SU740274A1 - Низкотемпературный катализатор дл синтеза аммиака - Google Patents

Description

(54) НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ СИНТЕЗА АММИАКА Изобретение относитс  к области неорганической химии гидридов металлов и может найти ггрименение в химической технологии при разработке высокоэффективных промышленных процессов синтеза аммиака. Так как реакци  Синтеза аммиака экзотермична и протекает с уменьшением объема газовой смеси, то наиболее выгодными с термодинамической точки зрени  услови ми дл  проведени  этой реакции  вл ютс  возможно более низкие температуры и возможно болер высокие давлени . С другой стороны, необходимо примен ть катализаторы , в отсутствии которых скорость достижени  равнойесных состр  . кий даже при температурах 600 С и вы111е оказываетс  чрезвычайно мгшой. Известный катализатор дл синтез аммиака, примен емыйВ прсмфшшенных услови х и работак дий в интервале температур 400-600 С и давлени х 100-400 атм, содержит в качестве ос новного.компонента металлическое же лезо с добавками окислов, кали / кал ци , магни , алюмини , кремни  1}. Главным недостатком этого катали затора  вл етс  низка  активность при 350-400 С, которой соответствуют относитёльно высокие равновесные концентрации аммиака. Так при этих температурах и давлени х до 100 атм содержание аммиака в равновесной смеси составл ет 25-37%. Эт.о недостаток приходитс  компенсировать применением высоких давлений и, следовательно , сложных компрессорных и других устройств. известен также новый тип катвлизаторов дл  синтеза аммиака, принципиально отли.чний от .примен ющегос  в промышленности и основанный на использовании гидридных фаз интерметаллических соединений РЯМ с металлами VIII группы 12, р . Ближайшим аналогичным решением  вл етс  катализа.тор на основе гидридных фаз интерметаллических соединений общей формулы «Bfnf X где А - скандий, молибден, сплав лантана с церием, В - железо, кобальт, п- 1-3, m 1-5, X 3-5 2,

Однако, несмотр  на высокую активность известных катализаторов (при температурах 200-300С и давлени х 40-75 атм), выход аммиака достигает 12-35% от равновесного значени , скорости достижени  равновесных концентраций аммиака в этих услови х невелики, что не позвол ет примен ть непосредственно эти катализаторы дл  получени  аммиака в промьа1длённых установках при больших объемных скорост х (выход аммиака равен 2,5-5,5% при температурах 350-400 С и давлени х 50-90 атм)i

Целью изобретени   вл етс  создание типа Катализаторов синтеза аммиака , обладающих высокой активность при температурах 350-450 С и давлении , до 100 атм.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в качестве катализатора дл  синтза аммиака примен ют гйдридо-нитридную фазу интерметаллического соединени  обшей формулы

где А - лантан, церий, скандий, самарий , иттрий,титан, в - железо, кобальт, никель, У Ь2, п 2-17, . ,

m 0,1-0,3, . , . X 0,7-0,9..

Соединени  указанной формулы  вл ютс  известными и ранее примен лис в качестве аккумул тора водорода 5 .

Существенным отличием предлагаемого катализатора от известного  вл етс  химический состав и строение: вместо известных гидридных фаз используют гидридо-нитридные фазы АуВцЧ К. Предлагаемые катализаторы содержат в своем-составе значительные количества азота (0,7-1 атОм на молекулу) и меньшее количество водорода (0,1-0,5 атома против 3-5 в известном). Эти различи  в составе обеспечивают более высокую активность . Например, при давлении 90 атм температуре.4000с и объемной скорости бОрр катализатор ЗсРе2Нр, имеет активность 16%, а известньзи катализатор ScFegH только 5%.

Интерметаллические соединени ,  вл ющиес  исходными веществанш Дл  получени  гидридо-нитриднрго катализатора , готов т сплавлением в электродуговой печи в атмосфере очигшенНого аргона шихты, из исходных метйлЛов чистотой 99,99%.

