NO167857B - Fremgangsmaate og element for utvinning av platina og/eller rhodium som er gaatt tapt fra en platinaholdig katalysator - Google Patents

Description

Salpetersyre fremstilles kommersielt ved å lede ammoniakk og luft over en oxydasjonskatalysator som vanligvis er en trådduk vevet av platina-rhodiumlegeringstråder. Temperaturen for gassen som forlater trådduken, varierer typisk fra 810°C til 960°C, og er som oftest over 850°C. Efterhvert som ammoniakk blir oxydert tapes platina langsomt fra trådduken, antagelig i form av de mer flyktige oxyder. Rhodium går også tapt, men dette er ikke et så alvorlig problem. Tapet pr. tidsenhet er avhengig av typen av anlegget. For hvert tonn omvandlet ammonikk vil et høy-trykksanlegg typisk tape mer enn 1 g platina, mens anlegg med lavere trykk vil tape mindre. Selv om tapet av katalysator pr. tidsenhet er langsomt når det uttrykkes i vekt-enheter, er omkostningene som regel ganske høye. For en rekke prosesser er det blitt hevdet at omkostningene som skyldes det platina som går tapt under produksjonen, utgjør den nest største omkostning ved prosessen og at den bare overgås av omkostningene for ammoniakktilførselsmaterialet.

En lang rekke forsøk er blitt gjort på å utvinne en

del av platinaet og rhodiumet. Filtere av forskjellige materialer er blitt anbragt nedstrøms i forhold til katalysatorduken for mekanisk å oppfange og holde på faste partikler av platina og rhodium. Det viste seg senere at forskjellige palladiumlegeringer var istand til å fjerne platinaholdig damp fra gasstrømmen. Mekanismen ved denne fjernelse har vært gjenstand for en viss kontrovers, men den teori er blitt fremsatt at i løpet av reaksjonen kan platinaoxyd i gass-fasen omvandles til platina som enten vender tilbake til katalysatortrådduken eller føres bort av strømmen for eventuelt å inngå legering med palladium og katalysere dan-nelsen av flyktige palladiumforbindelser (se Holtzmann, Chemie- Ingenieur-Technik, _40, nr. 24:1229-37, 1968.) En lang rekke forskjellige legeringselementer er blitt valgt, hovedsakelig på grunn av deres evne til å forbedre palladiums mekaniske egenskaper. Typiske kommersielle palladiumlegeringer har inneholdt ca. 80 vekt% palladium og 20 vekt% gull. Utvinningslegeringene anvendes som regel i form av flere ark av vevet trådduk, men strikkede maskeduker eller

andre gjennomhuLlede elementer kan også anvendes. Utvinningsduken blir som oftest anbragt så nær katalysatorduken som mulig, og ofte innenfor noen få millimetre-, som regel ikke over 10 mm. Da katalysatorduken i et salpetersyreanlegg blir regelmessig utskiftet i overensstemmelse med et program av fra alle 35 døgn til alle 270 døgn, avhengig av anleggets konstruksjon, blir av praktiske årsaker utvinningsduken som regel skiftet ut når katalysatorduken skiftes ut, selv om det er mulig å bytte denne mindre hurtig. Denne metode som for tiden er utstrakt anvendt, er mer detaljert beskrevet i US patentskrift 3434820, Platinum Metals Review, _13 [nr. 1]: s. 2-8 (jan., 1969), britisk patentskrift 1082105 og i Chemie-Ingenieur-Technik, 40, nr. 24: 1229-37 (1968). Som anvendt har det erholdte utvinningsutbytte for hvert ark av utvinningsduk som er blitt anvendt i overensstemmelse med denne metode, variert fra 10 til 60%, hovedsakelig avhengig av typen av anlegg som vanligvis karakteriseres uttrykt ved anleggets nitrogenbelastning.

Ved anvendelse av den foreliggende fremgangsmåte er det mulig å øke utvinningsutbyttet for hvert ark av utvinningsduk med flere prosent, og dette fører til en utvinning pr. år av mer enn 3000 ytterligere g platina i et anlegg med middels trykk eller å oppnå tilsvarende utvinninger med færre ark med trådduk. Disse forbedringer kan utgjøre en meget vesentlig forskjell hva gjelder den økonomiske leve-dyktighet for et salpetersyreanlegg. Denne besparelse vil være mindre for anlegg med lave trykk, men for anlegg med høyere trykk vil besparelsen bli ennu vesentligere. Disse besparelser er nu mulige på grunn av at det har vist seg at deter mulig å anslå utbyttet ved platinautvinning ved anvendelse av trådduker med høyt palladiuminnhold, basert på den modell at prosessen er masseoverføringsbegrenset, dvs. at fjernelsen av platina pr. tidsenhet fra strømmen av gass som kommer fra katalysatorduken, er bestemt eller begrenset av den hastighet med hvilken platinastoffene diffunderer gjennom gassen og til utvinningsdukens overflate, idet den hastighet med hvilken platina på trådoverflaten kan oppfanges eller holdes på plass i eller "legeres" med palladiumet i duken er langt høyere enn den hastighet med hvilken platinastoffene kan diffundere til trådoverflaten fra gasstrømmen. På dette grunnlag er det mulig rasjonelt å konstruere og optimalisere utformningen av trådduken for å oppnå forbedret utbytte uten at et for sterkt trykkfall forårsakes.

Ved anvendelse av trådduker som er blitt laget i overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse, er det mulig å øke utbyttet fra hvert ark i tråddukpakken med flere prosent avhengig av anleggets nitrogenbelastning. Den foreligggende fremgangsmåte er spesielt ønskelig for anvendelse i anlegg med høyt trykk da ikke bare mer platina tapes pr. tonn omvandlet ammoniakk, men også antallet av tonn ammoniakk behandlet er langt høyere enn i anlegg med lavere trykk. Dessuten har kjente utvinningsutbytter ved anvendelse av en enkelt trådduk i anlegg med høyt trykk vært skuffende lave da det er meget vanskelig å utvinne platina i disse anlegg. Enhver forbedring vil derfor være av spesiell betydning for økonomien ved disse anlegg.

Utvinningsduker blir ifølge oppfinnelsen konstruert og fremstilt ved en fremgangsmåte som omfatter de trekk at

(1) strømningshastigheten, betingelsene og sammensetningen for den gassformige strøm som skal behandles med trådduken, måles, hvorefter (2) strømmens fysikalske egenskaper bestemmes, enten ved måling eller ved beregning,, (3) massehastigheten (G) , den dynamiske viskositet { JUu) og Schmidt-tallet (Sc) for prosesstrømmen i hvilken duken

skal anvendes, bestemmes,

(4) utvinningsutbyttet for et valgt tråddukark anslås, basert på den antagelse at platinautvinningen er i det

vesentlige masseoverføringsbegrenset, og

(5) en trådduk fremstilles og tilveiebringes som vil gi et gjennomsnittlig utvinningsutbytte for et enkelt ark innen kåtalysatorsyklusen innen oppfinnelsens område.

For eksempel kan utvinningsutbytter anslås for trådduker inntil en optimal utformning er blitt bestemt, som vil ha et gjennomsnittlig utvinningsutbytte som er høyere enn det som

er angitt i kolonne 2 i tabell I.

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte angitt i krav 1

og et gjennomhullet element som angitt i krav 9.

Kortfattet beskrivelse av tegningene

Av tegningene viser Fig. 1 et diagram som viser det forutsagte momentane utvinningsutbytte for forskjellige utvinningsduker i et salpetersyreanlegg med en nitrogenbelastning av 13,6 tonn (15 "short tons") nitrogen i ammoniakk pr. m 2katalysatorduk pr. døgn og som arbeider ved en katalysator-temperatur av 900°C og en ammoniakkonsentrasjon i det inn-førte materiale av 10 <m>/o (molprosent). Fig. 2 og 3 er diagrammer som er analoge med diagrammet vist på Fig. 1, bortsett fra at de tilsvarende nitrogenbe-lastninger er hhv. 51,7 og 90,7 (57 og 100 "short tons"). Fig. 4 viser kurver for utvinningsfunksjonen "0". som funksjon av tråddiameteren for en rekke forskjellige masketall for en linvevet duk. Fig. 5 er et diagram som viser forventet platinatap som funksjon av nitrogenbelastningen for et typisk salpetersyreanlegg . Fig. 6 er en kurve som viser de gjennomsnittlige utvinningsutbytter som kan erholdes ifølge den foreliggende oppfinnelse, i løpet av katalysatorsyklusen som funksjon av nitrogenbelastningen for et typisk anlegg. Fig. 7 viser en sammenligning mellom forutsagte utvinningsutbytter med en lang rekke eksperimentelt fastslåtte punkter. Fig. 8 er et isometrisk riss av en typisk linvevingsduk. Fig. 9 er et tverrsnittsriss gjennom katalysator- og utvinningsdukpakken i en salpetersyrereaktor.

