FI78123C - Foerfarande foer aotervinning av platina och/eller rodium, som foelorats av en platinahaltig katalyt i en kvaevesyraanlaeggning. - Google Patents

Description

1 78123

Menetelmä katalyytistä menetetyn platinan ja/tai rodiumin talteenottamiseksi typpihappolaitoksessa

Typpihappoa valmistetaan kaupallisesti johtamalla 5 ammoniakkia ja ilmaa hapetuskatalyytin ylitse, joka tavallisesti on metallilankaverkko kudottuna platina/rodium-seosta olevasta langasta. Tyypillisesti verkosta poistuvan kaasun lämpötila on noin 810-960°C, useimmiten 850°C yläpuolella. Ammoniakin hapettuessa poistuu platinaa hitaasti 10 verkosta, mahdollisesti voimakkaammin haihtuvien oksidien muodossa. Rodiumia menetetään myös, mutta tämä ei ole niin vaikea probleema. Häviöiden nopeus riippuu laitoksen tyypistä. Tyypillisesti jokaista tonnia kohti muutettua ammoniakkia häviää suurpainelaitoksessa enemmän kuin yksi gram-15 ma platinaa, kun taas matalapainelaitoksessa häviöt ovat pienemmät. Vaikka katalyytin häviönopeus on pieni ilmaistuna painon mukaan, hinta on tavallisesti verrattain merkittävä. Useissa prosesseissa on sanottu platinan häviön valmistuksen aikana olevan prosessin toiseksi suurimman meno-20 erän, minkä ylittää vain ammoniakkisyötön hinta.

Useita yrityksiä on tehty platinan ja rodiumin tal-teenottamiseksi jossain määrin. Eri materiaaleja olevia suodattimia on sijoitettu katalyyttiverkon jälkeen platinan ja rodiumin kiinteiden osasten sieppaamiseksi ja pidättä-25 miseksi mekaanisesti. Myöhemmin on havaittu, että erilaisilla palladiumseoksilla on kyky poistaa platinaa sisältäviä kaasuja kaasuvirrasta. Tämän poiston mekanismin suhteen on ollut hieman erilaisia mielipiteitä, mutta oletetaan, että reaktion aikana kaasufaasissa oleva platinaoksidi 30 muuttuu platinaksi, joka joko palaa takaisin katalyytti-verkkoon tai poistuu virtauksen vaikutuksesta seostuen palladiumin kanssa ja katalysoiden haihtuvien palladiumyh-disteiden muodostumista. (Ks. Holtzmann, Chemie-Ingenieur-Technik,osa 40, nro 24:1229-37, 1968.) Useita seostavia 35 aineita on valittu pääasiassa niiden kyvyn perusteella parantaa palladiumin mekaanisia ominaisuuksia. Tyypilliset kaupalliset palladiumseokset ovat sisältäneet noin 80 % palladiumia ja 20 % kultaa painon mukaan laskettuna.

2 78123

Talteenottometalliseoksia käytetään tavallisesti kudotun metallilankaverkon moninkertaisina arkkeina, mutta neulottuja verkkoja tai muita revitettyjä esineitä voidaan käyttää. Talteenottoverkko on tavallisesti sijoitettu mahdolli-5 simman lähelle katalyyttiverkkoa, usein muutamien millimetrien etäisyydelle siitä tavallisesti korkeintaan 10 mm:n päähän. Koska katalyyttiverkko typpihappolaitoksessa vaihdetaan säännöllisesti aikataulun ollessa noin 35 vuorokaudesta 270 vuorokauteen laitoksen rakenteesta riippuen, talteen-10 ottoverkko korvataan tavallisesti samalla kun katalyytti-verkko vaihdetaan, vaikka on mahdollista korvata se harvemmin. Tätä nykyisin laajalti käytettyä menettelyä on esitetty tarkemmin US-patentissa 3 434 820; julkaisussa Platinum Metals Review, osa 13 (nro 1) sivut 2-8 (tammikuu 1969); 15 GB-patentissa 1 082 105 ja julkaisussa Chemie-Ingenieur-Technik, osa 40, nro 24:1229-37 (1968). Tätä teknologiaa käyttäen saadun talteenottoverkon jokaisen arkin talteenot-totehokkuus sovellutuksissa on alueella 10-60 % riippuen pääasiassa laitoksen tyypistä, joka tavallisesti määritel-20 lään laitoksen typpisyötön mukaan.

Esillä olevan keksinnön mukaista menetelmää käytettäessä on mahdollista suurentaa talteenottotehokkuutta talteenottoverkon jokaisessa arkissa useita prosentteja, jolloin vuosittaiseksi talteenottomääräksi saadaan enemmän 25 kuin kolme kilogrammaa lisää platinaa keskimääräistä painetta käytttävässä laitoksessa tai sama talteenottomäärä käytettäessä verkossa vähemmän arkkeja. Nämä parannukset voivat aiheuttaa merkittävän eron typpihappolaitoksen taloudelliseen toimintaan. Nämä säästöt ovat pienempiä matala-30 painelaitoksissa, mutta suurpainelaitoksissa ovat säästöt vielä huomattavammat. Nämä säästöt ovat nyt mahdollisia, koska on havaittu, että on mahdollista arvioida runsaasti palladiumia sisältävien verkkojen platinan talteenoton hyötysuhde mallin mukaan, että prosessia rajoittaa massasiir-35 to, s.o. platinan poistumisnopeus katalyyttiverkon lävitse kulkeneesta kaasuvirrasta määräytyy tai rajoittuu sen 78123 3 nopeuden mukaan, millä platinaosaset diffundoituvat kaasun lävitse talteenottoverkon pinnalle, jolloin nopeus, jolla platina joutuu tai pysähtyy langan pinnalle tai "seostuu" palladiumin kanssa verkossa, on paljon suurempi kuin se no-5 peus, jolla platinaosaset voivat diffundoitua langan pinnalle kaasuvirrasta. Tähän perustuen on mahdollista järkevästi suunnitella ja optimoida verkon rakenne parantuneen hyötysuhteen saavuttamiseksi ilman liiallisen painehäviön esiintymistä.

10 Esillä olevan keksinnön mukaan suunniteltuja verkko ja käytettäessä on mahdollista suurentaa verkkopakan jokaisen arkin hyötysuhdetta useita prosentteja riippuen typen syötöstä laitoksessa. Esillä olevan keksinnön mukainen menetelmä on erikoisen edullinen käytettäväksi korkeapaine-15 laitoksissa, koska tällöin ei pelkästään menetetä enemmän platinaa tonnia kohti konvertoitua ammoniakkia, vaan myös käsitellyn ammoniakin tonnimäärä on paljon suurempi kuin matalapainelaitoksissa. Lisäksi alan aikaisempien yksittäisten verkkojen taiteenottohyötysuhteet suurpainelaitoksissa 20 ovat olleet harmittavan pieniä, koska platinan talteenotto näissä laitoksissa on erittäin vaikeaa. Täten jokainen parannus on erikoisen merkittävä näiden laitosten taloudellisuuden suhteen.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä platinan ja/tai 25 rodiumin talteenotto suoritetaan rei'itetyllä osalla, joka on valmistettu pääasiassa palladiumista ja jolle on tunnusomaista, että (a) mainitun osan rakenne on uusi, jolloin mainitun osan mesh-luvun (N) ja langan läpimitan (dw) alkuperäinen tulo on suurempi kuin vähintään 0,3 ja 30 (b) jolloin, annettua typen syöttöä vastaavasti, paino- talteenottohyötysuhde (η1) on funktio langan läpimitasta (dw) ja mesh-luvusta (N) yhdistettynä ja painotalteenotto-hyötysuhde paranee suurentamalla mesh-lukua (N) langan läpimitan ollessa annetun tai suurentamalla langan läpimit-35 taa (dw) mesh-luvun ollessa annetun.

761 23 4 Tämän keksinnön mukaiset talteenottoverkot suunnitellaan ja valmistetaan menetelmän avulla, joka käsittää vaiheet: (1) verkon avulla käsiteltävän kaasuvirran virtaus-5 nopeuden, olosuhteiden ja koostumuksen mittaaminen, sitten (2) kaasuvirran fysikaalisten ominaisuuksien määrittäminen joko mittaamalla tai laskemalla; (3) massanopeuden (G), dynaamisen viskositeetin (^u) ja Schmidt-luvun (Se) määrittäminen prosessivirtaa varten, 10 jossa verkkoa käytetään; (4) valitun metallilankaverkkoarkin talteenottohyö-tysuhteen arvioiminen sen oletuksen perusteella, että platinan talteenottoa rajoittaa pääasiassa massasiirto; ja (5) metaililankaverkon valmistaminen ja muodostamiin nen, joka antaa yhden arkin keskimääräisen talteenoton hyötysuhteen katalyyttijakson aikana tämän keksinnön alueelle.

Esimerkiksi talteenoton hyötysuhteet voidaan arvioida verkoille, kunnes optimaalinen rakenne on määritetty, mikä on keskimääräinen talteenottohyötysuhde, mikä ylit-20 tää taulukon I sarakkeessa 2 annetun.

Mukaan liitetyissä piirroksissa kuvio 1 on graafinen esitys, joka osoittaa ennustetun hetkellisen talteen-ottohyötysuhteen erilaisille talteenottoverkoille typpi-happolaitoksessa, jossa typen syöttö on 13,6 tonnia typpeä 25 ammoniakissa neliömetriä kohti katalyyttiverkkoa vuorokau dessa ja joka toimii 900°C lämpötilassa ammoniakkipitoisuu-den syötössä ollessa 10 mooli-%.

Kuviot 2 ja 3 ovat kuviota 1 vastaavia graafisia esityksiä, paitsi että vastaavat typen kuormitukset ovat 30 52 ja 80,7.

Kuvio 4 esittää graafisesti talteenottofunktiota "0" riippuvaisena langan läpimitasta eri silmukkaluvuille kudottua metallilankaverkkoa varten.

Kuvio 5 esittää graafisesti arvioitua platinahäviö- 35 tä funktiona typpikuormituksesta tyypillistä typpihappo- laitosta varten.

78123 5

Kuvio 6 on graafinen esitys keskimääräisistä tal-teenottohyötysuhteista, jotka voidaan saavuttaa esillä olevan keksinnön avulla katalyyttijakson aikana funktiona typpikuormituksesta tyypillisessä laitoksessa.

5 Kuviossa 7 on esitetty vertailu ennustetuista tal- teenottohyötysuhteista yhdessä lukuisten kokeellisesti määritettyjen pisteiden kanssa.

Kuvio 8 on isometrinen esitys tyypillisestä kudotusta metallilankaverkosta.

10 Kuvio 9 on poikkileikkausesitys katalyytti- ja tal- teenottoverkkopakkauksesta typpihapporeaktorissa.

Kuvio 10 on kaaviollinen esitys typpihapporeaktoris- ta.

Useissa tapauksissa suuret hyötysuhteet voidaan saa-15 vuttaa käytettäessä verkkorakennetta, jossa alkuperäinen mesh-luvun (lankaa lineaarista tuumaa kohti) ja langan läpimitan tulo on suurempi kuin vähintään noin 0,2 verkoille, jotka sisältävät suurimmaksi osaksi palladiumia ja vähäisemmän osuuden nikkeliä. Edullisesti mesh-luvun ja langan lä-20 pimitän alkuperäinen tulo on alueella noin 0,2 - 0,9. Vähemmän turpoaville metalliseoksille, kuten palladium/kulta-seokselle, mesh-luvun ja langan läpimitan tulon täytyisi olla vähintään noin 0,3 ja edullisesti alueella noin 0,3 -0,9 ja vielä edullisemmin alueella noin 0,35 - 0,9. Ver-25 koille, jotka sisältävät 95 % Pd ja 0,5 % Ni, on edullista, jos mesh-luku N on alueella 10-80, dw on alueella noin 0,003 - 0,090 tuumaa (0,076 - 2,285 mm) ja niiden vastaavat arvot ovat sellaiset, että alkuperäinen tulo N x d^ on vähintään noin 0,2.

