CH144568A - A process for the catalytic synthesis of ammonia. - Google Patents

A process for the catalytic synthesis of ammonia.

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CH144568A
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  Procédé da synthèse catalytique d'ammoniaque.    La. présente invention concerne la syn  thèse d'ammoniaque par la     combinaison    cata  lytique d'hydrogène .et d'azote à hautes     pres-          #ions    et à hautes     températures.     



  Suivant l'invention, on fait réagir     cle     l'hydrogène et de l'azote en présence d'une  masse de contact     catalytiquement        active    con  tenant un corps d'une structure     mieroporeuse          (-lui    résulte de la     formation    d'un corps     échan-          ;eur    de bases.  



  Un tel corps peut être soit un corps échan  geur de bases, soit un dérivé d'un tel corps,  obtenu par exemple en lessivant celui-ci par  un acide.  



  L'expression "corps échangeur de bases"  englobe tous les corps, naturels ou artificiels;  qui possèdent la propriété d'échanger leurs  bases pour d'autres bases de solutions salines.  Les produits échangeurs de bases dont il est  fait usage dans la formation de compositions  catalytiques     qu'on    emploie dans le procédé se  lon la présente invention, ou comme matière  initiale pour des     dérivés    à     utiliser    ainsi, peu-    vent posséder un fort pouvoir échangeur de ba  ses ou, dans bien des cas, peuvent posséder un  pouvoir     échangeur,de    bases plus faible, puis  que la valeur catalytique des compositions fi  nales ne dépend pas principalement (lu de  gré de pouvoir échangeur de bases présent.

         D'une    façon     générale.    on peut     grouper    les  corps échangeurs de bases comme suit: les  zéolithes à deux ou à multiples constituants.  c'est-à-dire des corps échangeurs de base  contenant du silicium chimiquement     combiné     dans leur noyau, et les corps échangeurs de  bases non siliceux dans lesquels tout le sili  cium est remplacé par d'autres oxydes de  métaux     acidiques    ou amphotères convenables.

    Les zéolithes à deux constituants sont les pro  duits de réaction de deux types de consti  tuants initiaux, c'est-à-dire de     métallates    et  de     ;Silicates    (en faisant usage du terme     mé-          tallate        dans    un sens large qui sera défini plus  loin dans ce mémoire), ou de sels métalli  ques et     ds    silicates. Il arrive fréquemment  que plus d'un des membres d'un type peu-      vent entrer en réaction, c'est-à-dire qu'un si  licate peut réagir avec plus d'un     métallate    ou  plus d'un sel métallique.

   Les zéolithes à     cons-          ftuants    multiples sont les produits de réac  tion d'au     moins    trois types de constituants,  c'est-à-dire d'au moins un silicate, au moins  un     métallate    et au moins un sel métallique.  (Par     métallate,    il faut entendre tout sel dont  l'anion contient un métal; sous sel métallique  on entend un sel dans lequel l'anion ne con  tient pas de métal.)  Les corps échangeurs de bases, tant zéoli  thes que corps échangeurs de bases non sili  ceux, peuvent être associés avec des diluants.  de préférence sous la forme d'une structure  physiquement homogène, comme cela sera  décrit ci-dessous.

   Des corps échangeurs de  bases, soit dilués ou non dilués, peuvent être  présents dans les masses de contact dont il  est fait usage dans la présente invention, ou  bien leurs dérivés peuvent être     présents;     mais il va sans dire que, partout où il est  question ici de corps échangeurs de hases,  cette expression comprend tant des     produits     dilués que des produits non dilués.  



  Comme déjà dit, des corps échangeurs de  bases, tant zéolithes que corps     échangeurs    de       bases    non siliceux, peuvent également être  transformés en dérivés,     utilisables    pour la  formation de la masse catalytique et qui pos  sèdent bien des caractéristiques chimiques et  la plupart des caractéristiques physiques des  corps échangeurs de bases d'où ils dérivent.

    Ces dérivés     penvent    être des corps ressem  blant à des sels,     c'est-à-dire    les produits de  réaction de corps échangeurs de bases avec  des composés contenant des anions capables       dry    réagir avec les corps échangeurs de bases  pour former des produits     qu;    possèdent bien  des propriétés de sels. Une autre classe de ces  dérivés est celle des corps échangeurs de base  lessivés aux acides. Lorsqu'on soumet un  corps échangeur de bases à un lessivage par  des acides, en particulier des acides minéraux  dilués,     les    bases échangeables .sont d'abord  enlevées graduellement.

   Les produits résul  tants contiennent tant les     constituants    plus  basiques que     les    constituants plus     acidiques       du noyau non échangeable du corps échan  geur de bases, avec ou sans une portion des  bases     .échangeables.    A mesure que l'on pousse  plus loin le lessivage, de plus en plus des  constituants relativement positifs du noyau  non échangeable sont enlevés et, si on pousse  le lessivage jusqu'à achèvement, le produit  lessivé ne contient que les constituants rela  tivement acides du noyau non échangeable.

    Dans le cas de zéolithes, le produit final d'un  lessivage continué longtemps     est    un acide     si-          licique    complexe qui possède bien des pro  priétés physiques du corps échangeur de ba  ses originel. Dans la suite de la présente des  cription, on désignera, pour simplifier, les  corps échangeurs de bases et leurs dérivés.  tant par lessivage aux acides que par for  mation de corps     sem'blab'les    à des .sels, sous le  terme générique de produits     "periuutogéné-          tiques".     



  Des constituants     catalytiquement    actifs  peuvent se trouver dans la masse catalytique  .employée sous quatre formes     principales:     1. Ils peuvent avoir été mélangés physique  ment avec les produits     permutogénétiques    ou  imprégnés dans ceux-ci. 2.

   Ils peuvent avoir  été     incorporés    physiquement,     d'une    façon ho  mogène, dans les produits     permutogénéti:ques.     avant que ces derniers aient été complètement  formés, sous la forme de corps diluants     cata-          lytiquement    actifs ou sous la     forme    de di  luants qui ont été imprégnés de     substance;          catalytiquement    actives. 3.

   Ils peuvent être  combinés chimiquement dans les produits per  mutogénétiques sous une forme non     échan-          geable,        c'est-à-.dire    qu'ils peuvent former une  partie du noyau non échangeable du corps  échangeur     de    bases présent dans la masse de  contact finale, ou qui est transformé en les  dérivés; ou bien ils peuvent être combiné  chimiquement avec les corps échangeurs de  bases sous la     forme    d'anions     catalytique-          ment    actifs qui forment avec le corps échan  geur de bases des corps ressemblant à des  sels. 4.

   Ils peuvent être combinés chimique  ment sous une forme     échangeable    soit au  cours de la     formation    du corps échangeur de  bases, ou par échange de bases après forma-           tion.    Naturellement,

   les mêmes     constituants          catalytiquement    actifs ou des constituants       catalytiquement    actifs     (différents    peuvent être  présents sous plus d'une des formes     sus-          décrites    et un avantage de     l'invention    est que  des substances     catalytiquement    actives peu  vent être introduites sous une grande variété  de formes, ce qui offre un large choix au     chi-          miste        catalyste.     



  Bien que les différents produits     permuto-          génétiques    puissent varier largement dans  leurs caractéristiques chimiques, ils possè  dent tous une structure physique similaire  (lui est caractérisée par une plus ou moins  grande     microporosité,    -et une grande résis  tance aux hautes températures et, dans le cas  de corps échangeurs de bases contenant des       constituants    catalytiques et qui n'ont pas été  lessivés aux     acides    au point d'enlever des cons  tituants     catalytiquement    actifs,

   ceux-ci sont  répartis dans toute la carcasse des     produits    en       dispersion    atomique ou     moléculaire,    comme ce       -sera        décrit    plus     @en    détail ci-dessous, et     cette     homogénéité chimique -est un des avantages  les plus importants de     certaines    .des masses de       contact    utilisées dans le procédé de     l'inven-          t    ion.

      Bien que la combinaison de substances       catalytiquement    actives puisse être effectuée  avec des produits     permutogénétiques    non di  lués aussi bien qu'avec des produits     permuto-          génétiques    dilués, on a trouvé que des masses  (le contact formées     @de    produits     permutogéné-          tiques    dilués d'une façon homogène sont  avantageuses, en particulier quand les di  luants sont d'une nature physique telle qu'ils  exercent une influence désirée sur l'activité       catalytique    des masses de contact., comme  lorsque, par exemple, les diluants sont riches  en silice,

   que l'on a trouvé avoir un pouvoir  <B>-toi</B> en raison       ivant,    ou lorsque les diluants,  (l'une grande porosité, d'une grande capilla  rité ou d'une grande énergie superficielle,       peuvent    être considérés comme des     cataly-          .;#eurs    ou activateurs physiques.  



  Les corps échangeurs -de bases se compor  tent comme s'ils étaient des produits de poids    moléculaire extrêmement élevé, car on peut  introduire des constituants     catalytiquement     actifs, soit dans le noyau non échangeable.  soit sous la forme de bases échangeables en  pratiquement toutes proportions désirées et la  loi ordinaire 'de proportions de combinaison  chimique, qui, dans des composés de faible  poids moléculaire, restreint les proportions  dans lesquelles ,des constituants peuvent être  incorporés chimiquement, semble être sans  force,     ce    qui rend raisonnable de supposer  que le poids moléculaire est si .élevé qu'il mas  que complètement l'effet de la loi.

   Il est,  bien entendu, possible que les corps échan  geurs de bases, ou certains d'entre eux, puis  sent être des solutions solides de plusieurs  composés de poids     moléculaires    plus faibles.  ayant rapport les uns aux autres. Il n'a pas  été possible, jusqu'à présent, de trancher dé  finitivement cette question, car des corps  échangeurs de bases ne sont pas faciles à ana  lyser chimiquement quant à leur structure.

    L'invention n'est, naturellement, limitée à  aucune     théorie;    mais, quelles qu'en soient les  raisons fondamentales, le fait que des cons  tituants     catalytiquement    actifs peuvent être  introduits chimiquement en toutes propor  tions désirées est d'une importance énorme  pour le chimiste     catalyste    et lui permet de  produire un nombre presque illimité de ca  talyseurs ou masses de contact finement et  graduellement dosés pour la synthèse d'am  moniaque et, dans tous les cas, les masses de       contact    produites sont hautement efficaces.

    en raison de la structure physique des pro  duits     permutogénétiques    y contenus et des  larges limites de     dilution    homogène de molé  cules ou atomes     catalytiquement    actifs, avec  uniformité et douceur d'action résultantes.  



  En plus des caractéristiques importante  dont les produits     permutogénétiques    dotent  les     masses    de contact utilisées dans le pro  cédé selon l'invention, on a trouvé qu'il est  fréquemment désirable     @de    régler     l'action        dc     ces masses de contact et cela peut se faire  en associant aux produits     permutogénétiques.     ou en y incorporant, ou en y formant, des  composés des métaux alcalins, des métaux      alcalino-terreux et des métaux terreux forte  ment basiques. Ces composés semblent ralentir  ou     adoucir    la .réaction catalytique et on les dé  signera dans tout ce mémoire sous le nom de  régulateurs.

