CN1280519A - 防止地球温室化用的方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种可以在比较低的温度下对含有氧化亚氮(N2O)的待处理气体中的氧化亚氮(N2O)实施分解反应的、成本低廉且实用性优良的、可以通过对氧化亚氮气体(N2O)实施的分解来防止地球温室化的方法以及装置。换句话说就是,本发明提供了一种可防止地球温室化的方法和相应的装置,所述的方法是一种对含有氧化亚氮(N2O)的待处理气体中的氧化亚氮(N2O)实施热分解或催化分解的氧化亚氮(N2O)用分解方法,其步骤可以包括对含有氧化亚氮(N2O)的待处理气体实施分流,对其中的一部分实施预热,使该气流通过其氧化亚氮(N2O)的放热分解反应而形成为热气流,分流后的其余待处理气体被供给至该热气流中,从而可以连续实施氧化亚氮气体(N2O)的分解作业。

Description

防止地球温室化用的方法及其装置
所属技术领域
本发明涉及对可能会加重地球温室化效应的气体实施处理用的处理方法及其相应的处理装置。如果更具体地说就是，本发明涉及对作为可能会加重地球温室化效应的一种气体，即氧化亚氮气体(N2O)实施放热分解反应，将氧化亚氮气体(N2O)变换为氮气(N2)、氧气(O2)、以及在特定的场合下生成的氮氧化物(一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)等等)，进而防止地球温室化的方法以及相应的装置。
背景技术
在先技术中，使用硝酸作为氧化剂而实施化学制造作业的一个实例，就是制造己二酸用的己二酸制造作业，它在利用硝酸对环己醇和／或环己酮实施氧化时，会向大气排放出作为伴生产品的氧化亚氮气体。
氧化亚氮气体虽然并不象作为典型的可能会加重地球温室化效应的一种气体、即二氧化碳那样被众所周知，然而它作为可能会加重地球温室化效应的气体之一，也是一种在近年来正在引起人们关注的物质。
虽然氧化亚氮气体大多是由自然土壤和农业耕地等等中产生的，由化学制造业产生出的氧化亚氮气体在地球上氧化亚氮气体生成总量中占有的比率相当小，然而作为氧化亚氮气体(N2O)的人造生成源的、诸如己二酸制造业等等的化学制造业，也应该对其生成量实施调整，因此近年来要求采用可以降低在化学制造业中生成氧化亚氮气体的制造方法的呼声正越来越高。
因此，在近年来有许多项技术方案涉及到在化学制造业中如何降低氧化亚氮气体生成量的技术。这些技术方案大多涉及如何将氧化亚氮气体(N2O)分解为氮气(N2)、氧气(O2)、以及在特定的场合下会生成的氮氧化物(一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2))的方法，其中不使用催化剂而通过加热方式实施分解反应的热分解法，以及使用催化剂实施分解反应的催化分解法这两种氧化亚氮气体(N2O)分解方法，是目前主要使用着的氧化亚氮气体(N2O)分解方法，下面对对它们分别进行说明。
如果举例来说，有关不使用催化剂的热分解法的若干种具体实施方式，己经由美国专利第2974019号公报、日本特开昭61-257940号公报、日本特开平5-339003号公报和日本特表平9-508346号公报等等所公开。然而这些专利申请均存在有下述的未解决问题，因而均不能作为一种可以充分满足需要的氧化亚氮气体用热分解方法。
换句话说就是，美国专利第2974019号公报公开的是一种在高温、高压(～1692℃、25．5个大气压)下对氧化亚氮气体(N2O)实施热分解反应以获得二氧化氮(NO2)的装置，这种装置由于难以获得可以承受所述高温、高压且可靠性良好的材料，所以装置的成本比较高，因而缺乏实用性。
