Спосіб двоступінчастого окиснення аміаку

Спосіб двоступінчастого окиснення аміаку, що включає контактування аміачно-повітряної суміші на першому ступені з сітками платиноїдного каталізатора, а на другому ступені з шаром оксидного каталізатора, який відрізняється тим, що на другому ступені використовують гранульований каталізатор на основі оксидів цирконію і кобальту в співвідношенні 1:3 ¸ 1:5, висоті каталізаторного шару 60-140мм, при цьому процес здійснюють під тиском 0,1-0,7МПа, температурі 1123-1223К, кількості платиноїдних сіток 1-7. Винахід відноситься до хімічної промисловості і може бути використаний у виробництві азотної кислоти. При каталітичному окисненні аміаку киснем повітря на Pt-Rh-Pd каталізаторі, а також на оксидних неплатинових каталізаторах крім оксиду азоту (II) утворюється небажаний продукт - оксид азоту (І). Цей газ в 260 разів потужніший парниковоутворюючий газ, ніж діоксид вуглецю. Це зумовлює необхідність розробки можливих шляхів скорочення утворення оксиду азоту (І) по всій технологічній лінії виробництва азотної кислоти. Відомий спосіб двохступінчастого окиснення аміаку шляхом пропускання аміачно-повітряної суміші спочатку через платіноїдні сітки, а потім через шар оксидного залізо-хромового каталізатору при температурі шару 823-1073К [1]. Проведення процесу за вказаним способом приводить до утворення разом з оксидом азоту (II) оксиду азоту (І) в кількості 95,5% і 0,70% відповідно, елементарного азоту - 3,8%. Відомий також спосіб двохступінчастого окиснення аміаку. На першому ступені - 8 сіток плати ноїдного каталізатору, на другому - каталізатор, що містить оксиди заліза і алюмінію, при висоті шару 120мм [2]. Недоліками відомого способу є низький ступінь окиснення аміаку до оксиду азоту (II) (96,5%) і високий до оксиду азоту (І) (0,65%),елементарного азоту - 2,85%. Найбільш близьким по технічній суті і результату, що досягається, до описуваного винаходу є спосіб двохступінчастого окиснення аміаку на 8 сітках платіноїдного каталізатору і каталізатору на основі оксидів заліза і алюмінію при висоті шару 180мм, при температурі 1163-1183К [3]. Ступінь окиснення аміаку в оксид азоту (II) дорівнює 95,3%, в оксид азоту (І) - 0,75%, решта елементарний азот - 3,95%. Недоліком даного способу є високий ступінь перетворення аміаку в оксид азоту (І) і, відповідно, зменшення виходу основного продукту (NO). В основу винаходу поставлено задачу зниження ступеня окиснення аміаку в оксид азоту (І). Задача досягається тим, що запропоновано спосіб двоступінчастого окиснення аміаку включає контактування аміачно-повітряної суміші на пер (19) UA (11) 88037 (13) C2 (21) a200707831 (22) 11.07.2007 (24) 10.09.2009 (46) 10.09.2009, Бюл.№ 17, 2009 р. (72) БЛИЗНЮК ОЛЬГА МИКОЛАЇВНА, САВЕНКОВ АНАТОЛІЙ СЕРГЕЄВІЧ, РАТУШНА ЛІДІЯ МИКОЛАЇВНА (73) НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ "ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ" (56) SU 1061388, A, 15.06.1981 RU 2070865, C1, 27.12.1996 RU 2119889, C1, 10.10.1998 RU 2184699, C1, 10.07.2002 3 88037 шому ступені з 1-7 сітками платіноїдного каталізатору, а на другому ступені з гранульованим оксидним каталізатором на основі оксидів цирконію і кобальту в співвідношенні 1:3¸1:5 і висоті каталізаторного шару 60-140мм, при цьому процес ведуть під тиском 0,1-0,7МПа, температурі 11231223К. Каталітичну активність і селективність оксидних каталізаторів, що працюють під тиском, по оксидах азоту (І) і (II) визначали на дослідній установці проточного типу. Схема дослідної установки наведена на Фіг., де 1 - фільтр; 2 - компресор; 3 балон; 4 - фільтр пилеочистки; 5,6 - комбінований фільтр, 8 - реометр; 9 - змішувач газовий; 10 - підігрівач; 11 - контактний апарат; 12, 14 - холодильник - конденсатор; 15 - бірник кислоти. Повітря, проходячи фільтр (1), через забірну трубу потрапляло в компресор (2), де стискалося до 10МПа і подавалося в ємність у вигляді балонів (3) для створення запасу повітря. Потім повітря проходило фільтр пилеочистки (4), заповнений