Патент на изобретение №2205151

(54) СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЗАКИСИ АЗОТА

(57) 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.

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 ₂О 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 ₂О.

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.

Формула изобретения

1. Способ восстановления закиси азота, образующейся при каталитическом сжигании аммиака и кислорода до окислов азота, причем используют систему катализаторов для каталитического сжигания аммиака и кислорода до окислов азота, состоящую из по меньшей мере одной первой сетки катализатора и по меньшей мере одной второй сетки катализатора, причем по меньшей мере одна первая сетка катализатора является платинородиевой сеткой, отличающийся тем, что по меньшей мере одна вторая и ниже по течению расположенная сетка катализатора является палладиево-родиевой сеткой с по меньшей мере 92 вес. % палладия, 2-4 вес. % родия, остальное – платина.

2. Способ восстановления закиси азота, образующейся при каталитическом сжигании аммиака и кислорода до окислов азота, причем используют систему катализаторов для каталитического сжигания аммиака и кислорода до окислов азота, состоящую из по меньшей мере одной первой сетки катализатора и по меньшей мере одной второй сетки катализатора, причем по меньшей мере одна первая сетка катализатора является платинородиевой сеткой, отличающийся тем, что по меньшей мере одна вторая и ниже по течению расположенная сетка катализатора является палладиево-родиевой сеткой с 82-83 вес. % палладия, 2,5-3,5 вес. % родия, остальное – платина.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что палладиево-родиевая сетка характеризуется содержанием родия 2,5-3 вес. % и содержанием палладия 82,5 вес. %
4. Способ по одному из пп. 1-3, отличающийся тем, что палладиево-родиевая сетка размещена на расстоянии от платинородиевой сетки посредством по меньшей мере одной третьей сетки.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что третья сетка состоит из жаростойкой стали.

6. Устройство для восстановления закиси азота, образующейся при каталитическом сжигании аммиака и кислорода до окислов азота, причем используют систему катализаторов для каталитического сжигания аммиака и кислорода до окислов азота, состоящую из по меньшей мере одной первой сетки катализатора и по меньшей мере одной второй сетки катализатора, причем по меньшей мере одна первая сетка катализатора является платинородиевой сеткой, отличающееся тем, что вторая и ниже по течению расположенная сетка катализатора является палладиево-родиевой сеткой с по меньшей мере 92 вес. % палладия, 2-4 вес. % родия, остальное – платина.

7. Устройство для восстановления закиси азота, образующейся при каталитическом сжигании аммиака и кислорода до окислов азота, причем используют систему катализаторов для каталитического сжигания аммиака и кислорода до окислов азота, состоящую из по меньшей мере одной первой сетки катализатора и по меньшей мере одной второй сетки катализатора, причем по меньшей мере одна первая сетка катализатора является платинородиевой сеткой, отличающееся тем, что вторая и ниже по течению расположенная сетка катализатора является палладиево-родиевой сеткой с 82-83 вес. % палладия, 2,5-3,5 вес. % родия, остальное – платина.

8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что палладиевородиевая сетка характеризуется содержанием родия 2,5-3 вес. % и содержанием палладия 82,5 вес. %
9. Устройство по одному из пп. 6-8, отличающееся тем, что палладиевородиевая сетка размещена на расстоянии от платинородиевой сетки посредством по меньшей мере одной третьей сетки.

10. Устройство по одному из пп. 6-9, отличающееся тем, что третья сетка состоит из жаростойкой стали.

11. Способ восстановления закиси азота, в частности, при каталитическом сжигании аммиака и кислорода до окислов азота, отличающийся тем, что при его осуществлении используют устройство по одному из пп. 6-10.