Спосіб отримання оксидів нітрогену

Спосіб отримання оксидів нітрогену (NO+NO2) каталітичним окисненням молекулярного азоту його оксигеновмісними сполуками, який відрізняється тим, що молекулярний азот та озон змішують з нітрогендіоксидом у мольному відношенні O3:NO2:N2=1:(3-4):3 при температурі 50-60 °С і суміш опромінюють світлом з діапазоном довжин хвиль 365-725 нм. (19) (21) u201105568 (22) 04.05.2011 (24) 12.12.2011 (46) 12.12.2011, Бюл.№ 23, 2011 р. (72) КРАВЧЕНКО ІННА ВАСИЛІВНА, ДИШЛОВИЙ ВАСИЛЬ ІВАНОВИЧ, ТЮПАЛО МИКОЛА ФЕДОРОВИЧ (73) ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ІНСТИТУТ СХІДНОУКРАЇНСЬКОГО НАЦІОНАЛЬНОГО УНІВЕРСИТЕТУ 3 газів після реактора, що містить О2, N2, NO2, NO, направляють в окиснювач NO до NO2 й далі в холодильник-конденсатор, де нітрогендіоксид конденсується у рідину N2O4. Рідкий N2O4 насосом частково повертають через підігрівач в цикл для підтримування заданого мольного співвідношення O3:NO2:N2 перед реактором, що опромінюється, а решту N2O4 надають споживачам виробництв нітратної кислоти. Оскільки озон повністю витрачається, а зайві продукти-домішки не створюються, то таким чином здійснюється безперервне на 100 % повне перетворення молекулярних газів О2 та N2, що дозуються, в оксиди нітрогену: O2+N22NO. На підставі результатів хімічного аналізу вихідних та отриманих газових сумішей, а також вимірювань реометрами витрат газів розраховували матеріальний баланс процесу та його показники. Доказом здійснення запропонованого способу отримання оксидів нітрогену є приведені нижче приклади. Приклад 1. На промисловій установці генерації озону відбирали озоновану суміш, що складалась з кисню, азоту та озону, в яку додавали нітрогендіоксид до мольного співвідношення O3:NO2:N2=1:4:3, наступного складу: 1) Озонована суміш в т.ч. О3-126 л/год.-5,625 моль/год.-1,8 % об. N2-378 л/год.-16,875 моль/год.-5,4 % об. О2-5990,8 л/год.-267,4 моль/год.-85,5 % об. 2) NO2-511,8 л/год.-22,85 моль/год.-7,31 % об. Всього: 7006,6 л/год.-312,794 моль/год.-100 % об. Отриману суміш пропускали через кварцову трубку діаметром 1 см, що має зону опромінення 6 см, і далі подавали в ємність для окиснення NO в NO2. Суміш в трубці опромінювали одночасно ртутною (діапазон довжин хвиль 365-546 нм) та неоновою (діапазон довжин хвиль 434-725 нм) лампами. На виході з окиснювача NO отримана суміш газів складу: О2-6304,9 л/год.-269,415 моль/год.-86,22 % об. NO2-658,6 л/год.-29,402 моль/год.-9,41 % об. N2-305,6 л/год.-13,642 моль/год.-4,37 % об. Всього: 6989 л/год.-312,458 моль/год.-100 % об. У досліді 1 з N2 утворилося оксидів нітрогену: 29,402-22,85=6,561 моль/год. Після досліду було отримано NO2 більше, ніж використано свіжого у 29,402/22,85=1,2874 раза, тобто приріст NO2 склав 28,74 % при його концентрації 9,41 % об. Приклад 2. Умови досліду ті ж, що й у прикладі 1, тільки мольне відношення O3:NO2:N2 в газі, що опромінюється, становило відповідно 1:5:3, NO2 подавали 28,55 моль/год. На виході з окиснювача NO отримана суміш газів складу: О2-6034,9 л/год.-269,415 моль/год.-84,67 % об. NO2-786,5 л/год.-35,112 моль/год.-11,04 % об. N2-305,6 л/год.-13,642 моль/год.-4,29 % об. Всього: 7127,0 л/год.-318,168 моль/год.-100 % об. У досліді 2 з N2 утворилося оксидів нітрогену. 