   Les régulateurs peuvent être non       alcalins,    faiblement alcalins ou fortement al  calins, selon la nature des constituants     cata-          lytiquement    actifs dont il est fait usage. Un  grand avantage est que, dans la formation  normale de corps échangeurs     @de    bases, des  oxydes de métaux formant des alcalis sont  présents comme bases échangeables et, qu'on  en fasse usage sans traitement par des acides ou  traités avec un acide,

   ils forment     clés    régula  teurs qui sont combinés clans ou associés  avec les produits     permutogénétiques    résul  tants dans un état de division extrêmement  fine dans lequel ces régulateurs sont     particu-          lièrements        actifs.    Ainsi, des corps échan  geurs clé bases contenant des métaux alcalins  peuvent être considérés- comme des régula  teurs complexes.  



  En plus de l'usage de régulateurs, on a  trouvé que l'on peut, dans bien des cas, aug  menter l'action de ceux-ci et l'efficacité to  tale     des    masses de contact en y associant, ou  en combinant chimiquement dedans, des élé  ments ou radicaux ou groupes qui sont     cata          lytiquement    actifs mais ne possèdent nulle       activitécatalytique    .spécifique     pourla    synthèse  d'ammoniaque.<B>De</B> tels catalyseurs, ou cons  tituants catalytiques qui ne sont pas     -des    ca  talyseurs spécifiques pour la réaction dans  laquelle on en fait usage, dans les conditions  de réaction auxquelles on a.

   affaire, seront dé  signés dans tout ce mémoire sous le nom de  corps catalyseurs auxiliaires, car ils semblent  augmenter l'effet de dosage que peuvent ac  complir .des régulateurs. De tels catalyseurs  auxiliaires peuvent être présents là où il n'y  a pas de régulateurs.  



  L'énorme gamme de groupes chimiques  qui peuvent être combinés dans, ou avec des       produits        permutogénétiques    ou être incorpo  rés dans ceux-ci permet un large choix de  corps catalyseurs auxiliaires aussi bien que  de catalyseurs spécifiques -et permet leur as  sociation avec les masses de contact sous une    forme extrêmement homogène et     catalytique.     ment.     efficace.    Ainsi, bien des     corps    échan  geurs de bases -ou leurs dérivés peuvent cons  tituer en même temps des catalyseurs, régu  lateurs et catalyseurs auxiliaires complexe:.

    car tous les éléments jouant ces différents  rôles peuvent être présents dans le même com  posé,chimique et participer aux     avantag s    dé  coulant de sa structure physique et de ses  propriétés chimiques désirables. Naturelle  ment, tant des corps régulateurs que des corps  catalytiques auxiliaires peuvent être mélan  gés partiellement ou complètement avec des  produits     permutogénétiques    et un seul corps  régulateur ou un seul catalyseur auxiliaire  peut être présent     partie    en mélange physique  et partie en combinaison chimique, .comme le  comprendra clairement le chimiste échangeur  de bases averti.  



  Les corps échangeurs de bases qui for  ment les constituants importants, ou la ma  tière initiale pour des dérivés, dans les mas  ses de     contact    utilisées dans     le    procédé selon  l'invention, peuvent     être    préparés par une  quelconque des méthodes bien connues.

   Ainsi,  par exemple, des zéolithes à deux consti  tuants peuvent être préparées par des métho  des humides, dans lesquelles les constituants       métallates    ou les constituants sels métalli  ques, dont une partie ou la totalité peuvent  être     catalytiquement    actifs, sont amenés à  réagir avec des silicates solubles pour for  mer des zéolithes des types aluminosilicate  ou silicate double d'aluminium; ou bien les  constituants peuvent être fondus, de préfé  rence en présence de fondants.

   Il va sans  dire que l'expression     métallate    englobe non  seulement les solutions alcalines d'oxydes ou  hydroxydes métalliques amphotères mais  aussi des sels de     .métaux,    formant     tes    alcalis,  d'acides métalliques, tels que les oxacides de  métaux des cinquième et sixième groupes,  qui dans au moins un des stades d'oxydation  ne sont pas -à strictement parler amphotères,  mais qui sont     capables    de réagir avec des si  licates pour     former    des zéolithes, ou avec.  d'autres constituants pour former des corps  échangeurs de bases non siliceux.

   Dans tout      le mémoire, on adhérera strictement à cette  définition un peu plus générale des     m6talla-          tes.    Dans la formation de zéolithes à deux  constituants par voie humide, le produit de  réaction final doit être     alcalin    à l'égard du       tournesol-l-r.@,        o@        ui    ayant un fort  pouvoir échangeur de bases, il doit être neu  tre ou alcalin à l'égard de la     phénolphtaléïne.     Pour produire des corps échangeurs de bases  à utiliser dans la préparation de masses de  contact pour l'exécution du procédé selon l'in  vention, il est parfois inutile de prévoir un  fort pouvoir échangeur .de bases et, pour bien  des buts,

   des zéolithes formées dans des, con  ditions d'où résulte un produit final qui est        <  < vide    à l'égard de la     phénolphatléïne,    mais     al-          c;din    à l'égard du tournesol, présentent un       avantage.    On ne sait pas définitivement si.  des produits obtenus dans ces circonstances  vont des composés chimiques homogènes,  quoiqu'ils se comportent de bien des façons  comme s'ils l'étaient. Il y a toutefois raison  de croire que, dans certains cas au moins.  des mélanges de     polysilicates    échangeurs de  Rases et non .échangeurs de bases peuvent se  produire.

   Pour le but du présent mémoire, on       eonsidéra    un produit comme un produit       @@changeur    de bases s'il a un pouvoir échan  geur de bases, si faible soit-il.  



  Il     :est    désirable pour bien des buts, et en  particulier lorsqu'on a besoin de zéolithes à       deux    constituants ayant un     fort    pouvoir       échangeur    de bases, d'ajouter les consti  tuants relativement acides, par exemple les  sels métalliques dans le cas de zéolithes du  type silicate double d'aluminium, aux cons  tituants relativement plus alcalins tels que les  silicates     solubles    par     .exemple.    Par ce moyen,  on assure une alcalinité continue et cette fa  çon de faire peut être considérée comme  celle qu'il est préférable d'adopter dans la  plupart des sas;

   mais la façon ,de procéder in  verse est avantageuse pour certaines masses  de contact utilisables dans le procédé selon  l'invention.  



  Des zéolithes     !à    constituants multiples  peuvent être préparées par l'une quelconque    des méthodes     ei-dessus    en faisant     usage        d'an     moins trois types de constituants,     c'est-à-          dire    d'au moins un     métallate.    au moins un  sel métallique et au moins un silicate soluble.

         Dans_la        eas-        clé@zéolithës    â     ëonstituant,s        urul-          tiples,    comme dans le cas de zéolithes à deux  constituants, on doit     obs,#rver    les conditions  d'alcalinité et, pour bien des buts, il est       avantageux    d'ajouter les     .constituants        relati-          vemënt    acides aux constituants     relative-          veillent    alcalins afin d'assurer une réaction  alcaline continue.

   Les zéolithes à     constituants     multiples produits varient comme nature se  lon la proportion des différents constituants  réactifs. Ainsi, lorsque les     métallates    et le  silicates prédominent sur les sels métalliques.  les     produits    résultants ressemblent aux     zéo-          lithes    à deux constituants du type     alumino-          silicate.    Si les sels métalliques et les silicates  prédominent sur les     métallates,    les produits  ressemblent aux zéolithes à deux constituants  du type silicate double d'aluminium et, fi  nalement,

   si les     métallates    et les     sels    métalli  ques l'emportent sur les silicates, les produit  résultants ressemblent     plus    ou moins à des  corps échangeurs de     bases    non siliceux.

   Il est  clair qu'il n'y a pas de ligne de démarcation  nette entre les trois types de zéolithes à cons  tituants multiples et que l'un se fond dans  l'autre à mesure que les proportions des dif  férents     constituants        vari.-nt.    Un avantage des  zéolithes à constituants multiples sur les     zéo-          lithes    à .deux constituants est que     h,    choix     ,le     constituants     catalytiquement    actifs est     plus     grand,

   car certains éléments ou groupes     cata-          lytiquement    actifs ne peuvent être incor  porés que sous la forme de     métallates     et d'autres, que :sous la forme de sels  métalliques. Dans une zéolithe à cons  tituants multiples, chaque     'groupe        ca-          talytiquement    actif peut être     incorporé    sous  la forme dans laquelle il est le plus profita  ble.  



  Des corps échangeurs de     base:    non sili  ceux sont produits par les méthodes     générales          susdétrites;    mais, au lieu de déterminer des  réactions entre des silicates et d'autres consti  tuants oxydes métalliques, on fait réagir      deux ou plus de deux composés     oxymé-          talliques    dont, en général l'un au moins  sera un     métallate,    et un au moins  un sel métallique;

   ou bien, dans cer  tains cas, il est possible de produire une     réac-          -        tion    entre deux     métallates    différents dans     lG@-          quels    un radical négatif est plus     acidique    que  l'autre. Il est possible de produire des corps  échangeurs de bases non siliceux dans les  quels plusieurs oxydes métalliques sont. pré  sents. Il est également possible de produire  des     corps    échangeurs de bases non siliceux  dans lesquels un seul métal -est présent.

    Ainsi, par exemple, certains métaux peuvent  être d'une nature suffisamment amphotère  pour former tant des     métallates    que des sels  métalliques qui sont capables de réagir les  uns avec les autres pour produire des corps  échangeurs de bases.  



  Une méthode spéciale de production de  corps échangeurs de bases non     siliceux    con  siste en la neutralisation graduelle de sels  fortement alcalins des oxacides d'éléments  métalliques des cinquième et sixième groupe  dans des stades d'oxydation dans lesquels ils  sont suffisamment amphotères. La     neutrali          satiôn    d'autres     métallates    fortement alcalins  peut également amener la formation de .corps  échangeurs de bases non siliceux. La mé  thode inverse, par laquelle des sels non al  calins,de métaux convenables sont traités gra  duellement avec un alcali jusqu'à ce que la  réaction soit suffisamment alcaline pour per  mettre la formation de corps échangeurs de  bases peut également être employée.

      Bien des métaux ne sont capables d'en  trer dans la formation de corps échangeurs de  bases que dans certains stades d'oxydation et  il. est     parfois    nécessaire d'introduire ces mé  taux dans     un    stade     d'oxydation    différent de  celui qu'on désire dans le corps échangeur de  bases final, le changement de stade d'oxyda  tion étant de préférence effectué au cours de  la     formation    du corps échangeur de bases.  Certains autres éléments peuvent être incor  porés sous la forme de composés complexes  des types les plus divers, tels; par exemple,  que les groupes ammoniacaux, etc.

      En- plus des corps échangeurs de bases ar  tificiels brièvement décrits ci-dessus, on peut       faire    usage de corps échangeurs de bases na  turels tels que     néphéline,        leucite,    feldspath,  etc.  



