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.