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Katalysator für die Ammoniakoxydation Es ist bekannt, Platin oder
Platinlegierungen, insbesondere solche aus Platin und anderen Metallen der Platingruppe,
für die Ammoniakoxydation zu verwenden.
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Kontakte aus Reinplatin werden im allgemeinen nur wenig verwendet,
da ihre katalytische Wirkung verhältnismäßig gering ist.
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Platin-Rhodium-Legierungen, welche gute katalytische Wirksamkeit besitzen,
liefern verhältnismäßig hohe Ausbeuten an Stickoxyden. Da sie aber nur bei höheren
Temperaturen reagieren, ist man gezwungen, entweder den Kontaktkörper zu erwärmen
oder die Kontaktgase vorzuwärmen. Weitere Nachteile dieser Katalysatoren liegen
darin, daß sie im Betrieb verhältnismäßig schnell brüchig werden, was vorzeitige
Zerstörung der Netze zur Folge hat und daß das Rhodium bei höheren Temperaturen
Neigung zur Oxydbildung zeigt, wodurch die Wirksamkeit der Kontakte herabgesetzt
wird.
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Durch Verwendung von Katalysatoren aus Platin-Iridium-Legierungen,
welche bei verhältnismäßig niedrigeren Temperaturen reagieren, ist man in der Lage,
auf besondere Erwärmung der Kontakte bzw. Kontaktgase zu verzichten; sie liefern
aber im Vergleich mit Platin-Rhodium-Legierungen geringere Ausbeuten an Stickoxyden.
Bei Anwendung derartiger Katalysatoren geht aber die Reaktion leicht bis zur Bildung
von elementarem Stickstoff, was AusbeutQverminderungen zur Folge hat. Ein weiterer
schwerwiegender Nachteil der Platin-Iridium-Katalysatoren liegt darin, daß erheblich
höhere Platinverluste durch Verdampfen auftreten als bei Verwendung von Platin-Rhodium-Legierungen.
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Man hat auch bereits Katalysatoren für die Oxydation von Ammoniak
vorgeschlagen, welche aus einer ternären Legierung aus Platin, Rhodium und Iridium
bestehen, in welcher Rhodium und Iridium in größerer Menge vorhanden sind als in
gewöhnlichem Platin. Diese Legierungen sollen den Vorteil haben, daß sie leicht
bearbeitbar sind und daß der Sauerstoffangriff eingeschränkt wird, so daß die Katalysatornetze
dementsprechend dauerhafter sein sollen. Durch diese Vorteile sollen etwaige Ausbeuteverluste
gegenüber der Verwendung von Rhodium-Platin-Katalysatoreil aufgehoben werden.
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Man-hat auch bereits aus Einzelelementen, z. B. Einzelnetzen, aufgebaute
Kontakte für die Ammoniakoxydation vorgeschlagen, bei welchen Netze von höher katalytischer
Wirksamkeit
und geringem mechanischem Widerstand zwischen Netze
von geringerer Wirksamkeit, aber guten mechanischen Eigen. schaften gelagert werden
sollten. Diese Käü=-takte haben den Nachteil, daß in den äußeren, verhältnismäßig
unwirksamen Netzen beträchtliche Mengen an katalytisch unwirksamem Platin festgelegt
werden und der Betrieb mit verhältnismäßig hohen Platinverlusten verbunden ist.
Im übrigen werden bei Verwendung derartiger Netzkombinationen die erstrebten Vorteile
nicht erzielt, da die inneren gut wirksamen Netze trotz der Lagerung zwischen solchen
von besseren mechanischen Eigenschaften verhältnismäßig bald brüchig werden und
dem Zerfall anheimfallen.
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Schließlich sind auch bereits Katalysatoren vorgeschlagen worden,
bei welchen die üblichen, z. B. aus Platin-Rhodium-Legierungen bestehenden Netze
auch Drähte aus Platin enthalten. Durch das Einweben von Platindrähten in Platin-Rhodium-Netze
soll dem Nachteil der Platin-Rhodium-Netze, daß sie schwer zünden und schwierig
im Glühen zu halten sind, entgegengewirkt werden.
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Gegenstand vorliegender Erfindung sind aus einem oder mehreren Gebilden,
wie Netzscheiben, Geflechten, Geweben, bestehende Katalysatoren für die Oxydation
von Ammoniak, welche dadurch gekennzeichnet sind, daß das einzelne Gebilde bzw.
die einzelnen Gebilde aus mindestens drei voneinander verschiedenen, miteinander
verflochtenen oder verwebten Arten von Drähten bestehen, nämlich Drähten, welche,
wie Platin-Rhodium, hohe katalytische Wirksamkeit besitzen und hohe Netzausbeuten
liefern, Drähten, welche, wie z. B. - Platin-Iridium, so. aktiv sind, daß sie die
Gase ohne Vorwärmung umzusetzen vermögen und Drähten aus Reinplatin, welch letztere
vorzugsweise ein z. B. netzartiges Skelett darstellen, durch welches die anderen
Drähte zusammengehalten werden.