  -Les     mkaeVb    do     oo-ta.ot-es-plus    importantes  pour bien des réactions contiennent     dfs    pro  duits     permutogénétiques    dans lesquels, de  préférence, les diluants sont incorporés d'une  façon homogène dans les corps échangeurs de  bases avant formation de ces derniers, ou tout  au moins avant que le corps échangeur de  bases ait fait prise après     formation.    Bien des  diluants, tant inertes que régulateurs acti  vants,     catalytiquement    actifs ou ayant des  effets de catalyseurs auxiliaires, peuvent  être employés.

   En voici quelques-uns:     kiesel-          guhrs,    en tous genres, en     particulier    la terre  de     cellit-,    naturelle ou traitée; poudres sili  ceuses de divers types; produits     pei7nutogéné-          tiques    pulvérisés; poudres naturelles ou arti  ficielles de roches, pierres, tufs,     trass,    lave et  produits volcaniques similaires qui sont fré  quemment très poreux; sable vert;     glauconite     ou son dérivé lessivé à l'acide; de     glaucosilL;     laine de     scorie    pulvérisée;     ciments;    sable;

         silicagel;    poterie pulvérisé; terre à foulon;  talc; poudre de verre; poudre de pierre ponce.  écume de mer, magnésie; amiante; graphite;  charbon activé; poudre de quartz;     divers    mi  néraux pulvérisés riches en quartz; poudre  métalliques et poudres d'alliages métalliques  ou métaux spongieux;

   sels d'acides     oxyméta.l-          liques    tels que     tungstates,        vana.dates,    chroma  tes,     uranates,        manganates.,        cérates,        molybdates,     etc., en     particulier    ,des sels des     éléments        ci-          dessus;    silicates     tels,    que silicate de cuivre.  silicate de fer, silicate de nickel, silicate de  cobalt, silicate d'aluminium, silicate de ti  tane; minéraux et minerais, spécialement  ceux riches en cuivre, etc.

   Des diluants fine  ment     divisés    sont de grand avantage,     spécia-          lem-ent    lorsque la grosseur moyenne des par  ticules est     inférieure    à 60     microns,    auquel  cas les diluants possèdent une grande éner  gie     superficielle,    ce qui augmente la capacité       adsorptive    et     absorptive    de la masse de con  tact, la vitesse de diffusion et la porosité. Ces           diluçants    finement divisés peuvent être consi  dérés comme des catalyseurs ou activateurs  physiques.

   Des corps     permutogénétiques    di  lués peuvent également être finement divisés  et utilisés comme une partie ou :la totalité des  diluants d'autres corps échangeurs de     bâses.     



  Les neuf. méthodes suivantes sont les plus       c#1.'ficaces    pour l'introduction de diluants;  mais on peut faire usage do toutes autres  méthodes     convenables:     1. On peut mélanger les     diluants    avec un  ou plusieurs constituants liquides des corps .  échangeurs de bases à former, lorsqu'on pré  pare ces derniers par voie humide.  



  2. On peut précipiter des constituants,       .soit        catalytiquement    actifs, régulateurs ou       catalyseurs    auxiliaires ou autres, dans des  corps diluants, ou en imprégner ces corps, que  l'on incorpore ensuite dans les corps échan  geurs de bases par toutes méthodes d'incor  poration convenables.  



  3. On peut mélanger des diluants avec des  corps échangeurs de bases, par pétrissage ou       malaxage,    lorsque ces derniers sont encore  .sous la forme de gelée, auquel cas .la gelée       écha.ngeuse    de bases se comporte comme un  adhésif. L'homogénéité et l'uniformité de la  distribution des diluants n'est, naturellement,  pas tout à fait aussi grande par cette mé  thode que par la     méthode    1, mais pour la  synthèse d'ammoniaque, une extrême unifor  mité n'est pas essentielle.  



  4. On peut. former des diluants nu cours  de la formation de .corps échangeurs de bases  en mélangeant des composés convenables avec  les constituants des corps échangeurs de     b@a-          ses    de façon que les particules de diluants  soient précipitées durant la formation. On  peut ajouter des colloïdes protecteurs pour       cmpêeher    la     coagulation    des particules de di  luants avant que les corps échangeurs de  bases aient fait prise suffisamment.  



  5. On peut ajouter des composés qui réa  gissent avec certains des constituants for  mant les corps échangeurs de bases pour pro  (luire des diluants; par exemple, des sels des       -i        cides    de métaux des cinquième et sixième    groupes peuvent être ajoutés     suffisanimeiil     en excès pour qu'ils réagissent avec des cons  tituants du corps échangeur de bases, tels  par exemple que des oxydes de     métaux     lourds, pour former des diluants insolubles.  



  6. On peut imprégner des corps échan  geurs de bases déjà formés, dilués ou non di  lués, artificiels ou naturels, de solutions     vé-          ritafles    ou colloïdales de constituants     eataly-          tiquementefficaces,    puis les sécher.  



  7. On peut imprégner un corps échangeur  de bases, déjà formé, dilué ou non dilué, de  plusieurs solutions qui réagissent dedans  pour précipiter tous diluants désirés.  



  8. On peut ajouter des composés diluants  solubles aux constituants formant un corps  échangeur de bases qui,     après    formation, re  tient les composés en solution .et que l'on sè  che sans .lavage, ou que l'on traite pour pré  cipiter les composés.   9. On peut imprégner des corps échan  geurs de bases naturels ou des corps échan  geurs d e bases     artificiels,    dilués ou non di  lués, ou leurs dérivés, de solutions des .com  posés désirés que l'on précipite ensuite au  moyen de gaz     réactifs.     



  Le noyau ou partie non échangeable des  molécules des corps échangeurs de bases est  ordinairement considéré comme consistant en       cieux    types d'oxydes à savoir: des oxydes     inc#-          talliques    relativement basiques, habituelle  ment amphotères, et des oxydes relativement       acidiques,    comme     SiO2,    certains     oxydes        mé-          talliques    .amphotères et     certains    oxydes mé  talliques qui ont un caractère nettement  acide.

   Le noyau se comporte comme un seul  anion; il est avantageux de considérer les  deux portions du noyau comme les portions  basique et     acidique,    sans perdre de vue, na  turellement, que le noyau se comporte     comm-u     un groupe unique. Les composés     métalliques     qui sont capables de former la portion basi  que du noyau sont ceux des métaux suivants  cuivre, argent, or, bismuth,     béryllium,    zinc,  cadmium, bore, aluminium, quelques terres  rares, titane, zirconium, étain. plomb, tho  rium, niobium, antimoine, tantale, chromo.

        molybdène, tungstène, uranium, vanadium,  manganèse, fer, nickel, cobalt, platine,     paita-          dium.    Des composés de ces éléments peuvent  être introduits isolément ou en mélanges, en  toutes proportions désirées, et peuvent être  sous la forme d'ions simples ou complexes.

    Il va sans dire que certains des éléments dans  certains stades d'oxydation peuvent être in  troduits soit comme     métallates    ou comme sels  métalliques.     D'autres._ne-Feuvent--êtrf,--intro=          duits    que sous     une    des formes et d'autres en  core peuvent être introduits dans un stade  d'oxydation autre que .celui qu'on désire dans  le corps échangeur     dë    bases final, ou sous la  forme de composés complexes. Parmi les     io-          nogènes    complexes .se trouvent l'ammoniaque,  l'acide cyanhydrique, l'acide oxalique, l'acide  formique, l'acide tartrique, l'acide citrique,  la glycérine, etc.  



  Bien des métaux sont des catalyseurs spé  cifiques; d'autres sont des régulateurs     Nt     d'autres encore des catalyseurs auxiliaires.  



  Des exemples de constituants formant la  portion relativement acide du noyau échan  geur de bases sont les silicates -de métaux al  calins, qui sont solubles dans un alcali, et les  sels de métaux alcalins d'acides tels que ceux  de bore, d'azote, .de titane, de vanadium, de  tungstène, de -chrome, de niobium,     .de        tantàle,     d'uranium, d'antimoine, de manganèse, etc.  



  Les bases échangeables des corps échan  geurs de bases peuvent être remplacées par  échange de bases et les éléments que l'on peut  introduire individuellement ou en mélange,  par échange de bases, sont des suivants:  cuivre, argent, or, ammonium, béryllium, cal  cium, manganèse, césium, potassium, sodium  zinc,     strontium,    cadmium, baryum, plomb;  aluminium, scandium, titane, zirconium,  étain, antimoine,     thorium,    vanadium, li  thium, rubidium, thallium, bismuth, chrome,  uranium, manganèse, fer, cobalt, nickel, ru  thénium, palladium, platine et cérium.  



  Les bases     échangeables    introduites peu  vent être des catalyseurs spécifiques; elles  peuvent être des régulateurs ou peuvent être  des corps catalyseurs auxiliaires. Elles peu-    vent être introduites comme ions simples ou  comme ions complexes et peuvent augmenter  l'activité catalytique de la masse de     contact          finale,    améliorer sa résistance physique, ou  agir des deux façons.  



  Comme cela a été décrit ci-dessus, on peut  faire     réagir,des    corps échangeurs de bases  avec des composés     cO_Dt±âë_s    radicaux       acidiuues-eagde    former avec eux des  corps ressemblant à des sels. Les radicaux  peuvent être présents sous la forme de radi  caux     a=cides    simples, de radicaux polyacides  ou de radicaux acides .complexes, et compren  nent -des radicaux contenant les éléments sui  vants: chrome, vanadium, tungstène, ura  nium,     molgbdène,    manganèse, tantale, nio  bium, antimoine, bismuth, .chlore, platine,  bore.

   Parmi les     radicaux    complexes, se trou  vent le ferro- et     ferricyanogène        certains     groupes ammoniacaux, etc. On peut faire va  rier la quantité de radicaux acides amenés à  s'unir avec les corps échangeurs de bases pour  former des corps ressemblant à des sels, de  façon que les produits résultants puissent  posséder le caractère die sels acides, neutres  ou basiques. La plupart de ces radicaux aci  des sont des régulateurs ou des catalyseurs  auxiliaires pour la synthèse catalytique  d'ammoniaque.  



  Les corps échangeurs de bases dilués ou  non dilués ou certains de leurs dérivés cons  tituant des corps ressemblant à des sels, peu  vent être traités avec des acides tels que les  acides minéraux, par exemple les acides     sul.     furique,     ebdorhydrique    ou     azotique    à  2-l0%, pour enlever une partie ou la tota  lité des bases échangeables ou, aussi, une par  tie ou la totalité de la portion basique du  noyau.

      Dans le cas .de zéolithes, le lessivage par  tiel avec des acides, qui laisse une partie ou  <B>la</B> totalité de la portion basique du noyau,  ou même une partie des bases     échangeables,          n'affecte    pas la fonction     des    zéolithes en tant  que catalyseurs quand elles contiennent. des  éléments     catalytiquement    actifs dans la por  tion basique du noyau, ou dans certains cas      même -des bases échangeables, et ces     cataly=          seurs    partiellement lessivés sont de     grande     importance.

