Способ и устройство для восстановления закиси азота - RU2205151C1

Описание

Изобретение касается способа и устройства для восстановления закиси азота, образующейся при каталитическом сжигании аммиака и кислорода до окислов азота, причем используется система катализаторов для каталитического сжигания аммиака и кислорода до окислов азота, состоящая из по меньшей мере одной первой сетки катализатора и по меньшей мере одной второй сетки катализатора, и причем по меньшей мере одна первая сетка катализатора является платиновой сеткой.

Общеизвестной проблемой при получении азотной кислоты посредством сжигания аммиака при помощи кислорода с образованием пригодных окислов азота является то, что при этом образуется закись азота (веселящий газ), которая связана с деструкцией земного озонного слоя и принимает участие в его разрушении. Итак, при производстве азотной кислоты отчетливо выявилось, что образовавшуюся N₂О дополнительно следует эффективно разрушать или же значительно избегать образования веселящего газа. При этом выходу желательных окислов азота не должен причиняться вред.

В заявке DE 19819882 A1 описан способ каталитического разложения N₂O в смеси газов, полученной при производстве азотной кислоты посредством каталитического окисления аммиака, на катализаторе для разложения N₂O, отличающийся тем, что горячая газовая смесь, получаемая при каталитическом окислении аммиака, перед последующим охлаждением контактирует с катализатором для разложения N₂О.

Патент DE-OS 2239514 описывает расположение сеток катализатора для ускорения реакции между двумя или несколькими газами, устремляющимися сквозь металлическую сетку, отличающееся тем, что направленный в сторону вниз поток направляется с одной группы сеток из ценного металлического материала на вторую группу сеток из неценного металлического материала и менее легкоиспаряемого, а также очищаемого с помощью газов металлического материала, при эксплуатации способствующего ускорению реакции.

В патенте DE-OS 1959137 описан катализатор для окисления аммиака до окиси азота с пониженным содержанием платины и родия от 12 до 20 вес.%.

В Hollemann-Wiberg "Lehrbuch der anorganischen Chemie", 71.-80. издание, издательство Walter de Gruyter & Co., Берлин, 1971, с.360, описан элемент сжигания аммиака для получения окиси азота с катализатором из платиновой сетки и увеличенная установка с несколькими одна над другой расположенными по элементу сжигания проволочными сетками.

В патенте ЕР 0359286 В1 описывается способ восстановления закиси азота, которая образуется при каталитическом сжигании аммиака и кислорода до окислов азота и после этого охлаждается в элементе регенерации тепла и абсорбируется водой и/или разбавленной азотной кислотой, отличающийся тем, что теплым реакционным газам дается время удерживающейся способности от 0,1 до 3 с, прежде чем они охладятся. Благодаря этому можно образованную N₂О вновь разложить вплоть до 90%.

В патенте ЕР 0611041 В1 описан способ ослабления эмиссии N₂О во время фазы запуска реакции окисления аммиака с применением сетки катализатора на основе платины и с использованием улавливающей платиновой сетки, включающей нити палладиевого сплава, причем палладиевый сплав содержит от 0,1 до 5 вес. % кобальта.

В заявке DE 19805202 A1 описывается способ получения азотной кислоты, в котором аммиак сжигается, на по крайней мере одной сетке катализатора, в частности платиновой сетке, с подачей кислорода, и реакционные газы охлаждаются, причем реакционные газы перед охлаждением направляются вниз по направлению сетки катализатора через устойчивый к температуре катализатор для превращения N₂О, содержащейся в реакционных газах.

Указанные выше способы характеризуются или небольшой долей разложения N₂О, или очень высокими издержками, относящимися к оборудованию, которые с экономической точки зрения считаются невыгодными.

Поэтому была поставлена задача - с помощью способа нового рода и аппаратуры для восстановления закиси азота нового рода устранить, по меньшей мере частично, вышеназванные недостатки, в особенности предоставить эффективный и благоприятный по затратам, касающимся оборудования, способ и соответствующую аппаратуру.

Эта задача решается, согласно изобретению, посредством способа по пункту 1 или 2 и посредством устройства по пункту 6 или 7, а также посредством применения по пункту 11.

Как по способу согласно изобретению, так и в соответствующем устройстве согласно изобретению аммиак смешивают с кислородом и сжигают при температуре около 860^oС посредством направления на первую сетку катализатора, которая является платино-родиевой сеткой с типичным содержанием родия от 5,0 до 10,0 вес. %, и посредством направления на вторую сетку катализатора, причем эта вторая сетка является палладиево-родиевой сеткой с по меньшей мере 92 вес.% (или более) палладия, 2-4 вес.% родия, остальное - платина, или альтернативно с 82-83 мас.% палладия, 2,5-3,5 мас.% родия, остальное - платина, и при этом осуществляется высокоэффективное восстановление доли закиси азота. Сеткой обозначается газопроницаемая структура, которая по существу является металлической и изготавливается, например, посредством вязания, плетения, ткачества или получения слоя волокнистой массы.

