Патент на изобретение №2279401

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГИДРОКСИЛАМИНСУЛЬФАТА

(57) Реферат:

Изобретение относится к способу получения гидроксиламинсульфата (ГАС), применяемого в производстве капролактама. Способ включает приготовление реакционной смеси аммиака, кислорода и водяного пара, каталитическое окисление аммиака под давлением более 0,3 МПа, стабилизацию состава нитрозного газа путем гидрирования на серебряно-марганцевом катализаторе, концентрирование нитрозного газа за счет конденсации водяных паров, смешение сконцентрированного нитрозного газа с водородом, смесью серной кислоты, дистиллята, образовавшегося при концентрировании азотнокислого конденсата, части конденсата вторичного пара, образовавшегося при концентрировании ГАС, и катализата после каталитического гидрирования азотной кислоты, содержащейся в сконцентрированном азотнокислом конденсате, каталитическое гидрирование азотной кислоты и синтез ГАС. При этом для концентрирования азотнокислого конденсата до массовой доли азотной кислоты до 8% используют тепло конденсации водяных паров при концентрировании нитрозного газа, а раствор ГАС концентрируют до массовой доли 38%, используя тепло конденсации паров дистиллята, образующихся при концентрировании азотнокислого конденсата в дистилляционной колонне. Технический результат состоит в снижении энергетических затрат при сохранении удельных затрат сырья на изготовление продукта. 1 табл., 1 ил.

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

В производстве гидроксиламинсульфата (ГАС) необходим концентрированный монооксид азота, получение которого каталитическим окислением аммиака в присутствии водяных паров неизбежно сопровождается образованием разбавленных растворов азотной кислоты. Утилизация разбавленных растворов азотной кислоты приводит к значительным капитальным и эксплуатационным затратам.

Известен способ получения ГАС, включающий приготовление реакционной смеси аммиака, кислорода и водяного пара, каталитическое окисление аммиака, стабилизацию состава нитрозного газа путем гидрирования на серебряно-марганцевом катализаторе, его двухстадийное концентрирование конденсацией паров воды [см. пат. РФ №2045471, МПК⁶ С 01 В 21/14, оп. 10.10.1995, Бюл. №28]. На первой стадии концентрирования нитрозного газа выделяют около 70% конденсата, содержащего азотную кислоту с массовой долей до 0,3%, на второй – образуется азотная кислота с массовой долей до 5-6%. Конденсат первой стадии направляют на разбавление серной кислоты. Конденсат второй стадии после упаривания до 40-45 мас.% нагревают до 300°С и смешивают с основным потоком нитрозного газа, поступающим на стабилизацию, а пары воды направляют на приготовление смеси аммиак, кислород, пар.

Указанный способ позволяет утилизировать разбавленные растворы азотной кислоты, обеспечивая безотходную технологию производства ГАС, но сложен в управлении и недостаточно надежен в эксплуатации. Кроме того, в процессе двухступенчатой конденсации паров воды, содержащихся в нитрозном газе, безвозвратно теряется выделяющееся при этом тепло.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому является способ получения гидроксиламинсульфата, включающий приготовление реакционной смеси аммиака, кислорода и водяного пара, каталитическое окисление аммиака, стабилизацию состава нитрозного газа путем гидрирования на серебряно-марганцевом катализаторе, концентрирование нитрозного газа за счет конденсации водяных паров, смешение сконцентрированного нитрозного газа с водородом, смесью серной кислоты, воды, конденсата первой стадии концентрирования нитрозного газа, катализата после каталитического гидрирования азотной кислоты, каталитическое гидрирование азотной кислоты и синтез ГАС [см. Заявка ЕПВ №945401, МПК⁶ С 01 В 21/14, оп.29.09.1999 – прототип]. При этом также проводят двухстадийное концентрирование нитрозного газа. Отличается же он от вышеописанного тем, что конденсат второй стадии концентрирования нитрозного газа гидрируют в присутствии платинового катализатора. Получающийся при этом катализат, содержащий азотную кислоту с массовой долей более 0,45%, также используют для разбавления серной кислоты. Таким образом достигается безотходность технологии получения ГАС. Как и в вышеприведенном способе, тепло, выделяющееся при конденсации паров воды нитрозного газа, теряется безвозвратно. Кроме того, окисление аммиака при давлении, близком к атмосферному, приводит к необходимости сжатия нитрозного газа, что удорожает и осложняет управление и регулирование процесса производства ГАС.