дистильованою водою, звільнялося від оксиду і діоксиду вуглецю, сірчистих і інших сполук, що є в повітрі. Після комбінованих фільтрів (5,6), заповнених фетром, силікагелем, активованим вугіллям і ватою, для очищення від пари масла і різних механічних домішок, повітря проходило реометр (8) і подавалося в змішувач (9). Аміак з балона (7), пройшовши реометр (8), потрапляв в змішувач (9), для змішення з повітрям. Аміачно-повітряна суміш підігрівалася в підігрівачі (10) до температури 473-523К і подавалася в контактний апарат (11), виконаний із спеціального жароміцного і жаростійкого нікелевого сплаву ХН75 МБЮ, футерований усередині кварцовим склом. Для поліпшення надійності роботи реактора, його конструкція передбачала проведення досліджень в режимі протитиску. Для цього контактна труба з платіноїднимі сітками поміщалася в корпус, що обігрівався, і мала розрив для виходу 4 нітрозних газів в корпус, створюючи тим самим протитиск. Температура каталізатора 1073-1273К. Нітрозні гази, що утворюються, охолоджувалися в холодильнику-конденсаторі (12), проходили збірник кислоти (13), другий холодильникконденсатор (14), збірник кислоти - нейтралізатор (15) і виводилися в атмосферу. Вся установка зроблена з неіржавіючої сталі і розрахована на максимальний тиск 5,0МПа і температуру 1373К. Тиск в підвідних трубопроводах вимірювався технічними манометрами, в реакторі - зразковим технічним манометром. Пропонований винахід ілюструється наступними прикладами. Приклад 1 Аміачно-повітряну суміш, що містить 10,5об.% аміаку, пропускають через каталізатор І ступеню, що складається з 1 платинової сітки, та каталізатор II ступеню, що являє собою шар каталізатора на основі оксидів цирконію і кобальту в співвідношенні 1:3, з висотою шару 60мм, при температурі 1123К, лінійній швидкості 1,5м/с, тиску 0,1МПа, оптимальна тривалість контакту 1,3×10-4с. Ступінь перетворення аміаку в оксид азоту (І) 0,17%, в оксид азоту (II) - 97,6%, елементарний азот 2,23%. Приклад 2 Спосіб проводять аналогічно прикладу 1. Каталізатор І ступеню складається з 3 платиноїдних сіток, висота II ступеню каталізатору 100мм, температура 1173К, тиск 0,4МПа. Ступінь перетворення аміаку в оксид азоту (І) - 0,16%, в оксид азоту(ІІ) - 96,7%, елементарний азот - 3,14%. Приклад 3 Спосіб проводять аналогічно прикладу 1. Каталізатор І ступеню складається з 7 платиноїдних сіток, высота II ступеню каталізатора 140мм, температура 1223К, тиск 0,7МПа. Ступінь перетворення аміаку в оксид азоту (І) - 0,15%, в оксид азоту (II) - 94,8%, елементарний азот - 5,05%. Таблиця Результати дослідження різних каталізаторів окиснення аміаку до N2O і NO при різних параметрах процесу Pt, сплав №5 Параметри процесу Тривалість контактування t, с Лінійна швидкість, м/с Температура, К Тиск, МПа Вміст аміаку в суміші, об.% Ступінь окиснення аміаку в оксид азоту (II), % Ступінь окиснення аміаку в оксид азоту (І), % Елементарний азот, % Кількість контактних сіток 1,0×10-4 1,5 1073 0,1 10,5 97,0 0,25 2,75 8 Для підтримки високого виходу оксиду азоту (II) при веденні процесу під тиском і забезпечення мінімальних втрат аміаку у вигляді оксиду азоту (І) Pt+Заліз Pt+Заліз.- .-алюм. хромов. (прототип) 1,5.10-4 1,5×10-4 1,5 1,5 1073 1073 0,1 0,1 10,5 10,5 96,5 95,3 0,65 0,75 2,85 3,95 8 8 Pt+ циркон. -кобальт. 1073 0,1 97,6 0,17 2,23 1 1,3×10-4 1,5 1173 0,4 10,5 96,7 0,16 3,14 3 1223 0,7 94,8 0,15 5,05 7 необхідні невисокі лінійні швидкості газового потоку (1,5м/с), підвищені температури каталізу (10731223К) і оптимальна тривалість контакту (1,5-10-4). 5 88037 Джерела інформації: 1. Анохин В.Н., Бабанков В.П. Внешнедиффузионный массоперенос при окислении аммиака на окисном железохромовом катализаторе / Труды Московского Химико-технологического института им. Менделеева. - 1974. - с.79, 150. Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 6 2. А. с. №2891429/23 - 4 СССР, МКИ3 С01В21/04. - 1980. 3. А.с. №1061388 СССР, МКИ3 С01В21/26. 1983 (прототип). Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601