199312. lajstromszámú szabadalom • Eljárás ammóniaszintézisben alkalmazható promotorral aktivált vasoxidot tartalmazó tömbkatalizátor készítmény előállítására
3 HU 199312 B 4 alkálifóldfém-aluminát vizes közegben (szárazanyagra vonatkoztatva! 5,0-15,0 tömegX, erősítő-, merevítő-elemek 0,5-1,0 törne gX. A katalizátormassza hőkezelését 200- -600 °C hőmérsékleten végezzük, amely után 150-300 °C hőmérsékleten hidrotermikus kezelést és végül 150-200 °C hőmérsékleten szárítást alkalmazunk. Az ammóniaszintézisnél használt, szemcsés, promotorral aktivált vas-oxid katalizátorból álló, találmány szerinti eljárással előállított katalizátor tömbnek kicsi a higroszkópos hajlama, csekély a hidraulikus ellenállása, nagy a nyomószilárdsága és a katalitikus aktivitása egyenlő a tömb előállításához felhasznált kiindulási, szemcsés, promotorral aktivált vas-oxid katalizátor aktivitásával. A szóban forgó katalizátor tömb felsorolt előnyeit a következő műszaki adatokkal jellemezzük: Geometriai méretek (m): külső átmérő 0,5-3,0 belső átmérő 0,2-1,0 magasság 0,5-3,0 és magasabb; Tömeg (t): 0,25-52,0 és több; Nyomószilárdság (MPa) minimum 5,0 Higroszkóposság (tömegX) maximum 0,5 Hidraulikus ellenállás (MPa) 0,69 m3/s légsebességnél maximum 0,07. A tömb katalitikus aktivitását, az ammóniatermelésben határozzuk meg. A szemcsés promotorral aktivált vas-oxid katalizátor öszszetétele (tX): FeO - 32-38; FezOa - 52-61,6; KzO - 0,7-1,8; AbOa - 2,0-3,0; CaO - 2,0-3,0; SiOz - 0,7-2,2; szemcsenagysága: 1-3 mm; és az ammóniatermelésben alkalmazott nyomás 29,4 MPa, térfogatáram 30000 h'1; és hőmérséklet (°C): ammónia kitermelés legalább (térfogat X): 550 15,0 500 19,5 475 20,0 450 19,7 400 16,3. A tömb nyomószilárdsága a katalizátor redukciója után legalább 6,0 MPa. A találmány szerinti eljárásban az alkáliföldfém-aluminátot előnyösen 5,0-15,0 tX-ban alkalmazzuk. 5,0 tX alatti mennyiségben nem célszerű alkalmazni, mivel igy a katalizátor tömb kielégítően nagy mechanikai szilárdsága nem érhető el. 15,0 tX feletti mennyiségben történő alkalmazásnál nagy hidraulikus ellenállású és csekély katalitikus aktivitású katalizátor tömböt lehet előállítani. Az alkálifőldfém-aluminátot vizes szuszpenzió formájában alkalmazzuk, amelynél az alkáliföldfém-aluminát tömegaránya a vízhez 1:1-től 1:9-ig terjed. 1 tömegrész alumináthoz 9 tömegrésznél több viz hozzáadása célszerűtlen, mivel igy az alkálifóldfém-aluminál adhéziós képességét és kötési tulajdonságát csökkentjük. 1 tömegrész alvunináthoz 1 tömeg résznél kevesebb viz hozzáadása nem ajánlatos, mivel igy az alkáliröldféni-aluminát szuszpenziót nem lehet egyenletesen elkeverni a szemcsés katalizátorral, ez pedig a tömb térfogatában egyenlőtlen tulajdonságok kialakulásához vezethet. A mechanikai szilárdság növelésére a tömbökbe 0,5-1,0 tX-nyi mennyiségben erősítő-, merevitő-elemet helyezünk el. Ennél kisebb mennyiségük a mechanikai szilárdságot nem növeli meg a szükséges mértékben, inig mennyiségűk növelése a tömb tömegében a katalizátor optimális mennyiségének csökkenéséhez és igy a katalitikus aktivitás csökkenéséhez vezet. A találmány szerinti eljárásban a katalizátormassza hőkezelése 200-600 °C hőmérsékleten történik. 200 °C hőmérséklet alatti hőkezelésnél a tömb szükséges mechanikai szilárdsága nem alakul ki és a tömb higroszkópos tulajdonságú lesz. A katalizátormassza 600 °C feletti hőkezelése nem ajánlatos, mivel a magnetit (a szemcsés, promotorral aktivált vas-oxid katalizátor alapanyaga) a levegőn végrehajtott hőkezelés folyamán hematittá oxidálódik (a fázisátmenet 590 °C hőmérsékleten következik be). A katalizátor szemcsék felületének oxidációja a tömb katalitikus aktivitásának csökkenését okozhatja. Ezen kívül a katalizátor tömb redukciójának ideje is megnőhet, mivel a hematit lényegesen lassabban redukálódik, mint a magnetit. A katalizátormassza hidrotermikus kezelését 150- -300 °C hőmérsékleten végezzük. 150 °C hőmérséklet alatti kezelés a katalizátor tömb szükséges mechanikai szilárdságát nem biztosítja. 300 °C feletti kezelés nem célszerű, mivel a magas hőmérséklet elérésének energiaszükséglete nagy és a katalizátor tömb mechanikai szilárdsága már nem nő. A hidrotermikus kezelés után a katalizátormassza szárítását 150-200 °C hőmérsékleten végezzük. 150 °C hőmérséklet alatti szárítás célszerűtlen, mivel az eljárás ideje jelentősen megnő. A 200 °C feletti szárítás nem ajánlatos a nagy energiafelhasználás miatt. A találmány szerinti eljárással az ammóniaszintézis céljára alkalmas katalizátor tömbök előállítása a következők szerint történik: A szemcsés, promotorral aktivált vas-oxid katalizátort dobkeverőben összekeverjük az alkáliföldfém-aluminát vizes szuszpenziójával (aluminát-viz tömegarány 1:1-től 1:9-ig). A szemcsés, promotorral aktivált vas-oxid katalizátor összetétele és a szemcsék alakja tetszőleges lehet. A legnagyobb ipari alkalmazásuk a promotorokkal ősszeolvasztott magnetit katalizátoroknak van. A magnetitben a kétes háromértékű vas (Fe2*/Fe3*) optimális aránya 0,5. Promotorként a magnetithez oxidokat illetve kálium-, alumínium-, kalcium-, magnézium-, szilícium-, titán-, vanádium-, 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 4