30 Käytännössä tämän keksinnön tarkoituksia varten useimmissa kaupallisissa laitoksissa käytetyissä olosuhteissa, hetkellinen alkutalteenottoteho (η), joka on se platinan prosenttiosuus, joka saadaan talteen yksinkertaisen verkon avulla, joka sisältää runsaasti palladiumia, 35 voidaan arvioida seuraavaa kvasikokeellista kaavaa Γ 2C adw Ί „ = l-e*p |- —^ . __j 6 78123 käyttäen, jossa "ξ" on verkon aukkojen tilavuusosa ja se on pienempi kuin 0,76, edullisesti pienempi kuin 0,685, mutta suurempi kuin 0; "Se” on Schmidt-luku hapettuneen platinan diffuusiota varten katalyyttiverkon poistovirrassa ja se on 5 tavallisesti välillä 0,8 - 1,0; "Re" on Reynolds-luku, joka perustuu langan läpimittaan ja prosessivirran keskimääräiseen nopeuteen välittömästi ennen talteenottoverkkoa, s.o.

Re = G dw/^u, jossa "G" on katalyytille syötetyn kaasuvir-ran massanopeus; "^u" on katalyyttiverkon poistovirran dy-10 naaminen viskositeetti; tavallisesti Reynoldsin luku on välillä 10-200, useimmin välillä 20-50; "C" on asianmukainen massasiirron korrelaatiokerroin koeverkon geometriaa varten ja se on tavallisesti alueella noin 0,4 - 1; "a” on verkon kiinteä ominaispinta-ala, s.o. verkon yhden neliötuu-15 man kokonaispinta-ala jaettuna sen pintatilavuudessa, "a" on tavallisesti alueella noin 53-640 käänteistuumaa; "m" on vastaava massasiirron korrelaatioeksponentti verkon rakennetta varten ja sen arvo on tavallisesti noin 0,6 - 0,8; ja "dw" on verkon langan läpimitta (tuumia). Useimpien kek-20 sinnön mukaisissa verkoissa käytettyjen lankojen läpimitat vaihtelevat välillä 0,0015 - 0,02 tuumaa (0,0381 - 0,508 mm).

Neliömäiselle kudotulle verkolle, jollaisia useimmiten käytetään käytännössä, seuraavat likiarvot ovat käyttökelpoisia: 25 /1 ^ „2, 2.1/2.. a = π (1 + N d ) N w jossa "N” on mesh-luku eli lankojen lukumäärä tuumaa kohti ja 30 ξ = 1 - 1/4πΝ0ν(1 + N2dw2)1/2

Alan asiantuntijat tuntevat menetelmät vastaavien massasiirtokorrelaatiokertoimen *'C" ja massasiirtokorre-35 laatioeksponentin "m" määrittämiseksi. Erinomainen yhteenveto kirjallisuudesta, joka kohdistuu tavanomaisiin rakenteisiin, on esitetty julkaisussa "Estimation of Platinum Catalyst Requirement for Ammonia Oxidation (Roberts ja 1; 7 781 23

Fillespie, Advances in Chemistry Series, Number 133, Chemical Reaction Engineering II, 19 74 sivut 6 00-611) . Epätavallisempia rakenteita varten voidaan nämä vakiot määrittää kokeellisesti. Tavanomaisia pinottuja verkkoseuloja 5 varten voidaan sopivat korrelaatiot löytää julkaisuista

Ind. Eng. Chem. Fundamentals (1970) 9, 613 (Satterfield ja Cortez) ja Shah'in tohtorinväitöskirjasta, University of Birmingham, England (1970). Tämän keksinnön tarkoituksia varten vastaa yhtälö 1 riittävästi "C"-arvoa 0,94 ja 10 "m"-arvoa 0,7 tässä patenttivaatimuksessa esitettyjä verkkoja, reaktoreita ja virtausolosuhteita varten, jos myöhemmin esitettäviä Schmidt-luvun ja viskositeetin arvoja käytetään, jopa vaikka diffundoituvat osaset eivät välttämättä ole platinaoksidia.

15 Talteenottoverkon suunnittelun nopeuttamiseksi mää rättyä laitosta varten voidaan hyötysuhteen ja langan läpimitan välinen riippuvuus kuvioiden 1, 2 ja 3 mukaisia graafisia esityksiä vastaavasti määrittää kaavaa 1 käyttämällä.

Käytännössä kaasuvirtojen ominaisuudet vaihtelevat 20 vain vähän käytetyllä lämpötila-alueella noin 810-960°C, niin että lämpötilaa 900°C vastaavia ominaisuuksia voidaan käyttää virheen ollessa vain vähäisen. Samoin syötön pitoisuus katalyyttiin säädetään tavallisesti välille 10,0 - 10,5 mooli-% ammoniakkia ja 90,0 - 89,5 mooli-% ilmaa, jo-25 ten reaktiotuotteiden koostumukset katalyyttiverkosta säilyvät vakioina, niin että voidaan käyttää tällä alueella olevia fysikaalisia ominaisuuksia. Näillä alueilla Schmidt-luku on noin 0,9 - 0,95 platinaoksidikaasujen diffuusiota varten ilmassa ja kaasun dynaaminen viskositeetti on noin 30 42 x 10 ^ poisea.

Tällöin hyötysuhde η määräytyy pääasiallisesti mesh-luvun "N" ja langan läpimitan "d" mukaan annetulle typpi-

W

kuormitukselle "L", jolloin typpikuormitus ”L" on typpitonnien lukumäärä (ammoniakissa), joka kulkee katalyyttiver-35 kon jokaisen neliömetrin lävitse vuorokaudessa. Hyötysuhde voidaan täten esittää graafisesti funktiona langan läpimitasta eri mesh-lukuja varten. Lisäksi aukkojen osuus voidaan esittää parametreinä samassa graafisessa esityksessä, niin että hyötysuhde ja aukkojen osuus voidaan määrittää 781 23 8 samanaikaisesti jokaiselle langan läpimitan ja mesh-luvun yhdistelmälle. Annetulle aukko-osuudelle ja verkon arkkien lukumäärälle painehäviö verkon lävitse voidaan arvioida tunnettujen korrelaatioiden avulla. Suuren talteenotto-5 hyötysuhteen saavuttamiseksi ilman liiallista painehäviötä verkon ylitse on edullista, jos aukkojen tilavuusosuus (π) on välillä noin 0,76 - 0,5. Aukkojen tilavuusosuuksien ollessa välillä noin 0,5 - 0,3 voidaan saavuttaa vielä parempia talteenottohyötysuhteita, mutta on huolehdittava 10 siitä, että talteenottoverkko tuetaan riittävän hyvin, niin että sen lävitse kulkevan kaasuvirran voimakkuus ei vaurioita verkkoa tai siirrä sitä pois paikaltaan. Useissa sovellutuksissa aukkojen tilavuusosuudet välillä noin 0,685 -0,5 antavat erinomaisen hyvän talteenottohyötysuhteen ja 15 hyväksyttävän painehäviön erinomaisen yhdistelmän. Aukko-osuuksia noin 0,3 ja pienempiä voidaan käyttää erittäin suuren talteenottohyötysuhteen saavuttamiseksi, mutta useissa olemassa olevissa laitoksissa voidaan tarvita muunnoksia verkon tukilaitteisiin verkkoon virtauksen aiheuttamien 20 voimien vastustamiseksi ja niiden jakamiseksi sopivasti.

Eräissä tapauksissa painehäviön aiheuttamat tehokustannuk-set voivat olla merkittäviä. Käytännössä on kuitenkin tavallisesti riittävää rajoittaa aukkojen tilavuusosuus vähintään arvoon noin 0,3 ja edullisesti se on alueella noin 25 0,5-0,76. Aukko-osuuden suositeltava alue on noin 0,5 - 0,685.

Tämän keksinnön mukaisen metallilankaverkon suunnittelu voidaan helposti tehdä piirtämällä ainakin osa asianmukaisesta hyötysuhde/langan läpimittakäyrästä käytettäviä 30 olosuhteita lämpötilaa, painetta ja kyseessä olevan laitoksen typpikuormitusta varten. Sitten katalyysijakson pituus voidaan piirtää tälle käyrälle seuraavaa menettelyä käyttäen, siten että jos valitaan mesh-luvun ja langan läpimitan yhdistelmä läheltä katalyysijakson pituutta vastaavaa 35 viivaa, verkon keskimääräinen talteenottohyötysuhde (η) katalyytin jakson aikana on tämän keksinnön alueella.

Katalyyttijakson pituutta vastaava viiva piirretään määräämällä se, mitkä verkot antavat hyötysuhteen (η) tämän keksinnön alueelle tarkastamalla ensin kuviota 6 ja piirtä- i: 78123 9 mällä vaakasuora viiva, joka vastaa kuviosta 6 määrättyä minimihyötysuhdetta asianmukaisen hyötysuhde/langan läpi-mittakäyrän poikki, kuten kuvioissa 1-3. Sitten määritetään asianmukaiset talteenottoverkkojen jaksopituudet "T" eri 5 mesh-luvuille ja langan läpimitoille tämän vaakasuoran viivan yläpuolelta käyttäen kaavaa t = _¥_

l,25nbL

10 jossa "W" on talteenottoverkon arkin jokaisen neliömetrin paino ja "b" on platinan häviömäärä US-tonnia kohti käsiteltyä ammoniakkia. Tämän keksinnön mukaista mallia vastaten platinan talteenotto on likimain vakio ainakin siihen saakka, kunnes on saavutettu talteenottoverkon jakson pituus, 15 mutta alenee sitten nopeasti. "W" on yleensä ΐφν/Φ 2

Parametri "0" yksittäiselle kudotulle metalliverkol-20 le voidaan määrittää kuviosta 4. Muille kuin platinasidos-kudotuille verkoille voidaan paino laskea samalla tavalla ensimmäisistä periaatteista tai tarvittaessa voidaan se määrittää kokeellisesti. Jos parempaa tietoa ei ole saatavissa laitoksen toiminnasta tai vastaavan laitoksen toimin-25 nasta, voidaan "b" arvioida kuviosta 5, mikä esittää plati-nahäviöitä US-tonnia kohti käsiteltyä typpeä funktiona typen syötöstä katalyyttiverkolle. Lopuksi piirretään katalyytin jakson pituutta vastaava viiva, joka yhdistää pisteet, joissa talteenottoverkon jaksopituus "T" yhtyy lai-30 toksen suunniteltuun katalyyttijakson pituuteen "Tp". Sitten valitaan hyväksyttävän hyötysuhteen ja painehäviön antava verkko läheltä tätä viivaa. Edullisesti käyttökustannusten alentamiseksi olisi valittava minimipainon omaava verkko, joka sekä antaa hyötysuhteen tämän keksinnön alueel-35 la että vastaa laitoksen suunniteltua katalyyttijakson pituutta. On edullista, jos käytettävien verkon arkkien paino on pienempi kuin 708 g neliömetriä kohti ja vielä edullisemmin pienempi kuin 657 g neliömetriä kohti.

