JPS641177B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、線材またはストリツプ（両者を合
わせて単に「線材」と呼ぶ）形態を有する触媒材
料からなる触媒ユニツト、特にガス類の接触酸化
に用いるそのような触媒ユニツトに関する。

周知の触媒ユニツトの１つの形態は、白金―ロ
ジウム合金のような貴金属からなる線材から編織
した細目網を密に充填した「パツケージ」または
「パツド」からなる。そのような触媒ユニツトは
硝酸の製造過程において、アンモニアガスを接触
酸化して酸化窒素と水を生成するのに用いられて
いる。即ち、触媒ユニツト中でアンモニアガスは
次の反応式に従つて酸化される。

4NH₃＋50₂→4NO＋6H₂O（△Ｈ＝−894KJ） 生成する酸化窒素はさらに酸化されて二酸化窒
素となり、この二酸化窒素は水またはその他の水
性媒体に吸収されて硝酸を形成する。

硝酸の製造に於いては、通常アンモニアガス及
び空気を加圧下に高速度で触媒ユニツトを構成す
る細目網中を通過下降せしめる。ガス類は一般に
約250℃までの温度でパツケージに入るが、アン
モニアの酸化は高度の発熱反応であるため、反応
生成物及び未反応ガスは約850℃またはそれ以上
の高温でパツケージを離れる。

硝酸製造業者は窒素酸化物が最高の収率を以つ
て生成する条件下に連続してプラントを操業する
ことを望んでいるが、このことはプラントを最も
経済的な条件下に運転することを必ずしも意味し
ない。多くの場合、最も経済的な操業条件は最高
の収率をもたらすものではなく、最高の収率が得
られない操業は、プラントへ投入した資本からの
収益を考慮せねばならない製造業者を満足させ得
るはずがない。

アンモニア酸化プロセスが次の基準を満足する
ことは製造業者にとつて重要である。

(i) 最大の転化率が得られること。

(ii) 貴金属含有量が最少であること、従つて、触
媒からの金属損失が最小であること。

触媒ユニツト中に充填する細目網を構成する金
属線材の直径を小さくすることにより白金使用量
を低減する試みがこれまでなされたきた。しかし
ながら、そのような細目網は耐久性に劣るため、
この試みは成功しなかつた。今や我々は、触媒ユ
ニツト中を通過するガスの流れ方向に関して触媒
ユニツト中の上流側に位置する細目網において酸
化反応の大部分が起こるという事実に由来して細
目網の耐久性が低下することを見出した。添付図
面は細目網の位置と重量損失との関係を示すグラ
フであつて、細目網平方メートル当り・１日当た
りアンモニア100トンの負荷容量を有する触媒ユ
ニツト（40枚の細目網を充填）を用いて測定した
代表的な重量損失プロフイールを示している。本
発明に係る触媒ユニツトは添付図面に示すような
重量損失曲線を基礎として考案されたものであ
る。

それ故、本発明は、従来より少量の貴金属を用
いて従来と同様な転化効率を達成する手段または
従来とほぼ等しい量の貴金属を用いて従来より大
きな転化効率を達成する手段を提供することを目
的とする。本発明のさらに他の目的は、常用され
るプラントに於いて使用される金属触媒量より少
量の触媒を用いて、触媒ユニツトの活性を従来よ
り長期間維持すると共に、触媒ユニツトの汚染を
低減するにある。

本発明に係る触媒ユニツトは例えばアンモニア
の酸化に用いるものであつて、反応成分の流れ方
向に配置された白金族金属または白金族金属の合
金からなる複数の金属線細目網のパツケージから
なる触媒ユニツトであつて、個々の細目網は断面
積の異なる金属線材からなり、各細目網を構成す
る金属線材の断面積は反応成分の流れ方向の下流
側に隣接位置する細目網の金属線材の断面積より
大きいか、または、細目網の複数の群に分割され
ていて各細目網群の金属線材の断面積は反応成分
の流れ方向の下流側に隣接位置する細目網群の金
属線材の断面積より大きいことを特徴とする。

本発明の触媒ユニツトに含まれる金属線細目網
のパツケージは、好ましくは、複数の群に分割さ
れており、その各群は同一の断面積を有する金属
線材で構成された少なくとも１つの細目網を含ん
でなり、且つ、いかなる群に於ける細目網を構成
する金属線材も触媒ユニツト中を通過する反応成
分の流れ方向に関して下流側に隣接位置する群に
於ける細目網を構成する金属線材より大きい断面
積を有する。各群に於ける細目網の数は添付図面
のグラフを参照して適宜決定すれば良く、このグ
ラフは容易に段階状グラフに変更することができ
る。そのような段階グラフにおいて、各段階の水
平方向長さは各群に於いて使用される細目類の数
を表わし、その数は各群の鉛直方向高さによつて
表わされる重量損失に対応している。

