199313. lajstromszámú szabadalom • Eljárás ammóniaszintézisben alkalmazható,promotorral aktivált vasoxidot tartalmazó tömbkatalizátor készítmény előállítására

3

4

HU 199313 B

lálmány szerinti eljárásban a komponenseket a következő tömegarányban alkalmazzuk: szemcsést promotorral aktivált vasoxid katalizátor 87,0-96,4 tömeg*

alkálifém-aluminát 1,49- 1,6 g/cm3

sűrűségű vizes oldata (szárazanyagra vonatkoztatva) 3,0- 6,0 tömeg* töltőanyag 0,1- 6,0 tömegX

erősítő-, merevítő-elemek 0,5- 1,0 tömeg*. A katalizátormassza hőkezelését 300-600 °C hőmérsékleten végezzük.

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 (tömeg*) 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):

PeO - 32-38; FezOí - 52-61,6; KzO - 0,7-1,0; AI2O3 - 3,0-4,0; 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 találmány szerinti eljárással előállított katalizátor készítményben az alkálifém-aluminátot előnyösen 3,0-6,0 t*-ban alkalmazzuk. 3 t* alatti mennyiség esetén a katalizátormasszában egyenlőtlenül oszlik el az alkálifém-aluminát és a tömb megszilárdulása, kötése csak részben jön létre. 6 t* feletti mennyiségben történő alkalmazásnál csökken a tömb katalitikus aktivitása. Az alkálifém-aluminát vizes oldatának sűrűsége 1,49 g/cm3-tői 1,60 g/om3-ig terjed. Kisebb sűrűségű oldat esetében az oldat viszkozitása is kisebb és igy a promotorral aktivált vas-oxid katalizátor szemcsék tömbösitése sem kielégtö. Nagyobb sűrűségű oldat alkalmazása célszerűtlen, mivel az ilyen oldatok

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

túltelítettek és a gyors kristályosodás következtében csak rövid ideig maradnak fenn. A töltőanyagot 0,1-6,0 tX-ban alkalmazzuk.

0,1 tX-nál kisebb mennyiségben célszerűtlen felhasználni, mivel a katalizátortömb hlgroszkóposságát, amelyet az alkálifém-aluminát szabad alkálitartalma határoz meg, igy nem tudjuk csökkenteni. 6,0 tX feletti mennyiség esetén a tömb katalitikus aktivitása CBÖkken. A találmány szerint a töltőanyagként alkalmazott, promotorral aktivált vas-oxid katalizátor por szemcsenagysága 0,01-0,5 pm. 0,01 jum-nél kisebb, szemcsenagyságú port célszerűtlen felhasználni, mivel nehéz előállítani. 0,5 pm-nél nagyobb szemcsenagyságú por esetében az alkáliféin-aluminátot nem lehet egyenletesen eloszlatni a katalizátor masszában.

A mechanikai szilárdság növelésére a tömbökbe 0,5-1,0 tX-nyi mennyiségben erősítő-, mereviló-elemet helyezünk el. Ennél kisebb mennyiségük a mechanikai szilárdságot nem növeli meg a szükséges mértékben, míg mennyiségük növelése a tömb tömegében a katalizátor optimális mennyiségének csökkenéséhez és igy a katalitikus aktivitás csökkenéséhez vezet.

A találmány szerinti eljárásban a katalizátormassza hőkezelése 300-600 °C hőmérsékleten történik. 300 °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 mag net it (a szemcsés, promotorral aktivált vas-oxid katalizátor alapanyaga) a levegőn végrehajtott hőkezelés folyamán hematittá oxidálódik a fázismenet 590 °C hőmérsékleten következik be. A katalizátor szemcsék felületének oxidációja a tömb katalitikus aktivitásának csökkenését okozhatja. Ezen kivül a katalizátortömb redukciójának ideje is megnőhet, mivel a hematit lényegesen lassabban redukálódik, mint a mag net it.

Az ammóniaszintézisben alkalmazható, találmány szerinti katalizátor tömbök előállítása -a kővetkezők szerint történik. A szemcsés, promotorral aktivált vas-oxid katalizátort dobkeverőben összekeverjük az alkálifém-aluminál. vizes oldatával (az oldat sűrűsége 1,49-1,60 g/cm3) és a töltőanyaggal.

A szemcsés, promotorral aktivált vas-oxid katalizátor összetétele és a szemcsék alakja tetszőleges lehet. A legnagyobb ipari alkalmazásuk a promotorokkal ősszeolvasztott mag net it katalizátoroknak van. A magnetitben a két- és háromértékű vagy (Fe^/Fe3*) optimális aránya 0,5. Promotorként a magnetithez oxidokat illetve kálium-, aluminium-, kalcium-, magnézium-, szilícium-, titán-, vanádium-, molibdén-, cirkónium-, kobalt-, wolfram-sókat adnak.

Töltőanyagként vagy 0,01-0,5 pm szemcsenagyságú, promotorral aktivált vas-oxid katalizátor port, vagy agyagásványokat, vagy agyagásványok égetett termékeit, vagy

4