日本特开昭61-257940号专利申请是由本发明的同一申请人提出的，它公开了一种将含有氧化亚氮气体(N2O)的排出气体预热升温至大约900℃，并且在氧化亚氮气体(N2O)可以开始热分解反应的1000℃以上的温度下实施氧化亚氮气体(N2O)的热分解反应的技术。然而由该专利申请所公开的氧化亚氮气体(N2O)的热分解法，需要使被处理的、含有氧化亚氮气体(N2O)的排出气体中的一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)的总量为10％以下，因此存在有必须要设置对排出气体的组分实施调整的附加工序的问题。
日本特开平5-339003号专利申请涉及对前述日本特开昭61-257940号专利申请所公开的氧化亚氮气体(N2O)用热分解方法的改进技术，它公开了一种通过火焰处理而使氧化亚氮气体(N2O)产生热化学分解反应的方法。然而这种方法是一种利用火焰的燃烧热，在存在有火焰的条件下实施氧化亚氮气体(N2O)热化学分解反应的方法，因此当采用这种方法时，可能会出现氧化亚氮气体(N2O)的分解热叠加在火焰的燃烧热上，而不得不在过高的温度下实施热化学反应的问题。这种方法还是一种为了进行氧化亚氮气体(N2O)的热化学分解，而需要持续地使用火焰的方法，因此还存在有为生成火焰而需要使用大量燃料的问题。而且由于这些原因，所产生的燃烧气体量将比较多，所以在通过热化学分解反应所生成的气体中，一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)的浓度必然会比较低，因此还存在有回收一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)用的装置(诸如吸收塔等等)必然会大型化等等的问题。
而且，日本特表平9-508346号专利申请涉及的是对前述日本特开昭61-257940号专利申请所公开的氧化亚氮气体(N2O)用热分解方法中有关预热部部分的改进技术，它公开的是一种由氧化亚氮气体(N2O)制造一氧化氮(NO)的方法。换句话说就是，这种方法首先利用热交换器将含有氧化亚氮气体(N2O)的气体升温至大约400～700℃，随后不利用热交换器，而是利用可燃烧性气体产生的燃烧热等等将气体升温至大约850℃，再在1000℃以上的温度下实施气体中氧化亚氮(N2O)的热分解，进而对所生成出的气体快速冷却以回收一氧化氮(NO)，所以它是一种由氧化亚氮气体(N2O)制造一氧化氮(NO)的方法。然而当使用这种方法时，需要利用可燃烧性气体产生的燃烧热等等，将需要实施处理的、含有氧化亚氮气体(N2O)的全部气体升温至大约850℃，因此需要使用大量的可燃烧性气体，这一点与前述日本特开平5-339003号专利申请中所存在的问题相类似。而且这种方法还使保存有所述燃烧热的氧化亚氮气体(N2O)，在反应室中进行可产生大量分解热的热分解反应，所以也存在有反应室的温度可能会过高的问题。对于这一点，在该专利申请说明书中也指出，反应室的温度可能会一直上升至1500℃。
对于氧化亚氮气体(N2O)的热分解反应，由于将氧化亚氮气体(N2O)分解成氮气(N2)和氧气(O2)的反应是一种放热反应，所以存在有所产生的大量分解热会使实施氧化亚氮气体(N2O)热分解反应的反应系统中的温度显著上升的问题。由于这种反应系统通常必然会形成高温，所以其中的反应器和对由反应器排出的气体实施处理的、诸如热交换设备、生成气体用吸收设备等等的各种设备，以及连接这些设备用的配管等等，均需要使用价格昂贵的耐热性材料制作，而且还增加了对这些设备实施维护的难度。然而在如上所述的各个专利申请中，均没有对由于氧化亚氮气体(N2O)的分解热所产生的上述问题加以考虑。
换句话说就是，在先技术中尚没有一种可以充分满足需要的氧化亚氮气体用热分解方法。
如果举例来说，使用催化剂实施的催化分解法的若干种具体实施方式，已经由日本特开平5-4027号公报、日本特开平6-277453号公报等等所公开。然而这些专利申请均存在有下述的未解决问题，因而和热分解方法相类似，均不能作为一种可以充分满足需求的氧化亚氮气体用催化分解方法。