Fig. 10 viser skjematisk salpetersyrereaktoren.

I en lang rekke tilfeller kan høye utbytter oppnås ved

å anvende en dukutformning hvor det opprinnelige produkt av masketall (uttrykt i tråder pr. lengdeenhet) og tråddiameteren er høyere enn minst 0,2 for duker som inneholder en hovedsakelig andel av palladium og en mindre andel av nikkel. Det opprinnelige produkt av masketall og tråddiameteren vil ligge

innen området fra 0,2 til 0,9. For legeringer som sveller mindre, som palladium-gull, bør det opprinnelige produkt av masken og tråddiameteren være minst 0,3, fortrinnsvis innen området 0,3-9,9, og mor foretrukket innen området 0,35-0,9. For duker av 95% Pd:5% Ni foretrekkes det at masken N ligger innen området 3,9-31,5 cm<-1>, d ligger innen området 0,0076-0,2286 cm og deres respektive verdier er slike at det opprinnelige produkt av N og dfc er større enn minst 0,2.

I praksis, hva gjelder oppnåelse av formalet med den foreliggende oppfinnelse, kan under de betingelser som påtreffes i de fleste kommersielle anlegg, de opprinnelige momentane utvinningsutbytter ( ) , dvs. den prosentuelle mengde platina i strømmen som utvinnes ved hjelp av en enkelt duk med høyt palladiuminnhold, anslås ved anvendelse av den kvasi-empiriske formel

hvori er den volumetriske hulromsfraksjon for duken

som er under 0,76, fortrinnsvis under 0,685, men større enn 0, "Sc" er Schmidt-tallet for diffusjonen av oxydert platina i avløpet fra katalysatorduken og som vanligvis ligger mellom 0,8 og 1,0, "Re" er Reynolds tall basert på tråddiameteren og den gjennomsnittlige hastighet for prosess-strømmen like oppstrøms for utvinningsduken, dvs. Re = G dfc, .

hvor "G" er massehastigheten for den gassformige tilførsels-strøm til katalysatoren, og " Jju" er den dynamiske viskositet for avløpet fra katalysatorduken. Reynolds-tall vil typisk ligge mellom 10 og 200, som oftest mellom 20 og 50. "C" er den passende masseoverføringskorrelasjonskoeffisient for geometrien for forsøksduken som vanligvis ligger innen området fra 0,4 til 1, "a" er det spesifikke bulkoverflateareal for duken i resiproke cm, dvs. det samlede overflateareal for én kvadratcentimeter av duken dividert med dens overflate-volum. "a" har som regel en verdi innen området fra 53 til 640 resiproke tommer (20,86 cm"<1> til 251,97 cm<-1>), "m" er den passende masseoverføringskorrelasjonseksponent for utformingen av duken, som regel med en verdi av fra 0,6 til

0,8, og "d"t er diameteren (cm) for trådene i duken. De fleste tråder som anvendes i duker i overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse, vil ha diametere som varierer mellom 0,0015 og 0,508 tommer (0,00381 cm og 0,00508 cm}

For en kvadratisk linvevingsduk, som de som hyppigst påtreffes i praksis, er de følgende approksimasjoner nyttige: hvor 11N" er masken eller antallet tråder pr. cm og

Metoder for å bestemme den passende masseoverførings-korrelasjonskoeffisient " C" og masseoverføringskorrelasjons-eksponent "m" er velkjente for fagmannen. En bemerkelses-verdig oppsummering av den litteratur som angår de vanlige utformninger, finnes i "Estimation of Platinum Catalyst Requirement for Ammonia Oxidation" av Robert og Gillespie

i Advances i Chemistry Series, Number 133, Chemical Reaction Engineering II, 1974 s. 600-611. For mer uvanlige utformninger kan disse konstanter bestemmes eksperimentelt•For de vanlige stablede siktduker kan egnede korrelasjoner finnes i (1) Satterfield og Cortez, Ind. Eng. Chem. Fundamentals (1970) 9, 613, og Shah, Ph.D. Thesis, University of Birmingham, England

(1970) . For den foreliggende oppfinnelse vil ligningen (1) kunne anvendes med tilfredsstillende resultat med verdier for "C" av 0,94 og for "m" av 0,7 for siktene, reaktorene og strømningsbetingelsene beskrevet i denne patentsøknad dersom de nedenfor angitte verdier for Schmidt-tallet og viskositeten anvendes, selv om de diffunderende arter ikke nødvendigvis behøver å være platinaoxyd.

For å gjøre det lettere å konstruere utvinningsduken

for et spesielt anlegg kan kurver for utbyttet i forhold til tråddiameteren og lignende de som er vist på Fig 1, 2 og 3, trekkes opp ved anvendelse av formel 1.

Av praktiske grunner varierer egenskapene for gasstrømmene bare med små mengder innen de temperaturområder som påtreffes i praksis, av fra 810°C til 960°C, slik at egenskaper ved 900°C kan anvendes med bare en liten feil.

På lignende måte blir konsentrasjonen av

påmatningen til katalysatoren normalt regulert til mellom 10,0 og 10,5 <m>/o (molprosent) ammoniakk og mellom 90,0 og 89,5 m/o luft, slik at sammensetningen for reaksjonspro-duktene fra katalysatorduken holder seg konstant, slik at fysikalske egenskaper innen dette område kan anvendes. Innen disse områder er Schmidt-tallet 0,9-0,95 for diffusjon av platinaoxyddamper i luft, og den dynamiske viskositet for gassen er ca. 4,2 x 10~<5> Pa.s (ca. 42 x 10 5 poise).

Utbyttet blir derfor hovedsakelig bestemt av masken "N" og tråddiameteren "dt" for en gitt nitrogenbelastning "L", hvor nitrogenbelastningen "L" er antallet av tonn nitrogen (i ammoniakk) som passerer gjennom hver kvadratmeter av katalysatorduken pr. døgn. Utbyttet kan således avsettes som en funksjon av tråddiameteren for en lang rekke forskjellige maskestørrelser. Dessuten kan tomromsfraksjonen (hul-romsfraksjonen) vises parametrisk på det samme diagram,

slik at utbyttet og tomromsfraksjonen kan bestemmes samtidig for hver gitt kombinasjon av tråddiameter og maske. For en gitt tomromsfraksjon og et gitt antall av tråddukark kan trykkfallet gjennom duken anslås ved anvendelse av kjente korrelasjoner. For å oppnå et høyt utvinningsutbytte uten et for stort trykkfall over duken foretrekkes det at den volumetriske tomromsfraksjon ligger mellom 0,76 og 0,5. Volumetriske tomromsfrak-s^oner av fra 0,5 ned til 0,3 kan gi endog bedre utvinningsutbytter, men forsiktighet må utvises for på tilstrekkelig måte å understøtte utvinningsduken slik at den i-kke blir beskadiget eller forskjøvet som følge av den kraft som strømmen av gass utøver som passerer gjennom denne. For en lang rekke anvendelser vil volumetriske tomromsfraksjoner av mellom 0,685 og 0,5 gi en utmerket kombinasjon av spesielt høyt utvinningsutbytte med aksepterbart trykkfall. Tomromsfraksjoner av ca. 0,3 og derunder kan anvendes for

å oppnå ekstremt høye utvinningsutbytter, men for flere eksisterende anlegg vil dette kreve en forandring av duk-understøttelsesanordningene slik at duken vil være istand til å motstå og på egnet måte fordele den resulterende kraft

fra strømmen mot duken. I enkelte tilfeller kan kraftom-kostningen som skyldes trykkfallet, også være av en viss betydning. I praksis vil det imidlertid normalt være tilstrekkelig å begrense avveiningen til å gjelde volumetriske tomromsfraksjoner over ca. 0,3, fortrinnsvis innen området fra 0,5 til 0,76. Det mest foretrukne tomromsfraksjons-område er fra 0,5 til 0,685.

