NO140918B - Fastsjiktkatalysator-fylling for hoeytrykkssynteser samt fremgangsmaate for fremstilling derav - Google Patents

Abstract

Fastsjiktkatalysator-fylling for høytrykkssynteser samt fremgangsmåte for fremstilling derav.

Description

Ved katalytiske høytrykkssynteser, spesielt ved ammon-iakksyntesen fra nitrogen og hydrogen ved hjelp av jernoksydsmelte-katalysatorer, er det kjent at katalysatorens aktivitet øker med avtagende kornstørrelse. Utnyttelsen av denne i og

for seg Ønskelige høyere aktivitet motvirkes dog av den ønskede gassmotstand i fyllinger av finkornet katalysatormateriale, f.eks. i en fylling .med kornstørreiser på 2-4 mm, idet ovnens trykktap derved stiger til uakseptable verdier.

Ved vanlige syntesereaktorer.iméd aksial gasstrømnings-retning, har man derfor vært henvist til anvendelse av en katalysator med-en minstekornstørrelse på ca.- 5 mm.

Ifølge de .østerrikske patentskrifter nr. 281.870 og 298.517 ble det foreslått å redusere ovnens trykktap så meget -ved forandring av gassføringen fra en aksial til en radial eller snekkeformet retning, at det ble mulig å bruke en katalysator méd kornstørrelse på ca. 2-2,5 mm. Imidlertid krever den radiale gassføringen ekstra installasjoner for omstyring av gassen til radial retning. Dette medfører igjen tap av katalysatorrom, mens trykktapet ved en snekkeformet gassføring ikke reduseres så meget som ved en radial gassføring og man dessuten hittil bare har kunnet løse kjøleproblemet mellom katalysatorlag ved innmating av kald gass.

Det har overraskende vist seg at det for oppnåelse av

Økt aktivitet ikke ér nødvendig at katalysatoren har tilsvarende liten kornstørrelse, men at det er tilstrekkelig at en retning av katalysatorpartiklenes utstrekning i rommet er holdt tilsvarende liten, mens de øvrige.perpendikulært på denne forløpende retninger av partiklenes utstrekning kan være større. Dette betyr at en spyd-formet katalysatorpartikkel med en bredde, hhv. tykkelse på mindre enn 5 mm, f.eks. ca. 1-2 mm,

men med en lengde som utgjør et multiplum av bredden hhv. tykkelsen, oppviser like stor eller endog større aktivitet enn et kuleformet katalysatorkorn med omtrent samme volum. Det samme gjelder katalysatorkorn med prisme-, avskåret pyramide- eller avskåret konusform, ja endog partikler med skive- eller plate-form, hvor bare én retning av partikkelens utstrekning i rommet, nemlig tykkelsen (av platen) hhv. høyden (av skiven) har den nødvendige størrelse på under 5 mm.

Katalysatorpartikler med denne form har den fordel sammenlignet med kuleformede kontakter, at de ved en slik anord-ning av deres retning med den lengste utstrekning i rommet - ved spyd, sylindere eller prismer altså deres lengdeakse hhv. høyde, ved skiver eller plater deres diameter hhv. kantlengde - ligger tilnærmet parallelt med gassens strømningsretning, yter forholdsvis liten gassmotstand, slik at de kombinerer økt aktivitet med fordelen ved et lavt trykktap. Dette står i skarp kontrast til forholdene ved kuleformede kontakter med liten kornstørrelse. Således svarer f.eks. trykktapet ved. en ovn som er fylt med spyd med en lengde på 5-10 mm og en tykkelse på

1-2 mm i en ordning som nevnt, til trykktapet i en ovn som er fylt med kuleformet katalysator med kornstørrelse på 8-9 mm, men som har vesentlig lavere aktivitet. Dette forhold betyr en vesentlig fordel, idet man hittil som regel måtte ta et høyere trykktap på kjøpet ved økt aktivitet ellesr omvendt.

