NO854969L - Oppfangingspakke. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører oppfangingspakker av den typen

som vanligvis benyttes i platina-metallkatalyserte ammoniakkoksidasjonsanlegg til fremstilling av salpetersyre.

Ammoniakkoksidasjon utføres generelt ved å føre en blan-ding av ammoniakk og luft ved forhøyet temperatur og enten atmosfærisk eller forhøyet trykk gjennom en oksidasjonskata-lysator. Slike katalysatorer består ofte av ett eller flere metaller av platinagruppen, f.eks. en legering av platina/10% rodium, noe som tillater realisering av en høy omdanningseffek-tivitet ved stort forbruk av ammoniakk. Imidlertid blir platina-metallene (spesielt platina selv) oksidert under driftsbetinge-lsene i anlegget, og disse oksidene som er forholdsvis flyk-tige, føres bort i gasstrømmen for å kondenseres og avsettes på de kjøligere delene av anlegget nedstrøms for katalysatoren eller de forsvinner fullstendig ut i atmosfæren.

Disse tapene av verdifulle platinametaller ville, om

de ble tillatt å fortsette, representere en betydelig økning i kostnadene for driften av prosessen. Det er derfor vesentlig at tapene enten blir forhindret eller at mesteparten av det tapte platinametallet kan gjenvinnes. Gjenvinning er det ålment aksepterte valg, og for å oppnå dette er det foreslått gjen-vinnings- eller oppfangingspakker for innsetting i gasstrømmen rett nedstrøms for katalysatoren. De er laget av et materiale som har den kjente egenskap at det kjemisk kan fange fordampede platinametaller ved diffusjon inn i materialet. Materialer som typisk anvendes til dette formål, består for en stor del av palladium, f.eks. en legering av palladium og gull, selv om andre materialer (generelt omfattende palladium) er blitt foreslått.

Det er vanlig praksis i teknikken for kjemiske oppfan-gingsmaterialer (vanligvis refert til som "getter"-materialer for å fremheve forskjellen til materialer som benyttes i fysiske oppfangingsenheter, f.eks. filterenheter) at de leveres i form av trådduker. Vanligvis benyttes flere slike duker, idet hver duk er skilt fra sin nabo ved en støtteduk laget av et oksidasjonsfast rustfritt stål. "Getter"-materialer med andre utførelser er imidlertid blitt foreslått, spesielt i form av en agglomerering eller samling av uvevde, vilkårlig orienterte fibrer, hensiktsmessig lagt inn mellom vanlige duker, slik som vist i europeisk patentsøknad nr. EP 63450. Ifølge EP 63450 kan fibrene i agglomereringen sveises, f.eks. ved lasermetoder, for å frembringe en selvopplagret enhet. Generelt angis det imidlertid at fibrene sammenføyes i bruk ved sintring.

Under driftslevetiden til en ammoniakkoksidasjonsreaktor, er det nødvendig å bytte katalysatorenheten og/eller oppfangingspakken fra tid til annen. Det er i realiteten ofte ansett formålstjenstlig å skifte oppfangingspakken hver gang- katalysatoren byttes, til tross for det faktum at oppfangingspakken fortsatt kan ha igjen mange timer med mulig driftslevetid. Dette skyldes at "getter"-materialer blir sprø ved bruk og følgelig vil enhver forstyrrelse, som uunngåelig oppstår under anleggsvedlikehold, ha en tendens til å forårsake fysisk ned-bryting av "getter"-materialet i oppfangingspakkene. Imidlertid øker naturligvis driftskostnadene ved for tidlig utskifting. Å frembringe en selvopplagrende enhet ved sveising eller ved in situ sintring hjelper til å motstå tendensen det sprø "getter"-materiale har til å svikte under vedlikehold og bidrar derfor til å senke driftskostnadene. Men sveising fører til en svært stiv konstruksjon som ikke er egnet til å formes til en rull for transport og lagring, som oppfangingsenheter av duk generelt blir. På den annen side har ikke-sveisede enheter den ulempe at fibrene har en tilbøyelighet til å "sette seg" under transport og lagring. Dette fører til ujevnhet i fordelingen av fibrene, spesielt hvis enheten lagres eller transporteres i mer eller mindre oppreist tilstand eller dersom den rulles sammen til en sylindrisk form. Begge disse problemene blir mer påtren-gende når oppfangingspakkens diameter er stor, slik det ofte er tilfelle ved ammoniakkoksidasjonsanlegg hvor reaktordiametre på over 2 meter eller til og med på over 3 meter er vanlige.