   Quand on pousse le lessivage       jusqu'à    l'achèvement, la structure physique  avantageuse reste dans une mesure     eonsidé-          rable    la même, mais le restant est, naturelle  ment, une forme -de silice ou, dans le cas de       zéolithes    dans 'lesquelles une partie de la si  lice est remplacée par d'autres     -composés    aci  des, un mélange des     deux.    Il peut servir de  porteur physique avantageux de catalyseurs  spécifiques pour la synthèse -de l'ammoniaque  et, dans le cas de zéolithes partiellement  substituées, peut également contenir des ca  talyseurs auxiliaires.  



  Des corps échangeurs  &  bases non sili  ceux, lessivés soit partiellement ou complète  ment, peuvent contenir des     constituants        ca-          talytiquement    actifs et se comporter comme  (les catalyseurs ou des catalyseurs auxiliai  res, ou des deux façons. Cela est particuliè  rement le cas quand une masse de contact  relativement exempte d'alcali est     nécessairE     pour les meilleurs résultats et quand la te  neur en alcali d'une masse de contact conte  nant un corps échangeur de bases peut être  trop forte pour des résultats optima.  



  Des corps échangeurs de bases, ou leurs  dérivés., dilués ou non dilués, peuvent égale  ment être appliqués sous la forme de pellicu  les sur des granules porteurs massifs ou  peuvent être imprégnés dedans.     Les    porteurs  massifs peuvent être inertes, activants, ou  être eux-même des catalyseurs. Par exemple,  certains alliages métalliques catalytiques et  minéraux     -catalytiques    rentrent dans cette  classe.

   Des granules d'alliage d'aluminium  ou de cuivre jouent un rôle     supplémentaire     avantageux en ce sens que leur     .conductibilité     thermique relativement élevée tend à empê  cher une surchauffe locale, ce qui est d'im  portance considérable pour l'obtention de  bons rendements, .car la réaction est une réac  tion     d'équilibre.     



  Il est désirable, dans bien des cas, de  soumettre les masses de contact à un traite  ment préliminaire, à des températures éle  vées, avec de l'air, de     l'azote,    de l'hydrogène    ou des mélanges d'azote et d'hydrogène. Il  est également avantageux, .dans certains cas.  d'introduire de l'ammonium comme base  échangeable qui est ensuite mise en liberté au  cours de la catalyse et qui augmente l'effi  cacité de bien des masses de     contact    à utiliser  dans le procédé selon l'invention.  



  On va décrire plus en détail, dans les  exemples suivants, la préparation de masses  de contact et leur     utilisation    dans le procédé  de synthèse de l'ammoniaque selon l'inven  tion. Cette dernière n'est toutefois nullement  limitée aux détails des exemples, qui ne sont  que des illustrations représentatives.         Exemple   <I>1:</I>  On ,broie ensemble 15 parties d'oxyde d'a  luminium, 11,5 parties d'oxyde de zirconium  et 18 parties de carbonate de potassium anhy  dre et on les mélange intimement avec     1(10     parties d'oxyde de fer, de préférence de  l'oxyde de fer magnétique, ou avec une quan  tité correspondante de fer pulvérisé. On fond  le mélange et on brise en morceaux la matière  fondue que l'on traite avec de l'eau.

   Le pro  duit est un corps échangeur de bases non si  liceux dont on peut, après séchage, faire  usage comme masse de contact pour la     svri-          thèse    catalytique d'ammoniaque.  



  Au lieu de procéder à la fusion comme  décrit, on introduit dans une tour un     mélange     intime d'oxyde de fer, d'oxyde d'aluminium,  d'oxyde de zirconium et de     carbonate    de po  tassium anhydre et on fait passer sur le mé  lange un mélange gazeux. chaud, d'air et  d'une substance organique combustible comme  la, naphtaline. Les gaz doivent avoir une  température de 450-550   C. Il se produit  une oxydation -catalytique et la     substance     organique est complètement brûlée, la chaleur  dégagée faisant que les constituants du ca  talyseur se     frittent    ensemble ou fondent com  plètement. On casse en morceaux convenables  la matière     frittée    ou fondue et on l'hydrate  avec de l'eau.  



  On remplit un convertisseur d'une     inasso     de contact telle que celle décrite .dans l'un ou  l'autres des paragraphes précédents et on fait      subir à     cette    masse un court traitement préli  minaire, à 400-600   C, avec des gaz conte  nant de l'ammoniaque. Après cela, on fait  passer sur la masse de contact, à une tempé  rature de 400-600   C et sous pression de  50-250 atmosphères, un     mélange    d'hydro  gène et d'azote dans la proportion de 3 : 1,  le procédé étant un procédé circulatoire. On  obtient de bons, rendements en ammoniaque  qu'on enlève, par lavage, du courant -de gaz  après quoi on remet en circulation, après  ajustement de leur composition par l'adjonc  tion de gaz frais, les gaz qui n'ont pas subi  la réaction.

     Au lieu de traiter préalablement la masse  de contact avec des gaz contenant de l'ammo  niaque, on peut faire ruisseler sur la masse  de contact, après hydratation, une solution  de chlorure d'ammonium à 10 %, ce qui a pour  résultat le remplacement d'une     partie    de l'al  cali     échangeable    par de l'ammoniaque. On  peut remplir directement de la masse de     cou-          tact    ainsi :obtenue un convertisseur à haute  pression et effectuer une synthèse catalyti  que d'ammoniaque<B>à</B> 350-500  C, sous une  pression de 100-250 atmosphères.  



  Une autre modification consiste à traiter  les compositions de masses de contact décri  tes ci-dessus avec une solution d'acide     azoti-          que    à 2-3 % afin -d'enlever par lessivage une  partie de l'alcali échangeable. Le produit     les-          #siv6-    doit être lavé à l'eau afin d'en enlever  les dernières traces d'acide. -         Exemple   <I>2:</I>    On met en suspension dans 300     parties     d'eau, 1000 parties d'oxyde de fer, fraîche  ment précipité, pour     former    une bouillie.

   On  fait dissoudre 15 parties d'oxyde d'alumi  nium, fraîchement précipité, dans de l'hy  droxyde de potassium d'une force double de  la normale pour former de l'aluminate de  potassium contenant un excès de 20 % de l'al  cali. On brasse dans cette solution l'oxyde  de fer, et, finalement, on ajoute à     da.    suspen  sion     aluminate-oxyde    de fer une solution à  5 % .contenant du nitrate de zirconium, du  nitrate de zinc et du nitrate de     cadmium       dans le rapport de 2 : 1 :

   1, jusqu'à ce que le  mélange de réaction final reste juste alcalin  à l'égard de la.     phénolphtaléïne.    On sépare le  produit par aspiration, puis on sèche à, des  températures inférieures à. 100   C, après  quoi on le casse en     fragments.    La masse ré  sultante contient un corps échangeur de bases  non siliceux imprégné d'oxyde de fer.

   La- dis  tribution uniforme du corps échangeur de ba  ses qui agit comme régulateur et catalyseur       auxiliaire    augmente l'activité -catalytique de  l'oxyde de fer d'une manière     excellente.    La  structure physique du corps échangeur de ba  ses est très favorable et. augmente les pou  voirs     absorptif    et     adsorptif    de la masse de  contact pour le mélange     azote-hydrogène    à  de hautes     températures.     



  On fait subir à la masse de contact un  court traitement préliminaire, à 400-600  <B>C</B>, avec un mélange d'hydrogène et d'azote,  puis on fait passer un mélange de ces deux  gaz, dans la proportion de 3 : 1, sur la     masse     de     .contact    à 400-550   C et à une pression  de 80 à 250 atmosphères.  



  On peut remplacer l'oxyde -de fer par de  l'aimant ou autre minerai de fer.         E.Venaple   <I>3:</I>    On expose des fragments de     fer    d'une  grosseur désirée quelconque à de l'air humide  afin de les recouvrir d'une pellicule d'oxyde  de fer. On les place ensuite dans un conver  tisseur à creuset et on fait passer dessus, à.       4-50-500'    C, un mélange chaud d'air et     d'une     substance organique comme la naphtaline. Il  se produit une oxydation catalytique et la  substance organique     est.    complètement brûlée.  la chaleur dégagée faisant que le fer se fritte  ou fond et enlevant, en même temps, du fer  les impuretés qu'on ne désire pas.

   On broie  ensuite la matière frittée ou fondue, qui con  siste en oxydes de fer magnétiques, et on l'a  joute à une solution de verre soluble conte  nant 75-90 parties de     SiO2    diluées avec  20-25 volumes d'eau. On doit ajouter  l'oxyde de fer magnétique jusqu'à ce que la  solution reste juste facile à remuer. On  chauffe la suspension verre soluble-fer et on      y brasse une solution aqueuse saturée conte  nant 11,6 parties -de W03 sous la forme de       tungstate    de potassium, 7,2 parties de     1VIo03     sous la forme de     molybdate    de potassium et  9 parties de     V20'    sous la forme de     vana-          date    de potassium.

   Au mélange ainsi obtenu,  on ajoute, en agitant vigoureusement, une so  lution à<B>10%</B> contenant 20 parties de ni  trate de zirconium avec 5 molécules d'eau et       :3-1    parties de nitrate  &  thorium avec 12 par  ties. d'eau; alors, le mélange de réaction se       gélatinise.    On peut. augmenter la vitesse de       gélatinisation    en ajoutant avec précaution une  petite quantité     d'acide    azotique, mais on .doit  prendre soin que le mélange de réaction reste  neutre ou légèrement alcalin à l'égard de la       phénolphtaléïne.    On presse la gelée, on la       séelie    et on da lave avec de l'eau d'ammonia  que.

   le produit- résultant étant un corps       (-changeur    de bases contenant du tungstène,  du molybdène, du vanadium, du zirconium -et  du     thorium    sous une forme non     échangeàble          (-t    étant dilué avec un mélange spécial     d'oxy-          cles    de fer dans un état finement divisé, uni  formément distribué.

   Après séchage, on peut  traiter le corps échangeur de bases avec une  solution azotique à 2-5 %, afin d'enlever  une partie de l'alcali     échangeable    et il en ré  sulte un corps     permutogénétique    partielle  ment lessivé; ou     bien,    si on le désire, on peut,  après l'avoir hydraté avec de l'eau, soumettre  le corps échangeur de bases à un échange de       bases    en faisant ruisseler dessus une solution       diluée    de nitrate de cérium, afin d'échanger       une    partie du sodium pour du cérium.

   On     sè-          rhe    le     produit,,on    le réduit avec de l'hydrogène  à 300-400   C et c'est une excellente masse  (le contact. pour la synthèse d'ammoniaque  clans les conditions de réaction décrites dans  les exemples précédents. On peut également  introduire, par échange de bases, d'autres     élé-          nients    que le cérium, comme l'aluminium, le       fer,    le manganèse, le strontium,     le,oobalt,    le  béryllium, des terres rares autres que le cé  rium, le zirconium, le titane, le chrome, le  zinc, le plomb, le cadmium, le cuivre, l'ar  gent, etc.