Fremstillingen av duker kan lett utføres ved

å avsette i det minste en del av diagrammet for det passende utbytte i forhold til tråddiameteren for slike betingelser som temperatur, trykk og nitrogenbelastning for det anlegg som dukene skal anvendes for. Derefter kan katalysatorsykluslengdelinjen avsettes på dette diagram ved anvendelse av den følgende metode, slik at dersom en maske-og tråddiameterkombinasjon nær katalysatorsykluslengdelinjen velges, vil det gjennomsnittlige utvinningsutbytte for duken over katalysatorsyklusen (f|_) ligge innen området ifølge den foreliggende oppfinnelse.

Katalysatosykluslengdelinjen avsettes ved å bestemme hvilke duker vil gi utbytter ( r\) innen området ifølge oppfinnelsen ved først å vurdere Fig. 6 for derefter å trekke en horisontal linje som overensstemmer med det minimumsut-bytte som er blitt bestemt fra Fig. 6, på tvers av det passende diagram for utbytte i forhold til tråddiameter, som vist på Fig. 1-3. Derefter bestemmes de passende utvinningsduksykluslengder "T" for en lang rekke forskjellige maske-størrelser og tråddiametere over denne horisontale linje

ved å anvende formelen

hvor "W" er vekten av hver kvadratmeter av utvinningsdukarket og "b" mengden av platina tapt pr. tonn behandlet ammoniakk. I overensstemmelse med modellen for den foreliggende oppfinnelse er platinautvinningshastigheten tilnærmet konstant, i det minste inntil utvinningsduksykluslengden er blitt nådd, men derefter avtar den hurtig. "W" er i alminnelighet f w er utvinningsduksens densitet. " 0" for en erVelt linvevingsduk kan bestemmes fra Fig. 4. For duker med en veving som er forskjellig fra linveving, kan vekten beregnes på lignende måte ut fra første prinsip-per eller om nødvendig bestemmes empirisk. Dersom ingen bedre data er tilgjengelige ut fra anleggets historikk eller historikken for et lignende anlegg, kan "b" anslås fra Fig.5 som viser tap av platina pr. 907 kg behandlet nitrogen som funksjon av nitrogenbelastning på katalysatorduken. Endelig trekkes katalysatorsykluslengdelinjen som forbinder de punkter hvor utvinningsduksykluslengden "T" sammenfaller med den planlagte katalysatorsykluslengde for anlegget, "Tp". En duk som gir et aksepterbart utbytte og-trykkfall nær denne linje, blir derefter valgt. For å nedsette renteomkostningene så langt som mulig bør fortrinnsvis en duk med den minste vekt som både vil gi et utbytte innen området ifølge oppfinnelsen og være tilpasset den planlagte katalysatorsykluslengde for anlegget, velges. Det foretrekkes at de anvendte dukark har en vekt av under 686 g/ m 2 eller mer foretrukket under 636 g/ m 2• Forutsatt at utvinningsduksykluslengden for foranstående duker ikke er blitt overskredet bestemmes utvinningsduksykluslengden for den n<*>te duk ved anvendelse av ligningen

hvor "Jl/1 er utvinningsutbyttet for det i'te utvinningsdukark og Wn er vekten for den n'te duk. Av praktiske grunner kan duker tilsettes inntil omkostningene for tapt palladium, rentene for omkostningene for duken, omkostningene for fremstillingen og omkostningene for installeringen i løpet av arbeids- og utvinningssyklusen ikke lenger er berettiget av den utvundne platinavekt. Normalt vil fra 0,3 til 0,5 g palladium tapes fra utvinningsduken for hvert gram utvunnet platina. I en rekke tilfeller vil det være fordelaktig å anvende duker som er forholdsvis grovmaskede og tråder med stor diameter i de innledende lag av utvinningsduken, og å anvende en mer finmasket duk, tynnere tråder eller begge i de påfølgende duker, selv om utbyttet ved de innledende

duker ikke skulle være så høyt som det som ville kunne oppnås. Ved å foreta et korrekt valg av maskes tør re 1 sen og tråddiameteren for hver duk er det mulig å oppnå utvinningsduksykluslengder som ligger nær den planlagte katalysatorsykluslengde for hver duk i pakken. Dette resultat kan oppnås fordi utbyttet ved dukene som befinner seg nedstrøms,

kan gjøres høyere enn utbyttet ved de duker som befinner seg oppstrøms.

Dersom det skulle være ønsket å lage utvinningspakker slik at tilnærmet like utvinningsduksykluslengder oppnås for hvert ark i pakkene, bør det første ark i pakken lages som beskrevet ovenfor, slik at det vil ha et gjennomsnittlig utvinningsutbytte i løpet av katalysatorsyklusen innen området ifølge oppfinnelsen, dvs. større enn

1 - exp (- 3,22/L^'^). Utvinningsduksykluslengden for dette først.e dukark vil fortrinnsvis ligge innen området fra 9/10 til 11/10 av den planlagte katalysatorduksykluslengde for anlegget. Den geometriske utformning for hvert påfølgende dukark kan derefter velges slik at det følgende forhold tilnærmet blir tilfredsstilt for hvert dukark:

hvor a n , d n og c y n er hhv. det spesifikke bulkoverflateareal, tråddiameteren og tomromsfraksjonén for det n'te ark i duken, er det gjennomsnittlige utvinningsutbytte for den første duk, A.- og 0 i er hhv. utvinningsutbyttene og utvinnings-funksjonene for det i'te dukark, Sc, G, C, m og jUs er som definert ovenfor, og n er antallet av dukark som anvendes i pakken. For eksempel bør for det annet dukark i pakken forholdet være tilnærmet tilfredsstilt med n = 2 og for det tredje dukark med n = 3 osv. Sterkt forbedrede resultater kan oppnås ved å sikre at minst én duk, fortrinnsvis minst

to,i pakken har et gjennomsnittlig utvinningsutbytte som er høyere enn 1 - exp (-3,22/l ,7), og at minst ett, men fortrinnsvis minst to, dukark har en utvinningsduksyklus-lengde av fra 9/10 til 11/10 av den planlagte katalysatorduksykluslengde.

Under anvendelse av den foreliggende fremgangsmåte for et gitt anlegg er det mulig å oppnå gjennomsnittlige utvinningsutbytter for enkeltark i løpet av katalysatorsyklusen som er større en de verdier som er angitt i kolonne 2 i tabell I. Ved anvendelse av foretrukne utformninger er det mulig å oppnå gjennomsnittlige utbytter som er høyere enn de som er angitt i kolonne 3.Fig. 6 er et diagram som viser de gjennomsnittlige utvinningsutbytter som kan oppnås i løpet av katalysatorsykluslengden ved anvendelse av dukene ifølge den foreliggende oppfinnelse, som en funksjon; av nitrogenbelastningen, sammenlignet med utbytter som er blitt rapportert i teknikkens stand.

I praksis inneholder utvinningsdukere nesten alltid en hovedsakelig andel av palladium eller gull og mindre til-setninger av andre legeringselementer som forbedrer de mekaniske egneskaper. Med hovedsakelig andel av palladium er ment at utvinningsduken inneholder minst 70 vekt% palladium. Utvinningdukene vil fortrinnsvis inneholde minst 80 vekt% palladium, og ennu mer foretrukket minst 90 vekt%. De mest foretrukne utvinningsduker inneholder minst 95 vekt% palladium. Kanskje den mest utstrakt anvendte legering har vært en legering som inneholder 80 vekt% palladium og 20

.vekt% gull. Selv om denne legering har funnet utstrakt anvendelse, er alternativer blitt forsøkt da medanvendelse av gull sterkt øker prisen for duken. Andre legeringselementer for palladium omfatter andre platinagruppemetaller, nikkel, mangan, krom, carbon eller bor etc. Spesielt anvendbare palladiumlegeringer inneholder palladium/gull, palladium/ platina, palladium/nikkel, palladium/kobber, palladium/ ruthenium eller palladium/sølv. Som et alternativ er duker som inneholder en hovedsakelig andel av gull og en mindre andel av et platinagruppemetall blitt foreslått da det er blitt rapportert at gull ikke forflyktiges i samme grad som

palladium. Disse gullrike legeringers evne til å fjerne platina synes å være noe mindre enn de palladiumrike legeringers evne. På samme måte som for de palladiumrike legeringer kan de mekaniske egenskaper for de gullrike legeringer forbedres ved å tilsette metaller som har sterkere affinitet overfor platina enn overfor oxygen, som tantal eller niob

etc. Andre egnede legeringselementer omfatter titan, zirkonium, krom, nikkel eller mangan etc.