Gjenstand for foreliggende oppfinnelse er således en fastsjiktkatalysator-fylling for gjennomføring av høytrykks-synteser i nærvær av jernoksydsmelte-katalysatorer som eventuelt inneholder aktiverende tilsetninger, spesielt for syntese av ammoniakk fra nitrogen og hydrogen, anordnet i et sylindrisk eller ringformet, langs sidene gasstett, i topp og bunn gassgjennomtrengelig utstyrt hulrom, og denne fylling karakteriseres ved at fyllingen i overveiende grad eller helt og holdent består av partikler hvis romutstrekning har en lengde som utgjør et multiplum av minst én av de to andre romutstrekninger loddrett på den første, og minst én av de to andre har en lengde under 5 mm, og at disse partikler med sin- lengste romut-' strekning er anordnet tilnærmet parallelt med aksen i det sylindriske eller rinformede hulrom, hvorved andelen av partikler med utpreget romutstrekning i én retning utgjør minst 65%, beregnet på vekten, av den totale katalysatorfylling.

De gunstigste forhold oppnås selvsagt når den benyttede katalysator fullt ut har den ujevne utstrekning ifølge oppfinnelsen, men det registreres en betydelig fordel også. når den overveiende del av katalysatoren, fortrinnsvis mer enn 65% av partiklene, svarer til oppfinnelsens trekk. Spesielt foretrukket er former av katalysatorpartikler hvor utstrekningen i rommet i en retning som måles som lengde, utgjør det 2-20 dobbelte av minst én perpendikulært på denne forløpende utstrekning, dvs. at lengden hhv. høyden f.eks. ved partikler med en utpreget lengdeakse utgjør det 2-20 dobbelte av partikkelens bredde og/ eller tykkelse, eller at diameteren eller det lengste tverrsnitt ved skiver med sirkulært eller ellipseformet grunnriss utgjør det 2-20 dobbelte av skivens tykkelse.

Spesielt foretrukket er partikler med en form ifølge oppfinnelsen som på ett sted har en bredde eller tykkelse på

1-2 mm.

Oppfinnelsen angår også en fremgangsmåte for fremstilling av den ovenfor nevnte katalysatorfylling, og denne fremgangsmåte karakteriseres ved det som fremgår av krav 5's karak-teristiske del.

Fremstillingen av katalysatorfyIlingen ifølge oppfinn-eisen skjer ved anleggelse av et magnetfelt på fyllingen, hvorved partiklene innretter seg med sine utpregede lengdeutstrek-ning i retning av kraftlinjene for magnetfeltet, hvilket felt spesielt oppnås elektrisk. Innretningen må i dette tilfelle skje utenfor ovnen da innvirkningen av magnetfeltet ikke er mulig i en beholder som overveiende består av jern. Under opprettelsen av magnetfeltet bør man med fordel ryste det hele for å lette innretningen. Det må selvsagt sørges for at den oppnådde innretning ikke blir ødelagt ved montering av katalysatoren i reaktoren.

Monteringen gjennomføres hensiktsmessig ved at katalysatorpartiklene først fylles på et kar med vegger av ikke-magnetisert materiale, f.eks. av plast, messing eller dur-aluminium, og med en form som er tilpasset formen på det reak-torhulrom hvor katalysatoren skal anbringes. Beholderens bunn må kunne tas av på en enkel måte og være fremstilt av forgassbart materiale, f.eks. tre. Etter opprettelse av det elektro-magnetiske felt og oppnådd partikkelordningr senkes beholderen ned i reaktoren, og etter frigjørelse av bunnen tas den rør-formede beholderdei forsiktig ut. Bunnen forblir i reaktoren hvor den forgasses ved innkjøring.

Skal man fylle en reaktor som består av en eller flere massive rom ("Vollraume".) , vil det være fordelaktig å opprette katalysatoren i flere beholdere som sammen utgjør tilnærmet eller hele de massive rommenes form, og etter innføring av beholderne og løsning av bunnene å fjerne beholderveggene samtidig eller etter hverandre. Derved er det mulig å innføre beholderne til rommet er helt fylt og deretter fjerne veggene, eller først bare å fylle en del av rommet, f.eks. halvparten, med beholdere og fjerne veggene fra disse først innførte beholdere for å bruke veggene etter påsetting av nye bunner for den videre fylling av ovnen.