78123 10

Edellyttäen, että edeltävien verkkojen talteenotto-verkon jaksopituutta ei ole ylitetty, n:nännen talteenotto-verkon jakson pituus määrätään kaavan m Wn

Tn = -;- 5 n-l 1,25η bL C π (1-η.)/ i=l avulla, jossa "η^" on i:nnen talteenottoverkon arkin tal-teenottohyötysuhde ja Wn on n:nännen verkon paino. Käytännössä verkkoja voidaan lisätä, kunnes palladiumhäviöt, ver-10 kon korkokustannukset, niiden valmistus ja asennus käyttöjä talteenottojakson aikana ylittävät talteenotetun platinan painon. Tavallisesti noin 0,3 - 0,5 g palladiumia menetetään talteenottoverkosta jokaista talteenotettua platina-grammaa kohti. Useissa tapauksissa on edullista käyttää ver-15 rattain karkean mesh-luvun omaavia verkkoja sekä suuriläpi-mittaisia lankoja talteenottoverkon ensimmäisissä kerroksissa ja käyttää tiheämpiä verkkoja, ohuempia lankoja tai molempia seuraavissa verkoissa, vaikka ensimmäisten verkkojen hyötysuhde ei ole niin suuri kuin voitaisiin saavuttaa. 20 Valitsemalla sopivasti mesh-luku ja langan läpimitta jokaista verkkoa varten on mahdollista saada talteenottover-kolle jaksopituuksia, jotka ovat lähellä suunniteltua katalyytti verkon jaksopituutta jokaista verkkoa varten pakassa. Tämä tulos voidaan saavuttaa, koska myöhemmin sijoitettujen 25 verkkojen hyötysuhde on parempi kuin ensimmäisten verkkojen.

Jos halutaan suunnitella talteenottopakkaus siten, että jokaiselle pakkauksen verkkoarkille saadaan likimain yhtä suuri talteenottoseulan jaksopituus, on pakkauksen ensimmäinen arkki suunniteltava edellä esitetyllä tavalla, 30 siten että sen keskimääräinen talteenottohyötysuhde katalyytin jakson aikana on tämän keksinnön mukaisella alueella, so. suurempi kuin 1 - Exp (-3,45/L^'^). Edullisesti talteenottoverkon käyttöjakson pituus tätä ensimmäistä verkko-arkkia varten on alueella noin 9/10 - 11/10 suunnitellusta 35 katalyyttiverkon käyttöjakson pituudesta laitoksessa. Jokaisen seuraavan verkkoarkin geometrinen rakenne voidaan valita sitten siten, että seuraava suhde on likimain voimassa kullekin verkon arkille: li 78123 11 d , m *<> . m f1 + Sr k - τ >2

an(?r> = f§ Φ ln _Li_i=jJ

η η. n 1 - r Σ 0i I i=l 5 jossa afi, dn ja ξη ovat vastaavasti verkon ominaispinta-ala, langan läpimitta ja aukko-osuus verkon n:ttä arkkia varten, on ensimmäisen verkon keskimääräinen talteenottoteho; ja 0^ ovat vastaavat talteenottotehot ja talteenottofunktiot 10 verkon i:ttä arkkia varten; Se, G, C, m ja ovat samat kuin edellä on määritelty ja n on pakkaukseen suunniteltujen verkkoarkkien lukumäärä. Esimerkiksi pakkauksen toista verkkoarkkia varten vastaavaisuus on likimain täytetty, kun n = 2, kolmatta varten, kun n = 3 ja niin edelleen. Huomat-15 tavasti parantuneita tuloksia voidaan saada varmentamalla, että vähintään yhden pakkauksen verkon (edullisesti vähintään kahden) keskimääräinen talteenottohyötysuhde on suurem- 0 7 pi kuin 1 - exp (-3,45/L ' ) ja että vähintään yhden, mutta edullisesti vähintään kahden, verkkoarkin talteenottojakson 20 pituus on noin 9/10 - 11/10 suunnitellusta katalyyttiverkon käyttöjakson pituudesta.

Käytettäessä esillä olevan keksinnön menetelmää annettua laitosta varten on mahdollista saavuttaa yksinkertaisen arkin keskimääräisiksi talteenottotehoiksi katalyyt-25 tijakson aikana arvoja (η), jotka ovat suurempia kuin taulukon I sarakkeessa 2 esitetyt. Suositeltavia rakenteita käyttäen on mahdollista saavuttaa keskimääräisiä hyötysuhteita, jotka ovat suurempia kuin sarakkeessa 3 esitetyt. Kuviossa 6 on esitetty graafisesti keskimääräiset talteen-30 ottotehot, jotka voidaan saavuttaa katalyytin käyttöjakson aikana tämän keksinnön mukaisten verkkojen avulla, funktiona typpikuormituksesta alalla aikaisemmin ilmoitettuihin hyötysuhteisiin verrattuna.

Käytännössä talteenottoverkot lähes aina sisältävät 35 pääosuuksina palladiumia tai kultaa ja vähäisempinä lisäyksinä muita seostavia aineita, jotka parantavat mekaanisia ominaisuuksia. Palladiumin pääosuudella tarkoitetaan, että ia 78123 talteenottoverkko sisältää vähintään 70 paino-% palladiumia. Edullisesti talteenottoverkot sisältävät vähintään noin 80 % palladiumia ja vielä edullisemmin 90 %. Kaikkein edullisimmat talteenottoverkot sisältävät vähintään 95 paino-% pal-5 ladiumia. Ehkä laajimmin käytetty metalliseos sisältää 80 % palladiumia ja 20 % kultaa. Vaikka tällä metalliseoksella on laaja käyttö, on etsitty vaihtoehtoja, koska kultalisäys nostaa huomattavasti verkon hintaa. Muihin seostusaineisiin palladiumia varten kuuluvat muut platinaryhmän metallit, 10 nikkeli, mangaani, kromi, hiili, boori ja vastaavat alkuaineet. Erikoisen käyttökelpoisiin palladiumseoksiin kuuluvat palladium/platina, palladium/nikkeli, palladium/kupari, palladium/ruteeni ja palladium/hopea. On myös ehdotettu verkkoja, jotka sisältävät pääosuutena kultaa ja vähäisempä-15 nä määränä platinaryhmän metallia, koska on ilmoitettu, että kulta ei haihdu samassa määrässä kuin palladium. Näiden kultaa runsaasti sisältävien metalliseosten kyky poistaa platinaa näyttää olevan hieman pienempi kuin palladiumia runsaasti sisältävien metalliseosten. Samalla tavalla kuin 20 palladiumia runsaasti sisältävien seosten, voidaan kultaa runsaasti sisältävien seosten mekaanisia ominaisuuksia parantaa lisäämällä metalleja, joiden affiinisuus platinaan on suurempi kuin happeen, kuten tantaalia, niobiumia ja vastaavia. Muita sopivia seostealkuaineita ovat titaani, zir-25 konium, kromi, nikkeli, mangaani ja vastaavat aineet.

Il i3 781 23

Taulukko I

Laitoksen syöttö US- Keksinnön mukais- Suositeltavien tonnia typpeä ammo- ten verkkojen hyö- verkkojen hyöty-2 niakkina m kohti tysuhde suhde 5 vuorokaudessa 10-15 49 52 15-20 41 44 20-25 35 37 25-30 31 33 10 30-35 28 30 35-40 25 27 40-45 23 24 45-55 21 22 55-65 19 20 15 65-75 17 18 75-85 16 16 85-100 15 15 100 + 13 14

Esillä olevan keksinnön tarkoituksia varten suositel-20 tavia metalliseoksia ovat palladium/kultaseokset ja palla-dium/nikkeliseokset, erikoisesti seokset, jotka sisältävät vähintään noin 80 % palladiumia. Esillä olevaa keksintöä sovellettaessa erikoisen edullinen seos sisältää 95 % palladiumia ja 5 % nikkelia, koska se on verrattain halpa, voi-25 daan valmistaa helposti ja altistuessaan kuumalle, platina-pitoiselle poistokaasulle, langat turpoavat ja niiden läpimitta voi kaksinkertaistua ennen kuin ne täytyy poistaa. Eräissä tapauksissa verkon lankojen läpimitta voi tulla suuremmaksi kuin kaksinkertaiseksi saavuttaen likimain 2 1/2 30 kertaa niiden alkuperäisen läpimitan. Sopivasti sallittuna tämä turpoaminen voi olla erikoisen edullista, koska verkon hyötysuhde kasvaa lankojen paisuessa. Esimerkiksi laitoksessa, jossa typpisyöttö on 57 US-tonnia neliömetriä kohti vuorokaudessa, verkko, jonka mesh-luku on 36 ja langan lä-35 pimitta 0,0068 tuumaa (0,172 mm) ja jonka alkuperäinen hyötysuhde on noin 11 %, saavuttaa noin 18 %:n hyötysuhteen, kun langat ovat turvonneet 0,012 tuuman (0,305 mm) paksuuteen i4 781 23 ja suuremman kuin 18 % hyötysuhteen, kun langat saavuttavat 2 1/2 kertaa alkuperäisen läpimitan. Täten verkko, jonka alkuperäinen hyötysuhde on tämän keksinnön alueen ulkopuolella, voi turvota saavuttaen tämän keksinnön alueella ole-5 van keskimääräisen hyötysuhteen ja saavuttaa täten huomattavasti paremman hyötysuhteen kuin voitaisiin ennustaa sen alkuperäisen rakenteen perusteella.

Täten jos käytetään nikkeli/palladium-verkkoja, voidaan verkko valita siten, että sen talteenottohyötysuhde 10 sen alkuperäisen rakenteen perusteella on pienempi kuin 0 7

1 - exp (-3,45/L ' ), mutta turvotessaan näiden verkkojen keskimääräinen talteenottohyötysuhde katalyytin käyttöjakson aikana on suurempi kuin mitä taulukossa IA on esitetty. Taulukko IA

15 Hyötysuhde Kuormitus 48 10-15 40 15-20 34 20-25 30 25-30 20 27 30-35 24 35-40 22 40-45 20 45-55 18 55-65 25 16 65-75 15 75-85 14 85-100 12 100 +

Tapauksessa, jolloin käytetään 95 % Pd ja 5 % Ni, 30 keskimääräiset talteenottohyötysuhteet katalyytin käyttö-jakson aikana (η) korreloivat parhaiten, jos talteenotto ennustetaan alkuperäisten ja turvonneiden läpimittojen geometrisen keskiarvon perusteella, mutta tyydyttävä korrelaatio 80 % Pd/20 % Au-verkoille voidaan saada, jos talteen-35 otto ennustetaan alkuperäisen läpimitan mukaan, koska turpoaminen näyttää olevan hieman vähemmän merkittävä. Jos halutaan arvioida turpoamisen vaikutus palladium/kulta-seosta il 15 781 23 olevaan verkkoon, langan läpimitan geometrinen keskiarvo voidaan arvioida kertomalla alkuperäinen läpimitta luvulla 1,1. Usein 95 % Pd:5 % Ni -seokselle geometrinen keskimääräinen läpimitta voidaan arvioida tyydyttävästi kertomalla 5 alkuperäinen läpimitta alueella 1,4 - 1,6 olevalla luvulla riippuen verkon sijainnita talteenottopakassa, jolloin alueen ylärajaa käytetään pakan ensimmäistä tai toista kerrosta varten ja lähellä alarajaa olevia arvoja viidettä ja kuudetta kerrosta varten. Katso toimintaesimerkkiä 11 10 tarkempia yksityiskohtia varten. Täten yhtälöä 1 voidaan käyttää myös arvioitaessa keskimääräisiä hyötysuhteita, jos käytetään langan läpimittojen geometrisia keskiarvoja eikä ylitetä talteenottoverkon käyttöjakson pituutta.