   On effectue de préférence l'intro  duction qui peut être d'un ou plusieurs des    éléments     susénumérés,    en faisant ruisseler  des     solutions    salines, diluées, des éléments  sur le .corps échangeur de bases.  



  Une autre modification consiste à traiter  le corps échangeur de bases en pulvérisant  dessus de l'acide azotique afin -de former le  nitrate, ce qu'on appelle un corps ressemblant  à un sel, du corps échangeur de bases; ou  bien le traitement peut être     -effectué    au moyen  de solutions de sels     solubles    dans l'eau de,  acides de métaux des cinquième et sixième  groupes du     système    périodique, comme le     va-          nadated'ammonium,    le     molybdate    d'ammo  nium ou le     tungstate    d'ammonium.

   On peut  également traiter les corps échangeurs de ba  ses. avec des groupes ammoniacaux ou     cyano-          g6nés,    afin de former des corps     complexes          réssemblant    à des sels. On soumet. de préfé  rence les corps ressemblant à des sels à un  traitement préliminaire avec des gaz conte  nant de l'ammoniaque, de     l'hydrogène    ou un  mélange d'hydrogène et azote.

           Exemple        -4:       On mélange 24 parties de     8i02    sous la  forme d'une solution de verre soluble à base  de sodium ou de potassium diluée avec 4 à  5     volumes    d'eau, avec suffisamment d'une       solution    'à<B>10%</B> de sels de chrome, de vana  dium tétravalent, de zinc, de plomb. de cad  mium, de cuivre, de fer, d'aluminium, de bé  ryllium, de zirconium, de titane ou de cobalt.  individuellement ou en mélange, par exem  ple: une solution d'un ou plusieurs des ni  trates.

   L'addition de la solution saline doit  être suffisante pour faire que: le mélange     de     réaction reste alcalin à l'égard du tournesol  et de préférence neutre ou alcalin à d'égard  de la     phénolphtaléïne.    On obtient une gelée  consistant en une zéolithe à deux consti  tuants. On sépare la gelée de .la liqueur-mère  et on la sèche à des températures inférieure  à 100   C.  



  Au dieu de faire usage de sels, on peut  faire usage des     métallates    correspondants tels  que     béryllate,    aluminate,     chromite,        vanadite,          plombite,        cadmiate    ou zincate -de métal alca  lin. Lorsqu'on- fait usage d'une solution de           métallate,    il est désirable d'accélérer la réac  tion par l'addition d'une quantité d'acide suf  fisante pour neutraliser l'excès d'alcalinité.  On débarrasse de la liqueur-mère la gelée ob  tenue, on la lave à l'eau, puis on la sèche à  des températures allant jusqu'à 100   C.

   Les       corps    échangeurs .de bases obtenus comme  cela a été décrit ci-dessus sont de préférence  traités avec des solutions salines telles que ni  trate de manganèse, nitrate de     thoriuxf,    ni  trate de cuivre, nitrate de zirconium,- ou ni  trate de titane, solutions qui sont de     pr6fé-          rence    d'une force de 5 à 10 % et que l'on fait  ruisseler .sur     .le,corps    changeur de bases afin  de substituer une     partie    de l'alcali     échangea-          ble.     



  Une autre modification     consiste    à traiter  les corps échangeurs de bases     obtenus    avec  des sels des acides de métaux des cinquième  et sixième groupes du système périodique en  faisant usage, par exemple, de solutions à 1  de     vanadate    d'ammonium, de     molybdate     d'ammonium ou de     tungstate    d'ammonium,  ou d'un mélange de deux ou plus de deux  de ceux-ci. On obtient ce .que d'on appelle des  corps ressemblant à des sels et, si on le dé  sire, on peut remplacer les acides métalliques  par de l'acide azotique, afin de former le ni  trate, en appliquant, bien     entendu,    l'acide  azotique de manière à éviter un lessivage.  



  On peut préparer d'autres masses de con  tact efficaces de la classe     susdécrite,    en lessi  vant les corps échangeurs de bases avec des  acides dilués avant ou après échange de ba  ses, "ou avant ou après formation du corps  ressemblant à un sel. On notera. que les     élé-          inents        catalytiquement        efficaces    peuvent être  présents soit dans le noyau complexe -sous  la. forme de bases échangeables, ou sous la  forme d'anions dans les corps ressemblant à  des sels.  



  On peut également obtenir des masses de  contact très désirables -en diluant des corps       permutogénétiques,    de préférence au cours de  la formation, avec des diluants qui peuvent  être inertes,     régulateurs    ou     catalyseurs    auxi  liaires ou, même, être eux-mêmes des pro-    duits     catalytiquement    efficaces. Des exem  ples de diluants de ce genre sont: l'amiante,  l'écume de mer, la pierre ponce, la brique ré  fractaire,     A1203,    le     kieselguhr,    les charbons  activés de divers genres, le graphite, les mé  taux, les     alliages    métalliques, le quartz, la  magnésie, etc.

   Au lieu     d'incorporer    des di  luants dans le corps échangeur de bases dans  le corps     permutogénétique,    on peut appliquer  ce dernier sur les fragments porteurs sou>  la forme de pellicules ou en enrober ces frag  ments. Des exemples de -ces fragments por  teurs sont des alliages rendus rugueux,  comme le     ferromolybdène,    le     ferrochrome,    le       ferrovanadium,    le     silico-ferromangauèse,    le       silico-alumino-ferromanganèse,    le     ferrotitane.     le ferro-tungstène, le     ferronickel,    etc.

   Si c'est  nécessaire, on peut faire usage d'adhésifs  pour faire adhérer la pellicule aux fragments  porteurs. Des exemples de ces adhésifs sont.  les cyanures de métaux alcalins ou de métaux  alcalino-terreux, ou les ferro- ou     ferricyanu-          res    correspondants.  



  Avant de faire usage des suasses de con,  tact, il est préférable de les -soumettre à un  traitement préliminaire avec -de l'hydrogène,  ou de l'hydrogène et de l'ammoniaque, à  400-500   C. Après le traitement prélimi  naire, on fait passer sur les masses de     .contact,     à 400-600   C, un mélange d'hydrogène et  d'azote dans la proportion d'environ 3 : 1 et  l'on obtient de bons rendements en ammonia  que, le procédé étant de préférence mis en  pratique comme un procédé circulatoire, l'am  moniaque étant enlevée du courant en circu  lation et les gaz n'ayant pas subi la réaction  étant, après ajustement convenable de leur  composition, remis en circulation sur la  masse de contact.



  Process of catalytic synthesis of ammonia. The present invention relates to the synthesis of ammonia by the catalytic combination of hydrogen and nitrogen at high pressure and high temperature.



  According to the invention, the hydrogen and nitrogen are reacted in the presence of a catalytically active contact mass containing a body of a mieroporous structure (resulting from the formation of an exchanging body; basics.



  Such a body can be either a base exchange body, or a derivative of such a body, obtained for example by leaching the latter with an acid.



  The expression "base exchange body" encompasses all bodies, natural or artificial; which have the property of exchanging their bases for other bases of saline solutions. The base exchange products which are used in the formation of catalyst compositions which are employed in the process according to the present invention, or as starting material for derivatives to be used thus, can possess a high base exchange power. its or, in many cases, may have a lower base exchange power, then that the catalytic value of the final compositions does not mainly depend (read willingly on the base exchange power present.

         Generally speaking. the base exchange bodies can be grouped as follows: zeolites with two or multiple constituents. that is, base exchange bodies containing chemically combined silicon in their core, and non-siliceous base exchange bodies in which all of the silicon is replaced by other suitable acidic or amphoteric metal oxides.

    Two-component zeolites are the reaction products of two types of initial components, i.e. metallates and silicates (using the term metallate in a broad sense which will be defined later. in this brief), or metal salts and silicates. It frequently happens that more than one member of a type can react, that is, such a licate can react with more than one metallate or more than one metal salt.

   Multi-constant zeolites are the reaction products of at least three types of constituents, i.e. at least one silicate, at least one metallate and at least one metal salt. (By metallate is meant any salt the anion of which contains a metal; under metallic salt is meant a salt in which the anion does not contain any metal.) Base exchange bodies, both zeolite and base exchange bodies bases not sili those, can be associated with diluents. preferably in the form of a physically homogeneous structure, as will be described below.

   Base exchange bodies, either diluted or undiluted, may be present in the contact masses used in the present invention, or their derivatives may be present; but it goes without saying that, wherever it is a question here of hash exchange bodies, this expression includes both diluted and undiluted products.



  As already stated, base exchange bodies, both zeolites and non-siliceous base exchange bodies, can also be transformed into derivatives, which can be used for the formation of the catalytic mass and which have many chemical characteristics and most of the physical characteristics of the substances. base exchange bodies from which they derive.

    These derivatives can be salt-like bodies, that is to say the reaction products of base exchange bodies with compounds containing anions capable of reacting with the base exchange bodies to form products which; do have properties of salts. Another class of these derivatives is that of acid-leached base exchange bodies. When subjecting a base exchange body to leaching by acids, especially dilute mineral acids, the exchangeable bases are first removed gradually.

   The resulting products contain both the more basic and the more acidic constituents of the non-exchangeable core of the base exchange body, with or without a portion of the exchangeable bases. As the leaching is carried out further, more and more of the relatively positive constituents of the non-exchangeable core are removed, and if the leaching is carried to completion, the leach contains only the relatively acidic constituents of the core. non-exchangeable core.

    In the case of zeolites, the end product of long-lasting leaching is a complex silicone acid which has many physical properties of the original ba ses exchange body. In the remainder of the present description, for simplicity, the base exchange bodies and their derivatives will be designated. both by acid leaching and by the formation of salt-like bodies, under the generic term "periuutogenic" products.



  Catalytically active constituents can be found in the catalyst mass employed in four main forms: 1. They can have been physically mixed with or impregnated with the permutogenes. 2.

   They may have been incorporated physically, in a homogeneous manner, in the permutogenetic products. before the latter have been completely formed, in the form of catalytically active diluents or in the form of diluents which have been impregnated with the substance; catalytically active. 3.

   They can be chemically combined in the per mutogenetic products in a non-exchangeable form, i.e. they can form part of the non-exchangeable core of the base exchange body present in the final contact mass, or which is transformed into the derivatives; or they can be combined chemically with the base exchange bodies in the form of catalytically active anions which together with the base exchange body form salt-like bodies. 4.

   They can be chemically combined in exchangeable form either during formation of the base exchange body, or by base exchange after formation. Naturally,

   the same catalytically active constituents or catalytically active constituents (different may be present in more than one of the above-described forms and an advantage of the invention is that catalytically active substances can be introduced in a wide variety of forms, this which offers a wide choice to the catalyst chemist.



