СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГИДРОКСИЛАМИНСУЛЬФАТА Российский патент 2004 года по МПК C01B21/14 

Изобретение относится к химической промышленности, а именно - к способу получения гидроксиламинсульфата (ГАС), применяемого в производстве капролактама.

Известен способ получения гидроксиламинсульфата, включающий приготовление реакционной смеси аммиака, кислорода и водяного пара, каталитическое окисление аммиака, смешение полученного нитрозного газа с водородом, стабилизацию состава нитрозного газа путем гидрирования на серебряно-марганцевом катализаторе, его двухстадийное концентрирование конденсацией паров воды, очистку концентрированного нитрозного газа от оксида азота (IV), смешение его с водородом, смесью серной кислоты, воды, конденсата первой стадии концентрирования нитрозного газа и синтез гидроксиламинсульфата [см. пат. РФ №2045471, МПК⁶ С 01 В 21/14, опубл. 1995]. При стабилизации состава нитрозного газа на серебряно-марганцевом катализаторе гидрируют свободный кислород в воду и степень гидрирования кислорода составляет 90%. На первой стадии концентрирования нитрозного газа выделяют около 70% конденсата, содержащего до 0,3 мас.% раствора азотной кислоты, на второй - образуется азотная кислота концентрацией до 5-6 мас.%. Часть конденсата первой стадии направляют на разбавление серной кислоты. Конденсат второй стадии подвергают упариванию до 40-45 мас.% азотной кислоты, которую затем нагревают до 300°С и смешивают с основным потоком нитрозного газа, поступающего на стабилизацию, а пары воды направляют на приготовление смеси аммиак, кислород, пар. Через нагретый конденсат первой стадии пропускают кислород, который насыщается парами воды и направляется на приготовление смеси аммиак, кислород, пар.

Указанный способ получения гидроксиламинсульфата позволяет утилизировать разбавленные растворы азотной кислоты, обеспечивая безотходную технологию производства ГАС.

Однако из-за жесткой взаимосвязи стадий процесса способ характеризуется сложностью в управлении и недостаточно надежен в эксплуатации.

Недостатком способа является также то, что при стабилизации состава нитрозного газа происходит безвозвратная потеря до 2,5% оксида азота (II) с образованием инертных примесей - азота и гемиоксида азота, ухудшающих работу стадии синтеза ГАС.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения гидроксиламинсульфата, включающий приготовление реакционной смеси аммиака, кислорода и водяного пара, каталитическое окисление аммиака, смешение полученного нитрозного газа с водородом, стабилизацию состава нитрозного газа путем гидрирования на серебряно-марганцевом катализаторе, его двухстадийное концентрирование конденсацией паров воды, очистку концентрированного нитрозного газа от оксида азота (IV), смешение его с водородом, смесью серной кислоты, воды, конденсата первой стадии концентрирования нитрозного газа, каталитическое гидрирование азотной кислоты, содержащейся в конденсате второй стадии концентрирования нитрозного газа, и синтез гидроксиламинсульфата [см. заявка ЕПВ №945401, МПК⁶ С 01 В 21/14, опубл. 1999 г. - прототип].

Существенное отличие этого способа получения ГАС от вышеописанного заключается в том, что азотную кислоту концентрацией более 2 мас.%, содержащуюся в конденсате второй стадии концентрирования нитрозного газа, подвергают жидкофазному гидрированию водородом на платиновом катализаторе. Образующийся в результате гидрирования этой кислоты чистый оксид азота (II) в смеси с водородом смешивают с основным потоком синтез-газа, поступающим на стадию получения ГАС.

При этом состав газа, получающегося при гидрировании азотной кислоты, содержащейся в конденсате второй стадии концентрирования нитрозного газа, соответствует составу основного потока: концентрация оксида азота (II) близка к 20 об.%. Катализат, образующийся при каталитическом гидрировании азотной кислоты, содержащейся в конденсате второй стадии концентрирования нитрозного газа, содержащий до 0,45 мас.% азотной кислоты, вместе с конденсатом первой стадии концентрирования нитрозного газа используют при разбавлении серной кислоты, обеспечивая таким образом безотходную технологию производства ГАС и увеличивая степень использования оксида азота (II).