Finfordelingen av den smeltede jernoksydkatalysator kan skje på en valgfri, alminnelig kjent måte, f.eks. på en valse-stol, hvorved andelen av de avlange hhv. plateformede partikler i katalysatoren kan økes ved avsiling.

Eksempel

En oppbrutt jernoksydsmeltekontakt som besto av spyd med en lengde på 5-10 mm og en bredde hhv. tykkelse på 1-2 mm, ble fylt uten spesiell ordning på en beholder av aluminium med et rominnhold på 30 cra^ o-g med løstagbar bunn. Ved opprettelse av et magnetfelt med en styrke på 200 Gauss ved hjelp av en vikling som ble trukket over beholderveggen og beskikket med strøm, ble katalysatorene under samtidig rysting ordnet i retning av beholderens lengdeakse. Etter innføring av beholderen i en forsøks-ovn med tilsvarende volum, ble bunnen løsnet og aluminiumveggen^ trukket ut.

Den således fylte ovnen ble ved 300 atmosfærer <p>g en temperatur på 480°C beskikket med en syntesegass som inneholdt H2 og N2 i støkiometrisk forhold, med et innhold av 11,0 volum-% inertgass og en NH^-gehalt på 2,1 volum-%, hvorved gassmengden utgjorde 1000 l/time. NH^-prosentene i gassen etter utløp fra ovnen, var 15,7 volum-%. Trykktapet i røret, som var fylt med katalysator var 40 mm vannsøyle.

Hvis samme ovn fylles med tilfeldig formede granulater av samme kontakt og med en kornstørrelse på 5,0-6,2 mm og NH^-syntesen gjennomføres under samme betingelser, vil man i gassen etter utløp fra ovnen, oppnå 15,0 volum-% NH^• Trykktapet i ovnen var 84 mm vannsøyle.

Claims (5)

1. Fastsjiktskatalysator-fylling av jernoksydsmelte-katalysatorer, eventuelt inneholdende aktiverende tilsetninger, for gjennomføring av høytrykkssynteser, spesielt til syntese av ammoniakk fra nitrogen og hydrogen, anordnet i et sylindrisk eller ringformet, langs sideveggene gasstett og i topp og bunn gassgjennomtrengelig hulrom, karakterisert ved at fyllingen i alt overveiende grad eller helt og holdent består av partikler hvis romutstrekning har en lengde som utgjør et multiplum av minst én av de to andre romutstrekninger loddrett på den første, og minst én av de to andre har en lengde under 5 mm, og at disse partikler med sin lengste romutstrekning er anordnet tilnærmet parallelt med aksen i det sylindriske eller ringformede hulrom, hvorved andelen av partikler med utpreget romutstrekning i én retning utgjør minst 65%, beregnet på vekten, av den totale katalysatorfylling.

2. Katalysatorfylling ifølge krav 1, karakterisert ved at den lengste romutstrekning for katalysatorpartiklene utgjør det dobbelte til 20 ganger en av de loddrett på den første stående romutstrekning.

3. Katalysatorfylling ifølge krav 2, karakterisert ved at minst én av romutstrekningene loddrett på den lengste romutstrekning for partiklene er på 1-2 mm.

4. Katalysatorfylling ifølge kravene 1-3, karakterisert ved at katalysatorpartiklene med utpreget romutstrekning i én retning har en tilnærmet spyd-, prisme-, avskåret pyramide-, avskåret konus-, skive- eller platelignende form.

5. Fremgangsmåte for fremstilling av en katalysatorfylling ifølge kravene 1-4, karakterisert ved at en knust jernoksydsmelte-katalysator fylles i en eller flere beholdere av ikke-magnetiserbart materiale med fra veggene løs-tagbar, og som i og for seg kjent, av forgassbart materiale fremstilt bunn, og utrettes i et magnetfelt, hvoretter beholderen(e) som er tilpasset reaktorhulrommet, føres inn i dette, og beholderveggen hhv. -veggene fjernes fra reaktoren etter at bunnen(e) er frigjort.