PL116777B2 - Catalyst for low-temperature ammonia synthesis and process for preparing the same - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania katalizatora do niskotemperaturowej syntezy amo¬ niaku oraz katalizator do niskotemperaturowej syntezy amoniaku z azotu i wodoru pod cisnieniem atmosfe¬ rycznym lub podwyzszonym, w zlozu stacjonarnym lub fluidalnym.Znane sa katalizatory do niskotemperaturowej syntezy amoniaku z azotu i wodoru, sa to trójskladni¬ kowe zwiazki warstwowe typu grafit—chlorek metalu przejsciowego — metal alkaliczny. Katalizatory te otrzymuje sie dzialajac parami chlorków metali przejsciowych na grafit w temperaturze 573-623 K i nastep¬ nie na otrzymany zwiazek warstwowy grafitchlorek metalu przejsciowego w temperaturze 573-673 K dziala¬ jac parami metalu alkalicznego pod próznia.Znany jest sposób wytwarzania katalizatora stosowanego w syntezie amoniaku polegajacy na tym, ze nosnik katalizatora nasyca sie skladnikiem aktywnym, po czym nasycony nosnik ogrzewa sie w atmosferze redukujacej po kazdym nasyceniu.Katalizator wytworzony tym sposobem posiada jako nosnik wegiel z zawartoscia grafitu o scisle okreslonych wymiarach geometrycznych. Skladnikiem aktywnym sa metale przejsciowe grupy VB, VIB, VTIB i VIII ukladu okresowego w ilosci 0,1-50% wagowych orazjony metalu modyfikujacego wybrane z grupy IA lub IIA ukladu okresowego, lub z lantanowców, lubaktynowców wilosci 0,1-4krotnejwstosunku do zawartosci metalu przejsciowego.Znane katalizatory do niskotemperaturowej syntezy amoniaku typu grafit—chlorek metalu przejsciowego—metal alkaliczny lub typu wegiel z zawartosciagrafitu—metal przejsciowy —metal alkali¬ czny wykazuja niezadawalajaca aktywnosc oraz ulegaja szybkiemu scieraniu, szczególnie podczas pracy w zlozu fluidalnym.Katalizator posiadajacy korzystne wlasnosci powinien charakteryzowac sie wysoka aktywnoscia w warunkach dlugookresowej pracy oraz wysoka wytrzymaloscia mechaniczna w szczególnosci odpornoscia na sciernie.Celem wynalazku jest usuniecie wskazanych niedogodnosci znanych katalizatorów niskotemperaturo¬ wej syntezy amoniaku przez opracowanie sposobu wytwarzania katalizatora o wysokiej aktywnosci i zwiekszonej odpornosci mechanicznej w szczególnosci na scieranie.Wedlug wynalazku trójskladnikowy zwiazek warstwowy grafit — chlorek metalu przejsciowego — metal alkaliczny, w którym metal przejsciowy oznacza metale III, IV i VIII grupy oraz V, VI i VII podgrupy2 116777 ukfadu okresowego, otrzymany dowolnym znanym sposobem osadza sie na trwalych nosnikach tlenkowych, korzystnie posiadajacych wlasnosci elektronodonorowe w szczególnosci na tlenkach metali I i/lub II i/lub III i/lub IV grupy ukladu okresowego.Proces wytwarzania katalizatora do niskotemperaturowej syntezy amoniaku sklada sie zasadniczo z dwóch glównych etapów.Pierwszy etap wytwarzania katalizatora polega na wytworzeniu znanymi sposobami trójskladnikowego zwiazku warstwowego grafit—chlorek metalu przejsciowego—metal alkaliczny.Etap drugi wytwarzania katalizatora polega na zmieszaniu mechanicznym wytworzonego w etapie pierwszym zwiazku trójskladnikowego z odpowiednio rozdrobnionymi tlenkami metali korzystnie MV grupy ukladu okresowego jak na przyklad AI2O3, CaO, K2O, Tid, SiOi, MgO i inne. Wymienione tlenki MV grupy ukladu okresowego mozna tez dodawac bezposrednio w trakcie wytwarzania zwiazku trójskladnikowego.Po zmieszaniu i uplastycznieniu masy katalitycznej, korzystnie z niewielkim dodatkiem wody mase formuje sie i suszy przez kilka godzin w temperaturze otoczenia i nastepnie aktywuje w temperaturze 378-423 K.Katalizator do niskotemperaturowej syntezy