PL94690B1 - Katalizator do utleniania amoniaku - Google Patents

Description

Opis patentowy opublikowano: 31.12.1977 94690 MK P B01j 11/12 C01b 21/26 Int. Cl2. B01J 23/42 C01B 21/26 iCZY i LLNIAI | !J ¦... f-V Twórca wynalazku: Uprawniony z patentu: Deutsche Go Id — und Silber - Scheideanstalt vormals Roessler, Frankfurt n/Menem (Republika Federalna Niemiec) Katalizator do utleniania amoniaku Wynalazek dotyczy katalizatora do utleniania amoniaku na tlenki azotu do produkcji kwasu azotowego, który to katalizator sklada sie z pakietu siatek zawierajacego druty ze stopów metali szlachetnych i stopów metali nieszlachetnych.

Przez utlenianie amoniaku uzyskuje sie tlenki azotu niezbedne do otrzymywania kwasu azotowego.

W procesie tym jako katalizatory znajduja zastosowanie przede wszystkim stopy platyny z rodem. Forma uzytkowa, stosowana ze wzgledów technologicznych i fizyko-chemicznych niemal wylacznie, sa drobnooczkowe siatki. W reaktorze umieszcza sie zestawy zawierajace do 50 sztuk scisle przylegajacych do siebie siatek. Przez tak utworzone pakiety siatek katalizatora przeplywa mieszanina amoniaku z powietrzem podgrzana wstepnie do temperatury 250°C. Zachodzi przy tym przemiana na tlenki azotu i pare wodna, zwiazana ze znacznym dodatnim efektem cieplnym. Wydajnosc w odniesieniu do tlenków azotu waha sie pomiedzy 90 a 98%.

Katalizator osiaga w wyniku zachodzacych na nim procesów cieplnych temperature pomiedzy 820 a 950°C. Tak wiec siatki podczas uzytkowania podlegaja powaznym naprezeniom termicznym, do których w instalacjach wysokocisnieniowych dochodzi jeszcze znaczne obciazenie mechaniczne. Wynika stad znaczne zuzywanie sie siatek, co lacznie z wystepujacymi, z niewyjasnionych przyczyn wysokimi stratami platyny i rodu podczas reakcji, wymaga czestych wymian i przeróbki siatek katalizatora.

W zwiazku ze stosowaniem ostatnio coraz wyzszych cisnien i temperatur przy utlenianiu amoniaku, coraz czesciej trzeba wymieniac siatki, przez co zwieksza sie czas przestoju instalacji. Dotychczasowe rozwiazania, majace na celu zmniejszenie ilosci stosowanego katalizatora platynowo-rodowego i/lub zmniejszenie jego strat i/lub polepszanie uzysku tlenków azotu, nie braly pod uwage powyzszego zagadnienia, albo nawet celowo je pomijaly majac na uwadzie podwyzszenie okresu trwalosci siatki.

Znane sa sposoby w których przez zastapienie pewnej ilosci siatek w pakiecie katalizatora regularna lub nieregularna plecionka z drutów z metalu nieszlachetnego, korzystnie wplywajaca na przeplyw, osiaga sie2 94 690 ograniczenie ilosci katalizatora, a przez to równiez obnizenie strat platyny (niemieckie opisy ogloszeniowe nr nr 2101188 i 2239514). Wada tych sposobów polega na tym, ze stosowane siatki katalizatora platynowo-rodowego trzeba bardzo czesto regularnie odnawiac z powodu wspomnianych obciazen.

Celem niniejszego wynalazku bylo uzyskanie katalizatora w postaci siatki, który wytrzymywalby mozliwie dlugo cieplne i mechaniczne obciazenia wystepujace przy utlenianiu amoniaku, skracajac przez to okresy przestoju instalacji utleniajacych.

