СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОНЦЕНТРИРОВАННОГО ОКСИДА АЗОТА (II) Российский патент 2002 года по МПК C01B21/26 

Изобретение относится к химической промышленности, к области технологии получения гидроксиламинсульфата и может быть использовано в производстве капролактама.

Известен способ получения концентрированного оксида азота (II), включающий каталитическое парокислородное окисление аммиака, рекуперативное охлаждение нитрозного газа, конденсацию водяного пара из нитрозного газа (Патент ФРГ 1224715, 1976, МПК С 01 В 21/26).

Указанный способ характеризуется значительными (до 16%) потерями оксида азота (II) на стадии конденсации водяного пара с образующимися 18÷20%-ным и 1%-ным растворами азотной кислоты, т.к. не включает стадию гидрирования кислорода нитрозного газа, т.е. удаления избытка кислорода из нитрозного газа после стадии парокислородного окисления аммиака с целью предотвращения потерь оксида азота.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения концентрированного оксида азота (II), включающий каталитическое парокислородное окисление аммиака, смешение полученного нитрозного газа с водородом, каталитическое гидрирование кислорода нитрозного газа, рекуперативное охлаждение нитрозного газа, конденсацию водяного пара из нитрозного газа с образованием раствора, содержащего 1,0% мас. HNО₃. При этом каталитическое гидрирование кислорода нитрозного газа осуществляют в реакторе на серебряно-марганцевом катализаторе при 400-450^oС (Патент РФ 2032613, 1995, МПК С 01 В 21/26).

Указанный способ получения концентрированного оксида азота (II) по сравнению с вышеописанным позволяет за счет каталитического гидрирования кислорода нитрозного газа снизить потери оксида азота (II) на стадии конденсации водяного пара с образующимся 1,0% раствором азотной кислоты.

К недостаткам известного технического решения следует отнести использование для гидрирования кислорода нитрозного газа дорогостоящего дефицитного серебряно-марганцевого катализатора, наличие аппарата для размещения этого катализатора и, как следствие, высокое аэродинамическое сопротивление технологического тракта.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение экономичности способа получения концентрированного оксида азота (II) путем применения гомогенного гидрирования кислорода нитрозного газа в найденных для данного процесса условиях, что дает возможность исключить из технологии дорогостоящий катализатор, содержащий драгметалл, а также аппарат, в котором находится этот катализатор (реактор гидрирования), обеспечивая при этом известные технологические показатели процесса, а также технический результат, выражающийся в уменьшении материалоемкости процесса в целом, в увеличении выработки концентрированного оксида азота и пара, снижении аэродинамического сопротивления технологического тракта.

Заявляемый способ имеет следующие существенные признаки:
- гидрирование кислорода нитрозного газа проводят в гомогенных условиях (без катализатора, в газовой фазе);
- гидрирование кислорода нитрозного газа проводят в условиях температур 600-1100^oC;
- смешение водорода с нитрозным газом осуществляют в две и более ступени;
- на первую ступень смешения водорода с нитрозным газом подают до 90% от общего количества водорода.

В заявляемом способе по сравнению с известным способом получения концентрированного оксида азота (II) (прототипом), включающим каталитическое парокислородное окисление аммиака, смешение водорода с нитрозным газом, каталитическое гидрирование кислорода нитрозного газа, рекуперативное охлаждение нитрозного газа и конденсацию водяного пара, имеются следующие существенные отличия: гидрирование кислорода нитрозного газа проводят гомогенно при выбранных условиях - температуре 600÷1100^oС, а смешение водорода с нитрозным газом осуществляют в две и более ступени с промежуточным рекуперативным охлаждением нитрозного газа. При этом на первую ступень смешения водорода с нитрозным газом подают до 90% от общего количества водорода.

Заявляемое техническое решение позволяет исключить из технологической схемы реактор гидрирования с дорогостоящим серебряно-марганцевым катализатором, эффективно работающим в интервале температур до 450^oС.

