NO152403B - Fremgangsmaate til fremstilling av en katalysator for dekomponering av hydrazin. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for fremstilling av en katalysator for dekomponering av hydrazin.

Hydrazin og lavere alkyl-substituerte hydraziner

er nyttige som. enkeltfasede drivstoffer for raketter og andre drivinnretninger. De dekomponerer med frigjøring av varme og energi og kan anvendes for utvikling av gass for drift av tur-biner, samt for operasjon av reguleringsdyser for raketter, romskip og lignende. Katalysatorene som er foreslått for anvendelse til å fremme disse dekomponeringer, har alvorlige ulemper. Platinagruppemetall-katalysatorer er f.eks. foreslått i U.S. patenter 3.081.595 og 3.086.9^5- Slik som de hittil har vær fremstilt, tilfredsstiller disse katalysatorer ikke alle krav for vellykket anvendelse i drivtrykkinnretninger og gassgeneratorer. Disse krav inkluderer evne til å initiere hydrazindekomponeringen ved relativt lave temperaturer, f.eks. katalysatortemperaturer så lave som - 18°C med flytende hydrazin ved en temperatur så lav som 1,7°C. Katalysatoren må også være i stand til å tåle minst 10 avfyringer hver på 1 minutt fra kaldstart med en forsinkelse på mindre enn 100 millisekunder, og uten noe særlig overtrykk ved start. Katalysatoren bør videre være bestandig overfor temperaturer av størrelsesorden 1093°C som ofte forekommer ved hydrazindekomponering. Den må være av tilstrekkelig fysikalsk styrke til å kunne motstå den behandling som forekommer innen rakettanvendelser, og bør være opererbar etter omkring et år i rommet'. Dette er vesentlige krav som ikke alle tilfredsstilles av hydrazindekomponeringskatalysatorer som fremstilles ved konvensjonelle, tidligere kjente metoder.

Et viktig formål med foreliggende oppfinnelse er

å tilveiebringe en katalysator som tilfredsstiller de ovenfor omtalte krav ved dekomponering av hydrazin og substituerte hydraziner, i det følgende samlet betegnet som "hydraziner".

Siden hydrazin er et relativt stabilt kjemisk stoff som kan lagres i ikke-luftede tanker i lengre tidsrom, er det nødvendig med en meget aktiv katalysator for spontan antennelse ved høye strømningshastigheter slik det benyttes i rakettmotorer. Videre, siden den temperatur som nåes ved hydrazindekomponering er høy i forhold til den i normale katalyttiske prosesser, må katalysatoren ha en eksepsjonell stabilitet, dersom den skal kunne gjennomgå mange startsekvenser. Den ifølge oppfinnelsen fremstilte katalysator tilfredsstiller disse krav og har en lang, effektiv levetid som spontane katalysatorer for dekomponering av hydraziner, idet betegnelsen "spontan katalysator" betyr en katalysator som vil initiere og opprettholde dekomponering av hydraziner når disse innsprøytes i katalysatoren ved høye hastig-heter slik det anvendes i rakettmotorer og gassutviklingskammere. Andre fordeler med de fremstilte katalysatorer vil fremgå fra det nedenstående, hvor noen av de egnede katalysatorer er illu-strert i representative eksempler.

Man har funnet at en spesiell type iridiummetall-katalysator avsatt på en spesiell måte og i en kritisk høy konsentrasjon på en spesiell bærer, har en enestående kombinasjon av egenskaper som gjør at katalysatoren tilfredsstiller de ovenfor omtalte krav med hensyn til høy aktivitet og god stabilitet, hvilket er nødvendig for forbedret • katalysator-dekomponering av hydraziner. De fremstilte katalysatorer har som vesentlig komponent en bærer med et spesifikt overflateareal,

S i kvadratmeter pr. gram, gitt ved ligningen:

s

hvor Cp er den spesifikke varmekapasitet for bæreren ved ca. 25°C i kalorier pr. gram pr. grad Celcius, og V er porevolumet i kub ikkeent imeter pr. gram. Vp bør ikke være under 0,1.

