CH120513A - Verfahren zur Herstellung von Ammoniak. - Google Patents

Description

  Verfahren zur Herstellung von Ammoniak.    Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ver  fahren zur Herstellung von Ammoniak.  



  Die heute     wohlbekannten    Verfahren für  die direkte     Ammoniaksynthese    bringen meist  eine Mischung von reinem     Wasserstoff    und  elementarem     Stickstoff    bei erhöhten Tempe  raturen und Drucken in Kontakt mit einem  Katalysator, z. B. einem katalytisch wirken  den Metall, wie Eisen.  



  Es wurde nun gefunden, dass Ammoniak  synthetisch dadurch gewonnen werden kann,  dass Stickstoff und Wasserdampf in Gegen  wart eines metallhaltigen Katalysators in der  Wärme aufeinander einwirken gelassen werden,  wobei ein Reaktionsgemisch verwendet wird,  welches aus elementarem Stickstoff und  Wasserdampf besteht und eine grössere Menge  Wasserdampf enthält, als zur Überführung  des vorhandenen Stickstoffs in Ammoniak  theoretisch erforderlich ist. Es hat sich z. B.  gezeigt, dass wenn eine solche gasförmige  Reaktionsmischung von elementarem     Stickstoff     und Wasserdampf in der Wärme in Kontakt  mit     Nickelhydroxydul    gebracht wird, bei einem    auch nur mässig gesteigerten Drucke (z.

   B. von  zwei Atmosphären) die Ausbeute an Ammo  niak von der gleichen Grössenordnung ist, wie  bei bekannten katalytischen Direktverfahren,  welch letztere die Verwendung sowohl von  sorgsam gereinigtem elementarem Wasserstoff  als extrem hoher Drucke erforderlich machen.  



  Es hat sich gezeigt, dass ein jeder wesentliche  Anteil an fremden Gasen in dem Wasserdampf  und Stickstoffgemisch die     Ammoniakausbeute     nachteilig beeinflusst und sogar eine praktische  Ausbeute gänzlich verhindern kann.  



  Die     Ammoniakausbeute    wird ferner auch  durch das Verhältnis von Wasserdampf zu       Stickstoff    merklich beeinflusst und es wurde  z. B. gefunden, dass zur Erzielung einer guten  Ausbeute die Mischung einen Überschuss an  Wasserdampf enthalten soll; z. B. hat sich  die Anwendung eines     (rewichtsverhältnisses     von Dampf zu Stickstoff von annähernd 4 : I  als vorteilhaft erwiesen. Eine wesentliche  Abweichung von diesem Verhältnis ist mit  einem Fallen der     Ammoniakausbeute    ver  bunden.

        Ein Unterscheidungsmerkmal des Verfah  rens der vorliegenden Erfindung gegenüber  bekannten Verfahren zur     Ammoniaksynthese     liegt in der Verwendung von Dampf als  Wasserstoff abgebendem Ausgangsmaterial  an Stelle von gereinigtem, elementarem Wasser  stoff. Der     Stickstoff    jedoch wird als solcher  zugeführt und nicht in der Form eines Stick  stoff-Sauerstoffgemisches wie z. B. Luft.  



  Von verschiedenen metallhaltigen Kataly  satoren wurden die folgenden Körper als be  sonders geeignet befunden: metallisches Eisen  und die niedern Oxyde und     Hydroxyde    der  Metalle Eisen und Nickel.  



  Es ist bekannt, dass bei der direkten, mit  elementarem Wasserstoff und Stickstoff ar  beitenden     Ammoniaksynthese    die Ammoniak  ausbeute erhöht wird, wenn die katalytische  Reaktion unter Druck ausgeführt wird; ähn  lich verhält es sich auch bei dem vorliegen  den Verfahren, mit dem Unterschied jedoch,  dass angemessene     Ammoniakausbeuten    bereits  bei Drucken erhältlich sind, wie z. B. zwei  Atmosphären, welche als unbedeutend im Ver  gleich zu denjenigen Drucken anzusehen sind,  welche bei einem aus elementarem Wasser  stoff und Stickstoff bestehenden Reaktions  gasgemisch benötigt werden.  