Однако, как и в вышеприведенном способе, при стабилизации нитрозного газа с гидрированием на серебряно-марганцевом катализаторе до 90% кислорода теряется до 2,5 об.% оксида азота (II) и образуются азот и гемиоксид азота, снижающие эффективность работы стадии синтеза ГАС.

Кроме того, смешение чистого оксида азота (II) и водорода со стадии гидрирования азотной кислоты, содержащейся в конденсате второй ступени концентрирования нитрозного газа, с основным потоком синтез-газа значительно усложняет регулирование и управление процессом в целом и сказывается, в частности, на соотношении производительности стадий окисления аммиака и синтеза ГАС.

Получающееся в результате гидрирования упомянутой выше азотной кислоты относительно небольшое количество смеси чистого оксида азота (II) и водорода смешивается с основным потоком синтез-газа и поэтому практически не влияет на работу стадии синтеза ГАС, существенно зависящую от качества реагентов.

Задачей изобретения является усовершенствование способа получения ГАС путем изменения технологических параметров и схемы процесса так, чтобы получить дополнительное количество концентрированного оксида азота (II), снизить затраты сырья на изготовление продукта и увеличить производительность стадии синтеза ГАС.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения гидроксиламинсульфата, включающем приготовление реакционной смеси аммиака, кислорода и водяного пара, каталитическое окисление аммиака, смешение полученного нитрозного газа с водородом, стабилизацию состава нитрозного газа путем гидрирования на серебряно-марганцевом катализаторе, его двухстадийное концентрирование конденсацией паров воды, очистку концентрированного нитрозного газа от оксида азота (IV), смешение его с водородом, смесью серной кислоты, воды, конденсата первой стадии концентрирования нитрозного газа и катализата, образующегося при каталитическом гидрировании азотной кислоты, содержащейся в конденсате второй стадии концентрирования нитрозного газа, и синтез гидроксиламинсульфата, согласно изобретению при стабилизации состава нитрозного газа гидрируют 70-75 об.% свободного кислорода. При этом образующийся при каталитическом гидрировании азотной кислоты, содержащейся в конденсате второй стадии концентрирования нитрозного газа, чистый оксид азота в смеси с водородом направляют в один из реакторов синтеза ГАС.

Заявляемый способ получения гидроксиламинсульфата поясняется технологической схемой, представленной на чертеже.

Способ осуществляют следующим образом.

Реакционную смесь аммиака, кислорода и водяного пара, приготовленную в смесителе 1, направляют в реактор 2, где аммиак окисляют кислородом до оксида азота (II) при соотношении аммиака и кислорода выше стехиометрического на 8-10%, т.е. (1,35-1,37):1, чтобы достичь максимального выхода оксида азота (II). Образовавшийся нитрозный газ охлаждают в котловой части реактора 2 до температуры 260-280°С, смешивают в смесителе 3 с водородом и направляют в реактор 4 для стабилизации состава. Здесь избыточный кислород на серебряно-марганцевом катализаторе гидрируют в воду. Степень гидрирования кислорода достигает 75%. Тепло реакций окисления аммиака и гидрирования кислорода используют для получения пара.

Стабилизированный нитрозный газ с температурой 150°С подают в конденсатор 5 первой стадии, где при температуре 93-95°С выделяют 70-75% конденсата, содержащего до 0,3 мас.% азотной кислоты, а затем в конденсатор 6 второй стадии, где выделяют 25-30% конденсата с содержанием азотной кислоты более 5 мас.%. Конденсат первой стадии направляют через холодильник 7 в смеситель 13 для получения 19 мас.% раствора серной кислоты, необходимой для синтеза ГАС. Концентрированный оксид азота (II) из конденсатора 6 компрессором 8 направляют в абсорбер 9, орошаемый азотнокислым конденсатом второй стадии, в котором его очищают от оксида азота (IV), после чего направляют в смеситель 10 для смешения с водородом и далее в каскад реакторов 14, где в среде разбавленной серной кислоты синтезируют ГАС.