amoniaku z azotu i wodoru, wytworzony sposobem wedlug wynalazku, zawiera 10-90czesci wagowych trójskladnikowego zwiazku warstwowego typu grafit — chlorek metalu przejsciowego—metal alkaliczny w którym metal przejsciowy oznacza metale III, IV i VIII grupy oraz V, VI i VII podgrupy ukladu okresowego i 90-10 czesci wagowych tlenków metalicznych lub ich mieszaniny, metali I i/lub II i/lub III i/lub IV grupy ukladu okresowego.O wlasnosciach katalizatora decyduje jego ogólny sklad chemiczny oraz w duzej mierze jego struktura wynikajaca ze sposobu wytwarzania.Katalizator wedlug wynalazku charakteryzuje sie wysoka aktywnoscia w warunkach pracy oraz wysoka wytrzymaloscia mechaniczna wymaganaze wzgledu na mozliwosc kruszenia sie katalizatora podczas pracy.Przedmiot wynalazku jest blizej objasniony na przykladach, którejednakze nie ograniczaja zakresu jego stosowania.Przyklad I. Do szklanej ampuly wsypano okolo Sg grafitu typu Sri Lanca i 15g pylistego chlorku zelazowego. Po wytworzeniu cisnienia 10~*Pa zatapiano ampule i mieszanine ogrzewano przez 20 godzin utrzymujac temperature do 573 K.Wytworzony zwiazek warstwowy grafit — FeCb przemywano woda destylowana w celu rozpuszczenia nadmiaru nieprzereagowanego chlorku zelazowego po czym suszono go w temperaturze do 400K. Tak wytworzony zwiazek warstwowy naparowywano parami metalicznego potasuw temperaturze do 623 K i pod obnizonym cisnieniem celem otrzymania trójskladnikowego zwiazku warstwowego grafit —FeCb—potas.Nastepnie do porcelanowego mozdzierza wsypano 9g tróskladnikowego zwiazku warstwowego grafit — chlorek zelazowy—potas o stosunku wagowym potasu do zelaza równym 3:1. Nastepnie dodano 4,5 g glinki kaolinowej, 2,25g tlenku magnezowego, 2,25g denku glinowego i 2,25g tlenku wapniowego, po czym calosc wymieszano przez ucieranie. Mase katalityczna formowano w prasie recznej na tabletki o srednicy 5mm i wysokosci 7 mm. Nastepnie uformowane tabletki suszono przez okres 24godzin w temperaturze otoczenia i potem aktywowano przez okres 3 godzin w temperaturze 378 K.Przyklad II. Do szklanej ampuly wsypano okolo 5g grafitu typu Sri Lanca i 15g pylistego chlorku zelazowego. Po wytworzeniu cisnienia 10~*Pa zatapiano ampule i mieszanine ogrzewano przez 20 godzin utrzymujac temperature do 573 K. Wytworzony zwiazek warstwowy grafit — FeCl przemywano woda destylowana w celu rozpuszczenia nadmiaru nieprzereagowanegochlorkuzelazowego po czym suszono go w temperaturze do 400 K. Takwytworzony zwiazekwarstwowy naparowywano parami metalicznego potasu w temperaturze do 623 K i pod obnizonym cisnieniem celem otrzymania trójskladnikowego zwiazku warstwo¬ wego grafit — FeCU—postas. Nastepnie do porcelanowego mozdzierza wsypano 11,3g trójskladnikowego zwiazkugrafit—chlorekzelazowy—potaso stosunku wagowympotasu do zelaza równym 3,7:1. Nastepnie dodano lOg tlenku magnezowego, 1 g tlenku wapniowego i 1 g tlenkubarowego, po czym calosc wymieszano przez ucieranie. Mase katalityczna formowano w prasie recznej na tabletki o srednicy 5mm i wysokosci 7mm. Nastepnie uformowane tabletki suszono przez okres 24godzin w temperaturze otoczenia i potem aktywowano przez okres 3godzin w temperaturze 400 K.Na katalizatorze wytworzonym wedlug przykladu I uzyskano w reaktorzeprzeplywowymprzy parame¬ trach przeplywu: temperatura — 567 K, obciazenie—200godz"\ cisnienie atmosferyczne, szybkosc tworze¬ nia amoniaku z azotu i wodoru równa a noc dmTlHj 0,085—1 r— kgktt-hIM 777 3 Na katalizatorze wytworzonym wedlug przykladu II uzyskano przy temperaturze S33 K i pozostalych warunkach identycznych jak wyzej, szybkosc tworzenia amoniaku z azotu i wodoru równa 0,085 f1^"3 Uzyskane wartosci liczbowe szybkosci tworzenia sie amoniaku z azotu i wodoru sa wielokrotniewyzsze niz uzyskiwane w identycznych warunkach na znanych katalizatorach syntezy amoniaku.