CH168438A - Verfahren zur Herstellung von Stickoxyden durch Oxydation von Ammoniak. - Google Patents

Description

      Verfahren    zur Herstellung von Stickoxyden durch Oxydation von     .Ammoniak.       Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur  Oxydation von Ammoniak zu Stickoxyden  durch Überleiten eines Gemisches von Am  moniak und sauerstoffhaltigen Gasen über  einen Katalysator, und im besonderen die  Verbesserung einer bestimmten Stufe dieses  Verfahrens, wodurch katalytische Zersetzung  auf ein Minimum reduziert wird.  



  Zur Ausführung der bei diesem Verfah  ren notwendigen Reaktion ist es üblich, ein  Gemisch von gasförmigem Ammoniak und  einem sauerstoffhaltigen Gas in einer Reak  tionskammer über einen geeigneten Kataly  sator zu leiten. Um dauernd     wirksame    Um  wandlungen von Ammoniak zu Stickoxyden  zu erzielen, war man gezwungen, bei Tem  peraturen zwischen 700 und<B>1100'</B> C zu  arbeiten, zu welchem Zwecke man das in -die  Reaktionskammer eintretende Gasgemisch  entsprechend vorwärmte.

   Hierbei ist aber  immer ein gewisser Verlust an Ammoniak  aufgetreten, und zwar infolge von Oxydation    desselben zu freiem     Stickstoff    oder     infolge     nachträglicher Zersetzung der gebildeten  Stickoxyde.     Die    heisse Oberfläche     .des    all  gemein     benutzten        Metalles        wirkt    dabei kata  lytisch an der Vergrösserung dieses Ver  lustes mit.  



  Früher ist man der Ansicht gewesen, dass  lediglich die Zersetzung des     Ammoniakes    zu  freiem Stickstoff in Betracht zu ziehen sei,  weshalb man schon vorgeschlagen hat, die  vor dem Katalysator     liegenden    Kammer  wände, sowie die Rohrzuleitung mit einem  von einer     Kühlflüssigkeit    durchflossenen  Mantel zu umgeben.     Cederberg    (amerika  nische Patentschrift Nr. 1666958) beschreibt  eine     gatalysatorkammer,        bei,der    ,die Wände  der Reaktionszone gekühlt sind, um Explo  sionen des Gemisches zu verhindern.

       Ceder-          berg    bezweckt damit     aaber    nur, die Wärme  von dem Katalysator abzuführen, um     ammo-          niakreichere        Mischungen    verwenden zu  können.      Zweck des den Gegenstand vorliegender  Erfindung     bildenden.    Verfahrens ist die Ver  meidung der erwähnten Nachteile.

   Es sollen  namentlich die     \beim        Ammoniak-Oxydations-          prozess    infolge     Zersetzung    der     Stickoxyde    zu  freiem     ,Stickstoff        auftretenden    Verluste ver  mieden und dadurch eine     :Steigerung    der       Stickogydausbeute    erreicht werden.  



  Gemäss     -diesem    Verfahren werden die Re  aktionsprodukte     unmittelbar    nach dem Pas  sieren -des     Katalysators    abgekühlt und von  dem     Katalysator    weggeführt und ausser Be  rührung mit     heissen    Oberflächen gebracht.

    Die Vermeidung .der Zersetzung der -Stick  oxyde lässt sich ferner dadurch fördern, dass  man die Gasgeschwindigkeit zum Kataly  sator, durch ,diesen hindurch und von diesem  hinweg auf genügender Höhe hält, .dergestalt,       .dass    die     gasförmigen        Reaktionsprodukte     nicht wieder mit dem Katalysator in Berüh  rung kommen können, sondern von ihm weg  geführt werden und keine Gelegenheit haben,  in einer der     Katalysatoroberfläche    parallelen  Richtung zu strömen, wie es bei den bisher  üblichen Verfahren der .Fall war.

   Zweck  mässig werden sowohl die Wandung -der  Kammer, sowie die vom Katalysator weg  führende Rohrleitung bis auf eine Tempera  tur gekühlt, die genügend     niedrig    ist, um  keine merkbare katalytische Zersetzung statt  finden zu lassen. Die erwähnte     Gasgesohwin-          .digk        eit    wählt man     zweckmässigerweise    der  art, dass sie mehr als 6,1 m pro Sekunde :be  tragt.  



  Es wurde ferner gefunden, dass; sich die  direkte Zersetzung .des     Ammoniakes    zu     1,Stiok-          stoff    vor dem Katalysator bei den gewöhn  lieben     Arbeitstemperaturen    durch Anwen  dung geeigneter, katalytisch unwirksamer  Baustoffe     vermeiden    lässt, dass dagegen die  Wandkühlung vor dem Katalysator nicht  von Bedeutung ist.