35,112-22,85=6,562 моль/год. Після досліду було отримано NO2 більше, ніж використано свіжого у 65486 4 35,112/28,55=1,2298 раза, тобто приріст NO2 склав 22,98 % при його концентрації 11,04 % об. Приклад 3. Умови досліду ті ж, що й у прикладі 1, тільки мольне відношення O3:NO2:N2 в газі, що опромінюється, становило відповідно 1:3:3, NO2 подавали 16,875 моль/год. На виході з окиснювача NO отримана суміш газів складу: О2-6045,8 л/год.-269,9 моль/год.-87,97 % об. NO2-511,2 л/год.-22,82 моль/год.-7,44 % об. N2O-16,7 л/год.-0,746 моль/год.-0,24 % об. N2-298,4 л/год.-13,324 моль/год.-4,35 % об. Всього: 6872,1 л/год.-306,787 моль/год.-100 % об. У досліді 3 з N2 утворилося оксидів нітрогену: 22,82-17,128=5,692 моль/год. Після досліду було отримано NO2 більше, ніж використано свіжого у 22,82/17,128=1,3323 раза, тобто приріст NO2 склав 33,23 % при його концентрації 7,44 % об. В продуктах реакції з'явилась домішка динітрогену монооксиду в кількості 0,24 % об. Приклад 4. Умови досліду ті ж, що й у прикладі 1, тільки мольне відношення O3:NO2:N2 в газі, що опромінюється, становило відповідно 1:2:3, NO2 подавали 11,25 моль/год. На виході з окиснювача NO отримана суміш газів складу: О2-6081,3 л/год.-271,484моль/год.-90,19 % об. N2-275,2 л/год.-12,287 моль/год.-4,08 % об. NO2-314,8 л/год.-14,054 моль/год.-4,67 % об. N2O-71,3 л/год.-3,186 моль/год.-1,06 % об. Всього: 6742,6 л/год.-301,012 моль/год.-100 % об. У досліді 4 з N2 утворилося оксидів нітрогену: 14,054-11,25=2,804 моль/год. Після досліду було отримано NO2 більше, ніж використано свіжого у 14,054/11,25=1,2493 раза, тобто приріст NO2 склав 24,93 % при його концентрації 4,67 % об. Утворилося домішки динітрогену монооксиду 1,06 % об. Приклад 5. (За способом прототипу). За рахунок електрообігріву підігріваються реактор окиснення до 300 °C та випаровувач нітратної кислоти до 95 °C. Включалася подача азотно-водневої суміші, яку запалюють на платиновому каталізаторі й підвищують температуру до 900 °C. В процесі окиснення азоту склад газової суміші наступний: до пальника (300 °C): Н2-130,0 л/год.-16,25 % об. N2-533,4 л/год.-66,67 % об. O2-130,3 л/год.-16,24 % об. H2O-6,3 л/год.-0,84 % об. Разом: 800 л/год.-100 % об. після пальника (900 °C) на платиновому каталізаторі: N2-533,4 л/год.-72,6 % об. О2-65,3 л/год.-8,9 % об. Н2О - 136,3 л/год.-18,5 % об. Разом: 735 л/год.-100 % об. бічний потік (95 °C) HNO3-175,0 л/год.-22,0 % об. Н2О - 220,0 л/год.-27,6 % об. О2-84,0 л/год.-10,6 % об. N2-316,6 л/год.-39,8 % об. Разом: 795 л/год.-100 % об. до каталізатора (750 °C) HNO3-175,0 л/год.-11,4 % об.-7,813 моль/год. N2-849,4 л/год.-55,5 % об. 5 О2-149,3 л/год.-9,8 % об. Н2О - 356,3 л/год.-23,3 % об. Разом: 1530 л/год.-100 % об. після оксидного тугоплавкого каталізатора (485 °C) N2-775,9 л/год.-45,7 % об. О2-156,3 л/год.-9,2 % об. Н2О - 443,8 л/го.-26,1 % об. NO-220,5 л/год.-13,0 % об.-9,843 моль/год. NO2-101,5 л/год.-6,0 % об.-4,531 моль/год. Разом: 1698,0 л/год.-100 % об. У досліді 5 з N2 утворилося NO2: 9,843+4,5317,813=6,561 моль/год. Після досліду було отрима Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 65486 6 но моль NO2 більше, ніж використано моль свіжої нітратної кислоти у 14,374/7,813=1,84 раза, тобто приріст NO2 склав 84 % від витраченої нітратної кислоти. Порівнюючи результати окиснення молекулярного азоту видно, що в дослідах 1,2,3 заявленого способу та в досліді 5 за способом прототипу отримуються практично рівні годинні кількості оксидів NO+NO2, тільки в заявленому способі температура становить 50-60 °C, замість 900-485 °C за прототипом та без застосування гетерогенних каталізаторів. Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601