Сложность утилизации, как правило, связана с относительно низкой массовой долей азотной кислоты в конденсате второй ступени. Следствием этого является значительное колебание концентрации катализатора в реакторе гидрирования, так как он выводится из реактора непрерывно вместе с катализатом, а возвращается в него с фильтра периодически. И так как производительность реактора пропорциональна концентрации катализатора, колеблется и количество монооксида азота, поступающего на стадию синтеза ГАС, что усложняет регулирование процесса.

Задачей настоящего изобретения является усовершенствование способа получения ГАС путем изменения схемы и параметров процесса в совокупности так, чтобы снизить капитальные и энергетические затраты на изготовление продукта, а также упростить управление и регулирование процессом.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения гидроксиламинсульфата, включающем приготовление реакционной смеси аммиака, кислорода и водяного пара, каталитическое окисление аммиака, стабилизацию состава нитрозного газа путем гидрирования на серебряно-марганцевом катализаторе, концентрирование нитрозного газа за счет конденсации водяных паров, смешение сконцентрированного нитрозного газа с водородом, смесью серной кислоты, катализата после каталитического гидрирования азотной кислоты, каталитическое гидрирование азотной кислоты и синтез ГАС, согласно изобретению каталитическое окисление аммиака осуществляют под давлением более 0,3 МПа, концентрирование нитрозного газа осуществляют в колонне дистилляции с подачей нитрозного газа в кипятильник колонны дистилляции, где азотнокислый конденсат концентрируют до массовой доли азотной кислоты до 8% за счет тепла конденсации водяных паров при концентрировании нитрозного газа, тепло образовавшегося при этом газообразного дистиллята используют для концентрирования ГАС до массовой доли 38%, а сам дистиллят, а также часть образующегося при концентрировании ГАС вторичного пара в виде конденсатов используют для разбавления серной кислоты, азотнокислый конденсат с массовой долей азотной кислоты до 8% подвергают каталитическому гидрированию.

Осуществление каталитического окисления аммиака под давлением более 0,3 МПа позволяет исключить стадию сжатия нитрозного газа. При этом упрощается согласование работы стадий каталитического окисления аммиака и синтеза ГАС и автоматическое регулирование процессом, существенно снижаются капитальные затраты.

Благодаря использованию тепла конденсации водяных паров при концентрировании нитрозного газа концентрирование азотнокислого конденсата (АКК) и раствора ГАС до выбранных параметров процесса дает возможность достичь снижения энергетических затрат на изготовление конечного продукта.

Осуществление заявленного способа поясняется схемой, представленной на чертеже.

Способ осуществляют следующим образом.

