Высокотемпературное окисление аммиака на платиноидных сетках до оксида NO применяется для промышленного получения азотной кислоты. Мировое годовое производство HNO3 достигает 70–80 млн т. Около 80 % произведенной кислоты используется для получения минеральных удобрений, применяемых в сельском хозяйстве. В процессе окисления NH3 на платиноидных сетках формируются коррозионные слои, которые снижают активность и прочность сеток, а также увеличивают потери катализатора. Для повышения эффективности катализаторов, применяемых в промышленном окислении NH3, активно изучаются коррозионные структуры на поверхности катализаторов. В настоящей работе приводятся результаты исследования морфологии, микроструктуры и химического состава коррозионных структур на промышленных Pt–Pd–Rh–Ru-сетках с составом 81, 15, 3,5, 0,5 мас.%, использованных в окислении NH3 воздухом при Т = 1133 К и давлении 3,6 бар в промышленном и лабораторном реакторах. На использованных сетках обнаруживается коррозионный слой, включающий пористые кристаллические агломераты c размерами 10–50 мкм и другие кристаллические структуры. Коррозионные слои характеризуются повышенной удельной поверхностью и стабильными кристаллической структурой и фазовым составом, а также повышенной концентрацией абсорбированных атомов Oaб и Naб (20–25 ат.%) в приповерхностных слоях катализатора. Вследствие формирования участков катализатора с различной температурой происходит массоперенос металлов с «горячих» на «холодные» участки, как в ходе поверхностной диффузии атомов металлов, так и испарения, и конденсации летучих оксидов типа PtO2 и др. В результате этих процессов осуществляется глубокая коррозия катализатора с формированием шероховатого слоя из крупных кристаллических агломератов.
High-temperature oxidation of NH3 to NO on platinum alloy gauzes is employed for industrial production of HNO3. The annual world output of HNO3 reaches 70−80 million tons. About 80% of the produced acid is used to obtain agricultural mineral fertilizers. The oxidation of NH3 on platinum alloy gauzes is accompanied by the formation of etching layers, which deteriorate the strength and activity of the gauzes and increase the catalyst losses. Such etching layers are being studied intensely to find ways for enhancing the efficiency of catalysts applied in the industrial oxidation of NH3. This study deals with the morphology, microstructure and chemical composition of the etching structures on the industrial Pt−Pd−Rh−Ru gauzes with the composition 81, 15, 3.5, 0.5 wt.%, which were used in the oxidation of NH3 with air at T = 1133 К and pressure 3.6 bar in industrial and laboratory reactors. The etching layer detected on such gauzes included “cauliflower”-type porous crystal agglomerates with the size of 10−50 µm, various crystal fragments and the wire surface with a high concentration of defects. The etching layers have an increased specific surface area, stable crystal structure and phase composition, elevated concentration of absorbed Oab and Nab atoms (20−25 at.%) in subsurface layers of the catalyst, and nonuniform distribution of temperature regions. The highly exothermic NH3 oxidation reaction results in the emergence of “hotspot”-type etching sites, which form temperature gradients both on the surface and in the layer of agglomerates. The formation of such gradients can lead to the mass transfer of metals from “hot” to “cold” regions of the catalyst during the surface diffusion of metal atoms as well as upon evaporation and condensation of PtO2-type volatile oxides leading to deep surface etching with the formation of a rough layer of “cauliflowers”.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.