СПОСОБ СИНТЕЗА АММИАКА Советский патент 1937 года по МПК C01C1/04 

В настоящее время производство синтетического аммиака осуществляется из чистой азотоводородной смеси в присутствии железных катализаторов при температурах 400-600° под давлением от 100 до 1000 ата. Так, например, синтез аммиака по методу Габер-Боша проводится при давлении 200 ата и температурах 500-600°.

Выходящий из колонны газ содержит от 5-10% NH₃, причем с 1 см³ катализатора получается около 1 г NH₃ в час. В системе Нитрожен синтез аммиака осуществлен при давлении 300 ата и температурах 475-525°, содержание аммиака в газе составляет 15-17%, и на 1 см³ катализатора получается 2-2,5 г NH₃ в час. В системе Казале синтез проводится при давлении 750-800 ата и температуре 600°, выходящий из колонны газ содержит до 15% NH₃, что эквивалентно выходу лишь 1-1,5 г NH₃, на 1 см³ катализатора в час. В системе Клода синтез аммиака проводится при 1000-1100 ата и температуре 500-650°.

Концентрация аммиака при объемной скорости газа 100000 достигает до 25% NH₃, а производительность 1 см³ катализатора составляет до 6 г NH₁ в час. Таким образом, максимальный съем аммиака с 1 см³ катализатора составляет 6 г NH₃ в час.

Из работ Ларсона и Доджа по изучению равновесия синтеза аммиака при высоких давлениях известно, что при постоянной температуре с повышением давления константа равновесия уменьшается, а содержание аммиака в равновесной азотоводородной смеси резко возрастает. Например, при давлении 100 ата и температуре 550° равновесный % NH₃ составляет 6,8%, а при 1000 ата и той же температуре равен 41,1% NH₃.

Следовательно, применение сверх высоких давлений, т.е. давлений выше 1000 ата позволит резко увеличить. выход аммиака. Но обычно применяемые катализаторы синтеза аммиака, состоящие из магнитной окиси железа с небольшими добавками: K₂O, Al₂O₃, Na₂O, SiO₂ и MgO при сверх высоких давлениях оказались либо чувствительными к отравлению, либо при испытании разрушались до порошкообразного состояния.

Пример 1. В аппарат синтеза было загружено 5 см³ катализатора с содержанием 2,5% K₂O и 4,5% Al₂O₃ при давлении 2000 ата и объемной скорости 10000. Процентное содержание аммиака в выходящем газе составило 7,3%. При выгрузке половина катализатора оказалась в виде порошка. Автором настоящего изобретения найдено, что при сверх высоких давлениях, т.е. выше 1000 ата активными и устойчивыми железными катализаторами оказались катализаторы с большим содержанием примесей: CaO, MgO, SiO₂, Al₂O₃, K₂O и Na₂O, которые при низких давлениях обычно мало активны, причем наиболее активными оказались железные катализаторы, содержащие указанные примеси в количестве не менее 25%.

Пример 2. В аппарат синтеза аммиака было загружено 3 см³ магнитной руды с содержанием до 25% примесей, главным образом, MgO и SiO₂.

Пример 3. Загружено в аппарат 3 см³ магнитной руды с содержанием примесей до 40% CaO, MgO, SiO и Al₂O₃.

Пример 4. В аппарат синтеза аммиака было загружено 3 см³ магнитной руды с содержанием активаторов 25% и выше, и был проведен синтез аммиака.

Испытание проводилось на азото-водородной смеси с содержанием водяных паров около 0,1%.

В качестве катализатора применялась естественная магнитная руда без какой-либо предварительной обработки, но с различным содержанием примесей. Содержание водяных паров на выходе из аппарата составляло 0,03%.

Способ синтеза аммиака под давлением выше 1000 ата в присутствии железного катализатора, содержащего в качестве активатора различные комбинации, состоящие из K₂O, Al₂O₃, Na₂O, SiO₂, СаО или MgO, отличающийся тем, что катализатор содержит названные добавки в количестве не менее 25%.