191311. lajstromszámú szabadalom • Eljárás ammóniagyártáshoz alkalmas katalizátor előállítására
1 191 311 2 J. Táblázat A hatásfokot növelő anyag Hatásfok (mól/mól szén) (NH3%) száma Kálium Cézium Bárium 320 °C-on A 0,061 _ _ 3,53 B 0,052 — — 4,05 C 0,039 — — 3,42 D 0,031 — — 3,64 E 0,015 — — 0,92 F — — 0,063 2,31 G — — 0,046 2,61 H — — 0,031 2,35 I — — 0,015 1,21 J — — 0,0077 1,19 1 0,054 — 0,0077 5,32 2 0,046 — 0,015 5,46 3 0,031 — 0,031 3,78 4 0,015 — 0,046 3,16 K — 0,046 — 4,42 5 — 0,046 0,015 6,03 Az A—E kísérletek eredményeit áttekintve, ezek azt mutatják, hogy az adott reakciókörülmények között a káliumtartalom növelése (ha már egy minimális szintet túlhaladtunk) nem növeli nagy mértékben a katalizátor hatásfokát. Az F—J kísérletek hasonló eredményeket mutatnak. Az 1—3. példák mindegyike nagyobb hatásfokot mutat K/Ba kombinációval lényegében 0,063 mól/mól szén esetében, mint az azonos összmennyiségű, de csak káliumot tartalmazó hatásfok növelő anyaggal. Igaz, hogy a 4. példa kisebb hatásfokot mutat, mint az A kísérlet. A báriumtartalom azonban (mól/mól szénben mérve) nagyobb, mint a káliumtartalom, és a 4. példát az F—J kísérletek eredményeivel kell összehasonlítani, amelyek csak báriumot tartalmaznak, így a Ba/K kombináció fölénye világosan kitűnik. A K kísérlet és az 5. példa összehasonlítása ugyancsak világosan szemlélteti a hatásfok nagy növekedését, ha a céziummal javított katalizátorhoz kismennyiségű báriumot adunk. További kísérleteket végeztünk nagyobb méretű reaktorban, az előző kísérletek szerinti katalizátorokat használva. Hidrogén és nitrogén keverékét (a mólarány 1:1) vezettük át a katalizátoron 370 °C hőmérsékleten, a nyomás 71 bar (abszolút) és a gáz óránkénti térsebessége 30 000 volt. L és M kísérlet Ezek összehasonlító kísérletek voltak, nem a találmány szerintiek. A hatásfokot növelő anyagként káliumot, illetve céziumot tartalmazó katalizátort használtunk. Az eredményeket a 2. táblázat szemlélteti. 6, 7., 8. és 9. példa Ezek a példák azokat az eredményeket mutatják be, amelyeket kálium és bárium kombinálásával (6. példa), illetve cézium és bárium kombinálásával (7., 8., 9. példa) kaptunk. Az eredményeket a 2. táblázat szemlélteti. 2. Táblázat , , A hatásfokot növelő anyag Hatásfok (mól/mól szén) ' (NH3%) száma Kálium Cézium Bárium 320 °C-on L 0,061 _ _ 4,2 6 0,031 — 0,031 8,8 M — 0,046 — 6,8 7 — 0,046 0,015 12,1 8 — 0,053 0,0076 12,0 9 — 0,058 0,00305 10,1 Az L kísérlet és a 6. példa összehasonlítása azt mutatja, hogy a hatásfok jelentős mértékben nő, ha a katalizátor összesen azonos mennyiségű, hatásfokot növelő anyagot tartalmaz, de kálium helyett kálium-bárium kombinációt használunk. N összehasonlító kísérlet Katalizátort készítettünk a 4 142 993. számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás 1. példája szerint, vagyis sorban alkalmazva a szénre számítva 2 tömeg % báriumot, mint Ba(N03)2-ot tartalmazó vizes oldatot, a szénre számítva 4 tömeg % ruténiumot, mint RuCl3-ot tartalmazó vizes oldatot és a szénre számítva 12 tömeg % káliumot, mint KOH-ot tartalmazó vizes oldatot. A szenet a fenti szabadalmi leírás 1. példája szerint minden rétegzési művelet után megszárítottuk. A katalizátort — amint írtuk — a 4 142 993. számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás 1. példája szerint készítettük, de hordozóként az aktívszén helyett hőkezelt szenet alkalmaztunk. A hőkezelt szén előállításiíhoz a kiindulási anyag a kereskedelemben kapható, a Degussa cég által gyártott Katepon BK16 jelű aktívszén vojt. A szén 1,6 mm átmérőjű extrudált formájú és BET felülete, alap-síkfelülete és élfelülete 1214, 164, illetve 32 m2/g volt. A szenet kemencében áramló nitrogén-légkörben körülbelül 1700 °C-on folyamatos módon hőkezeltük (a forró zónában a tartózkodási idő körülbelül 45 perc), majd gyorsan lehűtöttük szobahőmérsékletre. Ezután a szenet forgócsőkemencében levegőn 540 °C maximális hőmérsékletre felhevítettük, összesen körülbelül 5 órán át ott tartottuk, így az összes vesztesége 20 tömeg% volt. Ezután a hőkezelést nitrogénben, körülbelül 1850 °C hőmérsékleten megismételtük. * A hőkezelés után a szén a következő jellemzőkkel rendelkezett: BET felület 535 m2/g alap-síkfelület 223 m2/g élfelület 1,7 m2/g BET/alap síkfelület arán} 2,4 alap-síkfelület/élfelület arány 131 A szenet úgy aktiváltuk — azaz láttuk el katalitikus hatású fémekkel —, mint az A—E kísérletben. A katalizátorokat az A—E vizsgálatnál leírt mikroreaktorban minősítettük. 25 30 35 40 45 50 55 60 5