Пример. Подготовку катализатора к синтезу аммиака провод т следующим образом

Навеску интерметаллического соединени  1,5-2,0 г в виде зерен размером 0,5-1,5 мм совместно с нрсителем (керамическа  крошка,, асбестовое волокно и т.д.) при соотнааении весов от 1:5 до 1:10 пометают а проточный реактор, в котором осушествл ют получение гидридной фазы максимального состава обычным образом 4. Затем реактор нагревают до 450-500 С и подают азотно-водо , родную смесь или азот под давлением 30-50 атм дл  получени  гидридрнитридного катализатора необходимо .го состава. После перемешивани , способствующего агрегированию частичек катализатора на поверхности носител , в реакторе устанавливают необходимую температ5.ру в интервале 350-450°С и подают азотно-водородную смесь состава 1:3 под. давлением 30-50 атм с объемной ско-

. рЬстью б00О ч . Контроль за процессом синтеза аммиака осуществл ют в автоматическом режиме с помощью датчиков температуры и давлени . Количество образовавшегос  аммиака определ ют путем измерени  времени, необходимого дл .нейтрализации выход щей из реактора газовой смесью известного .объема 0,05 н. раствора . ;

Пример2. В реактор с катализатором ScFegH, (наиболее эффективный из известных 2) подаетс  азотно-водородна  смесь состава 1:3 под давлением 90 атм, при температуре с объемной скоростью бООО ч , содержание .аммиака в газовой смеси составл ет 5,0-5,5%, что . соответствует л/20% от равновесного содержани  при температуре и давлении синтеза.

Примерз, в реактор с катализатором состава на носителе, приготовленномкакв примере 1, подают азотно-водородную смесь состава 1:3 под давлением 90атм и при температуре 400С с объемной скоростью л б00.0 ч . Содержание а миака в. газовой смеси после однократного прохождени  через реактор составл ет16-16,5%, что соответствует б5-бб% от равновесного содержани  при температуре и давлении синтеза. В промышленных установках выход 9-10% при 400С достигаетс  только при 300 атм.

Результаты определени  активности катализаторов разного состава при ведены в таблице (объемна  скорость . бООО ч смесь, состава 1:3).

ScFejH

400 90 5,0-5,5. (известный)

ScFeaHo.5 N„,6 400 90 16-16,5

Продолжение таблицы I г 400 30 6400 50 7,55ScPe-jHo a N,. 400 50 4,56LaNijHo ., N0,7 7 СеРе.,Н„,,, N 400 50 8Из представленных данных виднй, что применение гидридо-нитридных фаз вместо известннх гидридных уве личивает выход NH более, чем на 1

Фбрмула изобретени  Применение гищ идо-нитридней фазы интерметаллического соединени  общей формулы , где А - лантан, церий, скандий, самарий , иттрий, титан, В - железо, кобальт, никель, У - if2, п 2-17, . m 0,1-0,3, X 0,7-0,9, в качестве низкотемпературного катализатора дл  синтеза акмиака. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Современное состо ние производства аммиака за рубежом. Госхимиздат . 1966. 2.Авторское свидетельство СССР №573103, кл. В 01 J 31/02, 1976 (прототип).. 3.Takeshita Т., Wallace W.E., ciraig-R.S. j Catalysis, 44, 236,1976. 4. Авторское свидетельство СССР 509528, кл. С 01 В 6/02, 1974. 5, АфанасьевМ.И. и др. Положение водорода в гидронитратах . ДАН, сер. хими , 230, 110 (1976).

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Применение гидридо-иитридной фазы интерметаллического соединения обшей формулы где А - лантан, церий, скандий, самарий, иттрий, титан,

   В — железо, кобальт, никель, У * 1,2, η = 2-17, .

   m = 0,1-0,3, х = 0,7-0,9, в качестве низкотемпературного катализатора для синтеза аммиака.