従つて、最も太い金属線材から構成される細目
網は最も反応が顕著に起こる位置、換言すれば最
大の重量損失を生じる位置に配置する。好ましく
は、細目網を構成する金属線材は白金族金属単
体、白金族金属の合金または金属合計重量に基づ
き少なくとも90重量％の１種もしくは２種以上の
白金族金属と１種もしくは２種以上の非白金族金
属との合金からなる。好ましい白金族金属合金は
10％ロジウム―白金合金または５％ロジウム―５
％パラジウム―白金合金である。

本発明の１実施態様を、細目網のパツケージを
含んでなる触媒ユニツトについて説明しよう。パ
ツケージの上流部に於ける太い線材で構成された
ある特定数の細目網はそのままでよいが、下流側
に位置する細目網のあるものはより直径の小さい
金属線材で構成された細目網と置換する。この置
換する細目網の全部が同一の小直径を有する金属
線材で構成されていてもよいし、または、置換す
る細目網を複数の群に分け、各群を構成する金属
線材を各群内に於いて同一の直径とするがそれぞ
れの群の上流側の群を構成する金属線材の直径よ
り小さくしてもよい。あるいは別の態様として、
置換する細目網のすべてを構成する金属線材を上
流側から下流側に向かつてその直径が漸次低減す
るように構成しても良い。

細目網パツケージの寿命は触媒ユニツトの上流
部の細目網の汚染によつて制約を受ける。本発明
に従えば、この問題は、太い金属線材からなる細
目網の一部を多数の細い金属線材からなる細目網
で置換して細目網の合計数を増大せしめることに
よつて、白金族金属の使用量を増大することなく
解決することができる。このことは、触媒効率を
低下することなく、且つ他の場合に比べて触媒金
属使用量が小さいにもかかわらずパツケージの寿
命を増大することを意味する。

すべての細目網を構成する金属線材の直径をむ
やみに低減することは適当でない。接触プロセス
の間に細目網から金属損失が起こり、従つて、金
属線材が細過ぎるとその寿命が短縮され、しばし
ばプラントの操業を停止せざるを得ないからであ
る。

アンモニア酸化プラントに使用する触媒細目網
を構成する金属線材の直径は通常76ミクロンであ
ることが望ましい。より細い60ミクロン径の金属
線材も時には使用されるが、これは通常常圧酸化
プラントに於いてであり、この場合細目網の数は
比較的小さく、約４とする。

中圧及び高圧酸化プラントに於いてはより太い
76ミクロン径の金属線材からなる細目網が用いら
れるが、この場合使用する細目網の数も増大し、
中圧プラントでは約６―10、高圧プラントでは50
までの細目網を使用する。

本発明の触媒ユニツトは、好ましくは、少なく
とも10個の細目網を有し、中圧または高圧下にア
ンモニアを接触空気酸化するのに用いられる。

通常細目網の25〜60％、より好ましくは30〜50
％を太い、即ち断面積が大きい金属線材で構成す
る。本発明に於いて現在製造されている細目網を
用いるならば、太い金属線材として76ミクロン径
の金属線材、または細い金属線材として60ミクロ
ン径のものを用いることになろう。

ある特定数の細目網を変えない場合は、高圧プ
ラントに於けるその数は一般に約20乃至25であ
る。中空プラントの場合、変えない細目網の数は
約３であることが望ましい。

本発明のさらに他の態様に於いては、通常触媒
ユニツトの下流部に配置する細い金属線材で構成
された細目網の中に通常上流側に配置する細目網
を構成する太い金属線材を混入せしめても良い。
即ち、細目網を構成するたて糸またはよこ糸の少
なくともいずれか１方の１部を細い金属線材で構
成し、１部を太い金属線材で構成してもよい。あ
るいは、たて糸全体またはよこ糸全体を細い金属
線材で構成し、残りを太い金属線材で構成しても
よい。

上述のような触媒ユニツト中にアンモニアを含
むガス混合物を昇温下に通過せしめることによつ
てガス混合物中に存在するアンモニアを酸化して
硝酸を製造することができる。

以下、実施例について本発明を説明する。

実施例 １ 硝酸製造プラントに於いて、直径0.076mmを有
する10％ロジウム―白金線材で構成された網目の
大きさ1024cm^-2を有する細目網９枚を使用したと
ころ転化効率約95.5％を得た。使用触媒金属の合
計重量は38.285Kgであつた。使用した９枚の細目
網のうち最後の７枚を、直径0.060mmを有する10
％ロジウム―白金線材から編繊した同一網目大き
さを有する９枚の細目網で置換したところ、転化
効率及びパツケージの寿命は変わりがなかつた。
しかしながら、使用触媒金属の合計重量は38.285
Kgから33.5Kgに低減し、12.5％の低減を示した。