Katalizator wedlug wynalazku sklada sie z pakietów siatek, w których czesc poszczególnych siatek, lub wszystkie siatki, zawieraja zarówno druty ze stopu platyna-rod, jak i druty z odpornych na utlenianie, zaroodpornych stopów metalinieszlachetnych. ], Siatki katalizatora wedlug wynalazku maja znacznie wieksza trwalosc niz znane katalizatory siatkoweze i stopów platyna rod, co umozliwia ograniczenie czestotliwosci wymiany siatek w instalacjach utleniajacych. * Jednoczesnie za pomoca siatek katalizatora wedlug wynalazku osiaga sie takie samo jak w znanych sposobach zmniejszenie wsadu platyny i zwiazane z tym obnizenie strat tego metalu.

Siatke stanowi korzystnie plecionka mieszana z drutów, platynowo-rodowych o zawartosci do 30% rodu i drutów ze stali nierdzewnej zaroodpornej. Szczególnie korzystne jest stosowanie stali o zawartosci 20—25% chromu i 3—5% glinu. Srednica drutów z metalu nieszlachetnego jest tego samego rzedu co drutów z metalu szlachetnego i wynosi korzystnie 0,06—0,15 mm. Okazalo sie, ze druty z metalu nieszlachetnego dzialaja jako wsporniki dla wplecionych wlókien katalizatora umozliwiajac w ten sposób dluzsze wykorzystywanie ich katalitycznych wlasciwosci. Wynikaja stad, jak i z powyzszego ograniczenia wsadu katalizatora oraz zmniejszenia, jego strat, znaczne korzysci ekonomiczne dla procesu utleniania amoniaku we wszystkich typach palników.

Korzystnie formuje sie plecionke siatki w ten sposób, ze stop metalu nieszlachetnego stanowi wylacznie druty osnowowe lub wylacznie watkowe. Dla zapewnienia jednak siatkom katalizatora jeszcze wiekszej trwalosci, mozna równiez czesc platynowo rodowych drutów osnowowych zastapic drutami z metalu nieszla¬ chetnego korzystnie w ukladzie regularnym stosujac równoczesnie metal nieszlachetny na druty watkowe.

Równie dobrze jednak mozna stosowac stop olatyny z rodem, jako druty watkowe. Mozna takze poszczególne siatki katalizatora w danym pakiecie wyposazyc w rózna liczbe drutów z metalu nieszlachetnego, co w zaleznosci od typu instalacji utleniajacej moze przyniesc dodatkowe korzysci.

W wyniku wprowadzenia siatek katalizatora wedlug wynalazku, stopien przemiany amoniaku w tlenki azotu w porównaniu do znanych katalizatorów pozostaje bez zmian.

Nastepujace przyklady winny dokladniej wyjasnic zalety katalizatora wedlug wynalazku.

Przyklad I. W aparaturze na cisnienie 7 atn zastapiono 35 siatek Pt 10 Rh siatkami ze zmniejszona o 50% zawartoscia metalu szlachetnego, tzn. druty watkowe plecionki siatkowej skladaly sie ze stopu zelaza z zawartoscia 23% chromu i 4% glinu. Okazalo sie przy tym, ze przy zachowaniu przemiany 91 —93% czas pracy siatek pomiedzy wymianami mozna bylo przedluzyc z 60 dni do 85 dni, a straty platyny i rodu zmalaly z 1,85 g/t N-NH3 do 1,14 g/t N-NH3.

Pr z y k l,a d II. Przedluzenie okresu uzytkowania siatek ze 180 do 270 dni osiagnieto w aparaturze na cisnienie 2,5 atn i dobowe obciazenie powierzchni 5 t N/m2, przez zastosowanie siatek wedlug wynalazku zgodnie z przykladem I. Straty platyny mozna bylo przy tym zmniejszyc z 0,66 g/t N—NH3 do 0,35 g/t N-NH3.

Przyklad III. Na zakonczenie uzyskano 136-cio dniowy czas pracy jednego wsadu z 25 siatek o mieszanym splocie wedlug przykladu I w instalacji na 7 atn przy obciazeniu dobowym 221 N/m2, podczas gdy w identycznych warunkach siatki Pt 10 Rh mozna bylo uzytkowac tylko 90 dni. Straty jednostkowe platyny wyniosly 0,71 g/t N—NH3 w porównaniu do przecietnej wartosci poprzedniej 1,2 g/t N—NH3.