Erikoistoteutukset 15 Kuten kuviossa 8 on esitetty, tämän keksinnön mukai sia talteenottoverkkoja voidaan käyttää seulojen 10 muodossa, joissa on langat 20 ja aukot 30. Kuten on esitetty, langan 20 läpimitan (tuumina) ja mesh-luvun (lankojen lukumäärä lineaarista tuumaa kohti) yhdistelmä määrää massa-20 siirtoparametrit (MTP) seulalle seuraavan kaavan mukaan a dw MTP = -—

HemCi-m

Sitten yksittäistä verkkoa vastaava massasiirtoyk-25 siköiden (MTU) lukumäärä voidaan määrätä kaavasta:

MTU = X MTP

Se'*

Kuten kuviossa 9 on esitetty, ennen tyypillistä 30 käyttöä, verkkorakennelma 20 sijoitetaan reaktiokammioon 40 (kuvio 10) polttoastiaan 42. Tähän rakenteeseen 20 kuuluu talteenottoverkkopakkaus 21 ja katalyyttipakkaus 25 sijoitettuna peräkkäin. Katalyyttipakkaus 25 sisältää kata-lyytin yksittäisiä arkkeja 24 päällekkäin pinottujen verk-35 kojen tai seulojen muodossa. Kuviossa 9 katalyyttipakkauk-sen on esitetty sisältävän seitsemän katalyyttiarkkia, mutta on ymmärrettävä, että arkkien tarkka lukumäärä ei ole 16 781 23 kriittinen ja sitä voidaan suurentaa tai pienentää tarvittaessa ammoniakin oleellisesti täydellisen konversion saavuttamiseksi typpioksideiksi. Eräs tällainen katalyytti sisältää 90 % platinaa, 5 % rodiumia ja 5 % palladiumia, mut-5 ta muitakin platinapitoisia katalyyttejä voidaan käyttää hyvin tuloksin. Talteenottoverkkopakkaus 21 sisältää kaksi talteenottoverkkoarkkia 22 sijoitettuna erotusseulojen 23 väliin. Talteenottopakkauksen mekaanisen lujuuden täytyy olla riittävän kestämään prosessivirtauksen voimia korkeis-10 sa reaktiolämpötiloissa sekä kestää samanaikaisesti jään-nösammoniakin, hapen ja prosessin aikana muodostuvien typ-pioksidituotteiden korrosioivia vaikutuksia.

Suunnitteluesimerkki I

On suunniteltava talteenottoverkko typpihappolai-15 tosta varten, jonka käyttöolosuhteet ovat lämpötila 900°C, 10 % NH^ ja typen syöttö 15 US-tonnia kohti typpeä ammoniakissa neliömetriä kohti vuorokaudessa. Laitoksen käyttöjak- 2 son pituus on 130 vuorokautta ja paine 7 kp/cm . Aluksi muodostetaan kaavio (kuvio 1) talteenottoverkon yksittäisen 20 arkin hyötysuhteesta funktiona mesh-luvusta ja langan läpimitasta. Tarkasteltaessa kuviota 6, voidaan havaita, että suurempi kuin 40 % oleva hyötysuhde voidaan saavuttaa. Kuviosta 1 voidaan havaita, että 50 mesh-luvun verkko langan läpimitan ollessa 0,241 mm antaa sopivan alkuhyötysuhteen 25 (η). Täten, turpoamisen sallimiseksi, valmistetaan 50 mesh- luvun verkko 0,006 tuuman (0,154 mm) läpimittaisesta langasta 95 % Pd:5 % Ni -seoksesta. Käytön aikana reaktorissa turpoaa verkko noin 2,5 kertaiseksi noin 0,38 mm langan läpimittaan, jolloin hyötysuhde (laskettuna 0,241 mm läpimit-30 täisen langan geometrisen keskiarvon mukaan) on suurempi kuin 40 %. Kuviosta 5 voidaan arvioida, että tässä laitoksessa voidaan odottaa menetettävän noin 0,8 - 0,9 g platinaa jokaista konvertoitua typpitonnia kohti. Täten verkon jokaisella neliömetrillä on noin 12,75 g platinaa vuorokaudessa, 2 35 verkon painon ollessa noin 916 g/m . Käytössä ensimmäisen verkon arkin voidaan odottaa poistavan enemmän kuin 40 % tästä, jolloin saadaan noin 5,1 g platinaa vuorokaudessa l! i7 7 81 2 3 2 neliömetriä kohti verkkoa tai noin 665 g/m katalyytin käyttöjakson aikana. Talteenottojakson pituus vastaa läheisesti laitoksen suunniteltua jakson pituutta, niin että tätä verkkoa voidaan käyttää ilman raskaampaa, mutta vähemmän teho-5 kasta verkkoa ennen sitä. Noin 0,3 - 0,4 g palladiumia voidaan odottaa menetettävän jokaista talteenotettua grammaa kohti platinaa. Käytetään kolme seulaa 78 % olevan keskimääräisen talteenottohyötysuhteen saavuttamiseksi. Peräkkäisiä hienojakoisempia ja keveämpiä seuloja voidaan käyttää 10 myötävirtaan osan platinajäännösten talteenottamiseksi haluttaessa .

Suunnitteluesimerkki II

On suunniteltava verkko esimerkin I mukaista laitos- 2 ta varten, paitsi että kuormitus on 57 US-tonnia/m /d ja 15 jakson pituus on 60 vrk. Kuvion 5 mukaan tämäntyyppisessä laitoksessa voidaan odottaa menetettävän noin 1,4 - 1,6 g platinaa US-tonnia kohti konvertoitua ammoniakkia. Kuvio 6 osoittaa, että voidaan saavuttaa suurempi kuin 17 %:n hyötysuhde. Kuviosta 2 voidaan nähdä, että tämä voidaan saada 20 60 mesh-luvun seulalla, jossa langan läpimitta on 0,152 mm.

Valitaan 80 % Pd:20 % Au -seosta oleva, nämä mitat omaava seula. Käytön aikana siirtyy noin 85 g platinaa jokaista seulan neliömetriä kohti ja jokainen päivä saadaan talteen noin 14,5 g. Käytetään kuutta seulaa keskimääräisen koko-25 naistalteenottohyötysuhteen 67 % saavuttamiseksi.

Suunnitteluesimerkki III

On suunniteltava verkko laitosta varten, jonka kuormitus on 100 tonnia typpeä ammoniakissa neliömetriä kohti vuorokaudessa ja käyttöjakson pituus 60 vuorokautta. Ku-30 vion 5 mukaan voidaan tämän kokoisessa laitoksessa menettää noin 1,7 - 1,9 g platinaa jokaista US-tonnia kohti konvertoitua typpeä ja voidaan saavuttaa suurempi kuin 12 %:n hyötysuhde. Kuitenkin, jos käytetään 80 % Pd:20 % Au -seosta olevaa verkkoa, jonka mesh-luku on 80 ja langan läpimit-35 ta 0,127 mm, vaikka saavutetaan 15 %:n hyötysuhde, on talteenotto jakson pituus lyhyempi kuin katalyyttiverkon jakson pituus. Täten olisi sijoitettava karkeampia, raskaampia ie 7 812 3 verkkoja katalyyttiverkon jälkeen ennen hienojakoisempia, keveämpiä talteenottoverkkoja. Koska 80 mesh-luvun, 0,127 mm langan läpimitan omaavan verkon, joka on valmistettu 80 %

Pd:20 % Au -seoksesta, talteenottojakson pituus on 60 vuo- 2 5 rokautta ja platinan talteenotto 948 g/m , ensimmäisen verkon jokaista neliömetriä kohti olevan platinagrammojen lukumäärän täytyy pienentyä noin 180 g:sta noin 150 g:aan.

Täten neljää karkeaa verkkoa, joiden mesh-luku on 50 ja langan läpimitta 0,216 mm, täytyy seurata neljä hienompaa 10 verkkoa, joiden mesh-luku on 68 ja langan läpimitta 0,152 mm, 67 % olevan kokonaistalteenoton saavuttamiseksi.

Suunnitteluesimerkki IV

On suunniteltava taiteenottoverkkojärjestelmä typ- 2 pihappolaitosta varten, jossa käyttöpaine on 4,5 kp/cm ja 15 typen syöttö 13,2 US-tonnia typpeä ammoniakissa neliömetriä kohti vuorokaudessa katalyyttiverkon ylitse käyttöjakson pituuden ollessa 150 vuorokautta. Katalyyttihäviön nopeuden tiedetään olevan 0,144 g platinaa ja rodiumia tonnia kohti typpeä. Laitoksen tuotantonopeus on 330 tonnia HNO^/d ja 20 reaktorin tehokas pinta-ala on 5,8 neliömetriä.

Jos käytetään kahta normaalia, 80 % Pd:20 % Au -seosta olevaa talteenottoverkkoa, joiden mesh-luku on 80 ja langan läpimitta 0,079 mm, ennustettu talteenottoverkon käyttöjakson pituus on vain noin 130 vuorokautta, mistä 25 saadaan laitoksen käyttöjakson pituuden keskimääräiseksi talteenottotehoksi noin 46 % verkkoa kohti tai kaikkiaan 71 % molemmille verkoille.

Suunnitteluesimerkin I mukaista menettelyä seuraten voidaan havaita, että jos käytetään kahta 95 % Pd:5 % Ni 30 -seoksesta valmistettua talteenottoverkkoa, joiden mesh-luku on 50 ja langan läpimitta 0,163 mm normaaliverkkojen asemesta, on ensimmäiselle verkolle ennustettu talteenotto-jakson pituus hieman pitempi kuin 150 vuorokautta keskimääräisen talteenottohyötysuhteen käyttöjakson aikana ollessa 35 72 % verkkoa kohti ja kokonaisuudessaan 92 %.

19 781 23 Täten jokainen neliömetri tämän keksinnön mukaisia parannettuja verkkoja ottaa talteen yli 370 g enemmän platinaa jokaisen käyttöjakson aikana.

Seuraavissa käyttöesimerkeissä kaasupitoista ilmavir-5 taa, joka sisälsi 10 tilavuus-% ammoniakkia, syötettiin reaktoriin nopeudella 19,26 normaalikuutiometriä tunnissa.

Ennen käytön aloittamista kuumennettiin svöttökaasu alueella noin 290-310°C olevaan lämpötilaan; käytön aikana poistolämpötila verkosta pidettiin verrattain vakiona ar-10 vossa 930°C. Seuraavissa käyttöesimerkeissä 1-6 laitoksen annettiin toimia vain 146 tuntia ja käyttöesimerkeissä 7 ja 8 käytöt olivat noin 292 ja 483 tuntia vastaavasti; on kuitenkin huomattava, että käytännössä reaktioaikaa voidaan vaihdella laajoissa rajoissa. Käyttöesimerkeissä 9, 10, 11 15 ja 12 suoritettiin kokeet toimivissa typpihappolaitoksissa.