Vi har nå kommet til at problemet med ujevn fordeling

av fibrene i en ikke-sveiset pakke eller unødig høy stivhet i en sveiset pakke, kan reduseres eller unngås helt ved å ut-føre oppfangingspakken som en rekke av oppfangingspakkesegmenter plassert ved siden av hverandre i samme plan, slik at de

tilsammen utgjør en effektiv oppfangingspakke. På denne måten vil styrken og stivheten til dukene som holder fibrene sammen gjøre hvert oppfangingspakkesegment mindre fleksibelt relativt til en enhetlig oppfangingspakke. Følgelig kan parameterne til støttedukene relateres til fiberparametere for å skaffe tilstrekkelig stivhet og kompresjon i fibrene og unngå en større omfordeling ved transport og ladning, mens man fremdeles opp-rettholder tilstrekkelig porøsitet. For sveisede pakkers ved-kommende er de individuelle oppfangingspakkesegmenter tilstrekkelig små relativt til den totale diameter eller omkrets av den komplette oppfangingspakke, slik at opprulling til en sylinder-form blir unødvendig.

I henhold til oppfinnelsen er det fremstilt en oppfangingspakke egnet til plassering nedstrøms i en katalysator av platinagruppemetall i en ammoniakkoksidasjonsreaktor med det formål å gjenvinne fordampede platinagruppemetaller eller oksider av de samme, og som omfatter getter-materiale i form av en agglomerering eller montasje av uvevde, vilkårlig orienterte fibre lagt inn mellom støtteduk laget av et oksidasjonsfast materiale, samtidig som pakken omfatter en rekke segmenter anbragt i samme plan slik at de i alt vesentlig dekker tverrsnittsflaten til reaktoren, idet hvert segment inneholder nevnte fibre lagt inn mellom nevnte støtteduker i en i alt vesentlig stabil regulær fordeling og de har i det minste én hovedsakelig rett kant som er sammenhengende med en hovedsakelig rett kant på et nabosegment.

Med "platinagruppemetall" menes det spesielt platina og rodium, ennskjønt andre platinagruppemetaller også kan inkluderes som deler av eller være i nærheten av katalysatoren og derfor ha behov av å gjenvinnes.

Alternativt kan de enkelte segmenter som til sammen ut-gjør en oppfangingspakke, være forbundet ved hengsling langs de sammenhengende, hovedsakelig rette kantene. På denne måte kan pakken gjøres foldbar for hensiktsmessig transport og lagring og kan lett foldes ut på stedet, dvs. ved dens planlagte plassering i en ammoniakkoksidasjonsreaktor, for å utgjøre den fullstendige oppfangingspakken. Alternativt kan segmenter bli midlertidig sammenfestet, f.eks. med klips, ved siden av hverandre på deres planlagte plass i reaktoren.

Oppfangingspakkesegmenter til bruk i oppfangingspakker

i henhold til oppfinnelsen, kan omfatte en flerlags konstruksjon i hvilken to eller flere lag hver består av en agglomerering eller montasje av uvevde, vilkårlig orienterte fibrer som er skilt fra hverandre og lagt inn mellom støtteduker laget av et oksidasjonsfast materiale. For eksempel kan en første agglomerering av fibrer legges inn mellom første og annet lag som hver består av minst én støtteduk og en andre agglomerering av fibrer kan legges inn mellom nevnte andre lag og et tredje lag som består av i det minste én støtteduk. Alternativt kan en suksessiv agglomerering eller suksessive agglomereringer av fibrer legges inn mellom nevnte tredje lag og et fjerde eller påfølgende lag eller lag som hver består av minst én støtteduk. Agglomereringene kan inneholde det samme eller for-skjellig andel av den totale vekt av fibrene i segmentet, men generelt foretrekker man agglomereringen som er plassert opp-strøms, dvs. like ved katalysatoren, skal inneholde den største eller en større andel av den totale vekt av fibrene i dette segmentet.

