10.3. Оптимальні умови процесу окиснення амоніаку

Вплив складу вихідної газової суміші. Для створення оптимальних умов контактування найважливішим є співвідношення О₂ і NH₃ у газовій суміші, яка над­ходить на контактування. За стехіометричним рівнянням реакції (10.4) на 1 моль NH₃ потрібно 1,25 моля О₂. Проте, як видно з рис. 10.1, таке співвідношення не забезпечує високого ступеня окиснення NH₃. Найбільша швидкість і максимальний вихід NO будуть при співвідношенні NH₃ до О₂, яке дорівнює 1:1,8‑2, що відповідає вмісту 11‑12 об. % NH₃ у газовій суміші. Практично застосовують газову суміш, в якій вміст NH₃ дорівнює 10‑11 об. %. Подальше збільшення надлишку О₂ помітно не впливає на вихід NO. При застосуванні неплатинових каталізаторів потрібно більше О₂. Таке співвідношення NH₃ і О₂ у газовій суміші зумовлюється ще й тим, що амоніачно-повітряна суміш у певних співвідношеннях стає вибухонебезпечною. На рис. 10.2 показано межі вибухонебезпечного вмісту NH₃ у газовій суміші, які з підвищенням температури розширюються. Наявність водяної пари до деякої міри ці межі звужує.

Рис. 10.1. Залежність виходу NO від співвідношення О2 і NH3 в амоніачно-повітряній суміші

Рис. 10.2. Межі вибухонебезпечного вмісту NH3 в амоніачно-повітряній суміші: 1 – область вибухонебезпечності сухої суміші; 2 – область вибухонебезпечності амоніачно-повітряної суміші над водними розчинами

На рис. 10.3 показано залежність виходу NO від температури на платиновому каталізаторі при атмосферному тиску. Як видно, процес окиснення досягає максимального ступеня при температурі 750‑850 °С. При підвищеному тиску оптимальна температура контактування дорівнює 800‑900 °С. Температура каталізаторної сітки завжди приблизно на 75 °С вища, ніж температура газів.

Рис. 10.3. Залежність виходу NO від температури	Рис. 10.4. Залежність виходу NO від часу контактування

Залежність виходу NO від часу контактування при атмосферному тиску показано на рис. 10.4. На відміну від багатьох інших процесів, збільшення часу стикання газу з каталізатором (після того, як вихід NO досяг максимальної величини) значно знижує вихід NO. Це пояснюється, можливо, тим, що за більший час відбуваються більш повільні шкідливі побічні реакції. Оптимальний час контактування для високого виходу NO, як це видно з рис. 10.4, змінюється у межах від 0,0001 до 0,0002 с. На неплатинових каталізаторах оптимальний час контактування приблизно у 100 разів більший, ніж на платинових.

На 1 м активної поверхні сітки платинового каталізатора під атмосферним тиском можна окиснювати за добу близько 600 кг, а при підвищенні тиску до 0,8‑1 МПа – до 3000 кг NH₃. З цього видно, що продуктивність каталізатора при підвищенні тиску значно зростає. Але з підвищенням тиску збільшуються втрати каталізатора порівняно з установками, що працюють під атмосферним тиском.

При всіх однакових оптимальних умовах вихід NO залежить від кількості каталізаторних сіток. Щоб досягти 98 %-го виходу при атмосферному тиску, треба мати у контактному апараті не менше трьох сіток, а при підвищеному тиску – 18‑20 сіток.