Гомогенное гидрирование кислорода нитрозного газа, проводимое при более высокой температуре, 600-1100^oС, и ступенчатом смешении водорода с нитрозным газом, позволяет получить на стадии конденсации водяного пара раствор азотной кислоты, содержащий не более 1,0% мас. HNO₃, и концентрированный оксид азота (II) такого же качества, как и в случае каталитического гидрирования, т.е. по известному техническому решению. При этом за счет увеличившегося перепада температур на котловых элементах реакторов от 1100^oС до 160^oС по сравнению с прототипом (от 950^o до 300^oC) на 3% увеличивается выработка высокопотенциального пара. Кроме этого, дополнительным техническим результатом заявляемого способа является снижение не менее чем в 2 раза аэродинамического сопротивления по основному газовому потоку за счет исключения из технологической схемы серебряно-марганцевого катализатора и реактора гидрирования, что позволяет увеличить выработку концентрированного оксида азота (II) и гидроксиламинсульфата соответственно не менее чем в 1,3 раза.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается новым порядком технологических операций и приемами, позволяющими провести процесс в другом аппарате в отличных от известного способа условиях. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна".

Заявляемое техническое решение иллюстрируется принципиальной технологической схемой получения концентрированного оксида азота (II), представленной на фиг. 1, а также данными, подтверждающими наличие положительного эффекта и сведенными в таблицу 1. Принципиальная технологическая схема получения концентрированного оксида азота (II) по прототипу представлена для сопоставления на фиг.2.

Заявляемый способ получения концентрированного оксида азота (II) осуществляют следующим образом: реакционную смесь, содержащую аммиак, кислород и пары воды, направляют в реактор окисления аммиака 1, где на платиноидных катализаторных сетках при температуре 900-950^oС и давлении 0,10-0,15 МПа аммиак окисляют до оксида азота (II). Для достижения максимального превращения аммиака в оксид азота (II) поддерживают соотношение аммиак/кислород на 8-10% выше стехиометрического. Образовавшийся нитрозный газ содержит, кроме оксида азота (II), пары воды, оксид азота (I), избыточный непрореагировавший кислород. С целью получения максимального количества оксида азота (II) требуемого качества кислород нитрозного газа гидрируют в гомогенных условиях при температуре 600-1100^oС стехиометрическим количеством водорода. Смешение водорода с нитрозным газом осуществляют в две и более ступеней с промежуточным рекуперативным охлаждением нитрозного газа в котловых элементах 2. При этом на первую ступень смешения водорода с нитрозным газом подается до 90% от общего количества водорода. Гидрирование избыточного непрореагировавшего кислорода нитрозного газа предотвращает окисление NO в NO₂ и последующее образование азотной кислоты в конденсате в конденсаторе-десорбере 3.

Ступенчатое гомогенное гидрирование избытка кислорода нитрозного газа осуществляется в зоне температур 600-1100^oС с рекуперативным охлаждением нитрозного газа до 160^oС и выработкой дополнительного технологического пара. Далее нитрозный газ поступает в узел разделения его на азотнокислый конденсат и концентрированный оксид азота (II), поступающий из конденсатора 4 далее в технологический процесс производства гидроксиламинсульфата.

Степень гидрирования кислорода, определяемая как отношение количества кислорода, прореагировавшего в результате реакции гидрирования, к количеству кислорода, содержащемуся в нитрозном газе до протекания реакции гидрирования (до подачи водорода в нитрозный газ), составляет 92%, при степени стабилизации оксида азота (II), равной не менее 96% (см. таблицу). Степень стабилизации оксида азота (II) определяют как отношение содержания оксида азота (II) в нитрозном газе после процесса гидрирования к количеству его в нитрозном газе до подачи водорода.