Tätä keksintöä esitellään seuraavassa esimerkkien avulla, jotka erikoisesti esittelevät tämän keksinnön mukaisia verkkoja ja niiden käyttöä talteenottoprosesseissa; nämä esimerkit ovat kuitenkin vain esitteleviä eikä tätä 20 keksintöä ole pidettävä näihin esimerkkeihin rajoittuvana. Näissä esimerkeissä kaikki hapetuskatalyytin ja talteenot-toverkot muodostavien metallien osuudet ovat paino-% ellei toisin ole mainittu. Kaikki tonnimäärät tässä hakemuksessa ovat US-tonneja (s.o. lyhyitä tonneja, 1 US-tonni = 907 kg). 25 Vertaileva käyttöesimerkki 1

Talteenottoverkkopakka, joka muodostui kahdesta 80 % Pd:19,4 % Au:0,6 % Ru -seoksesta valmistetusta seulasta, joiden mesh-luku oli 80 ja langan läpimitta 0,099 mm, sijoitettiin reaktiokammioon kymmenen 90 Pt/5 Rh/4 Pd -hapetus-30 katalyyttiarkin alapuolelle, joiden paino oli 4,6769 g. Talteenottoverkkojen mesh-luku (N) oli 80 ja langan läpimitta (dw) 0,0031 tuumaa (0,0787 mm). Jokaisen talteenotto-seulan pinta-ala (lankojen pinta-ala seulojen tilavuusyk-sikköä kohti) oli 10,3 cm 35 Ammoniakkia ja ilmaa olevaa syöttökaasua johdettiin hapetuskatalyytin ja talteenottoverkkopakkauksen lävitse 2 sekoitettuna kaasuvirtana 7 kp/cm paineessa syötön ollessa 20 7 8 1 2 3 57 tonnia typpeä neliömetriä kohti vuorokaudessa. Typpioksidien saanto (NO ) oli noin 95 %.

x x Keskimääräinen taiteenottohyötysuhde (η. ) Pd/Au- talteenottoverkkopakkausta varten määritettiin analyysiar-5 voista mittaamalla jokaisen talteenottoverkon vastaanottama Pt-määrä ja ammoniakin hapetuskatalyytin Pt-häviö (s.o. hapetusverkkopakkauksen) seuraavasti: x _ Pt-lisäys talteenottoverkkoa kohti η “ Hapetusverkkopak- Edeltävien verkkojen 10 kauksen Pt-häviö Pt-kokonaislisäys Käytön jälkeen katalyytti painoi 4,3951 g ja seuraava analyysi osoitti 0,4203 g:n Pt-häviön hapetuskatalyytistä. Vertailtaessa talteenottopakan ensimmäinen kerros painoi 15 0,5965 g, jolloin Pt-lisäys oli 0,0853. Näiden arvojen pe rusteella ensimmäisen talteenottoverkon platinan ottohyöty-suhteeksi (η') saatiin 20,3 %. Laskettaessa toisen talteenottoverkon platinan ottohyötysuhdetta, on otettava huomioon ensimmäisen talteenottoverkon vastaanottaman platinamäärän 20 paino. Talteenottoverkkopakkauksen toinen kerros painoi 0,5747 g, Pt-lisäys oli 0,0592 g ja platinan talteenotto-hyötysuhteen havaittiin olevan 17,67 %. Keskimääräiseksi platinan talteenottohyötysuhteeksi saatiin 19,00 %.

Suoritettiin vastaavia vertailevia tutkimuksia saman-25 laisilla talteenottoverkkoseuloilla, joiden mesh-luvut (N) ja langan läpimitat (d^) vaihtelivat, esimerkissä 1 esitettyä menettelyä käyttäen esillä olevan mallin käyttökelpoisuuden toteamiseksi. Jokaisessa kokeessa käytetyt verkko-seulat ja katalyytit punnittiin ennen käyttöä ja välittömäs-30 ti sen jälkeen. Verkkoanalyysit suoritettiin yksittäisille verkon seuloille platinan keskimääräisen talteenottohyöty-suhteen saamiseksi. Taulukossa II on esitetty yhteenvedet-tyinäkäyttöesimerkeissä 1-6 käytettyjen talteenottoverkko-jen geometria. Näihin geometrioihin ja virtausolosuhteisiin : 35 perustuen laskettiin dimensioton massansiirtoyksikkö yksit täiselle seulalle kaavasta

II

21 78123 MTU * —^j-ττ · -τ—

Sc 2/3 Re1"?1·1"

Yksittäisen seulan ennustettn keskimääräinen talteenotto-5 hyötysuhde (η) voidaan sitten laskea kaavasta η - 1 - exp (-MTU). Kaikissa kokeissa muutos typpioksideiksi oli alueella 95 - 98,9 %.

Käyttöesimerkkien 1-6 katalyyttien Pt-häviö, kulloistenkin talteenottoverkkojen Pt-kasvut sekä niiden talteen-10 ottohyötysuhteet on esitetty taulukossa III. Nämä tulokset on esitetty kuviossa 7, missä on kuvattu tämän keksinnön mukainen vastaavaisuus taiteenottohyötysuhteen (η) ja MTU-ar-von välillä.

78123 22 ο ΰ in m D rH 00 «N t"

Eh (N rH rH O

S3 - - ·.

O O O O

Iti — rH UT

•H '—'

-P

ui C 3 co o *r \o <D 3 m rf •n ui ( i oo oo 0 0 * «. s v ^ n o o o o λ; 3 3 3 < > c = •H (0 —» a = ns h c ro § co t-· o

HnjrH3v£>uovor~ rH Id +j (N N rl 0 3 I \ X <D (0 Ή

X C/J -P

3 rH

3 I

(0 -H

EH a :r0 H ^ m h m o Ό β ro n n oo C rt) o o o o «J fl P o o o o 01 .p 3 ^ k s ·.

C -P 30000 (ö -H -P

J E -3 «5

r λ; E

3 3 H 3 I -P O O O H1

JC \ 00 00 UO (N

U3 rH

a> ~ S3 z

C -H

O a Λί Oi P >1 H1 N CO li

0) >1 > -P

. . x

X

M γί

O

____ E *· * • · -H H CO in H) U)

- W

li 78123 23 „ „ h g 8 g g g g -p k u u h h u -p cd td co cd cö cö 0 ·Η ·Η ·Η ·Η ·Η Ή

C «J Λί Ai Ai Ai -¾ M

<D Ό m ta ta ta co w cli .G <u o> o <u ¢) <u ^ 3 Ai Ai Ai Ai Ai Ai H ta aJ>> ot—o m a a m cm m iavd t- Ov cm ov m la m p -μ m vo o avo uv vo cm ov ov m vo oo oa a o e— 1 :Q A n A A f A A A A A A A Λ A Λ ΛΑΛ +>>> o t— ov covot— o i—i o cm vo a m ovvo coovco

ΡηΛ I OJHHI H H H I H H H I i—I i—I i—I I H H H I

co icej m cm vo -A ho cm e— mm o-a co la ov h la vo a ca co ov vo ov co •h i co uv i vo-A i mm i mm i m a l mm H —' OO OO oo oo oo oo

I fcjQ ft ft ft ft AA AA AA AA

-p —' oo oo oo oo oo oo o,

CO

•nm m -a o h o > o a- ov cm m m

ice cm i! m li m ι i t— iioo livo il Ä ·—· A m m CM CM A

| tjjQ A A A A A A

-P o o o o o o

Pn

Is • H · · PK O OO O 00 00 O CO VO o oo A OO o H Oi g ^ cm mm cm vo o vo cmov h co a cm f- la vo cmov m G » « « « « « « « « « « « « « « « « « m-p+> vo AO e— o oo t— ho o nm o nm vo vo ca

H Äh CO H H CO H CO i—I H Ον i—I i—I Ov H <—I CO

VO O A Ai H '—-A ·— ÖO

G —' H LA f- H CO LTV CM C— A LTV LA O A om LTV A CO

hi lavoa mvoH co ov o co co ov o vo m irvcoo

G 2 O Ov Ov t— VO E— VO CM HH co Ov CO VO mA A CM A

id Pi ti m LALcv a uv ia a mm m cmcm m mm m vo vo £hPh*H * « « « « « « « « « « « « « « Λ » « oa) a oo a oo a oo a oo a oo a oo |J Pn

O O O O O O

— O O O O o o «|| «|| «|| «|| »Il «Il

HO O O O O O

CU Ov OV Ov Ov OV OV

»H

aJ —« ov la c\j f- o cm a om ia cmov ia oov oo c— vo

Ph PO VO[~-ALAOVt— t— OC— LAAAVOC—COCACMPO G'-' C— AA Ov mm OO Ov OO Ov ovao CO OH Ov OH

Pii vo la ca vo la la vo cmcmvo CMCMvo mmvovovo H o « »» « « « « »« » «« « «« » ««

CC A OO A OO A OO A O O A O O A O O

c o •1-3 .

OS

H G O HH O HH O HH O HH O HH O HH

P^H H H H H H

O O

Cd H

H Ό Ό Ό Ό Tti

Pn ta ta Ph cocci Ph ca co Ph coco Ph ta ta Ph coco laa O O LAA O O LA CM O O CA CM O O LA m O O LAVO O o \ tin Sh 'ή intin \ tintin — tintin \ tintin — tintin H OHtintin Ä-Htintin O -H tin tin .G -rt tin tin Ä-Htintin .G -H tin tin

co Iti Pi tl II Dti Pt tl tl K pn 0) O 05Pn0>0> P5 Pn CU 0) PtiGnOCD

H UV PnAlpl LA Pn Pti Pti IA a Ai Pd LA Pn Gd ,M LA Pn Pd _i<i LA Pn Pd P«i i*ti £hhcm £ h cm S h h CM [H H CM ft i h CM ft ^h C\l s

•H H CM CM m A LA VO

- CO

ω 24 7 8 1 23 Käyttöesimerkki 7

Talteenottoverkkopakkaus, joka oli suunniteltu tämän keksinnön periaatteiden mukaan ja joka muodostui kahdesta taiteenottoverkkoarkista (95Pd/5Ni), sijoitettiin kolmen 5 erotusseulan väliin, kuten kuviossa 9 on esitetty ja tämä rakennelma sijoitettiin kuviossa 8 esitettyä tyyppiä olevaan reaktiokammioon 90Pt/5Rh/5Pd-hapetuskatalyytin (15 arkkia) alapuolelle. Talteenottoverkkojen mesh-luku oli 60 ja langan läpimitta 0,006 tuumaa (0,152 mm). Ammoniakin ha-10 petuskatalyytti painoi 7,1066 g. Erotusseulat olivat metal-lilankaverkkoja valmistettuina rautaseoksesta.

Ammoniakkia ja ilmaa syötettiin reaktiokammion lä- 2 vitse 292 tunnin ajan sekoitettuna kaasuvirtana 7 kp/cm 2 paineessa typpisyötön ollessa 57 t/m /d.

15 Platinan keskimääräinen talteenottohyötysuhde (η)

Pd/Ni-talteenottoseuloille määritettiin mittaamalla jokaisen talteenottoverkon Pt-otto ja Pt-häviö ammoniakin hapetus-katalyytillä analyysiarvoista.

Käyttöjakson jälkeen katalyytti painoi 6,1783 g ja 20 saadut analyysiarvot osoittivat Pt-häviöksi 1,0393 g ha-petuskatalyytistä. Talteenottoverkkopakkauksen ensimmäinen kerros painoin 1,0110 g ja platinan talteenotettu määrä oli 0,2709 g laskettuna verkon analyysiarvoista sekä platinan keskimääräinen talteenottoteho (η) oli 26,07 %. Talteenotto-25 verkon toinen kerros painoi 0,9560 g ja platinan talteenotto oli 0,1998 g laskettuna verkon analyysiarvojen mukaan ja platinan talteenottohyötysuhde oli 26,0 %. Platinan keskimääräinen talteenottohyötysuhde oli 26,4 %, mikä on erittäin merkittävä parannus samoissa reaktio-olosuhteissa toi-30 miviin tunnettuihin kaasunpoistajiin verrattuna.

Jokaisessa kokeessa käytetyt verkot ja katalyytti mitattiin ja punnittiin ennen käyttöä ja välittömästi sen jälkeen. Katalyytille ja kullekin verkon arkille suoritettiin analyysit edellä olevassa kappaleessa esitetyllä tavalla 35 platinan keskimääräisen talteenottohyötysuhteen (η) määräämi-1 seksi.

Tässä tutkimuksessa käytettyjen talteenottoverkkojen rakenteet on esitetty seuraavassa taulukossa IV.

25 78123 «a· r- 0 co vo E-< H n S - o o ω> •h tn

P G P

C tn <r\ vo id o cr\ m

•Γ-Ι tn VO (N

0 G

X P O O

Ai > P (0

rH

<3

-P

g

•H -—»V

Λ (0 o vo > = £ o n

h G <3 G <N (N

to = 3

O rH -P

Ai G <Ö \

Ai tl) rH rH

P CO (0 '—’ Ή

P

to

Eh

•H

a :t0 vo

rH VO CM

Ό <3 O rH

G (3 O O

r3 <3 E ·> *.

