DE19805202A1 - Verfahren zur Herstellung von Salpetersäure und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Salpetersäure und Vorrichtung zur Durchführung des VerfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Salpetersäure, bei dem
Ammoniak an mindestens einem Katalysatornetz, insbesondere Platinnetz,
unter Zufuhr von Sauerstoff verbrannt wird und die Reaktionsgase gekühlt
werden.
Die Verbrennung von NH3 an einem Katalysatornetz erfolgt bei Temperaturen
von z. B. 800 bis 1000 °C gemäß der nachfolgenden Gleichung:
4 NH3 + 5 O2 → 4 NO + 6 H2O (1).
Das hierbei entstehende NO2 reagiert während und nach der Abkühlung der
Reaktionsgase auf ca. 20 bis 30°C mit Sauerstoff zu NO2:
NO + ½O2 → NO2 (2).
Bei Kontakt mit Wasser und Sauerstoff entsteht die gewünschte Salpetersäure
HNO3:
4 NO2 + 2 H2O + O2 → 4 HNO3 (3).
Es wurde gefunden, daß als Nebenreaktion bei der Katalytischen NH3-
Verbrennung zu NO nach Gleichung (1) auch unerwünschtes N2O (Lachgas)
entsteht:
4 NH3 + 4 O2 → 2 N2O + 6 H2O (4),
welches in den nachfolgenden Stufen der Salpetersäureherstellung nicht
abgebaut wird.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
anzugeben, bei dem bei der Erzeugung von Salpetersäure eine Freisetzung
von Lachgas weitgehendst vermieden wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Reaktionsgase stromab des
Katalysatornetzes vor der Kühlung über einen temperaturstabilen Katalysator
für die Umwandlung des in den Reaktionsgasen enthaltenen N2O geführt
werden.
Die Umwandlung kann je nach gewähltem Katalysator
durch Zersetzung in die Elemente Stickstoff und Sauerstoff:
2 N2O → 2 N2 + O2 (5)
oder durch Oxidation:
2 N2O + 3 O2 → 4 NO2 (6)
oder
N2O + ½ O2 → 2 NO (7)
erfolgen.
Die Umwandlung durch Oxidation des N2O zu NO oder NO2 führt zu einer
Umsatzsteigerung der Salpetersäureproduktion und wird daher bevorzugt.
Lachgas gehört zwar zu den sogenannten endothermen Verbindungen und
sollte daher schon bei Raumtemperatur in die Elemente zerfallen, jedoch
erfolgt die Zersetzung aber aus kinetischen Gründen erst bei Erwärmung. Die
erfindungsgemäße Verfahrensführung nutzt in vorteilhafter Weise die Wärme
der Reaktionsgase unmittelbar nach der NH3-Verbrennung. Eine separate
Erwärmung der Reaktionsgase für die N2O-Umwandlung ist nicht erforderlich.
Es wird vorzugsweise ein hochaktiver Katalysator eingesetzt, da die Verweilzeit
der Reaktionsgase nach Austritt aus dem Katalysatornetz bis Eintritt in die
Wärmetauscher kurz ist, damit eine thermische Zersetzung des sich gemäß
Gleichung (1) bildenden NO in seine Elemente nicht begünstigt wird.
Weiterhin ist dafür Sorge zu tragen, daß der Katalysator zur N2O-Umwandlung
die gleichzeitig mögliche Reaktion einer NO-Zersetzung nicht bzw. nicht
nennenswert beschleunigt.
Es ist bekannt, zur gleichmäßigen Beaufschlagung des der Abkühlung der
Reaktionsgase dienenden Wärmetauschers bzw. Heizflächen die
Reaktionsgase dem Katalysatornetz über eine Einrichtung zur
Strömungsgleichverteilung zu führen, z. B. über eine Schüttung von Raschig-
Ringen. Bei der erfindungsgemäßen Verfahrensführung kann der N2O-
Umwandlungskatalysator auch in Form von Raschig-Ringen oder dergleichen
ausgebildet werden, um neben der N2O-Umwandlung zugleich eine
Strömungsvergleichmäßigung zu gewährleisten.
Auch ist es bekannt, das Platinnetz zu seiner Abstützung auf keramischen
Elementen aufliegen zu lassen. Es liegt im Rahmen der bevorzugten
Erfindungsführung auch solche Abstützelemente aus einem katalytisch aktiven
Material für die N2O-Umwandlung aufzubauen.
Es ist also zweckmäßig, daß die Reaktionsgase durch eine Schüttung von
Katalysatorelementen oder über einen gasdurchlässigen Formkatalysator, wie
z. B. Wabenkatalysator, geführt werden.
Vorzugsweise wird ein Katalysator ausgewählt aus der Gruppe: Edelmetall
oder Keramik.
Wiederum bevorzugt wird der Einsatz einer Keramik, die mit Metallen, wie z. B.