  Although the different permutogenes can vary widely in their chemical characteristics, they all have a similar physical structure (characterized by greater or lesser microporosity, and high resistance to high temperatures and, in the case of base exchange bodies containing catalytic constituents and which have not been leached with acids to the point of removing catalytically active constituents,

   these are distributed throughout the carcass of the products in atomic or molecular dispersion, as will be described in more detail below, and this chemical homogeneity is one of the most important advantages of some of the contact masses used. in the process of the invention.

      Although the combination of catalytically active substances can be effected with undiluted permutogenetics as well as with diluted permutogenetics, it has been found that masses (contact formed of dilute permutogenetics of a homogeneously are advantageous, in particular when the diluents are of a physical nature such that they exert a desired influence on the catalytic activity of the contact masses., as when, for example, the diluents are rich in silica,

   that it has been found to have a <B> -you </B> power due to, or when the diluents, (a great porosity, a great capillary or a great surface energy, can be considered to be physical catalysts or activators.



  The base exchange bodies behave as if they were extremely high molecular weight products, since catalytically active constituents can be introduced either into the non-exchangeable core. either in the form of bases exchangeable in virtually any desired proportions and the ordinary law of chemical combination proportions, which in low molecular weight compounds restricts the proportions in which constituents can be chemically incorporated, appears to be weak , which makes it reasonable to assume that the molecular weight is so high that it completely masks the effect of the law.

   It is, of course, possible that the base exchange bodies, or some of them, then smell to be solid solutions of several compounds of lower molecular weights. relating to each other. It has not been possible, until now, to settle this question definitively, because base exchange bodies are not easy to analyze chemically as to their structure.

    The invention is, of course, not limited to any theory; but, whatever the fundamental reasons, the fact that catalytically active constituents can be chemically introduced in any desired proportion is of enormous importance to the catalyst chemist and enables him to produce an almost unlimited number of catalysts. or finely and gradually dosed contact masses for the synthesis of ammonia, and in all cases the contact masses produced are highly efficient.

    due to the physical structure of the permutogenetic products contained therein and the wide limits of homogeneous dilution of catalytically active molecules or atoms, with resulting uniformity and smoothness of action.



  In addition to the important characteristics with which the permutogenetic products endow the contact masses used in the process according to the invention, it has been found frequently desirable to control the action of these contact masses and this can be done by associating with permutogenetic products. or by incorporating therein, or forming therein, compounds of the alkali metals, of the alkaline earth metals and of the strongly basic earth metals. These compounds appear to slow or soften the catalytic reaction and will be referred to throughout this specification as regulators.

   The regulators can be non-alkaline, weakly alkaline, or strongly alkaline, depending on the nature of the catalytically active constituents used. A great advantage is that in the normal formation of base exchange bodies, oxides of alkali-forming metals are present as exchangeable bases and, when used without acid treatment or acid treatment,

   they form key regulators which are combined or associated with the resulting permutogenes in an extremely fine dividing state in which these regulators are particularly active. Thus, basic key exchange bodies containing alkali metals can be regarded as complex regulators.



  In addition to the use of regulators, it has been found that it is possible, in many cases, to increase the action of these and the total efficiency of the contact masses by associating with them, or by chemically combining therein, elements or radicals or groups which are catalytically active but do not possess any specific catalytic activity for the synthesis of ammonia. <B> Of </B> such catalysts, or catalytic constituents which are not-catalysts specific for the reaction in which it is used, under the reaction conditions at which one has.

   matter, will be referred to throughout this brief as auxiliary catalyst bodies, as they appear to enhance the dosing effect which can be accomplished by regulators. Such auxiliary catalysts can be present where there are no regulators.



  The enormous range of chemical groups which can be combined in, or with, or incorporated into permutogenetics allows a wide choice of auxiliary catalyst bodies as well as specific catalysts - and allows their association with the masses of. contact in an extremely homogeneous and catalytic form. is lying. effective. Thus, many base exchange bodies - or their derivatives can constitute at the same time catalysts, regulators and complex auxiliary catalysts :.

    because all the elements playing these different roles can be present in the same chemical compound and participate in the advantages deriving from its physical structure and its desirable chemical properties. Of course, both regulatory bodies and auxiliary catalyst bodies may be mixed partially or completely with permutogenetics and a single regulatory body or a single auxiliary catalyst may be present part in physical mixture and part in chemical combination, as will be understood. clearly the informed base exchange chemist.



  The base exchange bodies which form the important constituents, or the starting material for derivatives, in the contact forms used in the process according to the invention, can be prepared by any of the well known methods.

   Thus, for example, two-component zeolites can be prepared by wet methods, in which the metallate components or the metal salt components, some or all of which may be catalytically active, are reacted with silicates. soluble for forming zeolites of the aluminosilicate or double aluminum silicate types; or the constituents can be melted, preferably in the presence of fluxes.

   It goes without saying that the expression metallate encompasses not only alkaline solutions of amphoteric metal oxides or hydroxides but also salts of metals, forming the alkalis, of metal acids, such as the oxacids of metals of the fifth and sixth groups. , which in at least one of the oxidation stages are not strictly speaking amphoteric, but which are capable of reacting with so licates to form zeolites, or with. other constituents to form non-siliceous base exchange bodies.

   Throughout the brief, we will adhere strictly to this somewhat more general definition of metals. In wet bicomponent zeolite formation, the final reaction product should be alkaline with respect to sunflower-lr. @, Where having a strong base exchange power, it should be neutral or alkaline to with respect to phenolphthalein. In order to produce base exchange bodies to be used in the preparation of contact masses for carrying out the process according to the invention, it is sometimes unnecessary to provide a high base exchange power and, for many purposes,

   Zeolites formed under conditions resulting in a final product which is <<void with respect to phenolphatlein, but alkdin with respect to sunflower, have an advantage. We don't really know if. products obtained under these circumstances range from homogeneous chemical compounds, although they behave in many ways as if they were. However, there is reason to believe that in some cases at least. mixtures of Rase exchanger and non-base exchanger polysilicates can occur.

   For the purpose of this specification, a product will be considered to be a base changer product if it has base exchange power, however low.



  It is desirable for many purposes, and in particular when two-component zeolites having a high base exchange capacity are required, to add the relatively acidic components, for example the metal salts in the case of zeolites of double aluminum silicate type, with relatively more alkaline constituents such as soluble silicates for example. By this means a continuous alkalinity is ensured and this way of proceeding can be regarded as that which is preferable to adopt in most airlocks;

   but the way of proceeding in reverse is advantageous for certain contact masses which can be used in the process according to the invention.



  Multi-component zeolites can be prepared by any of the above methods making use of at least three types of components, i.e. at least one metallate. at least one metal salt and at least one soluble silicate.

         In the case of multiple constituent zeolites, as in the case of bicomponent zeolites, the alkalinity conditions must be observed, and for many purposes it is advantageous to add them. Relatively acidic constituents to relative constituents ensure alkaline in order to ensure a continuous alkaline reaction.

   The multi-component zeolites produced vary in nature with respect to the proportion of the different reactive components. Thus, when metallates and silicates predominate over metal salts. the resulting products resemble the alumino-silicate bicomponent zeolites. If the metallic salts and silicates predominate over the metallates, the products resemble two-component zeolites of the double aluminum silicate type and, finally,

   if the metallates and metal salts outweigh the silicates, the resulting products more or less resemble non-siliceous base exchange bodies.

   It is clear that there is no sharp dividing line between the three types of multicomponent zeolites and that one merges into the other as the proportions of the different constituents vary. . An advantage of multi-component zeolites over two-component zeolites is that, if desired, the catalytically active component is greater.

   for certain catalytically active elements or groups can only be incorporated in the form of metallates and others only: in the form of metal salts. In a multi-component zeolite, each catalytically active group can be included in the form in which it is most beneficial.



  Basic exchanger bodies: not if those are produced by the general methods described above; but, instead of determining reactions between silicates and other metal oxide constituents, two or more oxymetallic compounds are reacted of which, in general at least one will be a metallate, and at least one at least one. metal salt;

   or, in certain cases, it is possible to produce a reaction between two different metallates in lG @ - which one negative radical is more acidic than the other. It is possible to produce non-siliceous base exchange bodies in which several metal oxides are. present. It is also possible to produce non-siliceous base exchange bodies in which only one metal is present.

    Thus, for example, certain metals may be of a sufficiently amphoteric nature to form both metallates and metal salts which are capable of reacting with each other to produce base exchange bodies.



  A special method of producing non-siliceous base exchange bodies is the gradual neutralization of strongly alkaline salts of the oxacids of metal elements of the fifth and sixth group in oxidation stages in which they are sufficiently amphoteric. Neutralization of other strongly alkaline metallates can also lead to the formation of non-siliceous base exchange bodies. The reverse method, whereby non-alkaline salts of suitable metals are gradually treated with an alkali until the reaction is sufficiently alkaline to allow the formation of base exchange bodies can also be employed.

      Many metals are only able to enter into the formation of base exchange bodies in certain stages of oxidation and. It is sometimes necessary to introduce these metals in a different oxidation stage from that which is desired in the final base exchange body, the change of oxidation stage preferably being carried out during the formation of the exchange body basics. Certain other elements can be incorporated in the form of complex compounds of the most diverse types, such; for example, that ammoniacal groups, etc.

      In addition to the artificial base exchange bodies briefly described above, use can be made of natural base exchange bodies such as nepheline, leucite, feldspar, etc.



  - The most important mkaeVb do oo-ta.ot-es for many reactions contain permutogenetic products in which, preferably, the diluents are incorporated in a homogeneous manner in the base exchange bodies before formation of the latter, or at least before the base exchanger body has set after formation. Many diluents, both inert and regulating activators, catalytically active or having auxiliary catalyst effects, can be employed.

   Here are some of them: kieselguhrs, of all kinds, in particular cellulose earth, natural or treated; silica powders of various types; pulverized pei7nutogenetics; natural or artificial powders of rocks, stones, tuffs, trass, lava and similar volcanic products which are frequently very porous; green sand; glauconite or its acid-leached derivative; glaucosilL; pulverized slag wool; cements; sand;

         silica gel; pulverized pottery; fuller's earth; talc; glass powder; pumice stone powder. meerschaum, magnesia; asbestos; graphite; activated charcoal; quartz powder; various powdered minerals rich in quartz; metal powders and powders of metal alloys or spongy metals;

   salts of oxymethyl acids such as tungstates, vanadates, chromates, uranates, manganates, cerates, molybdates, etc., in particular, salts of the above elements; silicates such as copper silicate. iron silicate, nickel silicate, cobalt silicate, aluminum silicate, titanium silicate; minerals and ores, especially those rich in copper, etc.

   Thinly divided diluents are of great advantage, especially when the average particle size is less than 60 microns, in which case the diluents have a high surface energy, which increases the adsorptive and absorptive capacity of the mass. contact, diffusion speed and porosity. These finely divided diluents can be considered as physical catalysts or activators.

   Diluted permutogenetic bodies can also be finely divided and used as part or all of the diluents from other base exchange bodies.



  The nine. The following methods are the most effective for the introduction of diluents; but any other suitable method may be used: 1. The diluents may be mixed with one or more liquid constituents of the bodies. base exchangers to be formed, when the latter are prepared by the wet process.



