwindigkeit abgezogen, die durch die Raumgeschwindigkeit definiert wird (Verhältnis der Beschikkungsrate zu dem Gesamtgewicht des Katalysators). Diese Raumgeschwindigkeit sollte nicht 500 m3/h/t Katalysator, ermittelt unter Standardbedingungen bezüglich Temperatur und Druck, überschreiten. Eine Vielzahl anderer Beschickungsmischungen kann verwendet werden, beispielsweise kann man Molverhältnisse von Wasserstoff zu Stickstoff von 2:1 oder 1:1 einhalten. Es ist jedoch zweckmäßig, immer eine ausreichende Wasserstoffmenge in dem Beschickungsstrom aufrechtzuerhalten, um eine kontinuierliche Aktivierung des Katalysators zu erzielen.Subsequent to the last dehydrogenation stage of the size reduction process, the reactor is heated to 300 ° C. and brought to 80 atm with hydrogen. A mixture of reactants of 1 mole nitrogen and 3 moles hydrogen is then introduced into the reaction vessel. The product stream is withdrawn continuously at a flow rate which is defined by the space velocity (ratio of the feed rate to the total weight of the catalyst). This space velocity should not exceed 500 m 3 / h / t catalyst, determined under standard conditions with regard to temperature and pressure. A variety of other feed mixtures can be used, for example hydrogen to nitrogen molar ratios of 2: 1 or 1: 1 can be maintained. However, it is desirable to always maintain a sufficient amount of hydrogen in the feed stream to achieve continuous activation of the catalyst.
809847/1032809847/1032
Höhere Raumgeschwindigkeiten und entsprechende Beschickungsgeschwindigkeiten sind ebenfalls möglich, dabei können jedoch niedrigere Ausbeuten erzielt werden, wobei eine höhere Energie zum Betrieb der Pumpen erforderlich ist. Schnellere Durchsätze sowie niedrigere Ausbeuten können jedoch insgesamt in Abhängigkeit von den optimalen Parametern der Abtrennung und der Rezyklisierungsanlage, die zur Handhabung des Produktabstroms aus dem Reaktionsgefäß verwendet wird, wirtschaftlicher sein.Higher space velocities and corresponding feed velocities are also possible, but can lower yields can be achieved, with a higher energy is required to operate the pumps. Faster However, throughputs and lower yields can overall depending on the optimal parameters of the separation and the recycling plant used to handle the product effluent from the reaction vessel, be more economical.
Der Produktstrom, der das Katalysatorbett verläßt, enthält den Stickstoff- und Wasserstoffreaktanten sowie das Ammoniakprodukt. Gegebenenfalls kann das Ammoniak aus dem Produktstrom in herkömmlicher Weise abgetrennt werden, worauf die Reaktanten erneut dem Reaktionsgefäß zugeführt werden. Eine derartige Abtrennungsmethode besteht darin, den Produktstrom auf eine Temperatur zwischen 25 und 1000C abzukühlen, wobei derartige Temperaturen gewöhnlich niedrig genug sind, um vollständig das Ammoniakprodukt zu kondensieren, worauf der Strom durch einen Kondensatseparator geschickt und der gasförmige Abstrom, der aus nichtumgesetztem Stickstoff und Wasserstoff besteht, erneut dem Reaktionsgefäß zugeführt wird. Die tatsächliche Kondensattemperatur in diesem Falle richtet sich nach wirtschaftlichen Erwägungen, wobei das erforderliche Abkühlen, Erhitzen und Pumpen in Betracht zu ziehen sind, ferner der Partialdruck des Ammoniaks in dem Produktstrom· Ein Teil des Ammoniakprodukts kann auch rezyklisiert werden, und zwar in Abhängigkeit von den Parametern der Abtrennungsanlage .The product stream exiting the catalyst bed contains the nitrogen and hydrogen reactants and the ammonia product. If necessary, the ammonia can be separated off from the product stream in a conventional manner, whereupon the reactants are returned to the reaction vessel. Such a separation method is to cool the product stream to a temperature between 25 and 100 0 C, such temperatures are usually low enough to completely condense the ammonia product, whereupon the stream is sent through a condensate separator and the gaseous effluent consisting of unreacted nitrogen and hydrogen exists, is fed back to the reaction vessel. The actual condensate temperature in this case depends on economic considerations, taking into account the cooling, heating and pumping required, as well as the partial pressure of the ammonia in the product stream. Part of the ammonia product can also be recycled, depending on the Separation system parameters.