Med en bærer av denne type vil man ikke bare ha tilstrekkelig porevolum for anvendelse av den nødvendige mengde katalysatormetall som er vesentlig i de fremstilte katalysatorer uten å begrense porer, hvilket virker forstyrrende for kontakten mellom hydraziner og det katalyttiske metall, men man vil også ha en ønskelig midlere temperaturstigning på minst 20°C fra varmen som oppstår ved fukting av det porøse katalysatorvolum når porene fylles med flytende hydrazin i startøyeblikket. Med de fremstilte katalysatorer med bærere av denne type, oppnåes spontan dekomponering av hydraziner selv under ugunstige startforhold.

Iridium har meget store fordeler som katalysatormetall i katalysatorene, ikke bare når det anvendes som det eneste katalyttiske metall, men også ved dets spesielt effektive kombinasjoner med rutenium. I disse kombinasjoner er det ønskelig å anvende 30-80 atom-$ iridium i blanding med rutenium. For at katalysatoren skal ha den ønskede høye aktivitet for spontan dekomponering av hydraziner, er det vesentlig at iridium eller en blanding av iridium og rutenium er til stede -i en mengde på mellom 20% og ^ 0% av vekten av den sluttlige katalysator. Dette metall må være godt dispergert på bærerens overflate, hvis katalysatoren skal ha den stabilitet som muliggjør at den med hell kan anvendes i flere etter hverandre følgende starter. Metallet eller metallene må være avsatt som adskilte partikler i tilstrekkelig avstand fra hverandre slik at de ikke sintres eller sammensmelter ved de høye temperaturer som oppnåes ved dekomponering av hydraziner.

Helst er katalysatormetallet jevnt dispergert over bærerens overflate i partikler med en diameter på fra 10 til 100 Å og hvilke har en avstand fra hverandre på fra gjennomsnittelig 20 A til 200 Å. Helst foreligger det katalyttiske metall i partikler med en diameter på ca. 20 Å, med en avstand fra hverandre på ca. 50 Å. De avstander det her er tale om gjelder midlere ideelle avstander målt langs overflater, og ikke direkte avstander som skjærer gjennom porevegger.

Den nødvendige fordeling av katalyttisk metall

kan ikke oppnåes ved konvensjonelle katalysatorfremstillings-metoder. Det er nødvendig å benytte spesielle metoder som unn-går den mer eller mindre ensartede, kontinuerlige belegging av katalysatorbærere med met-all som man ville få dersom tidligere kjente metoder for fremstilling av hydrazin-dekomponerings-

katalysatorer ble benyttet. Det er nødvendig å difundere den nødvendige mengde av det aktuelle metall eller blanding av metaller dypt inn i porene på den valgte bærer, og deretter å bygge ,utover fra bærerens indre en tyngre og tyngre konsentrasjon av metallet eller metallene inntil konsentrasjonen er temmelig stor i den utvendige del av bæreren, spesielt i den perifere hud-del, .av en tykkelse på ca. 0,5 mm, på bærerpartiklene. Bæreren som fortrinnsvis er i form av kuler eller sylindriske pellets, skjønt andre former også kan anvendes, bør ikke være altfor høyt belastet med metall i nevnte "hud"-del slik at det kan ha en uhensiktsmessig innvirkning på inntrengingen av hydra-zinene som skal dekomponeres. Det synes å være sannsynlig at mesteparten av hydrazin-dekomponeringen finner sted i "huden"

på pelleten, i en tykkelse på omkring 0,1 - 0,5 mm. Det inn-trengte metall (eller metaller) tjener antagelig to formål: (1) Det hjelper varmeoverføringen i pelleten, og reduserer dermed det plutselige varmesjokk på den isolerende bærer, og (2) fortsetter å katalysere reaksjonen etter at mindre mengder av den mer tungt metallbelastede ytre overflate gradvis nedbrytes ved suksessive avfyringer.

En spesielt fordelaktig metode for fremstilling

av katalysatorene anvender gjentatte impregneringer av bæreren med fortynnede oppløsninger av et salt av iridium med eller uten et ruteniumsalt. Ved hver impregnering absorberes de metallbærende ioner på bæreroverflaten. Dersom en konsentrert oppløsning anvendes, får man en opphoping av metallioner i høye konsentrasjoner og de resulterende metallpartikler som dannes etter dekomponering og reduksjon er for store eller ligger for nær hverandre. Hvis impregneringen med den fortynnede oppløsn-ing etterfølges kun av tørking, etterlates kimkrystaller hvilke bevirker at den neste avsetning forekommer ved de samme steder slik at man får de samme vanskeligheter som ved bruk av oppløsn-inger med for høy konsentrasjon. Det er derfor nødvendig å benytte en behandling som forandrer metallionene før den neste impregnering med den fortynnede oppløsning. Behandlingen må også kunne hindre gjenoppløsning av salt avsatt under den følgende impregnering og kunne fremme avsetning ved punkter på bæreroverflaten som ikke tidligere har blitt dekket. I denne flertrinns impregneringsbehandling er det for oppnåelse av de beste endelige