Charakterystycznymi dla wszystkich prób byly wiec oszczednosci wsadu platyny o ca 50%, obnizenie strat jednostkowych metalu szlachetnego dochodzace do 47% i przedluzenie okresu sprawnosci siatek katalizatora dochodzace do 52%. Te stwierdzenia przedstawiaja powazne ekonomiczne korzysci dla otrzymywania tlenków azotu przez utlenianie amoniaku. Ich znaczenie jest dlatogo tak duze, poniewaz metody oszczedzajace platyne stosowano dotychczas w instalacjach o cisnieniach roboczych do 5 atn z ograniczonym skutkiem ze wzgledów techniczno-ruchowych. Siatki kataIzatora wedlug wynalazku natomiast mozna bez przeszkód stosowac z opisa¬ nym rezultatem we wszystkich tego typu instalacjach. W instalacjach wysokocisnieniowych zmniejszone straty platyny oraz dluzszy okres trwalosci siatek wedlug wynalazku nabieraja pierwszorzednego znaczenia jako powodujace wzrost produktywnosci tych instalacji.

Zamiast zastosowanego w przykladach stopu zelaza z zawartoscia 23% chromu i 4% glinu mozna oczywiscie uzywac równiez innych stopów metali nieszlachetnych, odpornych na utlenianie i zaroodpornych w warunkach utleniania amoniaku.

Rysunek 1 i 2 przedstawiaja schematycznie w wycinku duze przykladowe postaci siatek ktalizatora wedlug wynalazku.94690 3 Na rysunku 1 druty osnowowe (11, 12, 13, 14) skladaja sie ze stopu platyny z rodem a druty watkowe (15, 16, 17, 18) ze stopu metalu nieszlachetnego, na przyklad ze stopu zelaza zawierajacego 20% chromu i 5% glinu.

Na rysunku 2 druty osnowowe (21 do 26) skladaja sie na przemian ze stopu platyny z rodem (21, 22,23) i stopu metalu nieszlachetnego (24, 25, 26), podczas gdy druty watkowe (27,28,30) skladaja sie równiez ze stopu platyny z rodem.

Claims (5)

Zastrzezenia patentowe

1. Katalizator do utleniania amoniaku na tlenki azotu stanowiacy pakiet siatek z drutów ze stopu platyny z rodem i stopów metali nieszlachetnych, znamienny tym, ze siatki w pakiecie, lub ich czesci skladaja sie zarówno z drutów ze stopu platyna-rod jak i z drutów z zaroodponych stopów metali nieszlachetnych odpornych na utlenianie.

2. Katalizator wedlug zastrz. 1, z n,a m i e n n y tym, ze druty z metalu nieszlachetnego skladaja sie ze stopu zelaza zawierajacego 20—25% chromu i 3—5% glinu.

3. Katalizator wedlug zastrz. 1, z n a m i e n n y tym, ze druty z metalu nieszlachetnego stanowia w siatce osnowe lub watek.

4. Katalizator wedlug zastrz. 1,znamienny tym, ze druty osnowowe skladaja sie czesciowo ze stopu platyna-rod, czesciowo zas ze stopu metalu nieszlachetnego, korzystnie w regularnym ukladzie, a druty watkowe ze stopu metalu nieszlachetnego lub stopu platyna-rod.

5. Katalizator wedlug zastrz. 1,znamienny tym, ze poszczególne siatki w pakiecie zawieraja rózne ilosci drutów z metalu nieszlachetnego.94 690 rl~ TT TT" " , . .i JZZZ2ZZ '¦l KI n 22 w?y/M K l r" i-.iV i' I ii ii TT C4 id 17 Li' iO 18 11 12 13 14 Fig. 1 E HH iLSzl: ^^ ^ W N A/ i\ a 177777 V\ m zttf zzi w :EZ2 1/ KEZ kp?SZ3 21 22 23 I2A 25 26 27 28 29 30 Fig. 2 Prac. Poligraf. UP PRL naklad 120+18 Cena 10 zl