Окисление аммиака кислородом воздуха без катализатора возможно только доN2.
На катализаторе между аммиаком и кислородом протекают следующие параллельные реакции:
4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O; AH=— 946 кДж (IX)
4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O; АH= — 1328кДж (X)
Реакции окисления аммиака сопровождаются значительной убылью свободной энергии, протекают с большой скоростью, практически необратимо (до конца). Теплоты, выделяющейся в результате реакции, чтобы процесс протекал автотермично.
Катализаторы должны обладать избирательными свойствами, т. е. ускорять только одну из всех возможных реакций - (IX). Наиболее селективным и активным катализатором данной реакции - платиноидный катализатор, представляющий собой сплав платины с палладием и родием.
Каталитическое окисление аммиака — многостадийный гетерогенно-каталитический процесс, протекающий во внешнедиффузионной области и лимитируемый диффузией аммиака к поверхности катализатора. В процессе окисления NH3 нестойких промежуточных соединений, которые в результате распада и перегруппировки дают оксид азота (II) и элементный азот.
Влияние температуры. При повышении температуры выход NO возрастает. Большое значение имеет температура зажигания катализатора, которая зависит от состава катализатора и в меньшей степени от состава АВС. На платине реакция окисления аммиака начинается при 195 °С. Особенностью окисления - сначала происходит мягкое окисление аммиака до молекулярного азота. Заметное количество оксида азота (II) начинает появляться при 300 °С. Другие преимущества при высокой температуре: растет скорость реакции окисления аммиака и уменьшается время контактирования.
Влияние давления. С ростом давления наблюдается снижение выхода оксида азота (II). Вместе с тем использование высокого давления при окислении аммиака позволяет повысить производительность агрегата, уменьшить размеры аппаратов. Основным условием получения высоких выходов N0 под давлением выше атмосферного являются повышение температуры и времени. Повышением давления в процессе конверсии можно увеличить линейную скорость газа и напряженность катализатора, что в свою очередь связано с увеличением числа катализаторных сеток.
Влияние концентрации аммиака. Для окисления аммиака применяют воздух. Поэтому концентрация NH3 в АВС определяется в том числе содержанием кислорода в воздухе.
Катализаторы. Обладая высокой активностью и селективностью, платина имеет низкую температуру зажигания -~200°С, хорошую пластичность, тягучесть. Недостаток платины — ее быстрое разрушение при высоких температурах под воздействием больших скоростных потоков реагентов и катализаторных ядов. Это приводит к потерям дорогостоящего катализатора и снижению выхода N0.