Низкотемпературный катализатор для синтеза аммиака
„„740274
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТИЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик (&1) Дополнительное к авт. саид-ву г (22) Заявлено 15,0228 (21) 2579836/23-04 (5!)М. Кл 2
В 01 J 31/02
В 01 J 32/18
С 01 С 1/04 с присоединением заявки ¹
Государственный комитет
СССР
Ао делам изобретений и открытий (23) Приоритет
Опубликовано 1506,80. Бюллетень ¹ 22
Дата опубликования описания 150680 (53) УДК 66. 097. 3 (088. 8) Л.В. Кривоносова, С, П.Шилкин, В, В. Бурн ашева, К.Н.Семененко и Н,N.Æàâîðoíêoâ (72) Авторы изобретения
Институт новых химических проблем АН СССР (71) Заявитель
1 (54) НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫИ КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ СИНТЕЗА АММИАКА
Изобретение относится к области неорганической химии гидридов металлов и может найти применение в химической технологии при разработке высокоэффективных промышленных процессовв синт ез а амми а к а .
Так как реакция синтеза аммиака экзотермична и протекает с уменьшением объема газовой смеси, то наиболее выгодными с термодинамической точки зрения условиями для проведения этой реакции являются возможно более низкие температуры и возможно более высокие давления. С другой стороны., необходимо применять каталиэаторь:, в отсутствии которых скорость достижения равновесных состояний даже при температурах 600оС и вьх ю оказывается черезвычайно малой 2(!
Известный катализатор для синтеза аммиака, применяемый в промышленных условиях и работающий в интервале температур 400-600 C и давлениях
100-400 атм, содержит в качестве ос- 25 новного. компонента металлическое железо с добавками окислов калия, кальция, магния, алюминия, кремния (11. Главным недостатком этого катализатора является низкая активность при 350- 400 С, которой соответствуют относительно -высокие -равновесные концентрации аммиака. Так при этих температурах и давлениях до 100 атм содержание аммиака в равновесной смеси составляет 25-37Ъ. Этот недостатбк приходится компенсировать применением высоких давлений и, следовательно, сложных компрессорных и других устройств. известен также новый тип катали— заторов для синтеза аммиака, принципиально отличный от применяющегося в промышленности и основанный на использовании гидридных фаз интерметаллических соедйнений РЗМ с металлами UIII группы (21 (3).
Ближайшим аналогичным решением является катализатор на основе гидридных фаз интерметаллических соединений общей формулы
АпВ Нх > где A — скандий, молибден, сплав лантана с церием,  — железо, кобальт, n = 1-3, ш = 1-5, х = 3-5 (23.
740274
Однако, несмотря на высокую активность известных катализаторов (при температурах 200-300рС и давлениях
40-75 атм), выход аммиака достигает
12-35% от равновесного значения, cKppocÔè достижения равновесных концентраций аммиака в этих условиях невелики, что не позволяет применять непосредственно эти катализаторы для получения аммиака в промышленных установках при больших объемных скоростях (ныход аммиака равен 2,5-5,5% при температурах 350-400 С и давлениях 50-90 атм) .
Целью изобретения является создание типа катализаторов синтеза аммиака, обладающих высокой активностью при температурах 350-450 С и давлении до 100 атм.
Укаэанная цель достигается тем, что в качестве катализатора для синтеза аммиака применяют гидридо-нитридную фазу интерметаллического соединения обшей формулы
1 Вл Нл 1 1Х где A — лантан, церий, скандий, самарий, иттрий,титан,  — железо, кобальт, никель, у = 1,2, n = 2-17, щ = 0,1-0р3, х = 0,7-0,9.
Соединения указанной формулы являются известнычи и ранее применялись в качестве аккумулятора водорода (5) .