De foretrukne legeringer for anvendelse ifølge oppfinnelsen, er palladium/gull- og palladium/nikkel-legeringer, spesielt legeringer som inneholder minst 80 vekt% palladium. En legering med 95 vekt% palladium og 5 vekt% nikkel er en spesielt fordelaktig legering for anvendelse ifølge oppfinnelsen da den ér forholdsvis rimelig og lett lar seg frem-stille, og når den utsettes for det varme platinaholdige av-løp, vil trådene svelle og kan få en dobbelt så stor diameter før de må fjernes. I enkelte tilfeller kan diameteren for trådene i duken mer enn fordobles og nå tilnærmet 2,5 ganger deres opprinnelige diameter. Denne svelling kan, dersom tilstrekkelig hensyn tas til denne, være spesielt fordelaktig da utbyttet ved anvendelse av duken øker efterhvert som trådene sveller. For eksempel vil i et anlegg med en nitro-2 -1 genbelastning av 51,7 tonn/m pr. døgn en 14,2 cm mesh x 0,01727 cm tråddiameter duk med et opprinnelig utbytte av ca.

11% kunne gi et utbytte av ca. 14% efter at trådenehar svellet til 0,03048 cm, og over ca. 18% dersom trådene når 2,5 ganger deres opprinnelige diameter. En duk som ga et momentant utbytte som til å begynne lå utenfor området ifølge den foreliggende oppfinnelse, kan således svelle slik at det fås et gjennomsnittlig utbytte innen området ifølge den foreliggende oppfinnelse og derved slik at det fås et langt høyere utbytte enn hva som kunne ha vært forutsagt på grunnlag av dukens opprinnelige utformning.

Når således nikkel/palladiumduker anvendes, kan en duk velges slik at dens utvinningsutbytte basert på den opprinnelige utformning er under 1 - exp (-3,22/L 0 ' 7), men slik at når de har svellet, vil disse duker gi et gjennomsnittlig utvinningsutbytte i løpet av katalysatorsyklusen som er høyere enn det utbytte som er angitt i tabell IA.

For 95% Pd:5% Ni er det best korrelasjon mellom de gjennomsnittlige utvinningsutbytter i løpet av katalysatorsyklusen ( fl) når utvinningen forutsies basert på det geometriske middel av de opprinnelige og de svellede diametre, men en tilstrekkelig korrelasjon for 80% Pd:20% Au-dukene kan fås dersom utvinningen forutsies basert på den opprinnelige diameter, da virkningen av svellingen synes å være noe mindre fremherskende. Dersom det er ønskelig å ta hensyn til virkningen av svellingen for en duk av palladium-gullegering, kan det geometriske middel for tråddiameteren anslås ved å multiplisere den opprinnelige diameter med 1,1. For 95% Pd:5% Ni kan den geometriske middeldiameter ofte anslås på tilfredsstillende måte ved å multiplisere den opprinnelige diameter med en faktor innen området fra 1,4 til 1,6, avhengig av plasseringen av duken i utvinningspakken, idet den øvre ende av området anvendes for det første eller det annet lag i pakken og den lavere ende for det femte og sj_ette lag, se arbeidseksempel 11 for flere detaljer. Ligningen 1 kan således også anvendes for å anslå gjennom-snittsutbyttene dersom det geometriske middel for tråd-diameterne anvendes og utvinningsduksykluslengden ikke over-skrides.

Spesielle utførelsesformer av oppfinnelsen

Som vist på Fig. 8 kan utvinningsdukene ifølge oppfinnelsen anvendes i form av sikter 10 med tråder 20 og åpninger 30. Som forklart bestemmer kombinasjonen av diameteren for trådene 20 og masketallet eller antallet av tråder pr. lineær cm masseoverføringspara-

meterne (MTP) for sikten i overensstemmelse med ligningen

Derefter kan tallet for masseoverføringsenheter (MTU) som er representert av en enkelt duk, bestemmes ut fra forholdet

Sam vist på Fig. 9 anbringes før et typisk forsøk en dukmontasje 20 i et reaksjonskammer 40 (Fig. 10) i en for-brenningsbeholder 42. Denne montasje 20 omfatter en ut-vinningdukpakke 21 og en katalysatorpakke 25 som er anbragt nær ved hverandre. Katalysatorpakken 25 inneholder adskilte ark 24 av katalysator i form av nett eller sikter stablet ovenpå hverandre. På Fig. 9 er katalysatorpakken vist med syv katalysatorark, men det vil forstås at det nøyaktige antall av ark ikke er av avgjørende betydning og at arkenes antall kan økes eller minskes efter behov for å oppnå en i det vesentlige fullstendig omvandling av ammoniakk til nitrogenoxyder. En slik katalysator består av 90% platina/ 5% rhodium/5% palladium, men andre platinaholdige katalysatorer kan også anvendes med gode resultater. Utvinningsdukpakken 21 inneholder to ark med utvinningsduk 22 som er fl^atanbragt mellom separatorsikter 23. Utvinningsdukpakkene må ha en tilstrekkelig mekanisk styrke til at de vil kunne motstå den kraft som utøves av prosesstrømmen ved høye reaksjonstemperaturer, samtidig som de skal være istand til å motstå de korroderende virkninger av de:. gjenværende ammoniakk, oxygen- og nitrogenoxydprodukter som dannes under prosessen.

Konstruksjonseksempel 1

En utvinningsduk skal lages for et salpetersyreanlegg som drives ved 900°C, med 10% NHJ « og e2n belastning av ]5 U.S. tonn (13,6 metriske tonn) nitrogen i ammoniakk pr. m pr. døgn. Anlegget drives med en syklusvarighet av 130 døgn ved et trykk av 7,0 kg/cm<2 >overtrykk. Til å begynne med lages et diagram (Fig. 1) for

- utbyttet med en enkelt ark av utvinningsduk som -funksjon av masketallet (N) og tråddiameteren. Fig. 6 blir derefter

benyttet, og det fastslås at et utbytte av over 40% skulle være oppnåelig. Det fremgår av Fig. 1 at en 50 mesh duk med tråder med en diameter av 0,2413 nm vil gi et egnet momentant utbytte (yt)* For å kompensere for svelling lages derfor

en 50 mesh duk med tråder med en diameter av 0,1524 mm fra 95% Pd:5% Ni. Ved anvendelse i reaktoren vil duken svelle med en faktor på ca. 2,5 til en tråddiameter av ca. 0,381 mm og gi et utbytte (basert på det geometriske gjennomsnitt for tråddiameteren av 0,2413 mm) av over 40%. Det kan anslås

fra Fig. 5 at et slikt anlegg kan forventes å tape 0,8-0,9 g platina for hver 907 kg omvandlet nitrogen. Ca. 12,75 g platina pr. døgn frembys således for hver kvadratmeter av duk som veier ca. 916 g/m 2. Ved bruk kan det første dukark forventes å fjerne over 40% av dette platina under erholdelse

av en utvinning av ca. 5,1 g Pt pr. døgn pr. m 2 av duken eller ca. 665 g/m 2 i løpet av katalysatorsyklusen. Sykluslengden for utvinningsduken sammenfaller nøye med den planlagte sykluslengde for anlegget, slik at denne duk kan anvendes uten en tyngre, men mindre effektiv, duk oppstrøms i forhold til denne. Ca. 0,3-0,4 g palladium kan forventes å gå tapt for hvert gram utvunnet Pt. Tre sikter anvendes for å oppnå et gjennomsnittlig utvinningsutbytte av 78%.

En tiltagende finere og lettere sikt kan om ønsket anvendes nedstrøms for å utvinne en del av det gjenværende platina.

(50 mesh svarer til N = 1,97 tråder 1 mm).