如果举例来说，由本发明的同一申请人提出的日本特开平5-4027号专利申请，公开了一种在如氧化铜(Ⅱ)催化剂存在的条件下，将含有氧化亚氮气体(N2O)的排出气体催化分解为氮气(N2)和氧气(O2)的催化分解方法。正如该专利申请中所称，这种方法的反应温度最好为400℃至600℃，然而由于催化分解所产生的反应热比较大，在隔热反应条件下反应器出口侧的温度将会上升，所以最好还向反应器供给由诸如空气等等稀释的气体，而且催化分解反应所产生的反应热可通过热交换器等等，由催化分解反应后的气体中作为蒸汽而实施回收，或是利用诸如空气等等的稀释气体将催化分解反应后气体中的热量除去。然而，在可以通过热反应器和稀释气体等等对反应热实施处理的该专利申请中，存在有氧化亚氮气体(N2O)的催化分解热可达19．5千卡／摩尔(Kcal／mol)的问题。换句话说就是，例如在对氧化亚氮气体(N2O)的浓度为34％的含有氧化亚氮气体(N2O)的气体实施催化分解时，会生成出大量的分解热，在催化分解反应后会升温达大约600℃。因此当采用该专利申请所提供的方法实施热量除去操作时，必须要使用大量的稀释气体，或是必须要使用大型的热交换器，这将使得热量除去操作所需的费用相当大。
而且，日本特开平6-277453号专利申请涉及的是利用催化剂对氧化亚氮气体(N2O)实施分解处理的一种改进技术，该专利申请所提供的方法，是一种为了将氧化亚氮气体(N2O)分解区域内的温度保持在最大允许温度Tmax以下，而使由分解区域出口处流出的气体冷却后再使冷却气体中的一部分返回至分解区域的方法。然而这一专利申请与前述日本特开平5-4027号专利申请中存在的问题完全一样，即存在有由于氧化亚氮气体(N2O)分解时会产生大量反应热所带来的问题。
换句话说就是，在先技术中尚没有一种可以充分满足需要的氧化亚氮气体用催化分解方法。
本发明所提供的就是提供一种可以解决如上所述的在先技术中所没有解决的问题的、可以用来对氧化亚氮气体(N2O)实施分解反应的分解方法，进而提供了一种可以通过对氧化亚氮气体(N2O)实施的分解而防止地球温室化的技术。
换句话说就是，本发明的目的就是要能够对氧化亚氮气体(N2O)所产生的分解热实施有效控制，能够在低温下对含有氧化亚氮气体(N2O)的待处理气体中的氧化亚氮(N2O)实施高效率地分解，并且在需要时可以通过成本低廉的方式对一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)实施回收，并且可以减少氧化亚氮气体分解器施加给其它设备的热负荷，而且还可以显著减小由系统外部处供给的热能，从而可以提供出一种不仅能够使设备费用低廉，而且还可以使运行成本低廉的、具有良好实用性的氧化亚氮气体(N2O)用分解方法，进而提供出一种采用着这种氧化亚氮气体分解方法的、可防止地球温室化的方法及其装置。
发明概述
本发明人对于氧化亚氮气体(N2O)分解方法，特别是其中可以消除由于氧化亚氮气体(N2O)的分解热所产生的上述问题的方法，进行了深入地研究开发，从而获得了与在先技术中的氧化亚氮气体(N2O)分解方法完全不同的、可以实现如上所述本发明目的的氧化亚氮气体(N2O)放热分解方法，并在此基础上完成了本发明。
换句话说就是，本发明至少包括：
第一发明：一种可防止地球温室化的方法，其特征在于它是一种对含有氧化亚氮气体(N2O)的待处理气体中的氧化亚氮气体(N2O)实施热分解或催化分解的氧化亚氮气体(N2O)分解方法，其步骤包括对含有氧化亚氮气体(N2O)的待处理气体实施分流，对其中的一部分实施预热，进而使该气流通过其中的氧化亚氮气体(N2O)的放热分解反应而形成为热气流，分流后的其余待处理气体被供给至该热气流中，从而可以连续实施氧化亚氮气体(N2O)的分解作业。
第二发明：一种可防止地球温室化的方法，它是在本发明第一发明所述的可防止地球温室化的方法基础上的改进，其进一步特征在于氧化亚氮气体(N2O)的放热分解反应是通过不使用催化剂的热分解方式实施的。