  2. Constituents, either catalytically active, regulators or auxiliary catalysts or others, can be precipitated in diluents, or impregnated with these bodies, which are then incorporated into the base exchange bodies by any method of incorporation. suitable poration.



  3. Diluents can be mixed with base exchange bodies, by kneading or kneading, while the latter are still in jelly form, in which case the base scaler jelly behaves like an adhesive. The homogeneity and uniformity of the distribution of diluents is, of course, not quite as great by this method as by Method 1, but for the synthesis of ammonia, extreme uniformity is not. essential.



  4. We can. To form diluents during the formation of base exchange bodies by mixing suitable compounds with the constituents of the base exchange bodies so that the particles of diluents are precipitated during formation. Protective colloids can be added to prevent coagulation of the thinner particles before the base exchange bodies have set sufficiently.



  5. Compounds may be added which react with some of the constituents forming the base exchange bodies to produce diluents; for example, salts of the metals of the fifth and sixth groups may be added in sufficient excess. so that they react with constituents of the base exchange body, such as, for example, heavy metal oxides, to form insoluble diluents.



  6. Already formed base exchange bodies, diluted or undiluted, artificial or natural, can be impregnated with true or colloidal solutions of effectively efficient constituents and then dried.



  7. A base exchange body, already formed, diluted or undiluted, can be impregnated with several solutions which react therein to precipitate any desired diluents.



  8. Soluble diluent compounds may be added to the constituents forming a base exchange body which, after formation, hold the compounds in solution and which are dried without washing, or treated to precipitate the compounds. compounds. 9. Natural base exchangers or artificial base exchangers, diluted or undiluted, or their derivatives, can be impregnated with solutions of the desired compounds which are then precipitated by means of reactive gases.



  The nucleus or non-exchangeable part of the molecules of the base exchange bodies is ordinarily considered to consist of these types of oxides namely: relatively basic, usually amphoteric, metallic oxides, and relatively acidic oxides, such as SiO2, some. amphoteric metal oxides and certain metal oxides which have a markedly acidic character.

   The nucleus behaves like a single anion; it is advantageous to regard the two portions of the nucleus as the basic and acidic portions, without losing sight, naturally, that the nucleus behaves as a single group. The metal compounds which are capable of forming the basic portion of the core are those of the following metals copper, silver, gold, bismuth, beryllium, zinc, cadmium, boron, aluminum, some rare earths, titanium, zirconium, tin. lead, thorium, niobium, antimony, tantalum, chromo.

        molybdenum, tungsten, uranium, vanadium, manganese, iron, nickel, cobalt, platinum, paitadium. Compounds of these elements can be introduced singly or in mixtures, in any desired proportions, and can be in the form of simple or complex ions.

    It goes without saying that some of the elements in certain oxidation stages can be introduced either as metallates or as metal salts. Others._ne-Feuvent - etrf, - introduced only in one of the forms and others still can be introduced in an oxidation stage other than that which is desired in the base exchange body final, or in the form of complex compounds. Among the complex ionogens are ammonia, hydrocyanic acid, oxalic acid, formic acid, tartaric acid, citric acid, glycerin, etc.



  Many metals are specific catalysts; others are Nt regulators and still others are auxiliary catalysts.



  Examples of constituents forming the relatively acidic portion of the base exchange core are alkali metal silicates, which are soluble in alkali, and alkali metal salts of acids such as boron, nitrogen, .titanium, vanadium, tungsten, chromium, niobium, tantalum, uranium, antimony, manganese, etc.



  The exchangeable bases of the base exchange bodies can be replaced by base exchange and the elements which can be introduced individually or as a mixture, by base exchange, are as follows: copper, silver, gold, ammonium, beryllium, cal cium, manganese, cesium, potassium, sodium zinc, strontium, cadmium, barium, lead; aluminum, scandium, titanium, zirconium, tin, antimony, thorium, vanadium, li thium, rubidium, thallium, bismuth, chromium, uranium, manganese, iron, cobalt, nickel, ru thenium, palladium, platinum and cerium.



  The exchangeable bases introduced can be specific catalysts; they can be regulators or they can be auxiliary catalyst bodies. They can be introduced as single ions or as complex ions and can increase the catalytic activity of the final contact mass, improve its physical strength, or act in both ways.



  As has been described above, base exchange bodies can be reacted with acid radical compounds to form salt-like bodies with them. The radicals can be present in the form of simple acid radiocals, polyacid radicals or complex acid radicals, and include radicals containing the following elements: chromium, vanadium, tungsten, uranium, molgbdenum, manganese , tantalum, niobium, antimony, bismuth, chlorine, platinum, boron.

   Among the complex radicals are the ferro- and ferricyanogen, certain ammoniacal groups, etc. The amount of acid radicals caused to unite with the base exchange bodies to form salt-like bodies can be varied so that the resulting products may have the character of acidic, neutral or basic salts. Most of these aci radicals are regulators or auxiliary catalysts for the catalytic synthesis of ammonia.



  Dilute or undiluted base exchange bodies, or certain derivatives thereof constituting salt-like bodies, can be treated with acids such as mineral acids, for example sul acids. 2-10% furic, hydrofluoric or nitrogenous, to remove part or all of the exchangeable bases or, also, part or all of the basic portion of the nucleus.

      In the case of zeolites, partial leaching with acids, which leaves some or all of the basic portion of the nucleus, or even some of the exchangeable bases, does not affect the function. zeolites as catalysts when they contain. elements catalytically active in the basic portion of the nucleus, or in some cases even -exchangeable bases, and these partially leached catalysts are of great importance.

   When the leaching is carried to completion, the desirable physical structure remains to a considerable extent the same, but the remainder is, of course, a form of silica or, in the case of zeolites in which a part of it is replaced by other acidic compounds, a mixture of the two. It can serve as an advantageous physical carrier of specific catalysts for the synthesis of ammonia and, in the case of partially substituted zeolites, can also contain auxiliary catalysts.



  Non-silicate exchange bodies & bases, either partially or completely leached, may contain catalytically active constituents and behave as (catalysts or auxiliary catalysts, or both. This is particularly the case when a A relatively alkali-free contact mass is required for best results and when the alkali content of a contact mass containing a base exchange body may be too strong for optimum results.



  Diluted or undiluted base exchange bodies, or their derivatives, can also be applied as a film to massive carrier granules or can be impregnated therein. The massive carriers can be inert, activating, or themselves be catalysts. For example, certain catalytic metal alloys and catalytic minerals fall into this class.

   Aluminum or copper alloy granules play an additional advantageous role in that their relatively high thermal conductivity tends to prevent local overheating, which is of considerable importance for obtaining good yields. because the reaction is an equilibrium reaction.



  It is desirable in many cases to subject the contact masses to preliminary treatment at elevated temperatures with air, nitrogen, hydrogen, or mixtures of nitrogen and gas. 'hydrogen. It is also advantageous in certain cases. to introduce ammonium as an exchangeable base which is then released during the catalysis and which increases the efficiency of many of the contact masses to be used in the process according to the invention.



  The preparation of contact masses and their use in the ammonia synthesis process according to the invention will be described in more detail in the following examples. However, the latter is by no means limited to the details of the examples, which are only representative illustrations. Example <I> 1: </I> 15 parts of aluminum oxide, 11.5 parts of zirconium oxide and 18 parts of anhydrous potassium carbonate are ground together and mixed thoroughly with 1 ( 10 parts of iron oxide, preferably magnetic iron oxide, or with a corresponding amount of pulverized iron The mixture is melted and the molten material is broken into pieces and treated with water. .

   The product is a nonsensitive base exchange substance which, after drying, can be used as a contact mass for the catalytic ammonia synthesis.



  Instead of proceeding with the melting as described, an intimate mixture of iron oxide, aluminum oxide, zirconium oxide and anhydrous potassium carbonate is introduced into a tower and passed over the metal. mixes a gas mixture. hot, air and a combustible organic substance such as mothballs. The gases should have a temperature of 450-550 C. Catalytic oxidation occurs and the organic material is completely burnt, the heat given off causing the catalyst components to sinter together or completely melt. The sintered or melted material is broken into suitable pieces and hydrated with water.



  A converter is filled with a contact inasso such as that described in one or the other of the preceding paragraphs and this mass is subjected to a short preliminary treatment, at 400-600 C, with gases containing ammonia. After that, a mixture of hydrogen and nitrogen in the proportion of 3: 1 is passed over the contact mass, at a temperature of 400-600 C and under a pressure of 50-250 atmospheres. being a circulatory process. Good yields of ammonia are obtained which are removed by washing from the gas stream after which the gases which have not undergone have been put into circulation after adjustment of their composition by the addition of fresh gas. the reaction.

     Instead of treating the contact mass beforehand with gases containing ammonia, a 10% solution of ammonium chloride can be run on the contact mass, after hydration, which results in the replacement. of a part of the al cali exchangeable by ammonia. A high pressure converter can be filled directly with the contact mass as follows: a high pressure converter and a catalytic synthesis of ammonia <B> at </B> 350-500 C under a pressure of 100-250 atmospheres can be carried out.



  Another modification is to treat the contact material compositions described above with a 2-3% nitrogenous acid solution to leach out some of the exchangeable alkali. The les- # siv6- product should be washed with water to remove the last traces of acid. - Example <I> 2: </I> Is suspended in 300 parts of water, 1000 parts of iron oxide, freshly precipitated, to form a slurry.

   15 parts of freshly precipitated aluminum oxide are dissolved in potassium hydroxide of twice the normal strength to form potassium aluminate containing 20% excess of the alumina. cali. The iron oxide is stirred in this solution, and, finally, it is added to da. aluminate-iron oxide suspension a 5% solution containing zirconium nitrate, zinc nitrate and cadmium nitrate in the ratio of 2: 1:

   1, until the final reaction mixture remains just alkaline with respect to the. phenolphthalein. The product is removed by suction, then dried at temperatures below. 100 C, after which it is broken into fragments. The resulting mass contains a non-siliceous base exchange body impregnated with iron oxide.

   The uniform distribution of the base exchange body which acts as a regulator and auxiliary catalyst increases the catalytic activity of iron oxide in an excellent manner. The physical structure of the base exchange body is very favorable and. increases the absorptive and adsorptive power of the contact mass for the nitrogen-hydrogen mixture at high temperatures.



  The contact mass is subjected to a short preliminary treatment, at 400-600 <B> C </B>, with a mixture of hydrogen and nitrogen, then a mixture of these two gases is passed through the proportion of 3: 1, on the mass of .contact at 400-550 C and at a pressure of 80 to 250 atmospheres.



  The iron oxide can be replaced by a magnet or other iron ore. E.Venaple <I> 3: </I> Fragments of iron of any desired size are exposed to moist air in order to cover them with a film of iron oxide. They are then placed in a crucible converter and passed over, to. 4-50-500 ° C, a hot mixture of air and an organic substance such as mothballs. Catalytic oxidation occurs and the organic substance is. completely burnt. the heat given off causing the iron to sinter or melt and at the same time remove unwanted impurities from the iron.

