Katalizator do syntezy amoniaku i sposób otrzymywania katalizatora do syntezy amoniaku

Proces syntezy NH3 ma niezwykle istotne znaczenie dla współczesnego społeczeństwa. Szacuje się, że bez produkowanego przemysłowo amoniaku jedynie 60% populacji ludzkiej mogłoby być wyżywione. Problem ten staje się jeszcze bardziej poważny w obliczu prognozowanego na najbliższe lata szybkiego wzrostu liczby ludności świata. Ciągłe zapotrzebowanie na produkty azotowe i wysoka energochłonność produkcji amoniaku są nieustannie siłą napędową do zwiększania efektywności procesu syntezy NH3. W większości przemysłowych instalacji syntezy amoniaku w roli katalizatora stosowany jest stopowy katalizator żelazowy. Wykazuje on jednak niską aktywność w zakresie wysokich stopni przemiany. Katalizatorem drugiej generacji jest układ rutenowy na nośniku węglowym. Jego wysoka cena i możliwość destrukcji nośnika w wyniku metanizacji pod wpływem wodoru powoduje, że nie jest on stosowany na szerszą skalę. Ponadto, jego trwałość termiczna jest niska, co skutkuje spadkiem aktywności w czasie.
Przedmiotem wynalazku jest nowy katalizator do syntezy amoniaku, jak również sposób jego otrzymywania. Rolę fazy aktywnej pełni kobalt. W charakterze promotorów zastosowano lantan oraz bar. Katalizator otrzymywany jest metodą współstrącania. Jest to technika stosunkowo tania, prosta i nie przysparzająca znacznych trudności przy przenoszeniu preparatyki na większą skalę. Otrzymany katalizator ma wyższą aktywność w reakcji syntezy amoniaku niż stosowany powszechnie w przemyśle stopowy katalizator żelazowy. Ponadto, charakteryzuje się wysoką wytrzymałością termiczną i stabilną aktywnością w czasie wielokrotnie dłuższym niż katalizator na bazie rutenu.

Katalizator kobaltowy według wynalazku może znaleźć zastosowanie w wielkotonażowych niskociśnieniowych instalacjach syntezy amoniaku jako zamiennik katalizatora żelazowego, powszechnie stosowanego w przemysłowej syntezie amoniaku lub w charakterze drugiej warstwy katalizatora (obok katalizatora żelazowego) w układzie dwuzłożowym.

katalizator kobaltowy, współstrącanie, synteza amoniaku, promotor

Istotną wadą przemysłowego procesu syntezy NH3 jest wysoka energochłonność (ponad 1% światowego zużycia energii) ze względu na wysokie ciśnienie gazu w obiegu (15-30 MPa). Koszty procesu można znacznie zmniejszyć poprzez redukcję ciśnienia. Wymaga to jednak zastosowania nowego typu katalizatora, aktywniejszego od tradycyjnych kontaktów żelazowych, szczególnie w obszarze wysokich stopni przemiany. Spośród kontaktów spełniających powyższe wymagania układy ruten/węgiel modyfikowany termicznie wprowadzone zostały do praktyki przemysłowej. Pracują one w kilku niskociśnieniowych wytwórniach amoniaku (p = 9 MPa) na licencji firmy Kellogg Brown & Root. Jednak poważnym ograniczeniem dla powszechnego zastosowania układu Ru/C w procesie syntezy NH3 jest wysoki koszt rutenu. Ponadto, istnieje niebezpieczeństwo metanizacji podłoża węglowego w warunkach procesu, co mogłoby doprowadzić nawet do całkowitej destrukcji kontaktu.
Zastosowanie katalizatora kobaltowego w procesie syntezy NH3 może więc przynieść następujące korzyści:
- możliwość obniżenia ciśnienia syntezy NH3, a co za tym idzie redukcja zużycia energii. Zakładając długoletnią eksploatację katalizatora (co najmniej kilka lat pracy w reaktorze), przekłada się to na wymierne korzyści ekonomiczne wytwórni amoniaku.
- uzyskanie wyższego stopnia przereagowania dzięki wysokiej aktywności katalizatora,
- stabilna praca katalizatora kobaltowego w instalacji syntezy NH3 przez wiele lat dzięki jego wysokiej termostabilności (brak konieczności częstej wymiany złoża katalizatora),
- katalizator kobaltowy może stanowić cenną alternatywę nie tylko dla konwencjonalnego katalizatora żelazowego (ze względu na wysoką aktywność), ale także dla kontaktów rutenowych (ze względu na niższy koszt wytwarzania).

- Twórca jest zainteresowany nawiązaniem współpracy w celu dalszych badań nad wynalazkiem
- Twórca jest zainteresowany wdrożeniem wynalazku
- Twórca wyraża zgodę na udział w Spotkaniu Brokerskim