ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Стадии и элементарные акты процесса каталитического окисления аммиака из "Общая химическая технология Том 1" Влияние состава исходной газовой смеси. Для окисления аммиака его в большинстве случаев смешивают с воздухом, к которому иногда добавляют кислород. Вместо воздуха применяют также кислород и смеси кислорода с водяным паром. [c.346] От состава омеси в основном зависит и тепловой баланс контактного аппарата и температура катализатора, в свою очередь, существенно влияющая на скорость процесса и выход окиси азота. С уменьшением содержания аммиака в смеси (при отсутствии подвода тепла от постороннего источника) температура катализатора понижается, что может неблагоприятно отразиться на выходе окиси азота. Для повышения температуры катализатора прибегают в этом случае к подогреву воздуха путем теплообмена с выходящими из контактного аппарата горячими нитрозными газами. [c.347] Повышая содержание аммиака в реакционной смеси, необходимо учитывать также способность смесей, содержащих аммиак и кислород, воспламеняться со взрывом при определенных условиях. Если газовая смесь имеет начальную температуру 18°, то нижней границей взрывчатости является содержание аммиака, равное приблизительно 16°/о, т. е. смеси, содержащие менее 16% аммиака, при зажигании искрой не взрывают. Верхняя граница взрывчатости при этой же начальной температуре соответствует приблизительно 26,5% аммиака, т. е. смеси с большим содержанием аммиака не взрывчаты. [c.347] Границы взрывчатости зависят от многих причин от начальной температуры и давления газа, от наличия в нем прилксей, в частности водяных паров, от соотношения поверхности и объема сосуда, формы и размеров его, от способа и места зажигания. Повышение начальной температуры газовой смеси расширяет границы взрывчатости. Например, при начальной температуре 250° границы взрывчатости соответствуют приблизительно 14 и 30,5% аммиака. [c.347] Границы взрывчаюсти аммиачнокислородных смесей значительно шире, чем аммиачновоздушных при начальной температуре 18° и атмосферном давлении оии соответствуют приблизительно 15,3 и 79% аммиака. С повышением давления нижняя граница понижается. [c.347] Максимальное давление, развивающееся при взрыве, также зависит от многих факторов аммиачновоздушная смесь, находящаяся под атмосферным давлением при комнатной температуре и содержащая аммиак и кислород в стехиометрическом отношении, развивает при взрыве давление 3,5 ата. [c.347] От состава смеси в значительной степени зависит производительность азотнокислотной установки, так как с увеличением содержания аммиака в исходной смеси производительность контактного аппарата при одинаковых прочих условиях возрастает. Обычно в исходной смеси поддерживают возможно более высокое содержание аммиака при минимальном допустимом избытке кислорода. [c.347] При выборе температуры процесса учитывают не только зависимость от нее выхода окиси азота, но и влияние температуры на потери катализатора. Поэтому стремятся поддерживать возможно /ООО более низкую температуру, лежащую однако в том интервале температур, в котором получается высокий выход окиси азота. [c.348] Температура газовой смеси и катализатора зависит от состава смеси, от давления (с повышением которого она при одинаковых прочих условиях растет), от устройства аппарата и от температуры предварительного подогрева воздуха. [c.348] Влияние давления. При повышении давления от атмосферного до 10 ат максимальный выход окиси азота не меняется, достигая при благоприятных прочих условиях одного и того же уровня — примерно 98%. Необходимые для достижения этого выхода температура и время контактирования зависят от давления. При более высоком давлении требуется более высокая температура и несколько большее время контактирования. Так как объем газа обратно пропорционален давлению, а врем1Я контактирования с повышением давления увеличивается незначительно, то производительность катализатора с повышением давления растет. Однако с повышением давления быстро растут потери платинового катализатора. [c.348] Влияние времени контактирования и линейной скорости газовой смеси. С увеличением времени контактирования при данной высоте слоя катализатора (при данном числе сеток) выход окиси азота растет, достигает максимального значения и при дальнейшем уменьшении скорости прохождения газовой смеси через катализатор — падает (рис. 138). Оптимальное время контактирования колеблется в зависимости от других условий ведения процесса в пределах от одной до двух десятитысячных секунды. [c.348] Для окисления аммиака на неплатиновых катализаторах требуется примерно в 100 раз больше времени, чем на платиновых. [c.349] Напряженность платиновых катализаторов под атмосферным давлением при оптимальных условиях составляет примерно 600 кг аммиака, окисляемого в сутки на 1 поверхности катализатора, и 3000 кг при давлении 8 ата. [c.349] Для объяснения рассмотренных зависимостей необходимо знать, через какие стадии протекает данный процесс и каковы элементарные акты, ведущие к образованию окиси азота и элементарного азота. [c.349] Аммиак может, как известно, окисляться как в отсутствие катализаторов, так и прн их участии. В отсутствие катализаторов всегда образуется только элементарный азот. Поэтому возникает вопрос, не образуется ли элементарный азот и при контактном окислении аммиака в результате реакции, протекающей в объеме катализаторной зоны, а не на поверхности катализатора Но это предположение должно быть отвергнуто потому, что реакция в объеме протекает при температуре контактного окисления аммиака гораздо медленнее, чем реакция на катализаторе, а также в связи с тем, что направление реакции не изменяется при наличии промежутков между сетками (при одинаковых прочих условиях). Таким образом, как окись азота, так и элементарный азот являются продуктами каталитических реакций. [c.349] Можно считать установленным (на основании расчетов и экспериментальных исследований), что скорость каталитического окисления аммиака ограничивается скоростью диффузии реагирующих веществ к поверхности катализатора и может быть выражена уравнением скорости диффузии. Так, увеличивая скорость диффузии, удалось уменьшить необходимое для течения реакции время до стотысячной доли се-куады. [c.349] Если время пребывания газа в зоне катализа недостаточно для диффузии аммиака к поверхности катализатора, то реакция ие доходит до конца, аммиак частично проходит через слой катализатора и реагирует далее в объеме с окислами азота, образуя различные соединения азота и элементарный азот. [c.350] Вопрос о том, почему одни из продиффундировавших к поверхности катализатора молекул аммиака окисляются до окиси азота, а другие дают элементарный азот, до настоящего времени не может считаться окончательно выясненным. Имеется много предположений, сводяишхся в большинстве случаев к представлению об образовании на катализаторе промежуточных соединений аммиака и кислорода, например гидроксил-амина NH2OH или нитроксила HNO, далее окисляющихся в зависимости от условий до окиси азота или до элементарного азота. Эти предположения опираются преимущественно на данные о течении реакции окисления аммиака и о поведении промежуточных продуктов в условиях, далеких от тех, при которых реакция идет в направлении образования окиси азота. [c.350] Наблюдаемые зависимости удовлетворительно объясняются следующими предположениями о сущности каталитического окисления аммиака реакция идет в сторону образования окиси азота при взаимодействии молекул аммиака с адсорбированным на поверхности катализатора кислородом, находящимся в активном состоянии образующийся активный комплекс, в состав которого входят аммиак и кислород, способен быстро окисляться кислородом до окиси азота и воды элементарный азот образуется в результате каталитического разложения аммиака. [c.350] Вернуться к основной статье