Getter-materialet består fortrinnsvis en hovedandel av palladium, f.eks. en gull-palladiumlegering med 20 % gull. Minsking av gullinnholdet forbedrer getter-aktiviteten, men det øker sprøhetsproblemet. Likevel tillater oppfinnelsen bruk av slike materialer fordi de individuelle pakkesegmentene er mindre fleksible enn de tidligere kjente pakkene. Derfor kan man med fordel til og med bruke rent palladium som getter-materiale i oppfangingspakkene i henhold til oppfinnelsen. Alternativt kan legeringer av platinagruppemetaller med andre metaller fra gruppene VII og VIII i det periodiske system nyttes som getter-materialer, når platinagruppemetallet utgjør minst 50 % av legeringssammensetningen.

Fibrene i oppfangingspakker i henhold til oppfinnelsen, er fortrinnsvis korte filamenter sammenlignet med lengden av trådene i vanlige getter-duker og kan generelt ha sirkulær eller ikke-sirkulær tverrsnittsform. Eksempler på ikke-sirkulær form omfatter rektangulære (dvs. bånd) og D eller halvsirkel- formede tverrsnitt. Fibrene kan bli fremstilt ved smelte-spinning eller smelteekstraksjon, etterfulgt av kapping til passende lengder, fortrinnsvis mellom 1 cm og 10 cm lengde, bedre mellom 1 cm og 5 cm.

Støttedukene som benyttes i oppfangingspakker i henhold til oppfinnelsen lages av et oksidasjonsfast materiale, slik som et platinagruppemetall eller legering inneholdende platinagruppemetall eller et oksidasjonsfast, rustfritt stål, slik som et fra Kanthal-(RTM) serien. Diameterne til trådene som dukene er vevet med og tettheten av vevingen, velges slik at man oppnår den ønskede stivhet i pakkesegmentene, idet man tar hensyn til fibrenes egen fleksibilitet som bestemt av para-metrene til getter-fiberen, dens kompresjonstetthet og hvorvidt den er sveiset eller ikke.

Spesielt har man uventet funnet at ennskjønt hverken støtteduksegmentene eller getter-fiberen alene har noen vesentlig egenmotstand mot deformasjon i planet (bøying og kompresjon), så har den kompositte sandwich-strukturen til pakkesegmentene betydelig stivhet og motstand mot deformasjon i planet, samtidig som den er porøs nok til å tillate passasjer av gasser gjennom seg uten vesentlig trykkfall. For dette formål fore-trekkes det at fibrenes overflate gjøres ru og/eller kruses slik at fibrene fester seg i hverandre og derfor gir øket sam-menhefting av agglomeratet. Smeltespundne og smelteekstraherte fibre har allerede i noen utstrekning ru overflater. Man er derfor kommet til at det ikke er nødvendig å sveise fibrene sammen, da fordelingen av fibrer i hvert pakkesegment er tilstrekkelig regelmessig og stabil slik at det i alt vesentlig ikke skjer noen omfordeling med resulterende ujevnhet under transport og lagring.

Pakkesegmentene kan utføres ved å legge agglomereringen av fibrene mellom de øvre og nedre støtteduker formet som segmentet med den ene duk større enn den andre duken. Kantene til den større duken blir deretter brettet over kantene til den mindre duken og festet ved f.eks. hefting eller stifting for å frembringe et dukhylster som dekker fiberagglomereringen. Den overbrettede kanten bidrar til segmentets stivhet som al ternativt kan økes ved å forsterke kantene (eller i det minste de deler av kantene som ved bruk er anbragt hovedsakelig paral-lelt med retningen av gasstrømmen) med et porøst eller ikke porøst armeringsmateriale såsom en strimmel av oksidasjonsfast rustfritt stål. Alternativt kan segmentet utføres ved å sammenfeste øvre og nedre duksegmenter med hovedsakelig iden-tisk form og størrelse via en porøs eller ikke porøs kantstrimmel. Strimmelen og dukene kan, etter innelukking av fiberagglomeratet, sammenføyet ved f.eks. sveising, hefting eller stifting.

Fibrene kan formes til et agglomerat ved manuell fordeling og kompresjon alene. Imidlertid er det foretrukket å forme fibrene til en sammenfiltret tilstand ved en prosess lik fil-tingsprosessen benyttet i tekstilindustrien eller ved en prosess lik papirfremstillingsprosessen, ved hvilke fibrene til-lates å utfelles fra en flytende suspensjon, mens væsken trek-kes ut gjennom et porøst substrat. I den sammenfiltrede tilstand er fibrene utsatt for optimal sammenlåsing svarende til behovet for å opprettholde porøsiteten.