Konstruksjonseksempel 2

En duk skal lages for et anlegg lignende det som er beskrevet i konstruksjonseksempel 1, bortsett fra at belast-ningen er 51,7 tonn/m 2 pr. døgn og at sykluslengden er 60 døgn. Ifølge Fig. 5 kan et anlegg av denne type forventes å tape mellom 1,4 og 1,6 g Pt pr. 907 kg omvandlet ammoniakk. På Fig. 6 er vist at et utbytte av over 17% kan oppnås. Det fremgår av Fig. 2 at dette kan oppnås med en 60 mesh sikt med en tråddiameter av 0,1524 mm. En 80% Pd:20% Au sikt med disse dimensjoner velges. Ved bruk frembys ca. 85 g Pt for

hver kvadratmeter av sikten, og ca. 14,5 g oppsamles hvert

- døgn. Seks sikter anvendes for erholdelse av et samlet gjennomsnittlig utvinningsutbytte av 67%.(60 mesh =

2,3 tråder/mm).

Konstruksjonseksempel 3

En duk skal lages for et anlegg med en belastning av 90,7 tonn nitrogen i ammoniakk pr. kvadratmeter pr. døgn og med en sykluslengde av 60 døgn. Ifølge Fig. 5 kan et anlegg av denne størrelse forventes å tape mellom 1,7 og 1,9 g platina pr.907 kg omvandlet nitrogen, mens et utbytte av over 12% kan oppnås. Dersom imidlertid en 80% Pd:20% Au duk med maskenummeret 80 og en tråddiameter av 0,127 mm anvendes, selv om et utbytte av over 5% fås, vil sykluslengden for utvinningsduken bli kortere enn sykluslengden for katalysatorduken. Derfor bør grovere, tyngre duker innføres oppstrøms i forhold til de finere, lettere utvinningsduker efter katalysatorduken. Da en duk av 80 mesh x 0,127 mm tråddiameter av 80% Pd:20% Au har en sykluslengde for utvinningsduken av 60 døgn for en platinautvinning av 948 g/m 2, må det antall gram Pt som frembys for hver kvadratmeter av den første duk, minskes fra ca. 180 g til ca. 105 g. Derfor bør 4 grove duker av 50 mesh x 0,2159 mm tråddiameter efterfølges av 4 finmaskede duker av 68 mesh x 0,1524 mm tråddiameter for å oppnå en samlet utvinning av 67%. (80 mesh = 3,15 tråder/mm; 68 mesh = 2,68 tråder/mm).

Konstruksjonseksempel 4

Et utvinningsduksystem skal lages for et salpetersyreanlegg som arbeider ved et trykk av 4,5 atmosfærer og en nitrogenbelastning av 12,0 tonn nitrogen i ammoniakk pr. kvadratmeter pr. døgn i en sykluslengde for katalysatorduken av 150 døgn. Tapshasti<q>heten fra katalysatoren vites å være 0,144 g Pt og Rh pr. 907 kg nitrogen. Produksjonskapasiteten for anlegget er 299 tonn HNO-j pr. døgn, og reaktorens effektive areal er 5,8 m<2>.

Dersom to standard 80 mesh x 0,0787 mm tråddiameter-utvinningsduker av 80% Pd:20% Au anvendes, vil den forutsagte sykluslengde for utvinningsduken bare være ca. 130 døgn og

føre til et gjennomsnittlig utvinningsutbytte i løpet av sykluslengden av anlegget av ca. 4 6% pr. duk eller et samlet utbytte av 71% for begge duker.

Ved å følge metoden i henhold til konstruksjonseksempel 1 fremgår det at dersom to 50 mesh x 0,1626 mm tråddiameter-utvinningsduker av 95% Pd:5% Na anvendes istedenfor standard-dukene, vil den forutsagte sykluslengde for den første utvinningsduk være noe lenger enn 150 døgn for et gjennomsnittlig utvinningsutbytte i løpet av sykluslengden av 72% pr. duk og samlet gL 92%.

Hver kvadratmeter av de forbedrede duker som anvendes ifølge oppfinnelsen, er således istand til å utvinne over

370 ytterligere gram platina i løpet av hver sykluslengde.

I de nedenstående arbeidseksempler ble en gassformig strøm av luft som inneholdt 10 volum% NH^, innført i re-

3

aktoren i en mengde av 19,26 standard m pr. time.

Før forsøket påbegynnes, foroppvarmes tilførsels-gassen til en temperatur innen området 290-310°C. Under forsøket ble utløpstemperaturen fra duken holdt forholds-

vis konstant ved 930°C. I de nedenstående arbeidseksempler 1-6 ble forsøket utført i løpet av en periode på ca. 14 6 timer, og i arbeidseksemplene 7 og 8 ble forsøkene utført i en tid av hhv. ca. 292 og 483 timer. Det vil imidlertid forstås at i praksis kan reaksjonstiden varieres innen et vidt område. I arbeidseksemplene 9, 10, 11 og 12 ble for-søkene utført i arbeidende salpetersyreanlegg.

Oppfinnelsen vil nu bli nærmere beskre.vet under henvisning til eksemplene som nærmere bestemt beskriver dukene som anvendes ifølge oppfinnelsen, og anvendelsen av disse for utvinningsprosesser. I eksemplene er alle andeler for metallene, omfattende oxydasjonskatalysatoren og utvinningsdukene, uttrykt i vekt% dersom intet annet er angitt.

Sammenlignende arbeidseksempel 1

En utvinningsdukpakke bestående av to 80% Pd:19,4% Au: 0,6% Ru dukark av 80 mesh x 0,0991 mm tråddiameter ble anbragt mellom tre separatorsikter, som vist på Fig. 9, og denne montasje ble anbragt i et reaksjonskammer -under 10

ark med 90 Pt/5 Rh/5Pd oxydasjonskatalysator med en vekt av 4,8769 g. Utvinningsdukene hadde et masketall (N) av 3,15X og en tråddiameter (dt) av 0,0787 mm. Overflatearealet for hver utvinningssikt (bulkoverflateareal av trådene pr. volumenhet av sikten) var 10,4 .'mm (263 -tomme ).

Tilførselsgass som besto av ammoniakk og luft, ble tvunget gjennom oxydasjonskatalysatoren og utvinningsdukpakken i form av en blandet gasstrøm under et trykk av 7,0 kg/cm 2 overtrykk ved en belastning av 51,7 tonn nitrogen pr. kvadratmeter pr. døgn. Utbyttet av nitrogenoxyder

tråder pr. lineær mm = 80 tråder pr. lineær tomme

(NO ) var ca. 9-5%.

Det gjennomsnittlige utvinningsutbytte (for pakken av Pd/Au-utvinningsduk ble bestemt ut fra forsøksdata ved å måle Pt-gevinsten for hver utvinningsduk og Pt-tapet for ammoniakkoxydasjonskatalysatoren (dvs. oxydasjonsdukpakken), som følger:

Efter forsøket veide katalysatoren 4,3951 g, og på-følgende forsøksdata viste et Pt-tap av 0,4203 g for oxyda-sjoriskatalysatoren. Til sammenligning veide det første lag av utvinningsdukpakken 0,5965 g med en Pt-gevinst av 0,0853g. Basert på disse data viste det gjennomsnittlige Pt-opptaksutbytte (/£') for den første utvinningsduk seg å være 20,3%. Ved beregning av opptaksutbyttet av Pt for den annen utvinningsduk må vekten av Pt-gevinsten for den første utvinningsduk tas i betraktning. Det annet lag av utvinningsdukpakken veide 0,5747 g med en Pt-gevinst av 0,0592 g, og Pt-opptaksutbyttet for den annen utvinningsduk viste seg å være 17,67%. Det gjennomsnittlige Pt-utvinningsutbytte viste seg å være 19,00%.

Lignende sammenlignende undersøkelser med lignende utvinningsduksikter med varierende masketall (N) og tråddiameter (dt) ble utført ved anvendelse av den metode som er beskrevet i eksempel 1, for ytterligere å bekrefte anvendbar-heten av den foreliggende modell. For hver undersøkelse ble de anvendte duksikter og katalysatorer veid før anvendelsen og straks efter denne. Dukforsøk ble utført med enkeltduk-ark for å erholde det gjennomsnittlige Pt-utvinningsutbytte I tabell II er geometrien for utvinningsdukene som ble anvendt i arbeidseksemplene 1-6 oppsummert. Basert på disse geometriske utformninger og strømningsbetingelsene ble den dimensjonsløse masseoverføringsenhet for en enkelt sikt beregnet ut fra

Det forutsagte gjennomsnittlige utvinningsutbytte

( J\) for et enkelt ark kunne derefter anslås ved anvendelse av ligningen = 1- sxp (-MTU). For alle forsøk lå om-vandlingen av nitrogenoxyder innen området 95-98,9%.