Neben der vorstehend beschriebenen Ausführungsform sind auch noch andere Ausführungsformen möglich. Beispielsweise können der Wasserstoff- und Stickstoffreaktant mit dem Katalysator kontaktiert werden, während sich diese Reaktanten in einem anderen physikalischen Zustand als im Gaszustand befinden. Beispielsweise können wäßrige Lösungen und andere Träger-enthaltende freie Stickstoff- und Wasserstoffmoleküle in KontaktIn addition to the embodiment described above, there are also other embodiments are also possible. For example, can the hydrogen and nitrogen reactants are contacted with the catalyst while these reactants are in one other physical state than in the gas state. For example, aqueous solutions and other carrier-containing free nitrogen and hydrogen molecules in contact
809847/ 1 032809847/1 032
mit dem Katalysator gebracht oder über diesen geführt werden, wobei der Wasserstoff und der Stickstoff zur Gewinnung von Ammoniak reagieren. Alle derartigen Verfahren fallen in den Rahmen der Erfindung.brought with the catalyst or passed over it, the hydrogen and nitrogen reacting to produce ammonia. All such procedures fall within the Scope of the invention.
Es ist natürlich möglich, auf verschiedene Merkmale der beschriebenen spezifischen Ausführungsform zurückzugreifen, beispielsweise auf eine der verschiedenen Massen aus Titandihydrid mit Zwischenmetallverbindungen aus Eisen und Titan, ferner auf verschiedene Kombinationen aus Temperatur und Druck. Es ist ferner möglich, Titandihydrid und/oder die Zwischenmetallverbindung mit bekannten katalytisch aktiven Metallen für diese Reaktion zu kombinieren, beispielsweise mit Ruthenium und Osmium, und zwar entweder in Form von Mischungen oder VielkomponentenlegJerungen (beispielsweise ternären, quaternären oder höheren Legierungen), oder das Titandihydrid mit anderen Zwischenmetallverbindungen zu assoziieren, oder ferner die katalytischen Massen auf einem inerten Trägermaterial oder einem anderen Substrat aufzubringen.It is of course possible to use different features of the described to fall back on specific embodiment, for example on one of the various masses of titanium dihydride with intermediate metal compounds of iron and titanium, also on various combinations of temperature and pressure. It is also possible to use titanium dihydride and / or the intermediate metal compound to combine with known catalytically active metals for this reaction, for example with Ruthenium and osmium, either in the form of mixtures or multi-component alloys (e.g. ternary, quaternary or higher alloys), or to associate the titanium dihydride with other intermetallic compounds, or furthermore, to apply the catalytic masses to an inert support material or another substrate.
Viele andere Änderungen der Verfahrensstufen sind möglich. Derartige Veränderungen fallen in den Rahmen der Erfindung. Beispielsweise kann die Aktivierung des Katalysators, mit einer niedrigeren Geschwindigkeit, in der Weise durchgeführt werden, daß er der Einwirkung von Wasserstoff in dem Beschikkungsstrom selbst ausgesetzt wird, insbesondere dann, wenn der Produktstrom rezyklisiert werden soll, und zwar so lange, bis der gewünschte Produktgehalt erzielt worden ist. Die vorstehende Beschreibung zeigt daher nur eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, so daß auch andere Ausführungsformen in den Rahmen der Erfindung fallen. Many other procedural stage changes are possible. Such changes are within the scope of the invention. For example, the activation of the catalyst, at a slower rate, can be carried out in this way that it is exposed to the action of hydrogen in the feed stream itself, especially when the product stream is to be recycled until the desired product content has been achieved. The above The description therefore shows only one preferred embodiment of the invention, so that other embodiments also fall within the scope of the invention.
809847/1032809847/1032
Claims (11)
die Legierung der Einwirkung von Wasserstoff unter einem
Druck ausgesetzt wird, der wenigstens dem Gleichgewichtsdissoziationsdruck von Eisentitanhydrid bei der vorherrschenden Temperatur der Legierung entspricht.2. The method according to claim 1, characterized in that
the alloy of the action of hydrogen under one
Is exposed to pressure at least equal to the equilibrium dissociation pressure of iron titanium anhydride at the prevailing temperature of the alloy.
Eisen aufweist, das im wesentlichen 1,0 entspricht.3. The method according to claim 1, characterized in that the intermediate metal compound has a molar ratio of titanium to
Has iron, which is substantially equal to 1.0.
Einwirkung von Wasserstoff bei einer erhöhten Temperatur
und bei einem Druck zu unterziehen, um Oxide von den exponierten Oberflächen zu entfernen.4. The method according to claim 1, characterized in that the hydrogenation conditions are the alloy of
Exposure to hydrogen at an elevated temperature
and subject to pressure to remove oxides from exposed surfaces.
