Skład zespołu: Przemysław Gołębiewski Tadeusz Rusak Kamil Szałkowski Mariusz Wieczorkowski Opiekun grupy: dr inż. Sławomir Jodzis Celem projektu było wytworzenie redukującej atmosfery ochronnej, która wymagana jest do podgrzewania elementów w piecu przeponowym z bardzo małą zawartością tlenu (<10 ppm). Rozważono dwie metody – metoda 1: zastosowanie czystego wodoru; oraz metoda 2 – rozkład amoniaku na wodór i azot. Poniżej porównano obydwie metody: Metoda 1 – zastosowanie H 2 Metoda 2 - rozkład NH 3 Zalety -brak konieczności prowadzenia jakiejkolwiek reakcji chemicznej -możliwości otrzymania dużej ilości gazu z jednego mola amoniaku -łatwość magazynowania amoniaku -powstający podczas rozkładu azot nie wpływa na redukujący charakter atmosfery ochronnej Wady -możliwość wytworzenia mieszaniny wybuchowej wodoru z powietrzem, co mogłoby stworzyć zagrożenie w zakładzie produkcyjnym -znaczny koszt zakupu wodoru w formie czystej -konieczność magazynowania dużej ilości wodoru w butlach -konieczność zastosowania reaktora Schemat ideowy metody: Wybór metody: Wybrano metodę rozkładu amoniaku, ze względu na bardzo dobrą wydajność, niski koszt odczynników, brak konieczności utylizowania produktów ubocznych, prosty sposób prowadzenia reakcji. Dane literaturowe: Opracowanie metody wytwarzania atmosfery ochronnej Schemat technologiczny metody : [1] TAP studies of ammonia decomposition over Ru and Ir catalysts F. R. Garcı´a-Garcı´a, A. Guerrero-Ruiz, I. Rodrı´guez-Ramos, A. Goguet, S. O. Shekhtmand, C. Hardacred Phys. Chem. Chem. Phys., 2011, 13, – [2] Study of the ammonia decomposition over iron catalysts Walerian Arabczyk, Jacek Zamłynny Catalysis Letters 60 (1999) 167 – 171 [3] Effects of CeO 2 addition on Ni/Al 2 O 3 catalysts for the reaction of ammonia decomposition to hydrogen Weiqing Zheng, Jian Zhang, Qingjie Ge, Hengyong Xu*, Wenzhao Li Applied Catalysis B: Environmental 80 (2008) 98 – 105 [4] Ammonia decomposition over Ni/La2O3 catalyst for on-site generation of Hydrogen Hiroki Muroyama, Chikara Saburi, Toshiaki Matsui, Koichi Eguchi Applied Catalysis, A: General (2012), , [5] Apparatus for decomposing ammonia US patent no [6] Catalytic ammonia decomposition: COx-free hydrogen production for fuel cell applications T.V. Choudhary, C. Sivadinarayana, D.W. Goodman Catalysis Letters Vol. 72, No. 3-4, 2001 Amoniak z butli w pierwszym etapie przechodzi przez reduktor ciśnienia a następnie kolumnę wypełnioną stałym KOH w celu wstępnego wychwycenia wody. Kolejnym etapem jest właściwy rozkład NH 3 w ogrzewanym reaktorze z katalizatorem. Ostatecznym etapem jest usunięcie pozostałych zanieczyszczeń w kolumnie z sitami molekularnymi. Gotowa mieszanina gazów jest dostarczana do pieca uprzednio wypłukanego czystym azotem do zawartości tlenu 5 ppm. Jako katalizator procesu wybrano metaliczny nikiel na nośniku z tlenku glinu. Katalizator ten wybrano z następujących powodów: - powoduje niemal 100% rozkład amoniaku w temp. 950  C - racjonalnie szeroka dostępność i stosunkowo niska cena zarówno katalizatora jak i nośnika - brak wskazań do zmniejszenia temperatury procesu, co skutkowałoby koniecznością zmiany katalizatora lub stosowania drogich domieszek Obliczono szacunkowe roczne zużycie azotu i amoniaku dla pieca o V=1m 3, posługując się następującymi założeniami: -praca pieca z użyciem atmosfery ochronnej 13h/dobę -250 dni produkcyjnych/rok -czas przebywania atmosfery w piecu 30 min. -po pracy piec przemywany jest taką samą ilością azotu, jaka była użyta w pierwszym płukaniu Otrzymano zużycie amoniaku ok m 3, azotu ok m 3.