NO157693B - Katalysatorenhet omfattende en pakke av vevde metalltrŸdduker og fremgangsmŸte til fremstilling av salpetersyre under anvendelse av katalysatorenheten. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår katalysatorenheter som omfatter

en pakke av minst fire katalytiske, vevde metalltrådduker, særlig slike enheter til bruk ved katalytisk oksidasjon av gasser.

En velkjent form for katalysatorenhet omfatter en tett-pakket rekke av etter hverandre anordnede "pakker" eller "puter" av trådduker vevet fra tråd av edelmetall, f.eks. en platina/ rhodium-legering. En slik enhet anvendes til den katalytiske oksidasjon av ammoniakkgass til nitrogenoksid og vann ved fremstillingen av salpetersyre hvor ammoniakkgass oksideres i enheten i henhold til ligningen: 4 NH3+. 502 > 4N.0 + 6H20 (AH = 894 kJ)

Det resulterende nitrogenoksid blir videre oksidert til nitro-gendioksid som deretter absorberes i vann eller et vandig medium for dannelse av salpetersyre.

Ved fremstillingen av salpetersyre blir ammoniakkgass og luft i alminnelighet ført nedover gjennom tråddukene i katalysatorenheten ved høy hastighet og under trykk. Gassene kommer generelt inn i pakken ved temperaturer på inntil ca. 250°C;og fordi oksidasjonen av ammoniakk er en meget eksoterm reaksjon, kan reaksjonsproduktene og eventuelle ureagerte gasser forlate pakken ved en temperatur i området 850°C éller høyere.

Produsenter av salpetersyre ønsker å drive et anlegg kontinuerlig under betingelser som gir det høyeste utbytte av nitrogenoksid, men dette betyr ikke nødvendigvis at anlegget drives under de mest økonomiske betingelser. I mange til-feller kan de mest økonomiske driftsbetingelser tilsi at anlegget drives på mindre enn det maksimale utbytte. Drift på under det maksimale utbytte kan være utilfredsstillende for produsenten, som også må ta i betraktning avkastning på kapi-talen for anlegget.

For produsenten er det helt nødvendig at ammoniakkok-sidasjonsprosessen oppfyller de følgende kriterier:

(i) maksimal omsetting, som oppnås med

(ii) minst mulig innhold av edelmetall og derfor også

minst mulig tap av metall fra katalysatoren.

Man har forsøkt å redusere mengden av platinametall

som anvendes i katalysatorenhetene/ ved å redusere diameteren av tråden hvorfra trådpakkene fremstilles. Dette har ikke vært vellykket fordi varigheten av slike trådduker er funnet å være mindre god. Det er nå funnet at den dårlige varigheten skyldes at størstedelen av oksidasjonsreaksjonen finner sted på visse trådpakker som er anordnet nær forenden av enheten (i forhold til den retning hvormed gassene passerer gjennom enheten). Den ledsagende figur er en grafisk fremstilling av vekttapet som funksjon av tråddukens posisjon og viser en typisk vekttap-profil gjennom en katalysatorenhet med type -40 trådduk (40-gauze) meden belastning på 100 metriske tonn ammoniakk pr. m<2>trådduk pr. dag. Katalysatorenheter ifølge oppfinnelsen er konstruert på basis av vekttap-kurver av den type som er vist på figuren.

Hensikten med oppfinnelsen er å tillate oppnåelse av

den samme omsetningsvirkningsgrad som tidligere, men med bruk av mindre edelmetall, eller alternativt en

