180505. lajstromszámú szabadalom • Réteges nemesfém-katalizátortöltet ammónia nitrogénmonoxiddá történő oxidálásához
5 180 50? 6 javulásához és a folyamat hatékonyságának (niitrog'énmonoxid kitermelés) megnövekedéséhez. A platina visszanyerésének folyamata a 3 873 675. számú USA-beli szabadalmi leírás szerint akikor játszódik le, amikor a gázok áthaladtak a katalizátoron, azaz amikor az ammónia már csaknem teljesen elreagált. Így a platinát felfogó töltet katalitikus tulajdonságai nem kerülhetnek hasznosításra. A találmány szerinti megoldás a fenti ismert megoldással összehasonlítva lehetővé teszi a platina katalizátor menynyiségének csökkentését a tölteten belül, csökkenti a veszteségeket, valamint az olcsóbb és könnyebb palládium felhasználásánál fogva, a katalitikus eljárás költségeit. A platina és palládium egyaránt, és kismértékebn más, adalékanyagként használt fémek is megköthetők alkálifém-, illetve alkáliföldfém-oxidokon, főként kaloiumoxidon. A palládium katalizátor hálótól eltérő formában is készülhet, így például porózus réteg formájában, vagy felvihető hordozóra is. A két katalizátor mennyiségét minden egyes oxidáló berendezés esetében külön meg kell választani, működésének paramétereitől és felépítésétől függően, valamint annak a függvényében, hogy milyen mértékű nitrogénmonoxiddá alakulást kívánunk meg és mekkorák a nemesfém veszteségek, valamint az alkalmazott katalizátorok összetételei. A nemesfém aránya a platina katalizátorban a palládium katalizátorban jelenlevő nemesfémek tömegéhez képest 0,05—50 között van. A legfontosabb a palládium katalizátor összetétele. Olyan anyagok, mint például réz, kobalt, platina, ródium, iridium, arany, ezüst hozzáadása megváltoztatja az ammónia oxidációja során mutatott katalitikus aktivitását, a platina felfogó képességét és mechanikai szilárdságát. Palládium katalizátorként a platina kinyerésére használt 80Au20 jelű palládium katalizátor is felhasználható, amely a Degussa és Engelhard Company terméke. A találmány szerinti katalizátor töltetet használva, az ammóniának nitrogénmonoxiddá történő átalakításánál a konverziós fokot azonos értéken tartva, lehetővé válik a platina katalizátor mennyiségének körülbelül a felére történő lecsökkentése, valamint a platina-veszteségeik mérséklése, esetemként még 80%-kal is. Ezen felül a katalizátor teljes tömege 30%-kal is lecsökkenhet és a teljes nemesfém-veszteség csökkenése mintegy 60%. A találmány szerinti katalizátor töltet felhasználása nem kíván semmiféle változtatást sem az ammónia oxidálására használt reaktorban, sem az eljárási paraméterekben. A találmány szerintii katalizátor töltet alkalmazásából akkor származik a legnagyobb haszon, ha a palládium katalizátoron lezajló nitrogénmonoxiddá alakulás meghaladja a 0,3%-ot. A találmány szerinti katalizátor töltet hátránya, hogy a palládium katalizátor, és ennek következtében a kombinált katalizátor -mechanikai szilárdsága is kisebb, mint a platina katalizátoré. Ennek megfelelően oélszerű egy harmadik rétegként egy platina katalizátor réteget vagy egy más hordozó elemet, például a palládium katalizátor mechanikai veszteségeinek felfogására szolgáló hőálló rácsot beépíteni a rendszerbe. Kísérleteink során olyan palládium katalizátort használtunk, amely a következő összetételű volt: 1. Pd—80 % Au—20 %Ir— nyomokban 2. Pd—77,4% Áu—19,6%Pt 2,9% Cu 0,1% 3. Pd—71,9% Au—19,0% Pt 8,9% ír 0,2% 4. Pd—56,7% Au—16,6% Pt 26,5% CO 0,2% 5. Pd—52,4% Au—16,6% Pt 31,2% Ag 0,3% 6. Pd—42,8% Au—14,2% Pt 42,7% Rh 0,3% A felsorolt katalizátorok katalitikus tulajdonságai és platina megkötő képessége hasonló volt. Találmányunkat ' a következő, nem korlátozó példákkal szemléltetjük. 1 Példa Az ammónia oxidálása során megközelítőleg 4,7 ata nyomáson, három azonos, ugyanezzel az ammónia—levegő eleggyel megtöltött oxidáló berendezésben három különböző katalizátort használunk fel. Az első reaktorban a szokásos töltetet használji'.k, amely 4 PtRhlO platina katalizátor hálóból áll; a második reaktorban a találmány szerinti katalizátor töltet kerül felhasználásra; a harmadik reaktorban a töltet négy PdAu20 palládium katalizátor háló, amelyet korábban még nem használtaik. A huzalok átmérője és a hálók lyukmérete azonos. A palládium katalizátor ötvözetének fajlagos sűrűsége körülbelül 0,6 része a platina katalizátor fajlagos sűrűségének. A katalizátor terhelési intenzitása körülbelül 1,4 tonna Nth/rru/ /24 óra. Ugyanolyan működési idő után a találmány szerinti katalizátor tölteten az ammónia nil rogénmonoxiddá alakulásának átlagos konverziós foka 0,5%-kal nagyobb, mint a platina katalizátoron, és 4,4%-kal nagyobb, mint a palládium katalizátoron. A találmány szerinti katalizátorban a platina katalizátor tömeg vesztesége közel 60%-os volt, a palládium katalizátoré pedig megközelítően 10%-os a 4 hálóból álló platina katalizátorra vonatkoztatva (első oxidáló reaktor). A palládium katalizátor hálói a platina katalizátor veszteségének körülbelül 54%-át felfogják. A palládium katalizátor vesztesége a harmadik reaktorban körülbelül 50%-a a platina katalizátor veszteségének az első reaktorban. 2. Példa Egy eredetileg 7 PtRhlO katalizátor hálóból álló katalizátor töltetben az utolsó három hálót palládium katalizátorral helyettesítjük (a töltet súlya körülbelül 43%-kal csökkent). A következő hatásokat érjük el: az ammónia nitrogénmonoxiddá történő átalakulásának konverziós foka 1,1%-ikal nő, míg a PtRhlO katalizátor vesztesége 38,5%-kal csökken. A palládium katalizátor tömegének növekedése a PtRhlO katalizátor teljes veszteségének 48,5%-át teszi ki. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