   The sintered or molten material, which consists of magnetic iron oxides, is then ground and added to a water glass solution containing 75-90 parts of SiO2 diluted with 20-25 volumes of water. Magnetic iron oxide should be added until the solution is just easy to stir. The water glass-iron suspension is heated and a saturated aqueous solution containing 11.6 parts of W03 as potassium tungstate, 7.2 parts of IVIO3 as potassium molybdate and 9 parts of potassium molybdate is stirred therein. V20 'in the form of potassium vanadate.

   To the mixture thus obtained is added, with vigorous stirring, a <B> 10% </B> solution containing 20 parts of zirconium nitrate with 5 molecules of water and: 3-1 parts of nitrate & thorium with 12 parts. water; then, the reaction mixture gelatinizes. We can. increase the rate of gelatinization by carefully adding a small amount of nitrogen acid, but care should be taken that the reaction mixture remains neutral or slightly alkaline to phenolphthalein. The jelly is pressed, dried and washed with ammonia water.

   the resulting product- being a body (-base exchanger containing tungsten, molybdenum, vanadium, zirconium -and thorium in non-exchangeable form (-t being diluted with a special mixture of iron oxides in a finely divided state, united formally distributed.

   After drying, the base exchange body can be treated with a 2-5% nitrogen solution in order to remove part of the exchangeable alkali and a partially leached permutogenetic body results; or, if desired, it is possible, after having hydrated it with water, to subject the base exchange body to an exchange of bases by running over it a dilute solution of cerium nitrate, in order to exchange a part of sodium for cerium.

   The product is dried, reduced with hydrogen at 300-400 ° C. and it is an excellent contact mass for the synthesis of ammonia under the reaction conditions described in the previous examples. can also introduce, by exchange of bases, other elements than cerium, such as aluminum, iron, manganese, strontium, oobalt, beryllium, rare earths other than cerium, zirconium, titanium, chromium, zinc, lead, cadmium, copper, silver, etc.

   The introduction, which may be of one or more of the above-mentioned elements, is preferably carried out by trickling dilute saline solutions of the elements onto the base exchange body.



  Another modification is to treat the base exchange body by spraying nitrogen acid on it to form the nitrate, a so-called salt-like body, of the base exchange body; or the treatment can be carried out by means of solutions of water-soluble salts of acids of metals of the fifth and sixth groups of the periodic system, such as ammonium varadate, ammonium molybdate or tungstate ammonium.

   It is also possible to treat the base exchange bodies. with ammoniacal or cyanogenous groups, to form complex salt-like bodies. We submit. preferably the salt-like bodies to a preliminary treatment with gases containing ammonia, hydrogen or a mixture of hydrogen and nitrogen.

           Example -4: 24 parts of 8iO2 are mixed in the form of a sodium or potassium soluble glass solution diluted with 4 to 5 volumes of water, with sufficient of a 10% solution. </B> salts of chromium, tetravalent vana dium, zinc, lead. cad mium, copper, iron, aluminum, beryllium, zirconium, titanium or cobalt. individually or as a mixture, for example: a solution of one or more of the ni trates.

   The addition of the saline solution should be sufficient to cause that: the reaction mixture remains alkaline with respect to sunflower and preferably neutral or alkaline with respect to phenolphthalein. A jelly is obtained consisting of a two-component zeolite. The jelly is separated from the mother liquor and dried at temperatures below 100 ° C.



  To the god of making use of salts, one can make use of the corresponding metallates such as beryllate, aluminate, chromite, vanadite, plumbite, cadmiate or zincate -de metal alkali. When using a metallate solution, it is desirable to accelerate the reaction by the addition of an amount of acid sufficient to neutralize the excess alkalinity. The resulting jelly is freed from the mother liquor, washed with water and then dried at temperatures up to 100 C.

   The base exchange bodies obtained as has been described above are preferably treated with saline solutions such as manganese trate, thorium nitrate, copper trate, zirconium nitrate, - or titanium trate, solutions which are preferably 5 to 10% strength and which are trickled onto the base changer body to substitute some of the exchangeable alkali.



  Another modification consists in treating the obtained base exchange bodies with salts of the acids of metals of the fifth and sixth groups of the periodic system by making use, for example, of 1-solutions of ammonium vanadate, ammonium molybdate or ammonium tungstate, or a mixture of two or more thereof. What are called salt-like bodies are obtained and, if desired, the metallic acids can be replaced by nitrogen acid, in order to form the nitrate, by applying, of course, the nitrogen acid so as to avoid leaching.



  Other effective contact masses of the class described above can be prepared by leaching the base exchange bodies with dilute acids before or after base exchange, or before or after formation of the salt-like body. It will be appreciated that the catalytically effective elements can be present either in the complex nucleus as exchangeable bases, or as anions in salt-like bodies.



  Very desirable contact masses can also be obtained by diluting permutogenetic bodies, preferably during formation, with diluents which may be inert, auxiliary regulators or catalysts or even be products themselves. catalytically effective. Examples of such thinners are: asbestos, meerschaum, pumice, refractory brick, A1203, kieselguhr, activated carbon of various kinds, graphite, metals, alloys metals, quartz, magnesia, etc.

   Instead of incorporating diluents in the base exchange body in the permutogenetic body, the latter can be applied to the carrier fragments in the form of films or coated therewith. Examples of -these carrier fragments are roughened alloys, such as ferromolybdenum, ferrochrome, rail-nanadium, silico-ferromanganese, silico-alumino-ferromanganese, ferrotitanium. ferro-tungsten, ferronickel, etc.

   If necessary, adhesives can be used to adhere the film to the carrier fragments. Examples of these adhesives are. alkali metal or alkaline earth metal cyanides, or the corresponding ferro- or ferricyanides.



  Before using the con, tact suasses, it is preferable to -subject them to a preliminary treatment with -hydrogen, or hydrogen and ammonia, at 400-500 C. After the preliminary treatment However, a mixture of hydrogen and nitrogen in the proportion of about 3: 1 is passed over the contact masses at 400-600 ° C. and good yields of ammonia are obtained. being preferably practiced as a circulatory process, the ammonia being removed from the circulating current and the gases which have not undergone the reaction being, after suitable adjustment of their composition, recirculated on the contact mass.

 

Claims (1)

REVENDICATION<B>-</B> Procédé de synthèse d'ammoniaque en partant de ses éléments, selon lequel on fait passer un mélange gazeux contenant de l'hy drogène et de l'azote, à des températures et pressions élevées, sur une masse de contact catalytiquement active contenant au moins un corps d'une structure microporeuse gui ré- sulte de Ja formation d'un corps échangeur de bases. <B>SOUS-REVENDICATIONS</B> 1 Procédé selon la revendication, dans le quel ledit corps de structure micropo- reuse est un corps échangeur de bases. CLAIM <B> - </B> Process for the synthesis of ammonia starting from its elements, according to which a gas mixture containing hydrogen and nitrogen is passed, at high temperatures and pressures, over a A catalytically active contact mass containing at least one body of a microporous structure which results from the formation of a base exchange body. <B> SUB-CLAIMS </B> 1 The method of claim, wherein said body of microporous structure is a base exchange body. 2 Procédé selon la revendication, dans le quel ledit corps de structure microporeuse est un corps résultant du lessivage au moins partiel, par un acide, d'un .corps échangeur de bases. Procédé selon la sous-revendication 1. dans lequel ledit corps échangeur de 'bases est siliceux. 4 Procédé selon la sous-revendication 1, dans lequel ledit corps échangeur de bases est non siliceux. 5 Procédé selon la sous-revendication 2, dans lequel ledit corps résulte du lessi vage d'un corps échangeur de bases sili ceux. 2 A method according to claim, in which said body of microporous structure is a body resulting from at least partial leaching, by an acid, of a base exchange body. A method according to sub-claim 1. wherein said base exchange body is siliceous. 4 The method of sub-claim 1, wherein said base exchange body is non-siliceous. 5 The method of sub-claim 2, wherein said body results from the leaching of a base exchange body sili those. 6 Procédé selon la revendication, dans le quel ledit corps de structure microporeuse est un corps semblable à un sel, résultant de la combinaison d'un corps échangeur de bases avec un composé acide. î Procédé selon la revendication, dans le quel on emploie une masse catalytique contenant encore au moins un diluant. 6 The method of claim, wherein said body of microporous structure is a body similar to a salt, resulting from the combination of a base exchange body with an acidic compound. Method according to claim 1, in which a catalyst mass further containing at least one diluent is employed. 8 Procédé selon la revendication, dans le quel au moins un constituant catalytique ment actif est présent dans ledit corps de structure microporeuse. 9 Procédé selon la sous-revendication 1, dans lequel au moins un constituant ca- talytiquement actif est présent comme base échangeable. 10 Procédé selon la sous- revendication 6, dans lequel l'anion uni à l'échangeur de bases pour former un sel est catalytique- ment actif. 11 Procédé selon la sous- revendication 7, dans lequel le diluant employé est cataly- tiquement actif. 8 The method of claim, wherein at least one catalytically active constituent is present in said body of microporous structure. 9. A process according to sub-claim 1, wherein at least one catalytically active component is present as the exchangeable base. A process according to sub-claim 6, wherein the anion joined to the base exchanger to form a salt is catalytically active. 11. The method of sub-claim 7, wherein the diluent employed is catalytically active. 12 Procédé selon la revendication, dans le quel on emploie une masse catalytique contenant encore un constituant régula teur de la réaction. 18 Procédé selon la revendication, dans le quel on emploie une masse catalytique contenant un constituant catalytique auxi liaire, qui, sans être un catalyseur spéci fique pour la formation d'ammoniaque, active la réaction. 14 Procédé selon la sous -revendication ï, dans lequel le diluant forme avec ledit corps de structure microporeuse une masse homogène. 15 Procédé selon la revendication, dans le quel on -emploie une masse contenant au moins du fer comme constituant catalyti que actif. 16 Procédé selon la sous-revendication 15. 12 A method according to claim, in which a catalytic mass is employed which also contains a constituent regulating the reaction. 18. Process according to claim, in which a catalytic mass containing an auxiliary catalytic component is employed which, without being a specific catalyst for the formation of ammonia, activates the reaction. A method according to subclaim ï, wherein the diluent forms with said body of microporous structure a homogeneous mass. 15. A method according to claim, in which a mass containing at least iron as an active catalyst component is employed. 16 The method of sub-claim 15. dans lequel le fer fait partie du corps échangeur de bases. 17 Procédé selon la sous-revendication 15. dans lequel un composé de fer est mé langé physiquement avec ledit corps de structure microporeuse. <B>18</B> Procédé selon la revendication, dans le quel on opère selon un cycle en ramenant au catalyseur les gaz n'ayant pas réagi. in which the iron is part of the base exchange body. 17. The method of sub-claim 15. wherein an iron compound is physically mixed with said body of microporous structure. <B> 18 </B> Process according to claim, in which one operates according to a cycle by returning the unreacted gases to the catalyst.
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