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Eingehende Versuche haben ergeben, daß bei Verwendung derartiger Katalysatoren
die den bekannten Katalysatoren anhaftenden Nachteile, wie z. B. hohe Arbeitstemperaturen,
zusätzliche Wärmezufuhr, schlechte Ausbeuten an Stickoxyden, Platinverluste, Sprödigkeitszunahme,
verhältnismäßig kurze Lebensdauer, vermieden bzw. verhindert werden. Durch Anwendung
der beanspruchten Katalysatoren werden u. a. folgende Vorteile erzielt Die Lebensdauer
der Kontakte ist eine hebedeutend längere als die bekannter Kontakte, und zwar auch
im Falle der Erhöhung der Durchsatzmenge an Ammoniak. Im Vergleich zu den bekannten
Netzen gelingt es mit geringeren Platinverlusten und besseren Netzausbeuten zu arbeiten.
Die erfindungsgemäß erzielbaren überraschenden Vorteile hängen vielleicht zum .Teil
damit zusammen, daß die verschiedenartigen und verschieden wirkenden Drähte -in
den Netzen gemäß Erfindung an einer Vielzahl von Stellen in inniger Berührung miteinander
stehen, so daß z. B. die Reaktionswärme von den hochaktiven Platin-Iridium-Drähten
leicht auf die Platin-Rhodium-Drähte überströmen kann, wodurch eine gute Aktivierung
der letzteren erzielt und eine Überhitzung der ersteren vermieden wird.
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Durch Wechselwirkung der miteinander vereinigten Drähte kann man die
Eigenschaften und Wirkungen der Einzelbestandteile der Netze derart beeinflussen
und aufeinander abstimmen, daß es möglich ist, Nachteile des einen oder anderen
Kontaktbestandteils mehr oder weniger weitgehend aufzuheben und vorteilhafte Kombinationswirkungen
zu erzielen. So kann man z. B. durch Vereinigung von Drähten einer z. B. i o bis
SooJo Rhodium enthaltenden trägen, nur bei höheren Temperaturen reagierenden Legierung
mit Drähten einer bei niedrigeren Temperaturen arbeitenden, z. B. i bis io% Iridium
enthaltenden Legierung Kontakte herstellen, welche bei so niedrigen Temperaturen
arbeiten, daß man auf Vorwärmung der Gase verzichten oder mit geringer Vorwärmung
auskommen kann, während andererseits die Nachteile der Platin-Iridium-Kontakte,
wie z. B. lebhafte Reaktionsfähigkeit und erhebliche Platinverluste, weitgehend
ausgeglichen werden.
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Durch die Mitverwendung von Drähten aus Reinplatin werden insbesondere
die mechanischen Eigenschaften der Netze erheblich verbessert und die Lebensdauer
derselben erheblich verlängert. Reinstes Platin besitzt die wertvolle Eigenschaft,
in der Kontaktatmosphäre dulktil zu bleiben. Es empfiehlt sich infolgedessen, Drähte
aus sehr reinem Platin zu verwenden, und zwar möglichst solche, deren Verunreinigungen
nicht mehr als etwa o,i% betragen.
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Mit Vorteil werden zum Aufbau der Netze Drähte von verschiedener Dicke
verwendet, z. B. derart, daß die Drähte aus leichter flüchtigen Legierungen, wie
Platin-Iridium-Legierungen, ihrer größeren Abnutzung entsprechend dicker gewählt
werden als, diejenigen von weniger flüchtigen Legierungen, wie Platin-Rhodium-Legierungen.
Beispiel Je drei Drähte einer Platin-Rhodium-Legierung mit ioo/'o Rhodiumgehalt
von o,o6omm Durchmesser werden abwechselnd mit einem 0,075 mm starken Draht aus
einer Platin-Iridium-Legierung mit i % Iridiumgehalt und
einem o,o8
mm starken Draht aus einem mindestens 99,9%igem Platin in üblicher Weise zu einem
Drahtnetz mit io--o Maschen pro cm2 verwoben. Die Netze können in üblicher Weise
einzeln oder zu mehreren aufeinandergelegt zur Anwendung gelangen. Man kann z,.
B. 5 bis 6 Lagen derartiger Netze als Kontaktkörper verwenden. Der Kontakt wird
bei Anwendung in einer Ammoniak-Luft-Atmosphäre mit einer Wasserstoffflamme zur
schwachen Rotglut erhitzt und daraufhin ein Gasgemisch, bestehend aus etwa 9:5%
Ammoniak und 90, 5 % Luft oder aus i 2, 5 0'o Ammoniak, 86,5% Luft und io% Sauerstoff
durchgeleitet. Der Kontaktkörper erhielt sich durch die auftretende katalytische
Reaktionswärme ohne äußere Wärmezufuhr auf gleichbleibender Temperatur von etwa
700'-'C. Das Ammoniak wurde in vorzüglicher Ausbeute, etwa bis 980`o zu Stickoxyden
umgesetzt. Die Lebensdauer der Netze betrug etwa 2o Monate und mehr. Die Platinverluste
betrugen bei einem Durchsatz von etwa 1126 Tonnen Ammoniak nach 16 Monaten etwa
0,2329 Platin pro Tonne durchgesetztes Ammoniak.