katalysatoregenskaper, nyttig å avgasse bærerpelletene ved evakuering i løpet av en av de tidligere impregneringstrinnene og dermed oppnå bedre inntrengning av saltoppløsningen.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det tilveie-bragt en fremgangsmåte for fremstilling av en katalysator, inneholdende 20-40 vekt-% iridium eller iridium og rutenium som er effektiv for spontan dekomponering av hydrazin og for minst 10 avfyringer, hver på 1 minutt fra kaldstart med mindre enn 50 millisekunders forsinkelse og intet vesentlig overtrykk ved starten, hvorved det i porer i en bærer, fortrinnsvis av aluminiumoksyd, med et porevolum på minst 0,1 cm^/g og et spesifikt overflateareal målt i m o/g, tilsvarende 195 0,013+0,736 V ), hvor C per den spesifikke varmekapasitet 1 kalorier pr. gram for bæreren ved 25 oC og V er porevolumet i 3 P

for bæreren 1 cnr/g, innføres en oppløsning av et salt fra gruppen bestående av iridiumsalter og blandinger av salter av iridium og rutenium, hvilken oppløsning har en pH-verdi fra 0,5 til 4, eller en ammoniakalsk oppløsning av et iridiumsalt, hvilken oppløsning har en alkalisk pH-verdi, idet nevnte salt kan gjennomgå dekomponering ved en temperatur under 450°C, og idet oppløsningen inneholder metallet i en mengde på mellom 0,02 og 0,6 g-atomer pr. liter; den oppløsningsholdige bærer tørkes for avsetting av metallsaltet i dens porer, -porene i bæreren reimpregneres med saltoppløsningen, og bæreren tørkes på nytt, og katalysatoren behandles med hydrogen ved forhøyet temperatur, og denne fremgangsmåte er kjennetegnet ved at impregneringen med den påfølgende tørking hver gang etter-følges av dekomponering av det avsatte salt, idet denne behandling foretas minst 7 ganger, hvoretter den således erholdte katalysator oppvarmes i en strøm av hydrogengass ved en temperatur mellom 250 og 600°C for å omdanne dekomponeringsproduktene av det avsatte salt til katalytisk aktivt metall; eller impregnering med påfølgende tørking og dekomponering ut-føres 6 ganger, hvoretter det behandles med hydrogen, og hele prosessen gjentas.

I DE uti. skrift nr. 23A1363 beskrives fremstilling av en katalysator for dekomponering av hydrazinforbindelser hvorved behandling med hydrogen foretas etter hver eller hver annen impregnering av katalysatoren med en iridium-saltoppløsning. Ved foreliggende fremgangsmåte er det derimot bare nødvendig med behandling av hydrogen etter siste im-pregneringssekvens. Egenskapene til katalysatoren som oppnås ved foreliggende fremgangsmåte, er mer fordelaktige enn de ifølge katalysatoren i det tyske skriftet. I det etterfølgende eksempel II vises en katalysatortapshastighet eller abrasjon på ' 0, 8% pr. minutt. I det tyske skrift, eksempel 4, angis det en abrasjon på 3% og 3, 5% i et tidsrom på 80 sek. (dvs. 2,25

og 2, 6% pr. minutt). Abrasjonshastigheten for katalysatoren i DE uti. skrift 2341363 er således mye større enn den for katalysatoren som fremstilles i foreliggende oppfinnelse, dvs. at slitasjebestandigheten til sistnevnte katalysator er langt bedre enn den i det tyske skrift.