Pt-tapet for katalysatoren som ble anvendt i arbeidseksemplene 1-6, Pt-gevinstene for de respektive utvinningssikter og deres utvinningsutbytter er gjengitt i tabell III. Disse resultater er overført på Fig. 7 som viser overens-stemmelsen ifølge den foreliggende oppfinnelse mellom utvinningsutbyttet ( jT[ ) og MTU.

Arbeidseksempel 7

En utvinningsdukpakke som var laget i overenstemmelse med prinsippene som ligger til grunn for den foreliggende oppfinnelse og som besto av to utvinningsdukark (95 Pd/5Ni), ble anbragt mellom tre separatorsikter, som vist på Fig. 9, og denne montasje ble anbragt i reaksjonskammer av den type som er vist på Fig. 8, under en 90 Pt/5Rh/5Pd oxydasjonskatalysator (15 ark). Utvinningsdukene var på 60 mesh og hadde tråddiametre (dt) av 0,1524 mm. Ammoniakkoxydasjonskatalysatoren veide 7,1066 g. Separatorsiktene forelå i form av en trådmaskeduk som var laget av en jernlegering.

Ammoniakk og luft ble tvunget innført gjennom reak-sjonskammeret i løpet av en periode på 29 2 timer i form av en blandet gasstrøm ved et trykk av 7,0 kg/cm overtrykk ved en nitrogenbelastning av 51,7 tonn/m o pr. døgn.

Det gjennomsnittlige Pt-opptaksutbytte ( j\ ) for Pd/Ni-utvinningsdukene ble bestemt ved å måle Pt-gevinsten for hver utvinningsduk og Pt-tapet for ammoniakkoxydasjonskatalysatoren ut fra forsøksdata.

Efter forsøket veide katalysatoren 6,1783 g, og de påfølgende forsøksdata viste et Pt-tap av 1,0393 g for oxydasjonskatalysatoren. Det første lag av utvinningsdukpakken veide .1,0110 g, og 0,2709 g platina var blitt utvunnet, basert på dukforsøksdataene, for et gjennomsnittlig , platinaopptaksutbytte av 26,07%. Det annet lag av utvinningsdukpakken veide 0,9560 g og utvant 0,1998 g platina basert på forsøksdataene for duken, ved et platinaopptaksutbytte av 26,0%. Det gjennomsnittlige platinautvinningsutbytte viste seg å være 26,04% som er en meget betydnings-full forbedring sammenlignet med kjente oppfangere som er blitt drevet under lignende reaksjonsbetingelser.

Duksiktene og. katalysatoren som ble anvendt for hver undersøkelse, ble målt og veid før bruk og straks efter bruk. Forsøk ble utført med katalysatoren og separate dukark på den måte som er beskrevet i det ovenstående avsnitt, for å bestemme det gjennomsnittlige platinautvinningsutbytte

Utformningen av utvinningsdukene som ble anvendt ved denne undersøkelse, er gjengitt i tabell IV.

På grunla.g av denne undersøkelse ble det geometriske gjennomsnitt for masseoverføringsenheten for utvinningsdukene beregnet til 0,260.

Arbeidseksempel 8

Metoden ifølge arbeidseksempel 7 ble gjentatt, bortsett fra at utvinningsduken ble anvendt i 483 timer. Resultatene av denne undersøkelse, inkludert platinatapet, platinage-vinsten for utvinningsdukene og utvinningsdukenes utvinningsutbytter er gjengitt i tabell V. Disse resultater er også gjengitt på Fig. 7.

Forbedringen i Pt-utvinningsutbyttet (jr^) for 95Pd/5Ni-utvinningsdukene som ble anvendt i arbeidseksemplene 7 og 8, er vist i tabell VI. De gunstige virkninger som kan tilskrives bruken av palladium/nikkel og de høye gjennomsnittlige masseoverføringsenheter for Pd/Ni-dukene som anvendes ifølge oppfinnelsen, gjør dem spesielt egnede for utvinning av platina/rhodiummetall. Dataene i tabell VI viser fordelene ved ifølge oppfinnelsen å anvende Pd/Ni-utvinningsdukene og det forbedrede platinautvinningsutbytte for 95 Pd/5Ni-utvinningsdukene ifølge eksemplene 7 og 8 sammenlignet med en 80 Pd/19,4Au/0,6Ru-utvinningsduk ifølge eksemplene 3 og 4 med en lignende opprinnelig MTU.

Sammenligningsarbeidseksempel 9

En utvinningsdukpakke bestående av fem 80%Pd:20% Au dukark å 24 mesh x 0,2032 mm tråddiameter ble anbragt mellom seks separatorsikter ved en anordning lignende den som er vist på Fig. 9. Denne montasje ble øyeblikkelig anordnet nedstrøms i forhold til en pakke av platinalegeringskataly-sator for ammoniakkoxydasjon (90 Pt/5Rh/5Pd) i et salpetersyreanlegg med en nitrogenbelastning av 70,7 tonn nitrogen (beregnet som ammoniakk) pr. kvadratmeter av utvinningsdukens effektive tverrsnittsareal pr. døgn (dvs. 70,7 fc (N)/m 2/d) . Anlegget ble drevet i 77 døgn, og i løpet av disse tapte oxydasjonskatalysatoren en vekt av 6375,5 g, hvorav 92% av 5847 g ble anslått å være platina. Ved slutten av arbeidssyklusen på 77 døgn ble utvinningsdukmontasjen fjernet,

veid og undersøkt for å fastslå mengden av utvunnet platina. Platinautvinningen viste seg å være 1306,2 g eller ca.

22% av det anslåtte tapte platina.(24 mesh = 0,95 tråd/mm).

Masseoverføringsenheten (MTU) for en enkelt duk i utvinningspakken ble beregnet til 0,05, basert på dens masketall, tråddiameter (0,2032 mm) og nitrogenbelastning (70,7t(N)/m 2/d). Den samlede beregnede platinautvinning for

de fem ark var 24%, og dette er et tall som gunstig lar seg sammenligne med den iakttatte utvinning av 22%.

For å illustrere virkningen av dette system ble en utvinningsdukpakke som ble laget ved å anbringe fem dukark (fremstilt fra en legering av 80 Pd/19,4Au/0,6Ru med et masketall av 1,42 og en tråddiameter av 0,1803 mm) adskilt .mellom seks separatorsikter. Utvinningsdukpakken som var laget på denne måte, ble anordnet i en reaktor med en nitrogenbelastning av 70,7t(N) /m2/d . Ved dette forsøk ble masseover-føringsenheten (MTU) for den enkelte duk beregnet til 0,082, og det ble forutsagt at fem ark av utvinningsduk ville utvinne ca. 34% av platina som ville gå tapt fra oxydasjons-dukkatalysatoren.

Utvinningsdukpakken ble montert i anlegget umiddelbart nedstrøms i forhold til oxydasjonsdukpakken, og anlegget ble drevet i 78 døgn i løpet av hvilke oxydasjonsduken tapte en vekt av 6624,3 g, hvorav 92% eller 6 095,6 g ble anslått å være platina. Ved slutten av syklusen på 78 døgn ble utvinningsdukpakken fjernet, og mengden av utvunnet platina viste seg å være 3 5%, basert på utvinningsdukpakkens vekt og platinaanalyse. Dette tall lar seg gunstig sammenligne med den forutsagte utvinning av 34%. Disse data er gjengitt på Fig. 7.

