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Procédé de production d'ammoniac.
.La. présente Invention se rapporte à un procédé de production d'ammoniac à partir d'hydrogène et d'azote par voie catalytique et est basée sur le fait connu que certaines substances, spécialement des métaux forment dans certaines circonstances des nitrures avec l'azote et des hydrures avec l'hydrogène.
Dans des conditions convenables, les nitrures et l'hydrogène peuvent former de l'ammoniac et des hydrures, ces derniers donnant de façon analogue de l'ammoniac et des nitnures.
Le fait que ces réactions ne soient pas imposées dans la technique relative à la synthèse de l'ammoniac semble être dû à ce qu'elles sont difficiles à conduire. Par suite du caractère inerte de l'hydrogène et de l'azote, leur tendance à réagir est très faible et c'est pourquoi une très haute pression et
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des températures fort élevées sont exigées si l'on veut un rendement quel que peu satisfaisant. Sinon, la. réaction reut aisément évoluer de talle manière qu'au lieu d'ammoniac le nitrure et l'hydrogène forment de l'azote et que l'hydrure et l'azote forment de l'hydrogène.
Actuellement on sait aussi que des nitrures et des hydrures métalliques instables peuvent exister sous certaines conditions de température et de pression caractéristiques pour les divers métaux* L'existence de composés instables dépend de la vitesse de réaction, et c'est pourquoi ils ne se présentent qu'à cette température ou dans ces limites de températures où la vitesse de nouvelle formation est aussi élevée que la vitesse de dissociation. La. caractéristique spéciale et dans ce cas-ci important en ce qui concerne les nitrures et les hydrures instables est le fait que de grandes quantités d'azote et d'hydrogène atomiques sont toujours libéré , ce qui leur donne une grande tendance à réagir.
Etant donné toutefois que la forme atomique n'existe que durant une période excessivement courte, personne jusqu'ici n'a réussi à utiliser sa tendance à réagir.
Le but de la présente invention est d'utiliser comme catalyseur un mélange de substances formant des nitures (adsorbants d'azote) et formant des hydrures (adsorbants d'hy- drogene), ces substan@es étant choisies de telle sorte qu'un produit instable d'hydrogénation (hydrure) et/ou un produit instable de nitration (nitrure) soit formé dans les conditions actuelles de réaction.
Si alors on fait passer de l'hydro- gène et/ou de l'azote sur ou à travers un tel catalyseur, il se formera à titre transitoire un hydrure ou un nitrure instables qui est immédiatement scindé pour former de l'hydrogène et/ou de 1'@zote atomiques, ayant par conséquent une grande tendance à réagirCet hydrogène ou cet azote réagit alors directement avec le ritrure ou l'hydrure présent dans le catalyseur en formant de l'ammoniac. La réaction se produit aussi
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dans une certaine mesure à pression ordinaire, ,nais elle fournit bien entendu un rendement plus élève si on fait appel à une haute pression.
Dans certains cas l'hydrogène et l'azote peuvent agir au même moment, dans d'autres cas
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on a constaté qu'il était préférable d' ::1.1.l8ner :..1.1 "':'Ol'ln tiv8:üent ces substances sur la catalyseur*
Conformément à la présente invention on a -réussi à
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produire de l'ammoniac avechn rendement êtonnament bon ci1 choisissant une pression et une telJpér8. tUl'6 convenables, et ce résultat peut s'expliquer par le fait que, par suite
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du mélange intime du nitrure avec l'hydrure, 1':rota et/ou l'hydrogène atomiques ayn.nt grande tendance à réa;
il' sont toujours enveloppés de toute part d'hydrogène et d'dzote concentrés.