større omsetningsvirkningsgrad med den samme eller tilnærmet samme mengde edelmetall. Det er videre en hensikt med oppfinnelsen å opprettholde katalysatorenhetens aktivitet i lengre perioder enn tidligere og også å redusere virkningene av for-urensning av katalysatoren, samtidig som der anvendes mindre metall enn en slik økning ville kreve i et vanlig anlegg.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse er katalysatorenhetenkarakterisert vedat pakken av vevde metalltrådduker er delt opp i en rekke trinn som hvert omfatter minst én katalytisk trådduk, idet i det minste noen av trådene i et hvilket som helst trinn har et tverrsnitt som er mindre enn tverrsnittet av alle trådene i det umiddelbart foregående trinn, at tverrsnittet av den tråd som har størst tverrsnitt i et hvilket som helst trinn, er mindre eller lik tverrsnittet av den tråd som har størst tverrsnitt i trådduken(e) i det eller de foregående trinn, regnet i forhold til retningen av reaktantenes passasje gjennom enheten, slik at den eller de trådduker som inneholder tråder med størst tverrsnitt, er anordnet på et sted hvor reaktantene kommer inn i pakken, og at den tråd som hver katalytisk trådduk er vevd fra, består av et platina metall, en legering av platinametaller eller en legering av minst ett platinametall med minst ett ikke-platinametall.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av kravene 2-12.

En utførelsesform for oppfinnelsen skal nå beskrives. Mens et nærmere angitt antall trådduker foran i en forøvrig kjent pakke forblir uforandret, er de etterfølgende trådduker erstattet med et antall trådduker fremtilt fra en tråd med mindre diameter. De trådduker som erstatter de andre, kan enten alle være fremstilt fra tråd av den samme reduserte diameter, eller grupper av disse kan være fremstilt fra tråd av samme diameter, men tråden for hver gruppe er gradvis av mindre diameter enn gruppen før. I en alternativ utførelses-form er alle erstatningsdukene fremstilt av tråd med en diameter som er mindre enn tråden i dukene før dem.

Levetiden av en trådpakke er også begrenset av foru-rensning av de første dukene. I henhold til den foreliggende oppfinnelse kan dette problem overvinnes uten at beholdningen av platinametall økes, ved at det samlede antall trådduker økes, hvilket innebærer utskiftning av de eksisterende duker med tykk tråd med et større antall duker med tynn tråd. Dette øker pakkens levetid uten noen reduksjon av virkningsgraden,

men med bruk av mindre katalytisk materiale enn hva ellers ville være tilfelle.

Det er ikke gjennomførbart å foreta en generell reduksjon av tråddiameteren i alle tråddukene, da der under den katalytiske prosess finner sted et metalltap fra dukene og å frem-stille dem av altfor tynn tråd ville føre til mindre levetid og følgelig hyppigere stans av anlegget.

Katalysatortrådduker som det er vanlig å anvende i ammoniakkoksidasjonsanlegg, har generelt en diameter på 76 pm. Iblant anvendes en tynnere 60 pn-tråd, men dette er vanligvis i oksidasjonsanlegg med atmosfærisk trykk hvor i alle fall antallet trådduker som anvendes er forholdsvis lite, dvs. ca. 4.

Den tykkere tråd på 76 pm anvendes for trådduker i oksi-das jonsanlegg med høyt og mellomliggende trykk, og et annet trekk ved slike anlegg er at der anvendes flere trådduker, ca. 6-10 i mellomtrykksanlegg og inntil 50 i høytrykksanlegg.

25-60% av tråddukene og fortrinnsvis 30-50% er passende fremstilt av tråd av den tykkere type eller av tråd som har større tverrsnitt.

Ved bruk av de trådduker som er fremstilt for anvendelse i den foreliggende oppfinnelse, vil de tykkere trådduker bestå av 76-um tråd og de tynnere trådduker av 60-um tråd.

Der hvor et spesifisert antall trådduker forblir uforandret, vil antallet i et høytrykksanlegg generelt være 20-25.

I et mellomtrykksanlegg vil antallet trådduker som forblir uforandret fortrinnsvis være ca. 3.

I en videre utførelsesform for oppfinnelsen kan trådduker som er fremstilt fra tynnere tråd og anordnet i eller nær bakenden av katalysatoren, også inneholde tråd med den større tykkelse som normalt foreligger i trådduker i eller

nær forenden av pakken. Noen av komponentene av i det minste enten renningen eller innslaget av trådduken kan med andre ord være fremstilt av tynn tråd og noen av tykk tråd. Alternativt kan hele renningen eller hele innslaget være laget av tynn tråd, og hele innslaget resp. hele renningen være laget av tykk tråd.