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania katalizatora do niskotemperaturowej syntezy amoniaku, skladajacego sie z trójskladnikowego zwiazku warstwowego grafit—chlorek metalu przejsciowego—metal alkaliczny, gdzie metal przejsciowy oznacza metale III, IV i VIII grupy oraz V, VI i VII podgrupy ukladu okresowego, polegajacy na nasyceniu grafitowego nosnika katalizatora skladnikami aktywnymi przez ogrzewanie i nastepnie aktywacje, znamienny tym, ze zwiazek warstwowy grafit—chlorek metalu przejsciowego —metal alkaliczny, w którym metal przejsciowy posiada wyzej podane znaczenie, miesza sie z rozdrobnionymi tlenkami metali, korzystnie I i/lub II i/lub III i/lub IV grupy ukladu okresowego, korzystnie z niewielkim dodatkiem wody, po czym po uplastycznieniu i uformowaniu mase suszy sie w temperaturze otoczenia i nastepnie poddaje aktywacji w temperaturze 378-423 K. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze tlenki metali I i/lub II i/lub III i/lub IV grupy ukladu okresowego miesza sie z trójskladnikowym zwiazkiem warstwowym wtrakciejego wytwarzania i/lub po jego wytworzeniu. 3. Katalizator do niskotemperaturowej syntezy amoniaku z azotu i wodoru zawierajacy trójskladnikowy zwiazek warstwowy grafit—chlorek metalu przejsciowego—metal alkaliczny, gdzie metal przejsciowy oznacza metale III, IV i VIII grupyoraz V, VIi VII podgrupy ukladu okresowego, znamienny tym, ze zawiera 10-90 czesci wagowych trójskladnikowego zwiazku warstwowego grafit —chlorek metalu przejsciowego— metal alkaliczny w którym metal przejsciowy ma wyzej podane znaczenie oraz 90-10 czesci wagowych tlenków metalicznych, korzystnie I i/lub II i/lub III i/lub IV grupy ukladu okresowego. PL

Claims (3)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania katalizatora do niskotemperaturowej syntezy amoniaku, skladajacego sie z trójskladnikowego zwiazku warstwowego grafit—chlorek metalu przejsciowego—metal alkaliczny, gdzie metal przejsciowy oznacza metale III, IV i VIII grupy oraz V, VI i VII podgrupy ukladu okresowego, polegajacy na nasyceniu grafitowego nosnika katalizatora skladnikami aktywnymi przez ogrzewanie i nastepnie aktywacje, znamienny tym, ze zwiazek warstwowy grafit—chlorek metalu przejsciowego —metal alkaliczny, w którym metal przejsciowy posiada wyzej podane znaczenie, miesza sie z rozdrobnionymi tlenkami metali, korzystnie I i/lub II i/lub III i/lub IV grupy ukladu okresowego, korzystnie z niewielkim dodatkiem wody, po czym po uplastycznieniu i uformowaniu mase suszy sie w temperaturze otoczenia i nastepnie poddaje aktywacji w temperaturze 378-423 K.
2. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze tlenki metali I i/lub II i/lub III i/lub IV grupy ukladu okresowego miesza sie z trójskladnikowym zwiazkiem warstwowym wtrakciejego wytwarzania i/lub po jego wytworzeniu.
3. 3. Katalizator do niskotemperaturowej syntezy amoniaku z azotu i wodoru zawierajacy trójskladnikowy zwiazek warstwowy grafit—chlorek metalu przejsciowego—metal alkaliczny, gdzie metal przejsciowy oznacza metale III, IV i VIII grupyoraz V, VIi VII podgrupy ukladu okresowego, znamienny tym, ze zawiera 10-90 czesci wagowych trójskladnikowego zwiazku warstwowego grafit —chlorek metalu przejsciowego— metal alkaliczny w którym metal przejsciowy ma wyzej podane znaczenie oraz 90-10 czesci wagowych tlenków metalicznych, korzystnie I i/lub II i/lub III i/lub IV grupy ukladu okresowego. PL