Конденсат второй стадии концентрирования нитрозного газа после охлаждения в холодильнике 11 направляют в реактор 12, где при температуре 80-90°С азотную кислоту, содержащуюся в этом конденсате, гидрируют на платиновом катализаторе.

Образующуюся в результате гидрирования азотной кислоты, содержащейся в конденсате второй стадии концентрирования нитрозного газа, газовую смесь, состоящую из чистого оксида азота (II) и водорода, подают в последний реактор каскада реакторов синтеза ГАС, а катализат, выходящий из реактора 12 и содержащий до 0,45 мас.% азотной кислоты, используют при получении водного раствора серной кислоты в смесителе 13.

Отходящие газы реакторов синтеза ГАС направляют на сжигание в рекуперативную установку 15.

Результаты, иллюстрирующие работу стадии синтеза ГАС для двух способов, приведены в таблице.

Таким образом, при гидрировании до 70-75 об.% кислорода на стадии стабилизации состава нитрозного газа по сравнению с 90 об.%, как в известном способе, выделяется дополнительно до 2,4% оксида азота (II). При снижении концентрации азота в концентрированном оксиде азота (II) повышается производительность стадии синтеза ГАС, увеличивается его выход до 3,4% и снижаются потери оксида азота и водорода с отходящими газами.

Кроме того, снижение количества гидрируемого кислорода с 90 до 70-75 об.% увеличивает срок службы серебряно-маргацевого катализатора.

Изобретение относится к химической промышленности, а именно - к способу получения гидроксиламинсульфата (ГАС), применяемого в производстве капролактама. Основной процесс включает каталитическое окисление аммиака в смеси с водяным паром и кислородом. Полученный нитрозный газ смешивают с водородом, стабилизируют его состав, гидрируя до 70-75 об.% кислорода, концентрируют двухстадийной конденсацией паров воды, очищают от оксида азота (IV), смешивают с водородом, смесью серной кислоты, воды, конденсата первой стадии концентрирования и синтезируют ГАС. Азотнокислый конденсат второй стадии концентрирования подвергают жидкофазному гидрированию на платиновом катализаторе, продуктом которого является чистый оксид азота (II), поступающий в смеси с водородом в один из реакторов синтеза ГАС, а конденсат, содержащий до 0,45 мас.% азотной кислоты, направляют на разбавление серной кислоты. В результате дополнительно получают до 2,4% оксида азота (II), увеличивают выход гидроксиламинсульфата до 3,4%, снижают потери водорода и оксида азота с отходящими газами. 1 з.п.ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Способ получения гидроксиламинсульфата, включающий приготовление реакционной смеси аммиака, кислорода и водяного пара, каталитическое окисление аммиака, смешение полученного нитрозного газа с водородом, стабилизацию состава нитрозного газа путем гидрирования на серебряно-марганцевом катализаторе, его двухстадийное концентрирование конденсацией паров воды, очистку концентрированного нитрозного газа от оксида азота (IV), смешение его с водородом, смесью серной кислоты, воды, конденсата первой стадии концентрирования нитрозного газа и продукта, образующегося при каталитическом гидрировании азотной кислоты, содержащейся в конденсате второй стадии концентрирования нитрозного газа, и синтез гидроксиламинсульфата, отличающийся тем, что при стабилизации состава нитрозного газа гидрируют 70-75 об.% свободного кислорода.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что образующийся при каталитическом гидрировании азотной кислоты, содержащейся в конденсате второй ступени концентрирования нитрозного газа, чистый оксид азота (II) в смеси с водородом направляют в один из реакторов синтеза ГАС.