Salpetersäure

Salpetersäure ist eine wichtige Grundchemikalie, die weltweit erzeugt wird. Sie bildet die Basis für die Herstellung von Ammoniumnitratdüngemitteln, Nitratsprengstoff sowie verschiedenen komplexen Säuren.

Katalytische Netze und Systeme

Seit fast 100 Jahren stellt Heraeus aus Legierungen der Metalle der Platingruppe katalytische Netze her. Die Hauptanwendung dieser Netze war vom Anfang an die Ammoniakoxidation bei der Herstellung von Salpetersäure. Die Netze bestehen aus feinen Drähten, die zu einem metallischen Netz miteinander gewebt oder gewirkt werden. Legierungen mit einem hohen Platinanteil haben sich bei der Ammoniakoxidation als besonders geeignet herausgestellt, um den Bedingungen – vor allem den hohen Temperaturen von 830°C und mehr – standzuhalten, die in Salpetersäureanlagen auftreten.

Darüber hinaus entwickelte Heraeus katalytische Systeme, die aufgrund ausgewählter physikalischer Parameter und verschiedener Metalllegierungen in den einzelnen Netzschichten das Erreichen höherer Leistungen und verbesserter Wirtschaftlichkeit ermöglichen.

FTC-Systeme

FTC, Functional Total Control, ist ein komplettes Konzept für die katalytische Ammoniakoxidation. Ein voll integriertes katalytisches Paket wird unter Verwendung von Computermodellen ausgelegt, um die gesamten Produktionskosten zu reduzieren: Die Ersparnisse werden in erster Linie durch die Verringerung der Edelmetallverluste sowie die Reduzierung des Edelmetallgewichts der installierten Katalysatoren erreicht. Durch die Installation von FTC wird die Verwendung von Rückgewinnungssystemen im Reaktor überflüssig.

Um dies zu erreichen, verwenden FTC-Systeme speziell entwickelte, komplexe Legierungen, die eine erhebliche Reduzierung im Gesamtgewicht der Edelmetalle ermöglichen. Im Vergleich zu konventionellen katalytischen Systemen wurden pro Tonne Salpetersäure Kostensenkungen von bis zu 35 % in zahlreichen industriellen Anwendungen erreicht. Dieses Ergebnis wurde realisiert, ohne die Ausbeute der Ammoniakoxidation oder die Dauer der Produktionskampagne zu beeinträchtigen. Im Gegenteil werden die üblichen hohen Ausbeuten der Ammoniakoxidation selbst über verlängerte Kampagnen festgestellt.

Das katalytische System FTCplus reduziert die Lachgasemissionen an der Quelle. Nach der Installation des Systems reduzieren sich die Lachgasemissionen auch über verlängerte Kampagnen in vielen Industrieanwendungen um mehr als 30 Prozent.

FTC und FTCplus bestehen aus mehreren metallischen Netzschichten und können in fast jedem Reaktor verwendet werden. Weder eine Modifikation des Reaktors selbst noch ein weiterer Katalysator ist für die Verwendung erforderlich.

Heraeus bietet mehrere innovative Lösungen an, die auf der korrugierten Technologie basieren. Das Korrugieren wurde ursprünglich für die Anwendung in Hochdruck-Salpetersäureanlagen entwickelt, um den Einbau von Rückgewinnungs- oder Getternetzen zu ermöglichen, ohne dass massive Druckverluste im Reaktor auftreten. Heraeus hat diese Grundtechnologie weiterentwickelt, um die Verwendung auch auf das Gebiet der Katalyse zu erweitern. Ebenfalls wurde die Technologie modifiziert, damit sie in Katalysatorpaketlösungen angewendet werden kann.

Die Heraeus Entwicklung der Korrugier- und Profilierungstechnologie für Mitteldruck-Anwendungen stellt einen großen Schritt nach vorne dar. Durch die Verwendung des Heraeus MP-Profilierungsverfahrens kann Heraeus für Betreiber von Reaktoren mit einem Durchmesser von 2 bis 7 Metern folgende Vorteile erzielen:

  • 20 – 30%-ige Senkung der spezifischen Stickstoff-Belastung pro Oberflächeneinheit
  • verringerte Verflüchtigung der Platingruppemetalle während des Produktionszyklus
  • deutlich verlängerte Dauer der Kampagne
  • höhere Ausbeute der Ammoniakoxidation
  • leichter Ein- und Ausbau

Jedes System wird von Heraeus individuell für den jeweiligen Reaktor, die Betriebsparameter und die spezifische Kampagne ausgelegt.

Bei den hohen Temperaturen in den Oxidationsreaktoren verflüchtigt sich ein bedeutender Anteil des Edelmetalls (Platin/Rhodium) im katalytischen System. Die Dampfphase wird vom Prozessgas in andere Bereiche der Anlage abgetragen, was zu einem beträchtlichen Metall- und finanziellen Verlust für den Betreiber führt. Um diese Verluste über die Gasphase zu verringern, wurden Systeme entwickelt, die als Rückgewinnungs- oder Gettersysteme bezeichnet werden. Diese Systeme werden als Netze hergestellt, die hauptsächlich aus Palladium bestehen, und werden im Reaktor unmittelbar unter die katalytischen Netze gelegt. Diese Systeme können typischerweise eine Rückgewinnungsquote von mehr als 80 % des aus den katalytischen Netzen verflüchtigten Platins erreichen. Obwohl diese Rückgewinnungs- oder Getternetze während des Einsatzes Palladium verlieren, erfolgt dieser Verlust langsamer als die Auffangrate des Platins. Darüber hinaus ist Palladium normalerweise wesentlich weniger teuer als Platin.

Heraeus hat primäre, sekundäre und tertiäre katalytische Lösungen entwickelt, die eine wesentliche Senkung der N2O-Freisetzung ermöglichen. Das Hauptanwendungsgebiet ist in Salpetersäureanlagen, die erhebliche Mengen N2O, häufig als Lachgas bezeichnet, freisetzen.

Das Treibhausgas N2O ist 310 Mal schädlicher als CO2. Jährlich werden ca. 1,2 Mio. Tonnen dieses Gases von der Salpetersäureindustrie freigesetzt. Dies entspricht dem CO2 Ausstoß von 80 Mio. Personenwagen.