Oppfinnelsen omfatter også en fremgangsmåte til fremstilling av salpetersyre ved oksidasjon av ammoniakk som foreligger i en gassblanding, idet gassblandingen ved høy temperatur føres gjennom en katalysatorenhet som beskrevet ovenfor og

de resulterende gasser absorberes i vann eller et vandig medium.

Eksempel 1

I et anlegg til industriell fremstilling av salpetersyre blir der oppnådd en virkningsgrad ved omsetningen på ca. 95,5% ved anvendelse av 9 trådduker fremstilt fra 0,076 mm 10% Rh/Pt-tråd med en maskestørrelse på 1024 cm . Den samlede vekt av det anvendte katalytiske materiale var 38,285 kg. Når de siste 7 av disse 9 trådduker ble erstattet med 9 trådduker med samme maskestørrelse som var vevet fra 10% Rh/Pt-tråd med en diameter på 0,060 mm,fforble omsetningsvirkningsgraden og levetiden for pakken uforandret. Den samlede mengde metall som ble anvendt ble imidlertid redusert fra 38,285 til 33,5 kg, en besparelse på 12,5%.

Eksempler 2- 4

Et anlegg som for tiden blir drevet på 15,7 tonn NH-,

pr. m 2 pr. dag har ni trådduker med diameter på 0,076 mm, fremstilt fra en 10% Rh/Pt-legering. Omsetningsvirkningsgraden er vanligvis 95,0%, 38,285 kg edelmetall anvendes.

Tre forsøk ble utført hvor en tredjedel av trådpakkene med stor diameter ble beholdt, dvs. 3 i alt, og forskjellige antall trådduker med tynnere tråd ble substituert.

Eksempel 2

I dette eksempel består pakken av vevde metall-trådduker av 3 duker med diameter på 0,076 mm og 9 duker med diameter på 0,060 mm. Pakken anvendte 37,744 kg edelmetall, dvs; en besparelse på 1,4%, omsetningsvirkningsgraden som ble oppnådd var 95,2%. Videre oppviste pakken litt lengre levetid.

Eksempel 3

I dette eksempel bestod pakken av tre trådduker med diameter på 0,076 mm og 10 trådduker med diameter på 0,060 mm. Pakken anvendte 40,52 kg edelmetall, dvs. en økning på 5,84%. Omsetningsvirkningsgraden øket til 9 5,7% og pakkens levetid ble avgjort forlenget.

Eksempel 4

I dette eksempel bestod pakken av 3 trådduker med tråd

med diameter på 0,076 mm og 7 trådduker med diameter på 0,06 mm. Pakken anvendte 32,19 3 kg metall, dvs en besparelse på 15 vektprosent .Omsetningsvirkningsgraden som ble oppnådd var-95?0% og der ble ikke observert noen økning av levetiden.

Bruken av 10 duker av tynn tråd resulterte således i

at 5,8 vektprosent mer metall ble anvendt, men gav en betraktelig økning i utbyttet av salpetersyre og pakkens levetid. Bruken av 9 duker av tynn tråd gav i virkeligheten en besparelse av edelmetall (1,4 vektprosent), men gav likevel en liten økning i syreproduksjon og pakkens levetid. Bruken av 7 tynne trådduker gav en meget stor besparelse i edelmetall med om-trent den samme omsetning og levetid.

Eksempel 5

Et salpetersyreanlegg inneholdende 21 trådduker med tråddiameter på 76 p med en vekt på 31,4 71 kg ble drevet med en omsetningsvirkningsgrad på 9 3,0%. 33.1/3% av de 21 tråd duker med tykk tråd ble beholdt (dvs. 7), og resten ble erstattet med 23 trådduker med tråd på 60 jim. Den samlede vekt av edelmetall var da 32,982 kg, en økning på 4,8%. Omsetningsvirkningsgraden øket imidlertid til 94,5% og pakkens levetid ble betraktelig øket. Dette gav en betydelig besparelse ved driften for bare en minimal økning av metallinnholdet.