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.!.se réaction entre l'azote et l'hrdrogÔn0 peut donc se produire avant que l'azote eti ou l'hydrogène atomiques ne se changent en molécules*
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Dans le procédé conformëncnt à l'invention on utilise donc comme catalyseur une combinaison de substances, de pré-
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férenc e deux aétal1.x, dont l'une forme un nitrure et autre un hydrure dans les conditions actuel¯Les quant à la pression
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et la température, l'un des composés au moins étant irsù:Lule, Bien entendu, le nitrure et l'hydrure peuvent :J.V '1. n t3.,± e us e r.:
e nt être tous les deux instables pourvu qu'on puisse trouver deux substances qui soient toutes doux instables à la même température et à la même pression. Le processus de réaction en pareil cas n'en serait qu'amélioré. des
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Certainstmétaux utilisés conformément à la présente invention sont : le magnésium (nitrure stable), le sodium, le'potassium (nitrures instables); sodium et potassium (hydrures stables); nickel, palladium (hydrures instables). une combinaison de métaux qui convient très bien, également
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au point de vue économique est le magnésium-nickel, qui produit son meilleur effet à environ 270 -300 , zone de température qui semble également la plus avantageuse pour la formation d'hydrure de nickel instable.
Si un mélange d'hydrogène et d'azote de préférence dans un rapport de volumes 3:1 est amené sur le catalyseur à pression or- dinaire ou plus élevée, il se forme à titre transitoire de l'hydrure de nickel, qui est scindé en nickel et hydrogène atomique. Celui-ci réagit à nouveau directement sur l'azote du nitrure de magnésium en formant de l'ammoniac.
Dans ce système, où le nitrure de nickel est donc le composé instable, le magnésium doit être pré-nitré, pour céder à chaque instant du nitrure de magnésium en abondance.
Ainsi qu'il est mentionné plus haut,le sodium et le potassium peuvent former des hydrures stables et des nitrures instables. Ces deux possibilités n'apparaissent bien entendu pas simultanément (c.à.d. dans les mmes conditions de température et de pression) vu qu'un composé métallique instable ne peut jamais exister dès qu'existent des conditions convenables pour former un composé stable de de métal.
Ainsi qu'il a été dit plus haut, les composés Instables existent essentiellement dans un intervalle de température dans les limites duquel la réaction doit donc s'effectuer' Cet intervalle de température varie selon les divers composés instables; et pour cette raison il n'est par possible de donner une quelconque valeur numérique générale de température, surtout que la pression également affecte à un certain degré l'aspect de ces composés.
D'silleurs la:. pression et la température ont une importance décisive pour toute synthèse d'ammoniac
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par rapport à l'état d'équilibre dans 13, réaction 3 + M'; - 2 11H3" Aux basses tempéra, bures on obtient le plus grand rendement d'ammoniac parce que lH3 est violemment scindé 1
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aux hautes températures. D'autre part, une pression élevée favorise la formation d'ammoniac.
Pour cette raison on a toujours désiré pouvoir travailler à la plus basse températu- re et à la plus haute pression possibleo Pratiquement toute- fois il a été jusqu'ici nécessaire d'utiliser des températures relativement élevées du fait que la vitesse de réaction est vraiment trop faible aux basses températures* C'est pourquoi dans la méthode de Haber-Bosch on utilise habituellement des températures de 500 bien que théoriquement par exemple le rendement à 300 soit environ trois fois plus grand. A l'aide du nouveau catalyseur actif qui accroît considérablement la vitesse de réaction, il est actuellement possible d'opérer à des températures et des pressions beaucoup plus basses que précédemment.
Les exemples suivants peuvent démontrer ce qui a été dit plus haut :
1) Conformémetà la méthode de Haber-Bosch, qui est considéré comme donnant le meilleur résultat parmi les méthodes connues précédemment,la réaction s'effectue à une température de 5000 et le rendement est alors à 200 atm 8,5%. A 350 atm. le rendement estaccru jusque 17%o
2) Conformément au présent procéda on utilise comme catalyseur du magnésium (nitrure)-nickel (hydrure) et la réac- tion est effectuée à une température de 300 . A 100 atm. on ob- tient de l'ammoniac avec un rendement d'environ 35% de la quan- tité d'azote-hydrogène utilisée.
A 200 atm. le rendement s'éleve à environ 40-45%.
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