I denne flertrinns impregneringsmetode for impregneringene anvendes det en oppløsning av et metallsalt som kan dekomponeres ved oppvarming ved en temperatur under 450°C, og på denne måten termisk å dekomponere det avsatte salt etter hver impregnering. Blant de egnede salter av iridium og rutenium som kan anvendes på denne måten er f.eks.: I^IrClg, HjIrClg, HIrCl2(OH)2, IrCl^H^O, (NH^IrClg, (NH^)2IrCl5(H20), [Ir(NH3)4Cl2]Cl, [Ir(NH3)5(H20)]Cl3, RuCl^ HjRuClg, (NH^ RuClg og [Ru(NH3) i|Cl2JCl. Spesielt fordelaktige resultater er oppnådd med kloridene. Særlig nyttig for fremstilling av de foretrukne iridiumkatalysatorene er heksakloriridat (H2IrClg), sterkt sure oppløsninger av iridiumtriklorid slik som IrClj" 3HC1 eller HjIrClg, og iridiumtrikloridhydrat. Blandinger av ruteniumtriklorid med en av disse iridiumsalt-oppløsninger ut-gjør spesielt fordelaktige impregneringsmidler for bruk ved fremstilling av katalysatorer som har disse to metaller på bæreren.

Oppløsninger av det valgte metallsalt eller -salter i vann alene, eller i vandige eller vannfrie alkoholer slik' som f.eks. de vannblandbare alkoholene metanol, etanol, isopropylalkohol, tertiærbutylalkohol osv., er egnet for flertrinns impregneringene. Det anvendes som nevnt oppløsninger som inneholder salter i en mengde som gir fra 0,02 til 0,6 g atom av det nødvendige metall eller metallblanding pr. liter.

Man har funnet at iridiumholdige katalysatorer med en mer total tilfredsstillende yteevne ved dekomponering av hydraziner, resulterer dersom den alkoholiske eller vandige oppløsning eldes før den anvendes for impregnering av bæreren. Oppløsningene er ikke bare mer homogene og derfor mer egnet for ensartet fordeling av katalysatormetallet på bæreren, men metallionene blir også ofte mindre sterkt absorbert fra de eldede oppløsninger og er således i stand til å trenge inn i bærerpelletene mer gradvis og å avsettes mer ensartet på det indre overflateareal i pelletene. Dette illustreres ved forsøk utført ved absorbsjon av vandige IrCl^-oppløsninger inneholdende ca. 0,02 gram iridium pr. milliliter og 0,15 M med hensyn til til-satt HC1, på en aluminiumoksydbærer.■ Ved henstand natten over ble en homogen oppløsning oppnådd. Partikler av aluminiumoksyd-bæreren, med et overflateareal på 156 m /gr, et porevolum på 0,343 ml/gram, en spesifikk varmekapasitet ved 20°C på 0,18 cal/gr/°C og et størrelsesområde på 100 - 200 mesh, ble pakket i 1 mm ID kolonne for dannelse av et skikt med en dybde på 20 - 22,5 cm over hvilket iridiumkloridoppløsningen ble helt. Etter passasje av den eldede oppløsning, var alumihiumoksydkolonnen lys blekgrønn i en dybde på 2,7 cm, blå til lys grønn i de • neste 7 cm, og deretter lys gul i de neste 0,64 cm. Dette viser en temmelig svak absorbsjon og bekrefter den observasjon at hurtig inntrenging i pelletene oppnåes med denne type saltopp-løsning. Mer konsentrert syre forårsaket ytterligere utspredning (eller "tailing") av fargebåndene, og mer fortynnet syre ga mindre utspredning. Katalyttisk ble de beste resultatene med IrCl-j alene oppnådd med den fortynnede syreoppløsning. Absorbsjon av H2IrClg fra isopropylalkoholoppløsning på den samme bæreren viste lignende resultater. Med en frisk oppløsning fikk man meget sterk absorbsjon, idet iridiumet i det vesentlige ble opptatt øverst i kolonnen hvor man fikk en mørk farge i et bånd på 1,25 cm. Med eldede oppløsninger forekom bare et spor av mørkfarging ved begynnelsen av kolonnen, og man fikk et stort lysegrønt bånd. De eldede, mindre sterkt absorberte ionene var således i stand til å trenge dypere inn i aluminiumoksydet.

Ved katalysatorfremstilling bevirker dette at metallet blir mer ensartet avsatt i porenes indre.