   Wie oben schon festge  stellt     vlzrde,    beruht ein grosser Teildes Aus  beuteverlustes auf der     Zersetzung    der     Stick-          oxy    de zu freiem Stickstoff, die entweder  :durch katalytische Wirkung :des     Kataly-          sators    selbst oder der äusserst heissen Wan  dungen der Kammer verursacht wird, welche    -die Gase     unmittelbar    nachdem     Verlassendes          Katalysators    durchströmen.

   Zum Beispiel  muss sowohl bei     CederbergsApparat,    als auch  bei dem von     Jones    und     Parsons    (amerika  nische Patentschrift Nr. 1321376) beschrie  benen das Gas nach dem Passieren des Ka  talysators,     sowie,das    in den Katalysator ein  tretende Frischgas eine gewisse Strecke lang  parallel der     Katalysatoroberfläche    strömen,  und wenn     auch,die    tatsächliche Gasgeschwin  digkeit hoch sein mag, so ist doch die     Ge-          scUwindigkeit    des vom Katalysator abströ  menden Gases niedrig.

   Dies     bietet,dem    Gase  Gelegenheit     ,zu    wiederholter Berührung mit  dem aktiven     Katalysator,    mit darauf sich  ergebender katalytischer     Zersetzung        unter     Verlust,     insbesondere    bei Anwendung von  Drucken, die höher als :der atmosphärische  sind.

   Die vom     Katalysator    abströmenden  heissen Gase erhitzen die Wände des Ab  leitungsrohres bis zu einem Punkt, wo die  selben katalytisch auf das     -Gas    unter Zer  setzung und     Ausbeuteverlust        einwirken.    Ka  talysatoren aus Platinmetallen verflüchtigen  sich in erheblichem Masse bei den Tempera  turen, bei ,denen sie     arbeiten.    Eine kleine  Menge dieses wirksamen     Katalysators    wird  sich auf diesen heissen Wandungen nieder  schlagen, wodurch sich die katalytische  Wirksamkeit der letzteren und     somit    der       Ausbeuteverlust    steigert.  



  Auf .der Zeichnung ist eine Einrichtung,  die     beispielsweise    zur Ausführung des Ver  fahrens gemäss der Erfindung dienen kann,  veranschaulicht. Das auf die     gewünschte     Temperatur vorgewärmte Gasgemisch tritt  .durch Rohr 1 ein und gelangt hierauf in das  Rohrstück 2. Letzteres kann,     wie    darge  stellt, die Formeines<B>T</B> haben, um die An  bringung eines :Schauglases 3 zu ermöglichen,  welches, entsprechend angebracht, die Beob  achtung des     Katalysators    während des     Re-          aktionsverlaufes    gestattet.

   Der Katalysator  4 wird durch einen Träger 5 gehalten, :der  seinerseits zwischen ,die Flansche des     Einlass-          T.Stückes    2 und des Ableitungsrohres 6 ein  geschoben ist. Vorzugsweise     ruht,der    Kataly  sator auf einem Rost .oder Schirm 7 aus      einem katalytisch unwirksamen Stoff, wel  cher den     Arbeitsbedingungen    widersteht, bei  spielsweise einer Legierung von 80% Nickel  und 20     ,%    Chrom. Der Wände der Kammer  oder des Ableitungsrohres 6 hinter dem Ka  talysator sind von einem Kühlmantel 8 um  geben, durch .den eine Kühlflüssigkeit strömt.  Dieser Kühlmantel hält die Ableitungsrohr  und Kammerwände unterhalb einer Tempera  tur, bei der merkbare katalytische (Zer  setzung eintreten würde.

   Beim     Durchströmen     des     Abführungsrohres    6     werden    die Gase  ebenfalls unter eine Temperatur abgekühlt,  bei der merkbare katalytische Zersetzung  eintreten würde. Es wurde festgestellt,     .dass     eine Abkühlung der in     Berührung    mit dem  Gase kommenden Oberflächen auf eine Tem  peratur     unterhalb    500   C zur Vermeidung       ernsthafter    Verluste ausreichend ist.  



  Es wird vorzugsweise ein Katalysator  von kleiner     Fläche,    aber erheblicher Tiefe  oder Dicke angewendet, zum Beispiel von  dem Typ, wie er im Schweizer     Patent     Nr. 162456 beschrieben ist, bei dem die Ge  schwindigkeiten durch den Katalysator hin  durch aussergewöhnlich hoch sind. Bei  einem Katalysator dieses Typs     wird,die    Ab  strahlung nach den kühleren Wandungen nur  einen geringen     Einfluss    auf die     Temperatur     des Katalysators haben, und zwar wegen des  sen kleinerer Oberfläche.