Claims (12)

1. Katalysatorenhet omfattende en pakke av minst fire katalytiske, vevde metalltrådduker, karakterisert vedat pakken av vevde metalltrådduker er delt opp i en rekke trinn som hvert omfatter minst én katalytisk trådduk, idet i det minste noen av trådene i et hvilket som helst trinn har et tverrsnitt som er mindre enn tverrsnittet av alle trådene i det umiddelbart foregående trinn, at tverrsnittet av den tråd som har størst tverrsnitt i et hvilket som helst trinn, er mindre eller lik tverrsnittet av den tråd som har størst tverrsnitt i trådduken(e) i det eller de foregående trinn, regnet i forhold til retningen av reaktantenes passasje gjennom enheten, slik at den eller de trådduker som inneholder tråder med størst tverrsnitt, er anordnet på et sted hvor reaktantene kommer inn i pakken, og at den tråd som hver katalytisk trådduk er vevd fra, består av et platinametall, en legering av platinametaller eller en legering av minst ett platinametall med minst ett ikke-platinametall.

2. Katalysatorenhet som angitt i krav 1,karakterisert vedat pakken av vevde metalltrådduker er delt opp i en rekke trinn som hvert for seg omfatter minst én trådduk, hvilken trådduk er fremstilt fra tråd med samme tverrsnitt, og at tverrsnittet av tråden i trådduken(e) i et hvilket som helst trinn er større enn tverrsnittet av tråden i trådduken(e) i det neste etterfølgende trinn, regnet i forhold til retningen av reaktantenes passasje gjennom enheten.

3. Katalysatorenhet som angitt i krav 1 eller 2,karakterisert vedat platinametall-bestand-delen utgjør minst 90 vektprosent av det samlede metallinnhold.

4. Katalysatorenhet som angitt i krav 3,karakterisert vedat platinametållet er platina.

5. Katalysatorenhet som angitt i krav 3,karakterisert vedat legeringen av platinametaller er en legering av platina med 10% rhodium.

6. Katalysatorenhet som angitt i krav 3,karakterisert vedat legeringen av platinametaller er en legering av platina med 5% rhodium og 5% palladium.

7. Katalysatorenhet som angitt i et av de foregående krav,karakterisert vedat 25-60% av det samlede antall trådduker er fremstilt fra tykkere tråd eller tråd med større tverrsnitt enn metalltrådene som de øvrige duker er fremstilt fra.

8. Katalysatorenhet som angitt i krav 7,karakterisert vedat 30-50% av det samlede antall trådduker er fremstilt fra tykkere tråd eller tråd med større tverrsnitt enn metalltrådene som de øvrige duker er fremstilt fra.

9. Katalysatorenhet som angitt i et av de foregående krav,karakterisert vedat den inneholder tråder med en tykkelse på 76 ym.

10. Katalysatorenhet som angitt i et av kravene 1-9,karakterisert ved. at- den inneholder tråder med en tykkelse på 60 y.m.

11. Katalysatorenhet som angitt i et av de foregående krav, til bruk i apparat til katalytisk luftoksidasjon av ammoniakk, hvilket apparat drives ved høyt eller middels høyt trykk,karakterisert vedat enheten inneholder minst 10 trådduker, og at tråddukene i pakkens bakre ende er fremstilt fra tynnere tråd eller tråd med mindre tverrsnitt enn trådene i tråddukene i pakkens forende.

12. Fremgangsmåte til fremstilling av salpetersyre ved oksidasjon av ammoniakk som foreligger i en gassblanding,karakterisert vedat gassblandingen ved høy temperatur føres gjennom en katalysatorenhet i henhold til et av de foregående krav og de resulterende gasser absorberes i vann eller et vandig medium.