Mekanismen hvorved de fordelaktige katalysatorer fremstilles ved bruk av eldede oppløsninger, er ikke helt brakt på det rene. I tilfellet for de alkoholiske oppløsninger kan det være at man får en reduksjon av katalysator-metallioner til

3+

ioner slik som Ir , eller at det forekommer en langsom dannelse av et komplekst ion. Hva enn forklaringen på forbedringen er, er det vanligvis ønskelig at de oppløsninger som anvendes for impregneringen eldes i minst ca. 24 timer før påføringen på den valgte katalysatorbærer. Friske oppløsninger kan sterkt avsettes i et tykt belegg på pelletenes periferioverflate, og dermed kan det hende at man ikke får den ønskede dype inntrengning ved suksessive impregneringer.

Som omtalt tidligere har impregneringsoppløsningens pH-verdi innvirking på avsettingen av katalysatormetall eller -metaller på bærerens overflate. Med iridiumsalter slik som f.eks. iridiumtrikloridhydrat, heksakloriridat og iridiumtetra-klorid, er det ønskelig med en sur pH-verdi i området fra 0,5 til 4, idet en pH-verdi på fra 2 til 3 i opp-løsningen er mer fordelaktig. Man får en viss økning i pH-verdi i de resterende vandige heksakloriridatoppløsninger etter den første suksessive impregnering av aluminiumoksydpelletene. Således blir hydrogenioner samt de iridiumholdige ionetyper absorbert eller omsatt med aluminiumoksydet. Likevektstilstanden forflyttes sannsynligvis mot polymere iridiumbestanddeler på grunn av minkingen i hydrogenionekonsentras j on.-. En gradvis for-tykning av oppløsningene er blitt observert etter flere impregneringer. Dette fremhever igjen viktigheten av dyp impregnering i pelletene tidlig i sekvensen av suksessive impregninger.

Alkaliske oppløsninger kan imidlertid anvendes når amin-komplekser av metallene benyttes. Det er således fordelaktig å anvende oppløsninger av iridiumklorpentamin for fler-trinnsimpregnering av bæreren, og i dette tilfellet er ammoniak-kalske oppløsninger med en pH-verdi i området fra 8 til 10 egnet.

Ved en gunstig metode for utførelse av flertrinns-impregneringer, blir den valgte katalysator nedsenket i oppløs-ningen av katalysator:-metallsaltet i et tidsrom av størrelses-orden fra 10 til 60 minutter inntil tilstrekkelig inntrenging i bærerens porer er oppnådd. Overskuddoppløsning blir deretter avdrenert i 1-20 minutter, og bæreren tørkes i en strøm av varm luft, fortrinnsvis ved 120 - 150°C. De delvis tørkede bærerpartiklene blir deretter oppvarmet gradvis til 250 - 450°C for å fullføre tørkingen og bevirke delvis dekomponering av katalysator-metallsaltet. Vanligvis er fra 10 til 60 minutter tilstrekkelig for å fullende denne operasjon, hvoretter bæreren avkjøles og den samme behandlingsserie gjentas inntil den nødvendige mengde av katalysatorsalt er avsatt for tilveiebringelse av den nødvendige andel katalysatormetall ved etterfølgende reduksjon som tidligere omtalt. Vanligvis vil det være nødvendig med minst 7 separate impregneringer og man vil vanligvis finne at det er mer økonomisk å operere med en enkelt sats av impregneringsoppløsning som anvendes flere ganger inntil den er fullstendig opptatt av bæreren. Man kan imidlertid også kontinuerlig eller med mellomrom tilsette frisk katalysator-metallsaltoppløsning til oppløsningen som påføres på bæreren, eller benytte en annen behandling som gir den ønskede avsetting av katalysatormetall som beskrevet tidligere.

For sluttlig reduksjon av de avsatte dekomponerings-produkter av start-metallsaltet eller -saltene, kan man på gunstig måte benytte hydrogengass ved 250 - 600°C. Det fore-trekkes å begynne reduksjonen med hydrogen fobtynnet med nitrogen ved ca. 300°C og øke temperaturen og hydrogenkonsentrasjonen i gassene inntil reduksjonen er fullstendig ved oppvarming ved ca. 550°C i ca. 30 minutter med ufortynnet hydrogen.

Følgende eksempler illustrerer fremstilling av katalysatorer og viser noen av deres fordeler.