   Es     wird    ohne wei  teres klar sein, dass auch ein grösserer Ka  talysator, ähnlich dem von     Janes     &        Parsons    in der amerikanischen Patentschrift  Nr. 1321376 beschriebenen zylindrischen, im  Rahmen vorliegender Erfindung     benutzt    wer  den könnte, indem man den abgebildeten  Apparat zwecks     Anbringung    des abweichend       geformten    Katalysators modifiziert. ;

   So,  müsste zum Beispiel die Kammer     derartig     konstruiert werden, dass die Gase direkt von  der     Katalysatoroberfläche    weggeführt, an  statt wie bei     Parsons     &      Janes    Apparatetyp  an ihr entlang geführt werden. Auch müssten  die Kammerwände auf der     Abführungsseite     des     Katalysators    -dann gekühlt werden.

   Bei  einem     Katalysator    von derartig grosser Ober  fläche würde die     Katalysatortemperatur    ge-         ringfügig        beeinflusst    werden, dies liesse sich  aber mit Leichtigkeit durch entsprechende  Erhöhung der     Vorwärmung    ausgleichen.  



  Aus der Beschreibung von     Cederberg    ist  zu erkennen, dass er sich über die Bedeutung  der Abkühlung der Gase unmittelbar nach  dem     Durchströmen.    des Katalysators nicht  klar war; denn er hat seinerseits ausdrück  lich erklärt, -dass     sich    seine Erfindung auf die  Vermeidung der     Überhitzung    des     Kataly-          sators    selbst bezieht.  



       Während    die Anwendung von Kühlkam  mern, wo immer     dieselben    nötig sind, ganz  allgemein üblich ist, und obschon ihre Kon  struktion ein einfaches mechanisches     Rilfs-          mittel    darstellt, handelt es -sieh     bei    vorliegen  der Erfindung nicht um einen Apparat, son  dern um ein Verfahren, mit .dem sich erheb  lich verbesserte Resultate erzielen lassen, und  zwar mit Hilfe der Abkühlung der Reak  tionsprodukte an der richtigen     Stelle    zu  einem ganz     bestimmten    Zwecke, sowie mit  Hilfe des     Hinwegführens    der Gase von dem  Katalysator unmittelbar nach ihrem Durch  strömen desselben, dergestalt,

   dass eine wie  derholte Berührung mit dem Katalysator, so  wie eine Berührung mit noch nicht in Reak  tion gegangenen Teilen des verarbeiteten  Gasgemisches infolge von     Konvektions-          strömen    und einer Diffusion nach rückwärts  ausgeschaltet wird. Ebenfalls     ausgeschaltet     ist eine Berührung mit     heissen,    teilweise kata  lytisch wirksamen Oberflächen des Behäl  ters.

   Das Problem bestand     somit    offenbar in  der     Ermittlung    der genauen Stelle, wo die  Abkühlung zur     Wirkung    kommen muss, ver  bunden mit der richtigen     Führung    der Gas  strömung, und nicht     etwa    nur die Konstruk  tion einer Kühlkammer.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Herstellung von Stick oxyden durch Überleiten eines Gemisches von Ammoniak und sauerstoffhaltigen Gasen über einen Katalysator, dadurch gekenn zeichnet, dass man .die Reaktionsprodukte un mittelbar nach dem Passieren des Kataly- sators abkühlt, von dem Katalysator hinweg- führt und ausser Berührung mit heissen Ober flächen bringt. UNTERANSPRüCHE 1.

   Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, -dass man die mit den Re aktionsprodukten in Berührung kommen- ,den Oberflächen durch Anwendung eines Kühlmittels auf niedriger Temperatur hält. 2. Verfahren nach Patentanspruch und Un- teranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ,dass man die mit den Reaktionsprodukten in Berührung kommenden Oberflächen durch Anwendung eines Kühlmittels auf einer unter 500 C liegenden Temperatur hält. 3.

   Verfahren nach Patentanspruch und Un- - teranspruch <B>1,</B> dadurch gekennzeichnet, ,dass man ,die Gase durch ,die Katalysator- zone hindurch und von ihr weg in einer Richtung führt, die mit der Katalysator- oberfläche der Hauptsache nach einen rechten Winkel bildet. 4.

   Verfahren nach Patentanspruch und Un teransprüchen 1 und 3, dadurch gekenn zeichnet, dass man die Gase durch den Katalysator hindurch und von ihm weg mit einer Geschwindigkeit führt, die zur Verhinderung von Rückströmen und Dif fusion ausreichend ist. 5. Verfahren nach Patentanspruch und Un teransprüchen 1, 3 und 4, ,dadurch ge kennzeichnet, dass man die Gase durch -den Katalysator hindurch und von ihm weg mit einer Geschwindigkeit führt, die grösser als 6,1 m pro 'Sekunde ist.