Предлагаемый способ получения концентрированного оксида азота (II) поясняется следующими примерами:
Пример 1. В нитрозный газ, получаемый в реакторе окисления аммиака, состава NO - 13,10% об., О₂ - 1,55% об., Н₂О - 84,70% об., N₂ - 0,65% об. дозируют водород в стехиометрическом соотношении к кислороду, содержащемуся в нитрозном газе, как О₂ : Н₂ = 1 : 2. Дозировку водорода осуществляют в две ступени с промежуточным рекуперативным охлаждением нитрозного газа. При этом на первую ступень смешения водорода с нитрозным газом подают 70% (0,7) от общего количества водорода, на вторую ступень смешения водород подают в количестве 30% (0,3) соответственно. При этом процесс гидрирования осуществляют в реакторе окисления аммиака в гомогенных условиях при температуре 900^oС. Остаточное содержание кислорода в нитрозном газе после проведения процесса гидрирования составляет 0,12% об., а содержание оксида азота (II) при этом составляет 12,58% об. Таким образом, степень гидрирования кислорода составляет:

а степень стабилизации соответственно:

Пример 2 (по прототипу, фиг.2). Нитрозный газ указанного в примере 1 состава направляют из реактора окисления аммиака 1 в реактор гидрирования кислорода 5, сюда же дозируют водород в соотношении 1:2 к кислороду, содержащемуся в нитрозном газе. Процесс гидрирования осуществляют на серебряно-марганцевом катализаторе при 450^oС. Степень гидрирования кислорода в этом случае составляет также 92%, при степени стабилизации оксида азота (II) - 96%.

Дополнительные примеры, иллюстрирующие наличие в предлагаемом техническом решении положительного эффекта по сравнению с прототипом, для наглядности сведены в таблицу.

Как видно из таблицы, предлагаемый способ получения концентрированного оксида азота (II) обеспечивает сохранение на известном уровне таких технологических параметров, как степень гидрирования кислорода и степень стабилизации оксида азота (II), что позволяет исключить из технологии серебряно-марганцевый катализатор и реактор гидрирования кислорода.

Таким образом, сущность изобретения заключается в том, что предлагаемая совокупность отличительных признаков способа получения концентрированного оксида азота (II), включающая гидрирование кислорода нитрозного газа в гомогенных условиях при 600-1100^oС, смешение водорода с нитрозным газом в две и более ступеней и подачу на первую ступень смешения водорода с нитрозным газом до 90% от общего количества водорода, позволяют повысить экономичность процесса за счет исключения из эксплуатации дорогостоящего серебряно-марганцевого катализатора и реактора гидрирования.

Дополнительным преимуществом предлагаемого способа является значительное не менее чем в 2 раза снижение аэродинамического сопротивления по основному газовому потоку, что позволяет увеличить выработку концентрированного оксида азота (II) и гидроксиламинсульфата соответственно в 1,3 раза по сравнению с прототипом.

Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения заявляемого технического решения в производстве капролактама в условиях тольяттинского "КуйбышевАзот" составит не менее 100 тысяч долларов США.

Изобретение относится к области технологии получения гидроксиламинсульфата и может быть использовано в производстве капролактама. Способ получения концентрированного оксида азота (II) включает парокислородное окисление аммиака, смешение водорода с нитрозным газом, гидрирование кислорода нитрозного газа в гомогенных условиях в газовой фазе при 600-1100^oС, рекуперативное охлаждение нитрозного газа, конденсацию водяного пара с выделением концентрированного оксида азота (II), при этом смешение водорода с нитрозным газом проводят в 2 и более ступеней, на первую ступень смешения подают до 90% от общего количества водорода. Способ позволяет повысить экономичность процесса, уменьшить затраты на оборудование и материалы, увеличить выработку энергоносителя (пара) на 3%, увеличить объем выработки концентрированного оксида азота (II) и, соответственно, гидроксиламинсульфата в 1,3 раза. 2 з. п.ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Способ получения концентрированного оксида азота (II), включающий каталитическое парокислородное окисление аммиака, смешение водорода с нитрозным газом, гидрирование кислорода нитрозного газа, рекуперативное охлаждение нитрозного газа, конденсацию водяного пара с выделением концентрированного оксида азота (II), отличающийся тем, что гидрирование кислорода нитрозного газа проводят в гомогенных условиях при 600-1100^oС. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что смешение водорода с нитрозным газом осуществляют в две и более ступени. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что на первую ступень смешения водорода с нитрозным газом подают до 90 % от общего количества водорода.