Eksemp_el_I

Fremstilling av en katalysator av iridium på aluminiumoksyd ved flertrinns impregnering av bæreren med en ammoniakkalsk oppløsning av IrCl^, ble utført som følger:

Ammoniakkalsk oppløsning inneholdende 9, 2 g Ir/

100 ml ble fremstilt ved oppløsning av 25,0 g:iridiumtriklorid inneholdende 5^,6% Ir i 85 ml H20 ved oppvarming til 50°C, av-kjøling og tilsetting av 60 ml 3 N NH^OH. Aluminiumoksydbæreren hadde et overflateareal på 156 m 2 /g, et porevolum på 0,34 cm-^V >g, og var i form av sylindriske pellets med diameter på 0,32 cm. Knusestyrken for de enkelte pellets, målt mellom flate plater,

var av et gjennomsnitt på 7,65 kg. 55 g bærer ble bløt lagt i 10 minutter i den ovenfor angitte oppløsning, drenert i 5 minutter, fortørket i 2 - 5 minutter i en varmluftstrøm og deretter tørket i 15 minutter i et enkelt lag i en 6" petriskål på en varm plate med høy innstilling. I tillegg til dette ble varmluftstrømmen fra en 20-amp varme-"pistol" rettet mot katalysatoren fra en avstand på 25 cm. Katalysatoren nådde en temperatur på ca. 380°C, og syre- og ammoniumklorid-damper ble utviklet. Materialet ble avkjølt og veiet.

Den ovenfor beskrevne metode ble utført 6 ganger for å forbruke all oppløsningen. Pelletene ble deretter oppvarmet i tørr nitrogen til 300°C og redusert med en blanding av N2_H2 (~1:10) som ble ført over katalysatoren ved 300°C i en halv time, og i løpet av denne perioden ble mye HC1 avgitt. Pelletene ble avkjølt i N? og fikk deretter oksydere i luft. Pelletene ble deretter vasket med 300 cm posjoner vann. En liten mengde aluminiumklorid (antagelig oksydklorid) ble fjernet, men intet ammoniumklorid ble påvist. Det kan hende vasketrinnet er unødvendig; det ble utført i dette tilfellet for å fjerne eventuelt udekomponert ammoniumklorid (intet ble.påvist). Pelletene ble tørket på den varme platen.

Pelletene ble deretter behandlet i en annen behandr lingsserie med en frisk fremstilt ammoniakkalsk iridiumtriklorid-oppløsning som allerede beskrevet. Denne serie besto også av 6 behandlinger for å absorbere all oppløsning. Reduksjonen og vaskingen ble utført som beskrevet ovenfor, og deretter ble den sluttlige oppnådde katalysator igjen oppvarmet til 300°C

i N2 fulgt av en halv time i N2/10H2 ved 300°C og til slutt i en halv time i H2 ved 550°C.

Denne katalysator hadde et iridiuminnhold på 32 vekt-/?. I forsøk med hydrazindekomponering i en reaktor med et drivtrykk på 4 kg og med en sylinder med indre diameter på

2,64 cm og lengde på 8,9 cm, ved en matningstemperatur på 3 - 5°C\:og en matningshastighet på 13,6 g hydrazin pr • sekund, ble temmelig god avfyring observert. Antennelsesforsinkelsen ved 10 starter med reaktoren ved 2 - 4°C, var innledningsvis mindre enn 25 millisekunder, økende til 90 millisekunder ved slutten av forsøksseriene. Stabile trykk på 12,95 - 13,44 kg/cm p mano-

metertrykk, ble registrert og det var intet overtrykk ved starten. Ammoniakk-dekomponeringen var 57 - 62%, og katalysatortapet som fint materiale var omkring 1% pr. minutt avfyring.

Eksemgel_II

Nødvendigheten av å bruke mer enn 7 impregneringer ved fremstilling av katalysatorene er vist i de nedenstående resultater oppnådd med katalysatorer omfattende iridium på aluminiumoksyd fremstilt ved hjelp av følgende metode.

Katalysatorer ble fremstilt ved å bløtlegge alum-iniumoksydpellets av den type som er beskrevet i eksempel I,

i separate vandige sure oppløsninger av H^IrClg i en time. Pelletene ble drenert, tørket med en varmluftstrøm og deretter dekomponert i luft ved 380°C i omtrent 1 time. Den ovenfor beskrevne metode ble gjentatt 5 ganger for katalysator A under anvendelse av en oppløsning med en iridiumkonsentrasjon på 22 g Ir pr. 100 ml, og 20 ganger for katalysator B der konsentrasjonen av impregnerings.oppløsningen var 6 g Ir pr. 100 ml. Etter den sluttlige impregnering og dekomponering, ble hver katalysator redusert i en strøm av hydrogen ved 500 - 550°C. De oppnådde resultater er vist i nedenstående tabell hvor det refererte hydrazin-dekomponeringsforsøk ble utført i en reaktor med et drivtrykk på 4 kg, som beskrevet i eksempel I.