Sammenligningsarbeidsekesempel 10

En utvinningsdukpakke bestående av seks utvinningsduker a 36 mesh og med en tråddiameter av 0,18 03 mm ble adskilt anbragt mellom syv separatorsikter. Utvinningsduk-arkene ble laget av en legering av 80 vekt% palladium, 19,4 vékt% gull og 0,6 vekt% ruthenium. Utvinningsduken ble anordnet umiddelbart nedstrøms i forhold til en ammoniakk-oxydas jonskatalysatorpakke av platinalegering (90Pt/10Rh) i et salpetersyreanlegg med en nitrogenbelastning av 59 tonn (beregnet som ammoniakk) pr. kvadratmeter av reaktorens tverrsnittsareal pr. døgn (dvs. 59t(N)/m /d) . Anlegget ble drevet i 61 døgn, og i løpet av denne tid tapte katalysatorpakken 4260,7 g i vekt, hvorav 92% eller 3918,6 g ble anslått å være platina. Basert på trådstørrelsen og maskenummeret for utvinningsdukarket og nitrogenbelastningen for det angjeldende anlegg viste masseoverføringsenheten (MTU) for en enkelt duk seg å være 0,093, og den forutsagte samlede pakkeutvinning av platina ble beregnet til 43%. Dette forutsagte utvinningstall (43%) lot seg gunstig sammenligne med den virkelige eller iakttatte platinautvinning av 52%. Dette . resultat er gjengitt på Fig. 7. (36 mesh = 1,42 tråder/mm).

Arbeidseksempel 11

En platinautvinningsdukpakke bestående av 95% Pd/5%Ni ble adskilt anbragt mellom syv separatorsikter. Denne pakke inneholdt seks ark platinautvinningsduk, oq av disse hadde de første tre et masketall av 1,77 og en tråddiameter 0,2108 mm, mens de siste tre hadde et masketall av 2,36 og en tråddiameter av 0,127 mm. Denne pakke ble anordnet umiddelbart nedstrøms i forhold til en ammoniakkoxydasjons-katalysatordukpakke av en legering av 90Pt/5Rh/5Pd i et salpetersyreanlegg med en nitrogenkapasitet av 34,5 tonn (beregnet som ammoniakk) pr. kvadratmeter effektivt tverrsnittsareal av duken pr. døgn (dvs.34,5 t (N)/m /d) . Den av platinautvinningsdukene som var plassert høyest oppstrøms, var dukarket 1 som ble fulgt av dukarkene 2, 3, 4, 5 og 6, dvs. at dukarket 6 er anordnet lengst nedstrøm av alle duker. Anlegget ble drevet kontinuerlig i 71 døgn, og i løpet av denne tid tapet ammoniakkoxydasjonskatalysatorpakken en vekt av 13777,3 g, hvorav 12688,8 g (92%) ble anslått å være platina.

Ved slutten av det 7lende døgn av arbeidssyklusen ble platinautvinningsduken fjernet fra anlegget og demontert for inspeksjon. I løpet av forsøket øket utvinningsduktrådenes størrelse til over deres opprinnelige diameter, og denne økning påvirket i betydelig grad deres masseoverføringsen-hetsverdier. Trådsvellingsfaktoren (S) for hvert dukark ble bestemt i overensstemmelse med den følgende ligning: og resultatene av disse beregninger er gjengitt i tabell VII.

På grunnlag av den opprinnelige tråddiameter, maske-størrelsen og nitrogenkapasiteten kunne den samlede platinautvinning for dukpakken forutsies å være 69,8%. På grunnlag av sluttdiameteren for trådene for hver platinautvinningsduk med identiske maskestørrelse- og nitrogenbelastnings-parametre kunne den samlede platinavinning forutsies å

være 83,7%. Utvinningen som korrekt skal være basert på

det geometriske middel for trådenes sluttdiameter og opprinnelige diameter i utvinningsduken, er 76,4%.

En analyse av platinautvinningsdukpakken viste en virkelig samlet utvinning i pakken av 9516,6 g platina (75,0%). Den iakttatte utvinning på 75,0% lar seg gunstig sammenligne med den forutsagte utvinning på 76,4%.

En oppsummering av parameterne for utvinningsdukpakkene som ble anvendt i arbeidseksemplene 9-11, og de respektive utvinninger av platinametall med disse er gjengitt i den nedenstående tabell VIII.

Arbeidseksempel 12

En utvinningsdukpakke bestående av to dukark (80 Pd/19,6 Au/0,4 Ru) ble anbragt mellom tre separatorsikter, og denne montasje ble anordnet i et første reaksjonskammer under en oxydasjonskatalysator (10 ark) av 90 Pt/5 Rh/5 Pd. Pd/Audukene med en masketall av 14 tråder pr. lineær cm

(N) og en tråddiameter (dfc) av 0,018 cm (N x dfc= 0,256). Oxydasjonskatalysatoren veide 4,6963 g, og utvinningsdukpakken veide 5,1737 g før forsøket. Overflatearealet "a" for hver utvinningssikt, dvs. overflatearealet av trådene pr. volumenhet av siktpakken, var 46 cm 2 /cm 3 og 5,156 dm<2 >pr. 31,1 g utvinningsduk. Separatorsiktene forelå i form av en vidmasket duk laget av en jernlegering.

I et annet kammer som var anordnet umiddelbart bak det første kammer, ble en annen dukpakke anordnet bestående av to utvinningssikter (80% Pd:20% Au) flate-

anordnet mellom tre separatorsikter.

De to kamre ble forvarmet til 300°C, og ammoniakk og luft ble ledet gjennom disse i form av en blandet gasstrøm under et trykk av 7,0 kg/cm <2>overtrykk og ved en samlet strøm av 19,3 standard m 3 pr. time. Ammoniakk utgjorde 10% av den gassformige blanding og representerte en kapasitet på 51,7 tonn nitrogen pr. kvadratmeter pr. døgn, dvs. 51,7 t(N2)/m<*>Vd. I løpet av dette forsøk ble det første kammer holdt på en temperatur av 930°C og det annet kammer på en temperatur av 890°C. Forsøket ble utført i løpet av en periode på 146 timer, og utbyttet av nitrogenoxyder (N0x) var 98,4%.

Vektutvinningsutbyttet (j^ for Pd/Au/dukene ble bestemt ved å måle vektøkningen for hver utvinningsdukpakke og vekttapet for ammoniakkoxydasjonskatalysatoren. Vektfor-skjellen ble derefter omvandlet til vektutvinningsutbytte

(^ ') i overensstemmelse med den følgende ligning:

= l-(l-R)<1/n>

hvori n og ^ 1 er som definert ovenfor og R vekten av edelmetall utvunnet ved hjelp av utvinningsdukpakken dividert med vekten av edelmetall i strømmen som ble tilført til pakken. Efter forsøket veide katalysatoren 4,3973 g, og dette inne-

bærer et tap av 0,2989 g i forhold til dens utgangsvekt. Til sammenligning veide utvinningsdukpakken i det første kammer 5,2350 g som representerer en økning på 0,0623 g. Basert på disse data viste opptaksutbyttet ( <1>) for utvinningsdukpakken i det første kammer seg å være 14,6%.

Ved beregning av vektopptaksutbyttet for utvinningsdukpakken i det annet kammer må vektutvinningsutbyttet for det første kammer tas i betraktning.

Sammenlignende undersøkelser ble utført ved å gjenta denne metode med utvinningsduksikter med forskjellig masketall (N) og tråddiameter (dfc). For hver undersøkelse ble den anvendte duksikt og katalysator veid før bruk og straks efter bruk, og vektforandringene ble omvandlet til vektutvinningsutbytte ( Jf ') . Begge forsøk ble utført i løpet av den samme forsøksperiode. Utformningene av katalysatoren og utvinningsdukene som ble anvendt i eksemplene 12-17, er gjengitt i tabell IX. Ved begge forsøk ble utbytter av nitrogenoxyd av 96-98,9% oppnådd.

Vekttapet ror katalysatoren ifølge arbeidseksemplene 12-17 og tre vektøkninger for de respektive utvinningssikter og deres utvinningsutbytter er gjengitt i tabell X.

Disse data bekrefter den høye utvinningsgrad (" f^ <1>) som kan tilskrives de ved den foreliggende fremgangsmåte anvendte utvinningsduker. De viser dessuten at dukene anvendt i arbeidseksemplene 15 og 16 som har verdier for produktet av maske og trådstørrelse over 0,3, gir et utmerket utvinningsutbytte .

Analyser ble utført for å sammenligne platinautvinnings-utbyttet ( jr^ ) med vektutvinningsutbyttet ) . Også disse analyser bekrefter at dukene er istand til å utvinne såvel platina som rhodium, se i denne forbindelse tabell XI hvor resultatene av disse undersøkelser er angitt omfattende platina- og rhodiumutvinning uttrykt som et forhold.

