Сетка трехмерного плетения для каталитических реакций - RU2095135C1

Описание

Изобретение касается сетки трехмерного плетения из благородных металлов, предназначенной для проведения каталитических реакций в газовой фазе, в частности для каталитического окисления аммиака воздухом при получении азотной кислоты.

Применение катализаторов из благородных металлов в виде газопроницаемых тканей является надежным способом осуществления определенных каталитических процессов с оптимальным выходом продукта.

Известно применение платинородиевых катализаторных сеток при окислении аммиака для получения азотной кислоты.

Катализаторные сетки обычно изготавливают из тонких проволок из благородных металлов на ткацких станках.

Из патентной заявки EP OS 0364153 B 01 J 35/06, 23/38 C 01 B 21/26, 1990 известен способ изготовления катализаторных сеток из благородных металлов вязанием. В этой патентной заявке упомянут способ трехмерного вязания, однако не приведено никаких данных о структуре такого вязаного изделия.

Преимущество вязаной сетки заключается в наличии большой каталитической поверхности при высокой механической прочности и простоте изготовления. Недостатком является, однако, относительно высокие потери благородных металлов в начальном моменте реакции и связанный с этим малый срок эксплуатации. Кроме того, при вертикальном расположении к направлению потока реакционного газа на поверхности проволоки возможен нестационарный ход реакции с соответствующими колебаниями температуры, которые обуславливают нелинейный ход реакции и оказывают неблагоприятное воздействие на выход продукта и срок эксплуатации сетки.

Поэтому целью изобретения является разработка трехмерной вязаной сетки из благородных металлов для проведения каталитических реакций в газовой фазе, в частности для каталитического окисления аммиака воздухом при получении азотной кислоты, которая обеспечивает высокий выход продукта и стабильный ход процесса. Кроме того, необходимо обеспечить высокий срок эксплуатации катализаторной сетки при возможности самых незначительных потерях благородных металлов.

Задача решается посредством того, что сетка связана в два или более слоев, а ячейки отдельных слоев связаны друг с другом ворсовыми нитями до 10 ворсовых нитей на 1 меш (число отверстий сетки на линейный дюйм 25,4 мм), причем ворсовые нити рапсоложены под углом от 0 до 50^o к направлению потока реакционных газов.

Преимущественно используют сетку, в которой на 1 меш приходится от 2 до 6 ворсовых нитей. Предпочтительная длина нитей составляет от 1 до 10 мм. Кроме того, предпочтительно, чтобы ворсовые нити были расположены параллельно направлению потока реакционного газа, самое большое под углом от 0 до 30^o по отношению к оси потока, наиболее предпочтительно под углом менее 15^o.

Такая конфигурация катализаторной сетки приводит к значительному увеличению выхода продукта при промышленном получении азотной кислоты, вследствие чего при загрузке реактора можно экономить благородные металлы благодаря уменьшению потерь благородных металлов и увеличению срока эксплуатации катализаторной сетки в реакторе. Кроме того, исключаются также колебания температуры и локальные перегревы катализаторной сетки во время реакции.

Для изготовления такой катализаторной сетки применяют преимущественно плосковязальные машины, имеющие по крайней мере две игольные фонтуры. Ворсовые нити формируют путем связывания ячеек передней и задней игольной фонтуры. Ворсовые нити можно неоднократно вводить в петельный ряд для получения высокой доли таких нитей на единицу площади. Это дополнительно повышает стойкость к давлению и стабильность сетки. При равном весе единицы поверхности такие сетки имеют лучшую гомогенность по сравнению с сеткой, вытканной или связанной в большее количество слоев.

При каталитическом окислении аммиака в качестве катализатора используют проволочные сетки из платиновых сплавов. Окисление аммиака при этом осуществляют при использовании газовой смеси из 9 10% аммиака в воздухе по адиабатической экзотермической реакции тем, что предварительно нагретую газовую смесь пропускают через катализатор, состоящий из нескольких сеток, и с высокой скоростью конверсии и высокой селективностью превращают в монооксид азота.

Монооксид азота при последующей реакции с дальнейшим количеством кислорода воздуха превращают в диоксид азота и, наконец, в абсорбционной колонне с помощью воды превращают в азотную кислоту.

За счет высвобождающейся теплоты реакции катализатор нагревается примерно до 900^oC. В случае этой реакции при использовании катализаторов из платиновой сетки при временах пребывания реагентов в области катализатора, которые составляют величину порядка миллисекунд, достигают конверсии аммиака выше 90% с выходом монооксида азота также выше 90%
В настоящее время обнаружено, что благодаря применению каталитических сеток с ворсовыми нитями, которые располагаются по возможности параллельно газовому потоку, на несколько процентов можно повышать выход.

Реферат

Изобретение относится к сетке трехмерного плетения для каталитических реакций и может быть использовано при получении азотной кислоты на стадии окисления аммиака. Сущность изобретения заключается в том, что сетка выполнена в два и более слоев, а ячейки отдельных слоев связаны друг с другом ворсовыми нитями до 10 нитей на 1 меш, причем нити расположены под углом от 0 до 50^o к направлению потоков реакционных газов. Ворсовые нити имеют длину от 1 до 10 мм. Использование изобретения позволяет повысить степень конверсии аммиака. 3 з.п. ф-лы.

Формула