Di -P 3 o o

G -P P

G -H -P

' : Pi £ - p "<3 Ai £ G 3

rH G

I -P O o X \ vo vo

tn rH

d) — S 2

G -H

0 CU

- - - At Or rH rH

P Sh I l

O Sh -H -H

> 4J 2 2

G G

O :0 :θ G

U) -P G -P CU

Ai Sh Ai Sh a

rö ifO »H tfO O

»T) ^ (0 H

26 78123 Tämän tutkimuksen perusteella talteenottoverkkojen massasiirtoyksikön geometriseksi keskiarvoksi saatiin laskemalla 0,260.

Käyttöesimerkki 8 5 Käyttöesimerkin 7 mukainen menettely toistettiin, paitsi että talteenottoverkon käyttöjakso oli 483 tuntia. Tämän tutkimuksen tulokset mukaan luettuna platinahäviö, platinan saanto talteenottoverkoille ja niiden talteenot-tohyötysuhteet on esitetty taulukossa V. Nämä tulokset on 10 esitetty myös kuviossa 7.

27 781 2 3 I o o o > S* -P h Vi -P cd n) 0 ·Η ·Η

Cd) M Ai ωχ) tn to d £ ω ω -p 3 Ai Ai H to cd >> c^ o n- Ο Η -=ί

•P -P o O O H m CM

| ;Q Λ * λ ft p ^

-p >> Ό VO VO OOOJO

(x, i cm cm cm i cm m m to :tt) 0\ 00 O t— to o o\ nm •h -—- t— us m o-

H bO I OJ H I m CVJ

1 --- « <* K II

-P o o o o

Ph to

•nm H

> σ\ <x> :cd ^ m II E— Il

Ä bO O H

I ► »

PH H

o.

tÄ O o o o o o

—· t“ O O) )£) H LO

A A A A AA

P VO VO O OV CM c~-

O Ph 00 CM CM CO ^ mCM

Ai cd cd ,¾ ·Η ·Η

3 ^ -P -P

H bO C C

3^-3 3 cd i m.p oo m-p nm H 3 O CO H VO VO H 1Λ ftct^CM hio loco mov

P.-H H On OOv com OOV

O td «CM ΛΛ " -=T t, r,

P ft VO W HO LO —- HO

1Λ O O

: o o

" I I " I I

-PO o ; P. σ\ Ov »ml

ed'-'vo mto cm mcM

Ph bO VO OvOOv om 3 —-o ptto m mcm

Ai H OO OO H 00 OO

rH O Λ AA A AA

<ct— o o t— oo c a» • r-3 .

0 ε LT\ rH r—I LTV rH rH

*"j 3 H H

s I

CO H

H H

Ό I X) I

“f Ph ·Η CO CO Ph H to tn

IOK001OS00 \ U ftl ^ P >H

-Ρ.Ο-ΗΡιΡι.Ο-ΗΡΡ, to k Ph ω ω ps p, ω ω PO ft Ai Ai ft Ai Ai

* · ft H H CM f£ ί H PJ

ύ •H C— 00 tn w 28 7 812 3

Platinan talteenottohyötysuhteen (η) paraneminen 95Pd/5Ni-talteenottoverkkojen suhteen käyttöesimerkeissä 7 ja 8 on esitetty taulukossa VI. Edulliset vaikutukset, jotka aiheutuvat palladium/nikkeli-seoksen käytöstä ja tä-5 män keksinnön mukaisten Pd/Ni-verkkojen korkeista massa-siirtoluvuista, tekevät ne erittäin sopiviksi platina/ro-dium-metallien talteenottoon. Taulukon VI erot osoittavat tämän keksinnön mukaisten Pd/Ni-talteenottoverkkojen edut ja platinan talteenottohyötysuhteen parantumisen esimerk-10 kien 7 ja 8 mukaisissa 95Pd/5Ni-talteenottoverkoissa verrattuna esimerkkien 3 ja 4 mukaisiin 80Pd/19,4Au/0,6Ru-talteenottoverkkoihin, joiden alkuperäinen MTU-arvo on vastaava .

li 29 7 81 2 3

CN

m

rH

o Ή 2 (0 m -p r-, \ -P ^

Ό Η ·Η CO dP dP

<D a, I E H

Ό m ·η -H * ή "3· xl σ\ 2 a o o cm P :rd 11---

CO ·· -rH rH ·· ΙΟ O

>1 co Oi D cn m -P 3 ft V Eh :0 E >i XI 2

>1 P >1 CO I

H XI -P Eh 0) 3

>0 tn E M

-P O I Ή 0 -P o O <, MO 2 10-- -X c P Cl)

rH 0) P

P -P « <d

Id rH VO -P

Eh id - -P

P O -H

\ E

C P -rl cd C Λ C :<d

•H * (N rH dP dP

-P cn rd —I ή E -—v m t—

rH \ ft g m o\ CO

CP Ό dl 00 - * I I

Cu >1 m rH o

O 1>1 t— - rH »—I

00 Eh O O

... », ·· o ··

¢0 D

P -Eh

E Λ S

P CO I

-P 0) P

CO E M

0 I Ή O O < 2 oo — Λί λ:

- M

0) E m <3· r- co

•H

CO

ω 30 7 8 1 23

Vertaileva käyttöesimerkki 9

Talteenottoverkkopakkaus, joka muodostui viidestä 80 % Pd:20 % Au -metallilankaverkkoarkista, joiden mesh-luku oli 24 ja langan läpimitta 0,008 tuumaa (0,203 mm), 5 sijoitettiin kuuden erotusseulan väliin kuviossa 9 esitetyksi rakenteeksi. Tämä rakenne sijoitettiin välittömästi platinaseosta olevan katalyyttipakkauksen (90Pt/5Rh/5Pd) jälkeen typpihappolaitokseen, jossa typen syöttö oli 78 tonnia (laskettuna ammoniakkina) neliömetriä kohti talteen- 10 ottoverkon tehokasta poikkipinta-alaa kohti vuorokaudessa 2 (s.o. 78T/m /d). Laitosta käytettiin 77 vuorokautta, minä aikana hapetuskatalyytti menetti 6 373 g painostaan, josta 92 % eli 5 847 g arvioitiin olevan platinaa. Talteenotto-rakenne poistettiin 77 vuorokauden käyttöjakson jälkeen, 15 punnittiin ja analysoitiin talteenotetun platinan määrän määrittämiseksi. Platinan talteenoton havaittiin olevan 1 306 g eli likimain 22 % arvioidusta menetetystä platinasta .

Talteenottopakkauksen yhden verkon massasiirtoluvun 20 (MTU) laskettiin olevan 0,05 laskettuna sen mesh-luvun (24), langan läpimitan (0,203 mm) ja typen syötön 2 /78T(N)/m /d7 mukaan. Talteenotetun platinan laskettu kokonaismäärä viidelle seulalle oli 24 %, mikä arvo vastaa hyvin havaittua talteenottoprosenttia, 22.

25 Tämän järjestelmän tehokkuuden osoittamiseksi muodos tettiin talteenottoverkkopakkaus sijoittamalla viisi verk-koarkkia (valmistettuna 80Pd/19,4Au/0,6Ru-seoksesta), joiden mesh-luku oli 36 ja langan läpimitta 0,0071 tuumaa (0,180 mm), yksitellen kuuden erotusseulan väliin. Täten 30 valmistettu talteenottoverkkopakkaus sijoitettiin reakto- 2 riin, jossa typen syöttö oli 78T(N)/m /d. Tässä käytössä -- yksittäisen verkon massasiirtoluvuksi (MTU) laskettiin 0,082 ja ennustettiin, että viisi talteenottoverkon arkkia ottaisi talteen noin 34 % hapetuskatalyyttiverkosta mene-35 tetystä plastinasta.

Talteenottoverkkopakkaus sijoitettiin laitokseen välittömästi hapetusverkkopakkauksen jälkeen ja laitosta

II

3i 78123 käytettiin 78 vuorokautta, minä aikana hapetuskatalyytti menetti 6 624 g painostaan, josta 92 % eli 6 095 g arvioitiin olevan platinaa. Talteenottoverkkopakkaus poistettiin 78 vuorokauden käyttöjakson jälkeen ja talteenotetun plati-5 nan määrän havaittiin olevan 35 % laskettuna talteenotto-verkon painosta ja platina-analyysistä. Tämä arvo vastaa hyvin arvioitua 34 %:n talteenottoa. Nämä arvot on esitetty kuviossa 7.

Vertaileva käyttöesimerkki 10 10 Talteenottoverkkopakkaus, joka muodostui kuudesta talteenottoverkon arkista, joiden mesh-luku oli 36 ja langan läpimitta 0,0071 tuumaa (0,180 mm), sijoitettiin yksitellen seitsemän erotusseulan väliin. Talteenottoverkon arkit valmistettiin metalliseoksesta, joka sisälsi 80 paino-% 15 palladiumia, 19,4 paino-% kultaa ja 0,6 paino-% ruteniumia. Talteenottoverkko sijoitettiin välittömästi platinaseosta (90Pt/10Rh) olevan ammoniakin hapetuskatalyytin jälkeen typpihappolaitokseen, jossa typen syöttö oli 65 tonnia (ammoniakissa) neliömetriä kohti reaktorin poikkileikkauspin- 2 20 ta-alaa vuorokaudessa (s.o. 65T(N)/m /d). Laitosta käytettiin 61 vuorokautta, minä aikana katalyyttipakkaus menetti 4 261 g painostaan, josta 92 % eli 3 919 g arvioitiin olevan platinaa. Langan koon ja talteenottoverkon mesh-luvun sekä kyseessä olevan laitoksen typen syötön perusteella 25 yksittäisen verkon massasiirtoluvun (MTU) havaittiin olevan 0,093 ja ennustettu kokonaispakan talteenotto platinan suhteen laskettiin 43 %:ksi. Tämä ennustettu talteenottoar-vo (43 %) vastaa hyvin 52 % olevaa todellista tai havaittua platinan talteenottoa. Tämä tulos on esitetty kuvios-30 sa 7.

Käyttöesimerkki 11

Platinan talteenottoverkkopakkaus, joka oli valmistettu 95Pd/5Ni-seoksesta, sijoitettiin yksitellen seitsemän erotusseulan väliin. Tämä pakka sisälsi kuusi platinan tal-35 teenottoverkon arkkia, joista kolmen ensimmäisen mesh-luku oli 45 ja langan läpimitta 0,0083 tuumaa (0,211 mm) ja kolmen viimeisen mesh-luku oli 60 ja langan läpimitta 32 7 8 1 23 0,005 tuumaa (0,127 mm). Tämä pakka sijoitettiin välittömästi 90Pt/5Rh/3Pd-seosta olevan ammoniakin hapetuskatalyyt-tipakkauksen jälkeen typpihappolaitokseen, jossa typen syöttö oli 38 tonnia (ammoniakissa) typpeä neliömetriä kohti 5 verkon tehokasta poikkileikkauspinta-alaa vuorokaudessa 2 (s.o. 38T(N)/m /d). Lähinnä platinan talteenottoverkoista katalyytin jälkeen oli verkkoarkki 1 ja sitten verkkoarkit 2, 3, 4, 5 ja 6, s.o. arkki 6 sijaitsi kauimpana kaikista arkeista. Laitosta käytettiin jatkuvasti 71 vuorokauden 10 ajan, minä aikana ammoniakin hapetuskatalyytti menetti 13 777 g painostaan, josta 12 689 g (92 %) arvioitiin olevan platinaa.