Den store forskjell i hydrogen-kjemisorpsjon som observeres, viser den store forskjell i oppdelingstilstanden hos det avsatte metall. Jo mindre størrelsen av de avsatte metallpartikler er, jo større vil arealet som er tilgjengelig for hydrogen-kjemisorpsjon og for katalyttisk aktivitet ved dekomponering av hydraziner være. Katalysatoren som var fremstilt ved 6 impregneringer hadde et iridium-overflateareal som bare var omkring 1/4 av det til katalysatoren som var fremstilt ved 21 impregneringer selv om det totale iridiuminnhold var omtrent det samme. Den midlere metall-partikkeldiameter var omkring 17 Å i katalysatoren fremstilt ved 21 impregneringer, hvilket resulterte i en meget overlegen hydrazin-dekomponering.

<E>ksemp<_>el_III

Nedenstående data viser de utmerkede resultater som ble oppnådd med en katalysator fremstilt fra en vandig heksakloriridatoppløsning eldet natten over før impregnering av den samme aluminiumoksyd-bærer som beskrevet i eksempel I. Aluminiumoksydet var blitt oppvarmet i en ovn ved 700°C i 1 time. Impregneringsoppløsningen inneholdt 0,29 g atom Ir/liter og hadde en konsentrasjon på ca. 0,3 N saltsyre. Et total på 20■suksessive impregneringer og dekomponering ble foretatt, idet impregneringstidene varierte fra 5 til 10 minutter til 16 timer for oppnåelse av den ønskede metallsaltinntrenging i pelletene. Den reduserte katalysator inneholdt 35% iridium-metall.

I en reaktor med et drivtrykk på 4 kg som beskrevet i eksempel I, var antennelsesforsinkelsen i 10 starter med reaktoren ved 2 - 4°C innledningsvis mindre enn 40 millisekunder, økende til 80 millisekunder ved slutten av forsøksrekken. Stabile trykk på 12,95 - 13,23 kg/cm 2 manometertrykk ble registrert, og det var intet overtrykk ved starten. Katalysatortapet som fint materiale var bare 0, 5% pr. minutt avfyring.

Eksempel_IV

Brukbarheten av andre iridiumsaltoppløsninger som impregnéringsmidler ved fremstilling av katalysatorene er vist i nedenstående resultater oppnådd med katalysatorer fremstilt ved den generelle metode som er beskrevet i eksemplene II og

III under anvendelse av den samme aluminiumoksyd-bærer og opp-løsninger med 0,29 g atom Ir/liter. Antallet av suksessiv

impregnering varierte fra 17 til 20 og det avsatte salt ble dekomponert ved oppvarming etter hver impregnering. Disse katalysatorer inneholdt 30 - 35 vekt-% iridium på pellets med diameter 0,32 cm, hvilke ble anvendt i et 45 cm^ skikt for hydrazindekomponering med en hydrazin-matingshastighet på 1356 g pr. sekund. Starttemperaturene var 2 - 4°C for både tilførsel og katalysator, og hver avfyring hadde en varighet på 60 sek-under .

Eksemp_el_V_

Nedenstående resultater ble oppnådd med katalysatorer fremstilt med blandinger av iridium- og ruteniummetall påført aluminiumoksyd-bæreren i eksempel I på samme måte som beskrevet i eksemplene II og III og testet for hydrazin-dekomponering som beskrevet i eksempel I. I alle tilfellene inneholdt katalysatorene 25 - 32% rutenium pluss iridium, og over 10 impregneringer ble benyttet ved fremstillingen av katalysatorene.