mehr als 500 m3 Gas/Stunde/Tonne Katalysator, gemessen unter Standardtemperatur- und -druckbedingungen, kontaktiert wird.7. The method according to claim 1, characterized in that the amount of hydrogen to the amount of nitrogen corresponds to at least a molar ratio of 3: 1, and the synthesis conditions provide that the catalyst with a gaseous mixture of the reactants in an amount of not
more than 500 m 3 of gas / hour / ton of catalyst, measured under standard temperature and pressure conditions, is contacted.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US79909977A | 1977-05-20 | 1977-05-20 | |
US80190877A | 1977-05-31 | 1977-05-31 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2821972A1 true DE2821972A1 (en) | 1978-11-23 |
Family
ID=27122072
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19782821972 Withdrawn DE2821972A1 (en) | 1977-05-20 | 1978-05-19 | PROCESS FOR PRODUCING AMMONIA |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
CA (1) | CA1133680A (en) |
DE (1) | DE2821972A1 (en) |
FR (1) | FR2391158A1 (en) |
IT (1) | IT1105410B (en) |
NL (1) | NL7805528A (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0017659A3 (en) * | 1978-07-27 | 1981-10-28 | Laboratorium für Festkörperphysik der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich | Process for the production of catalysts and reducing agents with increased activity and longevity |
NL8204477A (en) * | 1982-11-18 | 1984-06-18 | Bekaert Sa Nv | CATALYST AND METHOD FOR MANUFACTURING THIS CATALYST AND ITS USE. |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2558221A (en) * | 1949-04-28 | 1951-06-26 | Phillips Petroleum Co | Oxidation of mercaptans |
FR1058797A (en) * | 1951-01-08 | 1954-03-18 | Ruhrchemie Ag | Process for increasing the grain strength of precipitation catalysts, containing iron, for the hydrogenation of carbon monoxide |
BE514566A (en) * | 1951-10-03 | |||
FR2340763A1 (en) * | 1976-02-12 | 1977-09-09 | Hitachi Ltd | PROCESS FOR TREATING AN EXHAUST GAS CONTAINING SULFUR OXIDES |
-
1978
- 1978-05-19 CA CA303,770A patent/CA1133680A/en not_active Expired
- 1978-05-19 DE DE19782821972 patent/DE2821972A1/en not_active Withdrawn
- 1978-05-22 NL NL7805528A patent/NL7805528A/en not_active Application Discontinuation
- 1978-05-22 IT IT7849477A patent/IT1105410B/en active
- 1978-05-22 FR FR7815018A patent/FR2391158A1/en active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
IT7849477A0 (en) | 1978-05-22 |
NL7805528A (en) | 1978-11-22 |
FR2391158A1 (en) | 1978-12-15 |
IT1105410B (en) | 1985-11-04 |
CA1133680A (en) | 1982-10-19 |
FR2391158B1 (en) | 1982-10-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0815097B1 (en) | Method of producing 1,4-butanediol and tetrahydrofuran from furan | |
EP0721928B1 (en) | Method for the preparation of aliphatic alpha, omega-diols | |
DE3045767A1 (en) | METHOD FOR PRODUCING DIMETHYLCARBONATE | |
DE3147839C2 (en) | Magnesium-containing metal granules for storing hydrogen | |
EP0111923B1 (en) | Process for the separation and purification of hydrogen | |
DE2431510C3 (en) | Process for the production of cycloolefins | |
DE19518023A1 (en) | Process for producing d, l-menthol from d-menthol | |
DE2821972A1 (en) | PROCESS FOR PRODUCING AMMONIA | |
DE3437152C2 (en) | ||
EP0239628A1 (en) | Powder-type hydrogen storage material and production thereof | |
DE3613532A1 (en) | INTERMETALLIC CONNECTIONS, THEIR HYDRIDS AND METHOD FOR THEIR PRODUCTION | |
DE3027233A1 (en) | METHOD FOR OBTAINING CATALYSTS USED IN A HOMOGENEOUS REACTION SYSTEM | |
DE2429085C3 (en) | Process for the preparation of a catalyst for the liquid phase hydrogenation of maleic anhydride to γ-butyrolactone | |
DE2019072C3 (en) | Process for the production of anise alcohol | |
DE3411011C2 (en) | Process for producing a titanium-containing hydrogen storage alloy | |
DE19702039A1 (en) | Process for the preparation of succinic anhydride | |
DE2806232A1 (en) | METHANE PRODUCTION METHOD | |
DE3003993C2 (en) | Process for the joint production of cyclopentene and camphor | |
DE2728574A1 (en) | PROCESS FOR THE PRODUCTION OF DIACETOXYBUTEN | |
DE2733928A1 (en) | PROCESS FOR MANUFACTURING A BIZYCLIC ALCOHOL | |
DE1240834B (en) | Process for the production of nitrogen tetroxide | |
DE2057797A1 (en) | Catalyst for hydrogenation and hydrodealkylation of aromatic hydrocarbons | |
DE1767339C3 (en) | Hydrocarbon reforming catalyst and process for its production | |
EP0799817A1 (en) | Process for the preparation of a mixture of amino-methyl-cyclohexane and diamino-methyl-cyclohexane | |
EP2102102B1 (en) | Method for removing no and n<sb>2</sb>o from gas mixtures |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OGA | New person/name/address of the applicant | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: UNIVERSITY OF SOUTH CAROLINA, COLUMBIA, S.C., US |
|
8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: DEUFEL, P., DIPL.-CHEM.DIPL.-WIRTSCH.-ING.DR.RER.N |
|
8141 | Disposal/no request for examination |