Platinan talteenottoverkko poistettiin 71 vuorokauden käyttöajan jälkeen laitoksesta ja se purettiin tarkas-15 tusta varten. Käytön aikana verkon lankojen läpimitta kas-voi niiden alkuperäiseen läpimittaan verrattuna ja tämä kasvu vaikutti merkittävästi niiden massasiirtolukujen arvoihin. Langan turpoamiskerroin (S) jokaista verkkoarkkia varten määritettiin seuraavasta yhtälöstä: 20 (keskimääräinen lopullinen (alkuperäinen langan s _ langan läpimitta)_ läpimitta)_ (alkuperäinen langan läpimitta) ja näiden laskujen tulokset on esitetty taulukossa VII.

25 Taulukko VII

Verkkoarkin numero Keskimääräinen turpoa miskerroin (S) 1 1,45 2 1,30 30 3 1,08 4 1,08 5 0,90 6 0,90

Langan alkuperäisen läpimitan, mesh-luvun ja typen 35 syötön perusteella arvioitiin verkkopakkauksen platinan ko-konaistalteenotoksi 69,8 %. Lankojen lopullisten läpimittojen perusteella jokaiselle platinan talteenottoverkolle li 33 78123 voidaan arvioida platinan talteenoton olevan 83,7 %. Talteenotto, joka sopivasti perustuu lankojen lopullisten ja alkuperäisten läpimittojen geometriseen keskiarvoon, on 76, 4 %.

5 Analysoitaessa platinan talteenottoverkkopakkaus, osoittautui todellinen pakan kokonaistalteenotto olevan 9 517 g (75,0 %) platinaa. Havaittu 75,0 % oleva talteenotto vastaa hyvin 76,4 % olevaa arvioitua talteenottoa.

Yhteenveto parametreista käyttöesimerkkien 9-11 10 talteenottoverkkopakkauksia varten ja niiden vastaavat platinametallin talteenotot on esitetty taulukossa VIII seuraavassa, 34 7 8 1 2 3 to

•H <U

a5 T3 D C A p o p p cm trv cvj tr\

0 i>> ¢(^ CM no ltv f— I

A P !>

1 ro cd P >> « ft A

0

C P P

O P P

to O P X

ii C O X

P O p —' -3- _3· CO OVD

ui (D BiK w on j c— c— M P P ^ A H c

cd cd C

Λ P W

1 —' a) ί wW .« ο p o •op vo oo on c— ·ο 0 > to j σ\ a to .X cd P to t- t- vo »

X H P » » » « O

Ρ·Η to oooo > < P o f-< at

•H

I A

CO—' to aj p S t/v cm on σ\ o

coCPEhlacoovOv M

M t0-H,X2OOOH

M Ctt -HP —- » « » » CC

i—t S tn H OOOO o td > C td • h p

O C to U P

,X O P P tH

A to p > b- CO H H 0)0 P ,¾ .p ft t— VO C" Θ·Η r—I td ·Η O ft P b ft o toj

td bO H

H XX

1 — p p p C C

0)¾¾ <;<<·η Oai

O'-' OOOS PbO

0 (M CM CM LTV O C

,x to \ \ a a)

top ΌΌΌΌ p O H

os ft a, ft ft re o

op OOOLA VO P C

CO p cocoaoov »HO

o td o cd \ p to P —' P ·Η

P H H CO <tCH

C Ή to CO t- t- CO ΙΛ _3-®H

tdgs ooooo »cp bO-H P OOOOO Ον -H ft

C ft P » » » « » PHPO

tdtcdp ooooo C^tdH

H H -— Ο Φ H

CM ft ft «3

--- O '“D

1 t) co a Ä P ft P c to ie pvo \o ιλο Ο··ρο OP OJ to (O 4-VO aocooo S H P p to ·· E to ·Η tfl p P :td C p P c u o e to c o •o · P O O ft

OS POP

HP ΙΛΙΛ tfl toto lfl,xc.x

3 is 1—V'-' o OH

Op oca) CO H >s o o to a > p

to ·Η ·Η H P

P 1 I H H oJ P

PO H H to

:0---. O O :cd P

Xm S Ό B C

toS OtO LA OO ·ΗΟ:3θ t^C-VOCO K Eh Eh ft

C -- ^—· X X

os X

Ch s—"

B

o

P

• K

S O

•h C Ον O H

to C H H

ft 35 7 81 2 3 Käyttöesimerkki 12

Talteenottoverkkopakkaus, joka muodostui kahdesta verkkoarkista (80Pd/19,6Au/0,4Ru), sijoitettiin kolmen ero-tusseulan väliin ja tämä rakennelma sijoitettiin ensimmäiseen 5 reaktiokammioon 90Pt/5Rh/5Pd-hapetuskatalyytin (10 arkkia) jälkeen. Pd/Au-verkkojen mesh-luku oli 36 (lankaa lineaarista tuumaa kohti) (N) ja langan läpimitta (d ) 0,0071 tuu- w maa (0,180 mm) (N x d = 0,256). Hapetuskatalyytti painoi

W

4,6963 g ja talteenottoverkkopakkaus painoi 5,1737 g ennen 10 käyttöä. Jokaisen talteenottoseulan pinta-ala "a", s.o. lankojen pinta-ala verkkopakkauksen yksikkötilavuutta kohti, -1 2 oli 4,6 cm ja 0,00159 m g kohti talteenottoverkkoa. Ero-tinseulat olivat laajasilmäistä metallilankaverkkoa valmistettuina rautaseoksesta.

15 Toiseen kammioon, joka sijaitse välittömästi ensim mäisen kammion takana, sijoitettiin toinen verkkopakkaus, joka muodostui kahdesta talttenottoseulasta (80Pd/20Au) sijoitettuina kolmen erotinseulan väliin.

Nämä kaksi kammiota esikuumennettiin 300°C lämpöti-20 laan ja ammoniakkia sekä ilmaa syötettiin niiden lävitse sekoitettuna kaasuvirtana 7 kp/cm paineessa kokonaisvir- 3 tauksen ollessa 19,2 m tunnissa. Ammoniakki muodosti 10 % kaasuseoksesta vastaten 57 tonnin typen syöttöä neliömetriä 2 kohti vuorokaudessa, s.o. 57 t(N2)/m /d. Tämän käytön aika-25 na ensimmäinen kammio pidettiin 930°C lämpötilassa ja toinen kammio pidettiin 890°C lämpötilassa. Koe suoritettiin 146 tunnin aikana ja typpioksidien (ΝΟχ) saanto oli 98,4 %.

Pd/Au-verkkojen painotalteenottohyötysuhde (η') määritettiin mittaamalla jokaisen talteenottoverkkopakkauksen 30 painon kasvu ja ammoniakin hapetuskatalyytin painohäviö. Painoero muutettiin sitten painotalteenottohyötysuhteeksi (η1) seuraavan yhtälön: η' = l-(l-R)1/n 35 avulla, jossa n ja η' ovat samat kuin edellä ja R on tal-teenottoverkosta saadun jalometallin paino jattuna pakkaukseen syötetyn kaasuvirran sisältämän jalometallin painolla.

36 781 23

Kokeen jälkeen katalyytti paino! 4,3973 g, jolloin häviö oli 0,2989 g sem alkuperäisestä painosta. Verrattaessa talteenottoverkkopakkaus ensimmäisessä kammiossa painoi 5,2350 g, sen painonlisäys oli siis 0,0623 g. Näiden arvo-5 jen perusteella talteenottoverkkopakkauksen talteenotto-hyötysuhde (n') ensimmäisessä kammiossa oli 14,6 %. Laskettaessa talteenottoverkkopakkauksen painotalteenottohyÖ-tysuhde toisessa kammiossa on otettava huomioon ensimmäisen kammion talteenottohyötysuhde.

10 Suoritettiin vertailevia tutkimuksia toistamalla tä mä menettely käyttäen vaihtelevan mesh-luvun ja langan läpimitan (dw) omaavia verkkoseuloja. Jokaisessa tutkimuksessa käytettyjen verkkoseulojen ja katalyytin painot mitattiin ennen käyttöä ja välittömästi sen jälkeen ja paino-15 erot muutettiin painotalteenottohyötysuhteiksi (n.*) · Molemmat kokeet suoritettiin samoja käyttöjaksoja käyttäen. Esimerkeissä 12-17 käytettyjen katalyytti- ja talteenottoverk-kojen rakenteet on esitetty taulukossa IX. Molemmissa kokeissa typpioksidien saannot olivat alueella 96 - 98,9 %.

li 37 7 8 1 2 3

3 li 00 in N 1/1 (N

Ό κι <t σι H m oi /N cm r-1 n n f—i X - - - “ ' o o o o o o z vo

(0 I—I O CN VO LO ON

rH vo m r- oo vo ro

13 t? r-l CO CN ON rH rH

I \ o o o o o o

<Ö<N O O O O O O

-PE *>*>-*-*·*

G O O O O O O

•H

Dj n G E ns υ tH \ vo rH rn tj> vo o

Gon «a· o vo o vo m

Φ E Ή rH

x wo

H

Ο I

x tn a: ·η g φ -—

ιΗ CON

G -he G E \

EH OtJ! on ΓΟ Γ0 in *3· O

-- n in tn h m n C ο t- σι

<tJ O

t—I G Ή p—t G -H Φ «3 in Dj

•H

Oj --.

:itl (0 H 3 rO I—t I—I σν ov r-t o TJEr^rnromr-oo G Goooooo (0GGOOOOOO tJi-P -P ->·-*«'

G4-)\0 O O O O O

(0 *rl H

tG E —' i G- t/lAIZvOOOOOH’ qjd— roooLnoOLn<N S Ή

*H

Dj

Dj >, >—I on ro rr m vo

Eh :0 -P · -PE 0ΝΠττιηνοΓ~

Ϊ>Ί ·Η I—I iH r—I r-1 rl H

:/d tn X <l) 38 7 8 1 2 3

Painohäviöt käyttöesimerkkien 12-17 katalyyteille ja painokasvut vastaaville talteenottoseuloille ja niiden talteenottohyötysuhteet on esitetty taulukossa X.

I: 39 7 81 2 3 <υ Ό

A

3 (O

tn ·η >i- uo m n in h m tn rr σι ιο o <n +j C <0 :0 en es ιΗ»-( Γ'Π ιο σι o -h <0

rH i—1 »H '—( rH H H rH CN I—( »H rH i 1 1 I

K 0 d)

CO

— o

•H X

tn x

0 M

ω 0 tl) >1 I >

:rö>i oho o Tr o h n n vo rH rr vomo n oo oo O

WP (TiiHiH H ^J1 UO 00 in CN TT LO (N Γ- rH O U) (Tl P

•h P σι oo uo ίο ίο cn uo m ro r- uo m r-~ uo invo in P

H 0) tT NOO CN O O 00 o O (NOO CN O O 00 O O O

0- P .................- G

G >i OOO OOO OOO OOO OOO O O O <D

•h :<o i++ i++ i++ i++ i++ i++ d)

(0 Λί -P

CM -- rH

<o

P

o X C G (0

H d) P

O Λ 03 A

x a>x co

X r-H omo (MSMO ^TCNO HlD^ in 1/1 Tf lilCN^ X

0 ctdJ ravoin oo o o o oo moco mmo in o ro

rH αϊτό σ r- oo cn in in 10 h σι uo (-- σ mow tr h h G

0 tn (J10OCNCN H*CNCN (O OI (N rf θ' ^ΤΟΟΓ' ΓΟ σι CTi ·Η

(0 X C » * * ' ~ >· ' - ' * - * ^ ' -H

E-· 0:0 >t in in rj rj rr in h« η< m h1 n· h· P

(JP P

λ; >i d)

p<; :r0 P

«3 X >, & :t0 λ;