(a) Isopropylalkohol

(b) Fremstilt fra aluminiumoksyd med overflateareal 80 m 2/g,

porevolum 0,29 cm^/g,

(c) Vekttap pluss finkornet materiale som passerer en 10-mesh

sikt.

gksemp_el_VI

Det ble fremstilt en hydrazin-dekomponeringskata-lysator spesielt tilpasset bruk i små reguleringsmotorer som bare har det lave dri<y>trykk (ca. 0,45 kg eller mindre) som er nødvendig for stillingsregulering, ekstra stabiliserende drivtrykk og lignende, hvorved periodisk små mengder av hydrazin skal dekomponeres, ved impregnering av 16 - 28 mesh granulater av aluminiumoksyd-bærer fra eksempel I med 31% iridium ifølge den i eksempel I beskrevne metode, under anvendelse av en lignende oppløsning av ammoniakkalsk iridiumtriklorid og under anvendelse av 7 impregneringer, hver gjennomsnittelig på 15 minutter .

Denne katalysatoren ga god avfyring i en liten reaktor hvor 2,3 cm^ katalysator ble benyttet. Ved ca. 3°C

ble det foretatt minst 6 vellykkede 9-sekunders avfyringer under anvendelse av 8 ml hydrazin pr. avfyring, og like gode resultater ble oppnådd ved nye avfyringer etter at katalysatoren hadde vært i reaktoren i 6 uker.

Selv om bruk av aluminiumoksyd-bærere er beskrevet i de ovenstående eksempler på grunn av deres overlegenhet når det gjelder oppnåelse av spesielt aktive og stabile katalysatorer, skal det forstås at oppfinnelsen ikke er begrenset til slike bærere fordi fordelaktige katalysatorer for dekomponering av hydraziner kan fremstilles med andre bærere som har spesifikke overflateareal i overensstemmelse med den tidligere angitte formel og tilstrekkelig porevolum. Disse bærere om-fatter f.eks. zirkoniumoksyd, borkarbid, titannitrid, zirkonium-nitrid, bornitrid, zirkoniumkarbid, karbon, zirkoniumborid, kalsiumzirkonat og lignende meget ildfaste bærere. Blant aluminiumoksyder er de meget stabile former avledet fra geler (slik som gelantinøs boemitt) spesielt fordelaktig.

Oppfinnelsen er heller ikke begrenset til dekomponering av hydrazin, men kan anvendes i forbindelse med dekomponering av substituerte hydraziner slik som monometylhydrazin, usymmetrisk dimetylhydrazin og lignende.

Claims (1)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av en katalysator, inneholdende 20-40 vekt-% iridium eller iridium og rutenium, som er effektiv for spontan dekomponering av hydrazin og minst 10 avfyringer, hver på 1 minutt fra kaldstart med mindre enn 50 millisekunders forsinkelse og intet vesentlig overtrykk

   ved starten, hvorved det i porer i en bærer, fortrinnsvis av aluminiumoksyd, med et porevolum på minst 0,1 cm"Vg og et spesifikt overflateareal målt i m 2/g, tilsvarende 195 (C +0,013+0,736 V ), hvor C er den spesifikke varme- P PP Q kapasitet i kalorier pr. gram for bæreren ved 25 C og V er porevolumet for bæreren i cm"Vg, innføres en oppløsning av et salt fra gruppen bestående av iridiumsalter og blandinger av salter av iridium og rutenium, hvilken oppløsning har en pH-verdi fra 0,5 til 4, eller en ammoniakalsk opp-løsning av et iridiumsalt, hvilken oppløsning har en alkalisk pH-verdi, idet nevnte salt kan gjennomgå dekomponering ved en temperatur under 450°C, og idet oppløsningen inneholder metallet i en mengde på mellom 0,02 og 0,6 g-atomer pr. liter; den oppløsningsholdige bærer tørkes for avsetting av metallsaltet i dens porer, porene i bæreren reimpregneres med saltoppløsningen og bæreren tørkes på nytt, og katalysatoren behandles med hydrogen ved forhøyet temperatur, karakterisert ved at impregneringen med den påfølgende tørking hver gang etterfølges av dekomponering av det avsatte salt, idet denne behandling foretas minst 7 ganger, hvoretter den således erholdte katalysator oppvarmes i en strøm av hydrogengass ved en temperatur mellom 250 og 600°C for å omdanne dekomponeringsproduktene av det avsatte salt til katalytisk aktivt metall; eller impregnering med påfølgende tørking og dekomponering utføres 6 ganger, hvoretter det behandles med hydrogen, og hele prosessen gjentas.