実施例 ２〜４ 直径0.076mmを有する10％ロジウム―白金合金
線材から繊成した細目網９枚を装着したプラント
に於いて平方ｍ当たり、１日当たりNH₃15.7トン
を処理した。転化効率は通常95.0％であり、貴金
属使用量は38.285Kgであつた。

これらの太い線材を用いた細目網の１／３即ち
３枚をそのまま使用し、残りの６枚を適宜細い線
材で構成された細目網で置換して３種の実験を行
つた。

実施例２に於いては、直径0.076mmを有する線
材で構成された細目網を３枚、直径0.060mmを有
する線材で構成された細目網９枚からなるパツケ
ージを使用した。貴金属の使用量は37.744Kgであ
つた。即ち、1.4％が節約された。転化効率は
95.2％であつた。さらに、パツケージの寿命は極
かに増大した。

実施例３に於いては、直径0.076mmを有する線
材で構成された細目網３枚及び直径0.060mmを有
する線材で構成された細目網10枚からなるパツケ
ージを使用した。貴金属の使用量は40.52Kgであ
つた。即ち、使用触媒金属量は5.84％増加した。
達成された転化効率は95.7％に増大し、パツケー
ジの寿命はかなり増大した。

実施例４に於いては、直径0.076mmを有する線
材で構成された細目網３枚及び直径0.060mmを有
する線材で構成された細目網７枚からなるパツケ
ージを使用した。触媒金属の使用量は32.193Kgで
あつた。即ち、15.9重量％が節約された。達成さ
れた転化効率は95.0％であり、パツケージの寿命
は増大しなかつた。

以上を要するに、細い線材からなる10枚の細目
網を用いると金属使用量は5.8重量％増大するが、
硝酸の収率及びパツケージの寿命はかなり増大す
る。細い線材からなる９枚の細目網を使用すると
貴金属使用量は1.4重量％節約されることになり、
硝酸の収率及びパツケージの寿命は極かに増大す
る。細い線材からなる７枚の細目網を使用すると
転化効率及びパツケージ寿命はほぼ同等であるが
使用貴金属量は15.9重量％と大幅に節約される。

実施例 ５ 直径76ミクロンを有する線材で構成された21枚
の細目網を硝酸製造プラントに装着したところ転
化効率93.0％を得た。触媒金属使用量は31.471Kg
であつた。21枚の細目網のうち１／３、即ち７枚
をそのまま残し残りを直径60ミクロンを有する線
材で構成された23枚の細目網で置換した。使用貴
金属重量は32.982Kgとなり、4.8％の増大を示し
た。しかしながら、転化効率は94.5％に増大し、
パツケージの寿命はかなり増大した。このこと
は、触媒金属の使用量増加を最少に抑えて操業費
をかなり節約できることを示している。

【図面の簡単な説明】

図面は金属線材で構成された細目網の位置と金
属の重量損失との関係を示すグラスである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 反応成分の流れ方向に配置された白金族金属
   または白金族金属の合金からなる複数の金属線細
   目網のパツケージからなる触媒ユニツトであつ
   て、個々の細目網は断面積の異なる金属線材から
   なり、各細目網を構成する金属線材の断面積は反
   応成分の流れ方向の下流側に隣接位置する細目網
   の金属線材の断面積より大きいか、または、細目
   網は複数の群に分割されていて各細目網群の金属
   線材の断面積は反応成分の流れ方向の下流側に隣
   接位置する細目網群の金属線材の断面積より大き
   いことを特徴とする触媒ユニツト。 ２ 白金族金属が白金である特許請求の範囲第１
   項記載の触媒ユニツト。 ３ 白金族金属の合金が10％ロジウム―白金合金
   である特許請求の範囲第１項記載の触媒ユニツ
   ト。 ４ 白金族金属の合金が５％ロジウム―５％パラ
   ジウム―白金合金である特許請求の範囲第１項記
   載の触媒ユニツト。 ５ 細目網の合計数の25乃至60％が太い金属線材
   または断面積の大きい金属線材で構成されている
   特許請求の範囲第１項から第４項までのいずれか
   に記載の触媒ユニツト。 ６ 細目網の合計数の30乃至50％が太い金属線材
   または断面積の大きい金属線材で構成されている
   特許請求の範囲第１項乃至第４項記載の触媒ユニ
   ツト。 ７ 76ミクロンゲージの金属線材を含む特許請求
   の範囲第１項から第６項までのいずれかに記載の
   触媒ユニツト。 ８ 60ミクロンゲージの金属線材を含む特許請求
   の範囲第１項から第７項までのいずれかに記載の
   触媒ユニツト。 ９ 少くとも10の金属線細目網を有し、中圧また
   は高圧下に運転されるアンモニアの接触空気酸化
   に用いる特許請求の範囲第１項から第８項までの
   いずれかに記載の触媒ユニツト。