  Es wurde gefunden, dass z. B. bei Ver  wendung von Eisen die Ausbeute verbessert  werden kann durch die fördernde Wirkung  von Nickel, wobei die Gase über das Eisen  in Gegenwart von Nickel geleitet werden.  



  So kann     z.    B. das vorgenannte gasförmige       Reaktionsgernisch    in der Wärme mit metalli  schem Eisen in Gegenwart von metallischem  Nickel in Kontakt gebracht werden.  



  Das Temperaturgebiet, innerhalb welchem  eine wirkungsvolle katalytische Reaktion  stattfindet und die optimale Temperatur sind  von dein angewandten Katalysator abhängig.  



  So liegt im Falle der Verwendung von  metallischem Eisen- das Temperaturgebiet  zwischen 450   C bis 550   C und die im all  gemeinen vorzuziehende Temperatur bei un  gefähr<B>500</B>   C.    Das Temperaturgebiet für     Nickeloxydul     und     -hydroxydul    erstreckt sich von 2000 C  bis 800  C, und die vorzuziehende Tempera  tur liegt bei ungefähr 4000 C.  



  Wenn als metallhaltiger Katalysator     Eisen-          oxy        dul    oder     Eisenhydroxydul    angewandt wird,  so liegt das Temperaturgebiet im wesentli  chen wie im Falle von metallischem Eisen  zwischen 450' C und<B>550'</B> C, und die im  allgemeinen vorzuziehende Temperatur beträgt  ungefähr 500   C.  



  Schliesslich wurde bei jener Ausführungs  art des Verfahrens, bei welcher die Gas  mischung mit Eisen in Gegenwart von Nickel  in Kontakt gebracht wird, gefunden, dass das  Temperaturgebiet im wesentlichen von 650   C  bis zu 1400   C sich erstreckt, und dass die  im allgemeinen vorzuziehende Temperatur bei  ungefähr 1000   C liegt.  



  Das gasförmige Reaktionsgemisch von  Wasserdampf und Stickstoff kann vor der  Einführung in die Reaktionskammer über die  Temperatur des einem Dampfkessel entnom  menen Dampfes     vorerbitzt    werden. Dabei ist  zu beachten, dass während dem ganzen Pro  zess der Inhalt der Reaktionskammer auf der  dem Drucke und dem angewendeten Kataly  satoren angepassten Reaktionstemperatur er  halten bleibt, und dass keine Überhitzung auf  tritt, welche ein beträchtliches Sinken der  Ausbeute verursachen würde.  



  Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel  des Verfahrens beschrieben  Wasserdampf, auf ungefähr 140  C über  hitzt, wurde in Mischung mit gereinigtem       Stickstoff    durch eine, aus Eisen bestehende;       Nickelhydroxy        dul    enthaltende Kammer ge  leitet. Während dem Durchleiten des Wasser  dampf-Stickstoff-Gemisches durch die Kam  mer wurde die Temperatur in derselben auf  ungefähr 400   C gehalten, und das     Gewichts-          Verhältnis    von Wasserdampf zu. Stickstoff  wurde in der Mischung auf angenähert 4:1  gehalten.  



  Es sei bemerkt, dass das Verhältnis von  Dampf zu     Stickstoff    in der Reaktionsmischung      einen Überschuss von Dampf über     Stickstoff     darstellt, und dass das Verhältnis des ange  wandten Überschusses zu dem für die Am  moniakbildung notwendigen, chemisch äqui  valenten Anteil angenähert wie 2:1 sich  verhält.  



  Der während dem Prozess in der Reak  tionskammer herrschende Druck betrug un  gefähr zwei Atmosphären und die     Durchfluss-          geschwindigkeit    der Gasmischung war eine  solche, dass annähernd 18 kg der Mischung per  Stunde über das Kontaktmaterial hinwegge  führt wurden.  