På grunnlag av disse undersøkelser ble det fastslått at paUadium/gullutvinningsduker med et. masketall (N) innen området 19,7-31,5 tråder pr. lineær cm og en tråddiameter (dt) innen området 0,0076-0,0457 cm oppviser spesielt egnede edelmetallutvinningsegenskaper forutsatt at de har et N x d^_ av minst 0,3.

Det viste seg også at utvinningsdukene i det første reaksjonskammer og utvinningsdukene av det samme materiale og med den samme utformning i det annet reaksjonskammer oppviste ingen vesentlig forskjell i vektutvinningsutbytte (<7>^'). Det fremgår imidlertid av disse data at betydelig forbedrede resultater fås ved anvendelse av utvinningsduker av den type som er beskrevet i arbeidseksemplene 15-16 og som har de nødvendige verdier for N x dt. Disse spesielle utvinningsduker oppviser det viktige trekk at de har en opprinnelig N x d^-parameter av minst 0,3.

De ovenstående data viser at utbyttet med en utvinningsduk av 80% palladium og 20% gull ved ammoniakkoxydasjonsprosesser blir betydelig forbedret ved å lage duken slik at den får en opprinnelig N x d^_ parameter av minst 0,3. Ifølge en foretrukken utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse anvendes en utvinningsdukmontasje som er sammensatt av flere slike utvinningssikter flateanordnet mellom flere separatorsikter.

I det nedenstående eksempel er den forbedring av vektutvinningsutbyttet beskrevet som kan oppnås ved anvendelse av Pd/Ni-utvinningsduker.

Arbeidseksempel 18

En utvinningsdukpakke bestående av to utvinningsdukark (type Ni-B:95% Pd/5% Ni) ble anordnet mellom separatorsikter, og denne montasje ble anordnet i et første reaksjonskammer under en oxydasjonskatalysator (15 ark) av 90% Pt/5%Rh/ 5%Pd. Utvinningsdukene hadde 23,6 tråder pr. lineær cm (N) og en tråddiameter (dfc) av 0,0152 cm (N x dfc = 0,36) . Ammoniakkoxydasjonskatalysatoren veide 7,107 g, og utvinningsdukpakken veide 5,164 g før forsøket. Separatorsiktene hadde form av en finmasket duk laget av en jernlegering.

I et annet kammer anordnet straks nedstrøms i forhold til det første kammer ble en annen dukpakke anordnet som også besto av to utvinningssikter (type Ni-A: 95% Pd/5% Ni) flateanordnet mellom tre separatorsikter. Utvinningsdukene inneholdt 17,7 tråder pr. lineær cm (N) og hadde en tråddiameter (dfc) av 0,0152 cm (N x dfc = 0,27). Utvinningsdukpakken veide

- 4,666 g før for.søket.

De to kamre ble forvarmet til 300°C, og ammoniakk og luft ble ledet gjennom disse i form av en blandet gasstrøm under et trykk av 7,0 kg/cm 2 overtrykk og i en samlet strøm av 19,3 standard m 3 pr. time. Under forsøket ble det første kammer holdt på en temperatur av 9 30°C og det annet kammer på en temperatur av 890°C. Ammoniakk utgjorde 10% av den qassformige blanding, og dette representerte en kapasitet på 51,7 tonn nitrogen pr. kvadratmeter pr. døgn, dvs.51,7 t(N2)/m<2>/d.

Vektutviriningsutbyttet ( j^) for Pd/Ni-utvinningsdukene i hvert reaktorkammer Me bestemt ved å måle vektøkningen for hver utvinningsdukpakke og vekttapet for ammoniakkoxydasjonskatalysatoren . Disse målinger ble derefter omvandlet til vektopptaksutbytte ( )7 ') i overensstemmelse med ligningen H ' = 1 - (1 - R) hvori n,)\ ' og R er som definert ovenfor. Efter forsøket veide katalysatoren 6,178 g, og dette representerer et tap på 0,9 29 g i forhold til dens opprinnelige vekt. Til sammenligning veide utvinningsduken i det første kammer 5,4 52 g, og dette representerer en økning på 0,288 g. Utvinningsduken i det annet kammer veide 4,826 g, og dette er en økning på 0,160 g. På grunnlag av disse data var vektutvinningsutbyttet ( Y[ ') for utvinningsduken i det annet kammer 13,4%.

Den anvendte ammoniakkoxydasjonskatalysatorpakke og de

to utvinningsdukmontasjer ble analysert for å bestemme deres virkelige platinautvinningsutbytte ) såvel som for å bekrefte at en utvinningsduk av Pd/Ni-legering utvant Rh i samme grad som utvinningsdukene av Pd/Au-legering. Resultatene av disse analyser er gjengitt i tabell XII hvori platina- og rhodiumutvinningen er uttrykt som et forhold.

I arbeidseksempel 18 er det vist at såvel nikkelholdige legeringer som gullholdige legeringer er effektive ved utvinning av platina og rhodium som er gått tapt fra ammoniakk-oxydas jonskatalysatorer, og at det karakteristiske forbedrede utvinningsutbytte som er forbundet med et høyt N x dt~produkt, gjelder like meget for gullegeringsutvinnings-dukene som de ikke-gullholdige legeringsutvinningsduker som anvendes ved den foreliggende fremgangsmåte.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte for utvinning av platina og/eller rhodium som er gått tapt fra en platinaholdig katalysator i løpet av ammoniakkoxydasjonsprosesser ved temperaturer over 850°C, hvor en gasstrøm inneholdende det tapte platina og./eller rhodium bringes i kontakt med et gjennomhullet element fremstilt av et materiale som i det vesentlige består av palladium og nikkel, karakterisert ved at det anvendes et gjennomhullet element med (a) en ny utformning hvorved det opprinnelige produkt av masketall (N) og tråddiameter (dt) for elementet er større enn minst 0,2, og (b) hvor vektutvinningsutbyttet (17'), for en gitt nitrogengjennomstrømning, er en funksjon av tråddiameteren (dt) og masketallet (N) i kombinasjon, og hvor vektutvinningsutbyttet forbedres ved å øke masketallet (N) for en gitt tråddiameter eller ved å øke tråddiameteren (dfc) for et gitt masketall.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1 hvor en katalysatorpakke anvendes, karakterisert ved at i det minste ett utvinningsdukark som inneholder en hovedsakelig andel av palladium, innføres i reaksjonsstrømmen nedstrøms i forhold til katalysatorpakken og at det anvendes et utvinningsdukark som er særpreget ved at dets hul romsfraksjon er under 0,76.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det som elementet anvendes et element som utgjøres av minst 80 vekt% palladium, resten nikkel.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det anvendes en duk hvis masketall ligger innen området fra 3,9 til 31,5 tråder pr. cm og hvis tråddiameter ligger innen området fra 0,007 6 2 til 0,2286 cm.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det anvendes en utvinningsduk med en hulromsfraksjon på under 0,685.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det anvendes en utvinningsduk som omfatter minst 80 vekt% palladium.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det anvendes minst ett utvinningsdukark hvis utbytte overskrider

1 - exp(-3,22/L ), hvori L er nitrogenbelastningen i anlegget.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det anvendes minst ett utvinningsdukark med en slik geometrisk utformning at utvinningsduksykluslengden er fra 0,9 Tp til 1,1 Tp, hvori Tp er sykluslengden for katalysatorduken anvendt i anlegget.

9,. Gjennomhullet element for anvendelse ved utvinning av platina og/eller rhodium som er gått tapt fra en platinaholdig katalysator, hvor elementet er laget av et materiale som i det vesentlige består av palladium og nikkel, karakterisert ved at elementet har (a) en ny utformning hvorved det opprinnelige produkt av masketall (N) og tråddiameter (dt) for elementet er større enn minst 0,2, og (b) hvor, for en gitt nitrogengjennomstrømning, vektutvinningsutbyttet ) er en funksjon av kombinasjonen av tråddiameteren (dt) og masketallet (N), og hvor vektutvinnihgs-utbyttet forbedres ved å øke masketallet (N) for en gitt tråddiameter (dfc) eller ved å øke tråddiameteren (dfc) for et gitt masketall, og hvor elementets hulromfraksjon er mindre enn 0,6 85.