I forbindelse med enhetsoppfangingspakker av fibrer har det vært foreslått å utstyre pakken med innbyggede katalysa-torduker ved en ende. Men i henhold til den foreliggende opp-finnelse foretrekker man å beholde katalysatordukene og oppfan-gingspakkesegmentene som separate deler. Det er fordi levetiden til oppfangingspakken ved bruk av oppfinnelsen kan være større enn katalysatorens, og følgelig vil oppfangingspakken ikke auto-matisk måtte erstattes hver gang katalysatordukene byttes ut.

Oppfinnelsen omfatter også et ammoniakkoksidasjonsanlegg, en metode til å oksidere ammoniakk for å fremstille salpetersyre og en metode til å gjenvinne fordampede platinametaller ved bruk av oppfangingspakker i henhold til hovedtrekkene ved oppfinnelsen.

Claims (13)

1. Oppfangningspakke egnet til å plassere nedstrøms for en katalysator av platinagruppemetall i en ammoniakkoksidasjonsreaktor med det formål å gjenvinne fordampede platinagruppemetaller eller oksider derav, bestående av getter-materiale i form av en agglomerering eller montasje av uvevde, vilkårlig orienterte fibrer lagt inn mellom støtteduker laget av et oksidasjonsfast materiale, karakterisert ved at pakken omfatter en rekke segmenter anbragt i samme plan slik at de dekker en vesentlig del av tverrsnittsflaten til reaktoren, idet hvert segment inneholder nevnte fibre lagt inn mellom nevnte støtteduker i en hovedsakelig stabil og regulær fordeling og med i det minste én hovedsakelig rett kant sammenhengende med en hovedsakelig rett kant på et nabosegment.

2. Oppfangingspakke i henhold til krav 1, karakterisert ved at de individuelle segmenter er sammenfestet ved hengsling langs hosliggende, hovedsakelig rette kanter.

3. Oppfangingspakke i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at dens segmenter utgjør en flerlags konstruksjon.

4. Oppfangingspakke i henhold til et eller flere av de fore-gående krav, karakterisert ved at getter-materialet består av en palladium/gull-legering inneholdende en større andel av palladium.

5. Oppfangingspakke i henhold til et eller flere av kravene 1-3, karakterisert ved at getter-materialet består av hovedsakelig ren palladium.

6. Oppfangingspakke i henhold til et eller flere av kravene 1-3, karakterisert ved at getter-materialet be står av platinegruppemetall legert med andre metaller fra gru-ppe VII og VIII i det periodiske system.

7. Oppfangingspakke i henhold til et eller flere av de fore-gående krav, karakterisert ved at fibrene er sammenlåst.

8. Oppfangingspakke i henhold til krav 7, karakterisert ved at fibrene er i en sammenfiltret tilstand.

9. Oppfangingspakke i henhold til et eller flere av de fore-gående krav, karakterisert ved at dens segmenter utgjør et dukhylster som dekker en agglomerering av fibrer.

10. Oppfangingspakke i henhold til et eller flere av kravene 1-8, karakterisert ved at segmentene omfatter øvre og nedre duksegmenter som er festet sammen via en kantstrimmel, idet de inneholder fiberagglomeratet.

11. Ammoniakkoksidasjonsanlegg, karakterisert ved at det inneholder en oppfangingspakke i henhold til et eller flere av kravene 1-10.

12. Fremgangsmåte til å oksidere ammoniakk for å fremstille salpetersyre, karakterisert ved at ammoniakk og luft ved forhøyet temperatur føres gjennom en oksida-sjonskatalysator av platinametall og stort sett straks deretter gjennom en innfangingspakke i henhold til hvilke som helst av kravene 1-10.

13. Fremgangsmåte til å gjenvinne fordampede platinametaller eller oksider derav, tapt fra katalysatoren i et ammoniakkoksi-das j onsanlegg , karakterisert ved at det innsettes en oppfangingspakke i henhold til et eller flere av kravene 1-10 i gasstrømmen stort sett straks nedstrøms for katalysatoren.