Для получения 1 тонны гидроксиламина (ГИАМ) в час в смесителе 1 приготавливают реакционную смесь из 681,5 кг/ч аммиака, 1711,3 кг/ч кислорода и 3352,4 кг/ч водяного пара и направляют в реактор 2, где на платиноидных сетках осуществляют парокислородную конверсию аммиака под давлением более 0,3 МПа (например, 0,3-0,35 МПа). Образовавшийся нитрозный газ (NOx) охлаждают в котловой части реактора 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. Стабилизированный нитрозный газ охлаждают до температуры 150°С в котловой части реактора 4. Тепло реакций окисления аммиака и гидрирования кислорода используют для получения пара. Полученный нитрозный газ далее поступает в кипятильник 5 колонны 8 дистилляции азотнокислого конденсата, где он концентрируется конденсацией паров воды с выделением азотнокислого конденсата (АКК). Тепло конденсации водяных паров при концентрировании нитрозного газа в кипятильнике 5 используется для концентрирования в колонне дистилляции 8 АКК от массовой доли 1,4% до массовой доли 8%. Образующийся при этом газообразный дистиллят, содержащий азотную кислоту с массовой долей до 0,25%, поступает в теплообменник 9, куда в качестве охлаждающей жидкости подается раствор ГАС с массовой долей около 24%. Нагретый за счет конденсации водяных паров дистиллята раствор ГАС поступает далее в сепаратор 10, где под разрежением из раствора испаряются водяные пары при температуре 85°С. Сконцентрированный раствор содержит ГАС с массовой долей около 38%. Нитрозный газ после кипятильника 5 колонны дистилляции 8 поступает в теплообменник 6, где происходит конденсация остаточных паров воды с образованием азотнокислого конденсата с массовой долей 1,4% и охлаждение концентрированного нитрозного газа до 40°С, затем очищается от оксида азота (IV) в скруббере 7 и подается на стадию 14 синтеза ГАС в количестве 1066,1 кг/ч. Сконденсированный дистиллят с массовой долей азотной кислоты 0.25%, а также часть вторичного пара (ВП) после сепаратора 10 и конденсатора вторичного пара 11 направляются на разбавление концентрированой серной кислоты в стадию 12, а кубовый остаток из колонны дистилляции 8 с массовой долей азотной кислоты 7,8% в количестве 660,7 кг/ч (52,8 кг/ч моногидрата азотной кислоты) подается на установку 13 жидкофазного гидрирования в присутствии платинового катализатора. Получающийся при этом монооксид азота в количестве 23,6 кг/ч в смеси с водородом направляется на стадию 14 синтеза ГАС, а катализат, содержащий азотную кислоту с массовой долей около 0,5%, используют для разбавления серной кислоты. Хвостовые газы (ХГ) реакторов синтеза ГАС направляют на сжигание в рекуперативную установку 15.

В таблице приведены данные, иллюстрирующие работу установки ГАС по заявляемому способу и прототипу.

Как видно из данных таблицы, удельные затраты сырья на изготовление продукта практически одинаковы, однако в заявляемом способе исключается стадия сжатия нитрозного газа и получают ГАС с массовой долей 38% вместо 24,6% без дополнительных энергетических затрат; на стадии гидрирования используется азотная кислота с массовой долей 8% вместо 3,56%, что упрощает регулирование процесса.

Таблица
	NH3	O2	Н2O	NO из ап.7	NO из уст.12	NO в ст.14	Н2 на гидр.О2	Н2 в ст.14	H2 в уст.13	H2	% HNO3 в уст.13	%ГАС
Ед изм.	кг/ч	кг/ч	кг/ч	кг/ч	кг/ч	кг/ч	кг/ч	кг/ч	кг/ч	кг/ч	%	%
По прототипу (заявка ЕПВ№945401)	680	1707	3345	1071	21	1092	15,5	128,1	2,0	145,6	3,56	24,6
По заявляемому способу	681,5	1711,3	3352,4	1066,1	23,6	1092	16,6	128,1	2,3	147	8	38

Формула изобретения

Способ получения гидроксиламинсульфата (ГАС), включающий приготовление реакционной смеси аммиака, кислорода и водяного пара, каталитическое окисление аммиака, стабилизацию состава нитрозного газа путем гидрирования на серебряно-марганцевом катализаторе, концентрирование нитрозного газа за счет конденсации водяных паров, смешение сконцентрированного нитрозного газа с водородом, смесью серной кислоты, катализата после каталитического гидрирования азотной кислоты, каталитическое гидрирование азотной кислоты и синтез ГАС, отличающийся тем, что каталитическое окисление аммиака осуществляют под давлением более 0,3 МПа, концентрирование нитрозного газа осуществляют в колонне дистилляции с подачей нитрозного газа в кипятильник колонны дистилляции, где азотно-кислый конденсат концентрируют до массовой доли азотной кислоты до 8% за счет тепла конденсации водяных паров при концентрировании нитрозного газа, тепло образовавшегося при этом газообразного дистиллята используют для концентрирования ГАС до массовой доли 38%, а сам дистиллят, а также часть образующегося при концентрировании ГАС вторичного пара в виде конденсатов используют для разбавления серной кислоты, азотно-кислый конденсат с массовой долей азотной кислоты до 8% подвергают каталитическому гидрированию.

РИСУНКИ