G

<L) CT> ro oo r» (Now mot" r-' tn o n- o h· oo^roo :rö

ω w m oo r-· ro oo www m cn oo cn uo in muin P

•h- cn σι t-' co σι h coh-oo σι o (n ocno σ h· in P

«3 -H WHH ΦΗΝ ICCN(N Ifl O· > Τ' Τ' ΙΟ 00 00 Q) X n ' ' ' » ~ ^ ^ ^ - ' ' - ' * * ^ ro 03 r» in in <τ ί· rf h· h· n1 in rf rf m tr >t rt - ro

1- 0 D (0 rH

(0 0 P d) G P tn o -h en •ro · 0000 0000 0000 0000 0000 0000 03 0 e x p

H 3 XX XX XX XX XX XX PO

3 X O O O O O O (OP

d) 3 i—ItNCN H (N (N rHfNCN r-ICNCN rH(N(N rHCNCN P d)

ω -H

X s ro ro d)

E

X3 Ό Ό Ό Ό Ό XrH

Oj Oi di CM 0< Oi O

m h h un (N cn m oo oo m rr m m o1 m m ιο io cn χ \ \ \ \ \ \ =

P A -H -H A -H -H A ·* -H P -H -H A -H -H A -H -H X

:0 κο,ακαο,καακαακο,ακΛα P mftCL m0,(L m(LQi mQilL inCLQi t(0 P >1>1 P >!>, P >!>, P >1>l U >,>, P >|>1

X IEhB fttiH ΛΗΗ ftHti Oihh PihtH

. - · :0 P · PE cn oo Tr m uo r*

*H rH »—( rH rH rH rH

:c0 en X 0) 40 781 23 Nämä arvot vahvistavat sen suuren talteenottohyöty-suhteen (η.1) / mikä on saatavissa tämän keksinnön mukaisten talteenottoverkkojen avulla. Lisäksi ne osoittavat, että käyttöesimerkkien 15 ja 16 mukaisilla verkoilla, joiden 5 mesh-luvun ja langan koon välinen tulo on suurempi kuin 0,3, saadaan erinomainen talteenottohyötysuhde.

Suoritettiin analyysejä platinan talteenottokyvyn (η) vertaamiseksi painotalteenottohyötysuhteeseen (η'). Nämä analyysit vahvistavat myös, että verkot ottavat talteen 10 sekä platinaa että rodiumia. Taulukossa XI on esitetty näiden tutkimusten tulokset mukaan luettuna platinan ja rodiu-min talteenoton välinen suhde.

Taulukko XI

Tyyppi N x dw η' (%) Π (%) Pt/Rh-talteenottosuhde 15 3 0,195 11,1 16,5 2 0,248 13,2 10,9 46,3 4 0,312 15,9 17,5 39,9 Näiden tutkimusten perusteella voitiin todeta, että palladium/kultatalteenottoverkot, joiden mesh-luku (N) on 20 alueella noin 50-80 ja langan läpimitta alueella noin 0,003 - 0,018 tuumaa (0,076 - 0,457 mm), omaavat erikoisen edulliset jalometallien talteenotto-ominaisuudet edellyttäen, että niissä tulo N x d., on vähintään noin 0,3.

·_ w

On myös havaittu, että talteenottoverkkojen ensimmäi- 25 sessä kammiossa ja saman koostumuksen ja rakenteen omaavien talteenottoverkkojen välillä toisessa reaktiokammiossa ei ole merkittävää eroa niiden painotalteenottohyötysuhteen (η') suhteen. Lisäksi näistä arvoista ilmenee, että saadaan merkittävästi parantuneita tuloksia käytettäessä käyttöesi- 30 merkeissä 15-16 esitettyjä talteenottoverkkoja, joiden N x d,, arvot ovat vaadittavat. On ilmeistä, että näiden mää-w rättyjen talteenottoverkkojen N x -parametrien arvot ovat vähintään 0,3.

Edellä esitetyt arvot osoittavat, että 80 % palla-35 diumia ja 20 % kultaa sisältävien talteenottoverkkojen hyötysuhde ammoniakin hapetusprosessissa on merkittävästi parantunut valmistamalla nämä verkot siten, että alkuperäinen 4i 76123 N x -parametri on vähintään noin 0,3. Tämän keksinnön mukainen suositeltava toteutus käsittää talteenottoverkko-rakenteen, joka muodostuu useista tällaisista talteenotto-verkkoseuloista sijoitettuina useiden erotusseulojen väliin.

5 Seuraava esimerkki esittää parannuksen painotalteen- ottohyötysuhteeseen, mikä voidaan toteuttaa Pd/Ni-talteen-ottoverkkojen avulla.

Käyttöesimerkki 18

Talteenottoverkkopakkaus, joka muodostui kahdesta 10 talteenottoverkkoarkista (tyyppi Ni-B: 95 % Pd/5 % Ni), sijoitettiin erotusseulojen väliin ja tämä rakennelma sijoitettiin ensimmäiseen reaktiokammioon 90 % Pt/5 % Rh/ 5 % Pd -hapetuskatalyytin (15 arkkia) alapuolelle. Talteen-ottoverkot sisälsivät 60 lankaa lineaarista tuumaa kohti 15 (N) ja langan läpimitta oli 0,006 tuumaa (0,152 mm) (N x d = 0,36). Ammoniakin hapetuskatalyytti painoi 7,107 g ja

Vv talteenottoverkkopakkaus painoi 5,164 g ennen käytön aloittamista. Erotusseulat olivat laajasilmäisiä metallilanka-verkkoja valmistettuina rautaseoksesta.

20 Toiseen kammioon, joka sijaitse välittömästi ensim mäisen kammion jälkeen, sijoitettiin toinen verkkopakkaus, joka muodostui myös kahdesta talteenottoseulasta (tyyppi Ni-A: 95 % Pd/5 % Ni) sijoitettuina kolmen erotusseulan väliin. Näissä talteenottoseuloissa oli 45 lankaa lineaaris-25 ta tuumaa kohti (N) ja niiden langan läpimitta (d ) oli

- . W

0,006 tuumaa (0,1524 mm) (N x d = 0,27). Talteenottoverk-

W

kopakkaus painoi 4,666 g ennen käyttöä.

Nämä kaksi kammiota esikuumennettiin 300°C lämpötilaan ja ammoniakkia sekä ilmaa johdettiin niiden lävitse 30 sekoitettuna kaasuvirtana 7 kp/cm paineessa kokonaisvir- 3 tauksen ollessa 19,2 cm tunnissa. Käytön aikana lämpötila ensimmäisessä kammiossa oli 930°C ja toisessa kammiossa ylläpidettiin 890°C lämpötilaa. Ammoniakki muodosti 10 % kaasuseoksesta vastaten 57 tonnin typen syöttöä neliömetriä 2 35 kohti vuorokaudessa, s.o. 57 t(N2>/m /d.

Painotalteenottohyötysuhde (η') Pd/Ni-talteenotto-verkoille kummassakin reaktiokammiossa määrättiin mittaamalla 42 781 23 jokaisen talteenottoverkkopakkauksen painon kasvu ja paino-häviö ammoniakin hapetuskatalyytistä. Nämä mittaukset muutettiin painotalteenottohyötysuhteeksi (n')/ kuten edellä yhtälön 5 r\' = 1 - (1 - R)1/n avulla, jossa n, n' ja R ovat samat kuin edellä. Käytön päätyttyä katalyytti painoi 6,178 g, joten häviö oli 0,929 g 10 sen alkuperäisestä painosta. Verrattaessa talteenottoseula ensimmäisessä kammiossa painoi 5,452 g, kasvu 0,288 g. Tal-teenottoverkko toisessa kammiossa painoi 4,826 g, kasvu 0,160 g. Näiden arvojen perusteella painotalteenottohyötysuhteeksi toisessa talteenottoverkossa laskettiin 13,4 %.

15 Käytetyt ammoniakin hapetuskatalyytti ja kaksi tal- teenottoverkkorakennelmaa analysoitiin niiden todellisen platinan talteenottohyötysuhteen (n) määräämiseksi sekä sen vahvistamiseksi, että Pd/Ni-seosta olevat talteenottover-kot ottivat talteen rodiumia samassa määrässä kuin Pd/Au-20 seosta olevat talteenottoverkot. Näiden analyysien tulokset on esitetty taulukossa XII, jossa platinan ja rodiumin talteenotot on esitetty suhteena.

Taulukko XII

Kammio Tyyppi N d (") N x d Hyötysuhteet Pt/Rh-tal-25 W W η' (%) n (%) teenotto 2 Ni-A 45 0,006 0,27 13,4 10,8 27,0 1 Ni-B 60 0,006 0,36 16,9 20,0 50,7 Käyttöesimerkki 18 osoittaa, että sekä nikkelipitoiset metalliseokset että kultapitoiset metalliseokset ovat 2q tehokkaita otettaessa talteen ammoniakin hapetuskatalyy-teistä menetettyä platinaa ja rodiumia ja että merkittävästi parantunut taiteenottohyötysuhde, joka liittyy suureen N x d tuloon, saavutetaan yhtä hyvin tämän keksinnön w mukaisilla kultaa sisältävillä sekä kultaa sisältämättö-35 millä talteenottoverkoilla.

Claims (9)

43 7 81 2 3

1. Menetelmä platinapitoisen katalyytin menettämän platinan ja/tai rodiumin ottamiseksi talteen ammoniakin 5 hapetusprosessissa 850°C yläpuolella olevissa lämpötiloissa saattamalla mainittu menetetty platina ja/tai rodium kosketukseen rei'itetyn osan kanssa, joka menetelmä käsittää pääasiassa palladiumista muodostuvasta materiaalista valmistetun rei'itetyn osan käyttämisen talteenottotarkoi-10 tuksiin, tunnettu siitä, että (a) mainitun osan rakenne on uusi, jolloin mainitun osan mesh-luvun (N) ja langan läpimitan (d ) alkuperäinen tulo on suurempi kuin w vähintään 0,3 ja (b) jolloin, annettua typen syöttöä vastaavasti, painotalteenottohyötysuhde (η') on funktio lan-15 gan läpimitasta (d ) ja mesh-luvusta (N) yhdistettynä ja painotalteenottohyötysuhde paranee suurentamalla mesh-lukua (N) langan läpimitan ollessa annetun tai suurentamalla langan läpimittaa (d^) mesh-luvun ollessa annetun.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 20 tunnettu siitä, että rei'itetty osa on kudottu metallilankaverkko.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rei'itetty osa sisältää pääasiassa palladiumia seostettuna yhdellä tai useammalla 25 metallilla valittuna ryhmästä, johon kuuluvat koboltti, platina, ruteeni, kulta, hopea ja kupari.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rei'itetty osa sisältää pääasiassa palladiumia ja kultaa mainitun palladiumin mää- 30 rän ollessa vähintään 80 paino-%.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rei'itetyn osan mesh-luku on alueella noin 10 - noin 80 lankaa tuumaa kohti ja langan halkaisija on alueella noin 0,003 - 0,090 tuumaa 35 (0,076 - 2,29 mm). 7612 3

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rei'itetyn osan aukkojen osuus on pienempi kuin 0,76.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, 5 tunnettu siitä, että rei'itetyn osan aukkojen osuus on pienempi kuin 0,685.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rei'itetty osa sisältää ainakin yhden talteenottoverkkoseulan, jonka hyötysuhde 10 on suurempi kuin 1 - exp(-3,45/L^'^), jossa L on laitoksen typen syöttö katalyyttiverkon neliömetriä kohti vuorokaudessa .

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rei'itetty osa sisältää ai- 15. nakin yhden talteenottoverkkoseulan, jonka geometrinen rakenne on sellainen, että talteenottojakson pituus on noin 0,9 x Tp - 1,1 x Tp, jossa Tp on katalyyttiverkon käyttöjakson pituus. l! 78123