V, Cr, Fe, Ni, Co, Cu, Bi, Ca, Zn, Al, Mg, und/oder deren Oxiden und/oder
Edelmetallen dotiert ist. In besonders bevorzugter Weise werden
Tonkeramiken, d. h. Keramiken auf Aluminiumsilikat-Basis eingesetzt, weiter
bevorzugt Cordierite.
Weiterhin ist es denkbar, als Katalysator Spinelle und/oder Perowskite
einzusetzen.
Bei allen eingesetzten Katalysatoren muß dafür Sorge getragen werden, daß
sie der Wärmebelastung im Bereich von 800 bis 1000°C unmittelbar nach
Austritt der Reaktionsgase aus dem Katalysatornetz standhalten können.
Es kann entweder das reine Katalysatormaterial eingesetzt werden oder
Katalysatormaterial wird auf einen ebenfalls temperaturstabilen Träger
aufgebracht.
Die Erfindung richtet sich auch auf eine Vorrichtung zur Herstellung von
Salpetersäure mit einem Reaktor, mindestens einem sich quer zum
Reaktorinneren erstreckenden Katalysatornetz und mindestens einer dem
Katalysatornetz nachgeschalteten Heizfläche.
Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, daß zwischen dem Katalysatornetz
und der Heizfläche ein gasdurchlässiger temperaturstabiler Katalysator für die
Umwandlung von in den Reaktionsgasen enthaltenem N2O angeordnet ist.
Dabei ist es zweckmäßig, wenn der Katalysator gleichzeitig der
Strömungsgleichverteilung dient bzw. das Katalysatornetz für die NH3-
Verbrennung abstützt.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung soll nun anhand der beigefügten Figuren
näher erläutert werden.
In den Reaktor 1 wird über eine Zuleitung 2 eine Mischung aus NH3 und
sauerstoffhaltiger Luft O2 eingeleitet. Die Zuleitung 2 mit relativ geringem
Querschnitt geht in eine Haube 3 größeren Querschnittes über, an die sich ein
zylindrischer Behältergrundkörper 4 anschließt. Quer über die Eintrittsöffnung
des Grundkörpers 4 erstrecken sich Platinnetze 5, die gegebenenfalls noch
abgestützt sind. Unmittelbar nach den Platinnetzen ist ein Katalysatoreinbau 6
für die N2O-Umwandlung angeordnet, der aus einer Schüttung von katalytisch
aktiven Raschig-Ringen 6a und einem die Schüttung tragenden Lochblech 6b
besteht. Die aus dem Katalysatoreinbau 6 austretenden Reaktionsgase R
treten in einen nur schematisch dargestellten Kühlflächeneinbau 7 ein, der von
einem Kühlmittel K durchströmt wird. Die Reaktionsgase werden über einen
Auslaß 8 abgezogen.
Claims (13)
1. Verfahren zur Herstellung von Salpetersäure, bei dem Ammoniak an
mindestens einem Katalysatornetz, insbesondere Platinnetz, unter Zufuhr
Sauerstoff verbrannt wird und die Reaktionsgase gekühlt werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Reaktionsgase stromab des Katalysatornetzes vor der Kühlung
über einen temperaturstabilen Katalysator für die Umwandlung des in den
Reaktionsgasen enthaltenen N2O geführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Katalysator für die Oxidation des N2O eingesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet
daß ein Katalysator für die Zersetzung des N2O eingesetzt wird.
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Reaktionsgase über eine Schüttung von Katalysatorelementen
geführt werden.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Reaktionsgase über einen gasdurchlässigen Formkatalysator, wie
z. B. Wabenkatalysator geführt werden.
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Reaktionsgase über einen Katalysator ausgewählt aus der
Gruppe: Edelmetall oder Keramik geführt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Keramik eingesetzt wird, die mit Metalloxiden und/oder mit
Metallen dotiert ist.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Katalysator Tonkeramiken eingesetzt werden.
9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Katalysator Spinelle und/oder Perowskite eingesetzt werden.
10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei Temperaturen von 800 bis 1000°C temperaturstabile
Katalysatoren eingesetzt werden.
11. Vorrichtung zur Herstellung von Salpetersäure mit einem Reaktor
mindestens einem sich quer zum Reaktorinneren erstreckenden
Katalysatornetz und mindestens einer dem Katalysatornetz
nachgeschalteten Heizfläche,
dadurch gekennzeichnet
daß zwischen dem Katalysatornetz (5) und der Heizfläche ein
gasdurchlässiger temperaturstabiler Katalysator (6; 6a, 6b) für die
Umwandlung von in den Reaktionsgasen enthaltenem N2O durch
Zersetzung oder Oxidation angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Katalysator gleichzeitig der Strömungsgleichverteilung dient.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12
dadurch gekennzeichnet,
daß der Katalysator gleichzeitig das Katalysatornetz für die NH3-
Verbrennung abstützt.
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| Date | Code | Title | Description |
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| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: BASF AG, 67063 LUDWIGSHAFEN, DE |
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