Неожиданным образом оказалось возможным показать, что благодаря одновременному применению обеих сеток катализатора согласно изобретению образовавшееся количество N₂О с самого начала могло значительно восстанавливаться, причем одновременно имело место высокоэффективное образование NO.

Прежде всего является предпочтительным, что палладиево-родиевая сетка характеризуется содержанием родия от 2,5 до 3 вес.% и содержанием палладия 82,5 мас. %, так как этим может быть достигнуто особенно низкое образование N₂О.

Далее является предпочтительным, что палладиево-родиевая сетка размещена на расстоянии от платино-родиевой сетки посредством по меньшей мере одной третьей сетки для того, чтобы избежать таким образом стыковку различных типов сеток, причем в качестве материала для третьей сетки оказалась пригодной жаростойкая сталь (FeCrAl-сплав, например, Меgарyr или Kanthal).

Наконец, может быть предпочтительным, что палладиево-родиевая сетка содержит по меньшей мере один другой металл из группы иридий, рутений, рений, кобальт, никель, медь, золото для того, чтобы повысить механическую устойчивость, при неизменном каталитическом действии, сетки палладиево-родиевого катализатора.

Следующие примеры служат для пояснения изобретения.

1. Испытания в тестируемом реакторе.

Параметры установки:
реактор: тестируемый реактор с эффективным диаметром 100 мм;
давление в реакторе: 5 бар;
нагрузка: 10 т/м² в день;
температура: 865^oС;
срок эксплуатации: 20 дней.

Пример 1 (стандартная система): сетка PtRh8+сетка PdNi5.

Селективность превращения аммиака до окиси азота: 95,5-96%.

Выброс N₂O: 1000-1200 ppm (частей на миллион).

Пример 2 (сравнительный пример): сетка PtRh8+сетка PdBhl,5.

Селективность превращения аммиака до окиси азота: 95,5-96.

Выброс N₂O: 1000-1200 ppm.

Пример 3 (сравнительный пример): сетка PtRH8+сетка PdRh5.

Селективность превращения аммиака до окиси азота: 94,5-95%.

Выброс N₂O: 900-1200 ppm.

Пример 4 (по изобретению):сетка PtRh8+сетка PdRh3.

Селективность превращения аммиака до окиси азота: 95,5-96%.

Выброс N₂O: 300-500 ppm.

Примечание: Pd-сетки после использования механически очень некрепкие: имеют трещины.

Пример 5 (по изобретению): сетка PtRh8+сетка PdRh3Pt5.

Селективность превращения аммиака до окиси азота: 95,5-96%.

Выброс N₂O: 300-500 ppm.

Примечание: Pd-сетки после использования механически некрепкие, но трещин не имеют.

Пример 6 (по изобретению): сетка PtRh8+сетка PdRh3Ptl5.

Селективность превращения аммиака до окиси азота: 95,5-96%.

Выброс N₂O: 300-500 ppm.

Примечание: Pd-сетки после использования механически стабильны и не имеют трещин.

2.1. Испытания в промышленном реакторе.

Параметры установки:
реактор: промышленная установка с двумя параллельными реакторами;
давление в реакторе: 4,8;
нагрузка: 11,2 т/м² в день;
температура: 880^oС;
срок эксплуатации: 180 дней.

Реактор 1 (стандартная система): сетка PtRh5+сетка PdNi5.

Превращение аммиака в окись азота 95%.

Выброс N₂O: 1500 ppm.

Реактор 2 (по изобретению): сетка PtRh5+сетка PdPtl5Rh2,5.

Превращение аммиака в окись азота: 95%.

Выброс N₂O: 1000 ppm.

2.2. Испытания в промышленном реакторе.

Параметры установки:
реактор: промышленный реактор;
давление в реакторе: 3,5 бар;
нагрузка: 5,85 т/м² в день;
температура: 860^oС;
срок эксплуатации: 300 дней.

Пример 1 (стандартная система): сетка PtRh5+сетка PdNi5.

Превращение аммиака в окись азота: 94-96%.

Выброс N₂O: 1200-1600 ppm.

Реактор 2 (по изобретению): сетка PtRh5+сетка PdPtl5Rh3.

Превращение аммиака в окись азота: 94-96%.

Выброс N₂O: 400-800 ppm.

Реферат

Изобретение относится к способу и устройству для восстановления закиси азота, образующейся при каталитическом сжигании аммиака и кислорода до окислов азота. Используется система катализаторов для каталитического сжигания аммиака и кислорода до окислов азота, состоящая из по меньшей мере одной первой сетки катализатора и по меньшей мере одной второй сетки катализатора, при этом по меньшей мере одна первая сетка катализатора является платино-родиевой сеткой, а по меньшей мере одна вторая и расположенная ниже сетка катализатора является палладиево-родиевой сеткой с по меньшей мере 92 вес.% палладия, 2-4 вес.% родия, остальное - платина. При одновременном применении сеток катализатора эффективно восстанавливается закись азота и повышается превращение аммиака в окись азота. 5 с. и 6 з.п. ф-лы.

Формула