Существенным отличием предлагаемого катализатора от известного является химический состав и строением .вместо известных гидридных фаз A 8„H используют гидридо-нитридные фазы
A at,× N> . Предлагаемые катализаторы содержат н своем составе значительные количества азота (0,7-1 атом на молекулу) и меньшее количество водорода (0,1-0,5 атома против 3-5 в известном). Эти различия в составе обеспечивают более высокую активность, Например, при давлении 90 атм, температуре.400оС и объемной скорости 6000 ч каталиэатop ScFe Интерметаллическйе соединения, являющиеся исходными веществами для получения гидридо-нитридного катализатора, готовят сплавлением в электродуговой печи в атмосфере очи-. щениого аргона шихты из исходных металлов чистотой 99,993. Пример 1. Подготовку катализатора к синтезу аммиака проводят следующим образом. Навеску интерметаллического соединения 1,5-2,0 r s виде зерен размером 0,5-1,5 мм совместно с носителем (керамическая крошка, асбестовое волокно и т.д.) при соотнсшении весов от 1:5 до 1:10 поме2 ScFe F!> + (нзвестйый) 3 ВсГе Н „N„,н 400 90 5, 0-5, 5 400 90 16-16,5 щают в проточный реактор, н котором осуществляют получение гидридной фазы максимального состава обычным образом (4). Затем реактор нагревают до 450-500 С и подают азотно-водородную смесь или азот под давлением 30-50 атм для получения гидридо« нитридного катализатора необходимо,го состава. После перемешивания, способствующего агрегированию частичек катализатора на поверхности носителя, в реакторе устананливают необходимую температуру н интервале 350-450ОС и подают азотно-водородную смесь состава 1:3 под.. давлением 30-50 атм с объемной ско. ростью 6000 ч ° Контроль за процессом синтеза аммиака осуществляют в автоматическом режиме с помощью датчиков температуры и давления. Количество образовавшегося аммиака определяют путем измерения времени, необходимого для нейтрализации выходящей из реактоpa газовой смесью известного объема 0,05 н. раствора Н ЯО. 25 Пример 2. В реактор с катализатором ScFe>H < (наиболее эффективный из известных (2)) подается азотно-водородная смесь состава 1:3 под давлением 90 атм, при темпера30 туре 4000С с объемной скоростью 6000 ч, содержание .аммиака в газовой смеси составляет 5,0-5,5Ъ, что . соответствует rv 20% от равновесного содержания при температуре и давле35 """ с""теэа ° Пример 3. В реактор с ката- лизатором состава ScFegHp3 Npg на носителе, приготовленном как в примере 1, подают азотно-водородную смесь состава 1:3 под давлением 90атм и при температуре 400 С с объемной скоростьк л6000 ч . Содержание аммиака в газовой смеси после однократного прохождения через реактор составляет 16-16,5%, что 45 соответствует 65-66% от равновесного содержания при температуре и давлении синтеза. В промышленных установках выход 9-10% при 400 С достигается только при 300 атм. 5О Результаты определения активности катализаторов разного состава . приведены в таблице (объемная скорОсть 6000 ч смЕсь состава 1:3),740274 Продолжение таблицы ФОрмула изобретения 400 30 6-6,5 400 50 7,5-8 $ 5 ScFe>Hoa Noe 6 Ьаи1 Но1 No7 400 50 400 50 400 50 400 50 400 50 4, 5-5 В 8-9 9-9 5 7 Сеге2яо12 О 1 2 О,7ь 8 СеСо Н О Я 9 ЬаСо5Н 01% Н 7 l0 СеРе Н 6-6,5 7-8 400 50 SnFe2Ho> No7 TiFeHo 400 50 7-8 7-8 13 Y Fe H N .1 17 О,1 ОР 14 ВсРе2Ноъ 400 50 350 90 . 11-11,5 Составитель N.Ëîêòåâ Редактор Т.Девятко Техред M.Ïåòêî Корректор Н.Стец Заказ 3076/б Тираж 809 . - Подписное ПНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раущская наб., д. 4/5 Филиал ППП Патент, г.Ужгород, ул, Проектная,4 Из представленных данных виднб, 25 что применение гидридо-нитридных фаз вместо известных гидридных увеличивает выход NH более, чем на 10%. Применение гидридо-нитридной фазы интерметаллического соединения общей формулы AóBsH óÐ где A — лантйн, церий, скандий, самарий, иттрий, титан,  — железо кобальт, никель, у а n = 2-17, m 0 1-0 3 х 0,7-0,9, в качестве низкотемпературного катализатора для синтеза аммиака, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Современное состояние производства авииака за рубежом. Госхимиздат .. 1966. 2. Авторское свидетельство СССР 9 573103, кл В. 01 J 31/02 1976 (прототип) . 3. Takes4ita Т., Wallaсе W.Е., Craig R.S. j Catalysis, 44, 236,1976. 4. Авторское свидетельство СССР В 509528, кл. С 01 В 6/02, 1974. 5. Афанасьев M.И. и др. Положение водорода в гидронитратах ниобия дАИ сеР. химия, 230, 110 (1976).