  Der teuerste Posten in der Fabrikation  von synthetischem Ammoniak bei dem be  kannten     Direktprozess    liegt in der unerläss  lichen Verwendung von hochgereinigtem Was  serstoff. Bei der vorliegenden Erfindung sind  die Schwierigkeit und Unkosten, welche durch  die Verwendung von reinem Wasserstoff be  dingt sind, vollkommen beseitigt. Ein wei  terer wichtiger Posten der Arbeitsunkosten  von bekannten Verfahren liegt in der Not  wendigkeit, extrem hohe Drucke zu erzeugen  und zu erhalten, um kommerzielle Ausbeuten  zu erzielen. Im Vergleich mit Verfahren,  welche reinen Wasserstoff und hohe Drucke  erfordern, werden für das Verfahren gemäss  der vorliegenden Erfindung vereinfachte Fa  brikationsanlagen benötigt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Herstellung von Ammoniak durch Einwirkung von Stickstoff auf Wasser dampf in der Wärme in Gegenwart eines metallhaltigen Katalysators, dadurch gekenn zeichnet, dass ein gasförmiges Reaktionsge misch, das aus elementarem Stickstoff und Wasserdampf besteht, verwendet wird, wel ches eine grössere Menge Wasserdampf ent hält, als zur Überführung des vorhandenen Stickstoffs in Ammoniak theoretisch erforder lich ist. UNTERAI\TTSPRüC]EfE 1.

   Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein gasförmiges Reak- tionsgemisch,dasaus ungefährvierGewichts- teilen Wasserdampf und einem Gewichts teil Stickstoff besteht, verwendet wird. 2. Verfahren nach Patentanspruch und Unter anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Katalysator metallisches Eisen ver wendet wird. 3. Verfahren nach Patentanspruch und Unter anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Katalysator ein niederes Oxyd des Eisens verwendet wird. 4. Verfahren nach Patentanspruch und Unter anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Katalysator ein niederes Oxyd des Nickels verwendet wird.

   5. Verfahren nach Patentanspruch und Unter anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Katalysator ein niederes Hydroxyd des Eisens verwendet wird. 6. Verfahren nach Patentanspruch und Unter anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Katalysator ein niederes Hydroxyd des Nickels verwendet wird. 7. Verfahren nach Patentanspruch und Unter anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gase während der Reaktion einem leichten Überdruck unterworfen werden. B. Verfahren nach Patentanspruch und Unter anspruch 7, 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druck von ungefähr zwei Atmo sphären angewandt wird. 9.

   Verfahren nach Patentanspruch und Unter anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich net, dass das Reaktionsgemisch auf eine zwischen 450 C und 550 C liegende Reaktionstemperatur gebracht wird. 10. Verfahren nach Patentanspruch und Unter anspruch 1, dadurch gekennzeichnet; dass das gasförmige Reaktionsgemisch mit me tallischem Eisen in Gegenwart von me tallischem Nickel in Kontakt gebracht wird. 11. Verfahren nach Patentanspruch und Unter ansprüchen 1 und 10, dadurch gekennzeich net, dass das Reaktionsgemisch auf eine zwisehen 650 C und 1400 C liegende Reaktionstemperatur gebracht wird. 12.

   Verfahren nach Patentanspruch und Unter anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung' von Nickeloxydul als Katalysator das Reaktionsgemisch auf eine zwischen 200' C und<B>8000</B> C liegende Reaktionstemperatur gebracht wird. 13. Verfahren nach Patentanspruch und Unter anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung von Nickelhydroxydul als Katalysator das Reaktionsgemisch auf eine zwischen 20011 C und<B>800'</B> C lie gende Reaktionstemperatur gebracht wird.

   14. Verfahr en nach Patentanspruch und Unter anspruch 1, bei welchem als Katalysator Eisenoxydul verwendet wird, dadurch ge- kennzeiehnet, dass das Reaktionsgeinisch auf eine zwischen 450 C und<B>550</B> C lie gende Reaktionstemperatur gebracht wird.