第三发明：一种可防止地球温室化的方法，它是在本发明第二发明所述的可防止地球温室化的方法基础上的改进，其进一步特征在于所述分流后的、其余待处理气体是由沿着该热气流流动方向上的若干个位置处实施供给的。
第四发明：一种可防止地球温室化的方法，它是在本发明第二或第三发明所述的可防止地球温室化的方法基础上的改进，其进一步特征在于所述待处理气体中的氧化亚氮气体(N2O)的分解，实质上是在活塞式流动状态下实施的。
第五发明：一种可防止地球温室化的方法，它是在本发明第二或第三发明所述的可防止地球温室化的方法基础上的改进，其进一步特征在于所述预热是通过燃料的氧化放热反应而直接加热的方式实施的。
第六发明：一种可防止地球温室化的方法，它是在本发明第五发明所述的可防止地球温室化的方法基础上的改进，其进一步特征在于所述燃料是氢气或甲醇。
第七发明：一种可防止地球温室化的方法，它是在本发明第一发明所述的可防止地球温室化的方法基础上的改进，其进一步特征在于所述氧化亚氮气体(N2O)的放热分解反应是通过催化分解方式实施的。
第八发明：一种可防止地球温室化的方法，它是在本发明第七发明所述的可防止地球温室化的方法基础上的改进，其进一步特征在于所述分流后的其余待处理气体是由沿着该热气流流动方向上的若干个位置处实施供给，进而分别与各个催化剂层相接触的。
第九发明：一种可防止地球温室化的方法，它是在本发明第七或八发明所述的可防止地球温室化的方法基础上的改进，其进一步特征在于恰在与催化剂层相接触之前的气流是一种与稀释气体相混合的混合气体。
第十发明：一种可防止地球温室化的方法，它是在本发明第九发明所述的可防止地球温室化的方法基础上的改进，其进一步特征在于所述稀释气体是空气和／或对待处理气体中的氧化亚氮气体(N2O)实施催化分解之后的气体。
第十一发明：一种可防止地球温室化的方法，它是在本发明第九发明所述的可防止地球温室化的方法基础上的改进，其进一步特征在于对待处理气体中的氧化亚氮气体(N2O)在实施催化分解反应并冷却之后，作为稀释气体使用。
第十二发明：一种可防止地球温室化的方法，它是在本发明第七、第八、第十或第十一发明所述的可防止地球温室化的方法基础上的改进，其进一步特征在于所述预热是通过对待处理气体和／或稀释气体，与利用贵金属催化剂使氢气和氧气反应后所生成的水蒸气实施混合的方式实施的。
第十三发明：一种可防止地球温室化的装置，其特征在于它是一种对含有氧化亚氮气体(N2O)的待处理气体中的氧化亚氮气体(N2O)实施热分解反应以防止地球温室化的装置，并且包括：
(a)对含有氧化亚氮气体(N2O)的待处理气体实施导入用的导入部，
(b)对该导入的待处理气体实施预热用的预热部，
(c)与预热部相邻接的、具有在沿着气流流动方向的一个或两个位置处布置的对含有氧化亚氮气体(N2O)的待处理气体实施供给用供给组件的热分解部，
(d)对热分解反应后的气体实施排出用的气体排出部。
第十四发明：一种可防止地球温室化的装置，它是在本发明第十三发明所述的可防止地球温室化的装置基础上的改进，其进一步特征在于所述预热部还具有燃料燃烧组件。
第十五发明：一种可防止地球温室化的装置，它是在本发明第十四发明所述的可防止地球温室化的装置基础上，其进一步特征在于通过对供给至所述燃料燃烧组件的燃料供给量实施增减的方式，将排出部出口处的气流温度控制在一定温度。
第十六发明：一种可防止地球温室化的装置，它是在本发明第十三、十四或十五发明所述的可防止地球温室化的装置基础上的改进，其进一步特征在于所述热分解部具有位于至少一个待处理气体供给组件的前方和／或后方位置处的多孔板和／或多管喷嘴。
第十七发明：一种可防止地球温室化的装置，它是在本发明第十三、十四或十五发明所述的可防止地球温室化的装置基础上的改进，其进一步特征在于还设置多孔板、多管喷嘴和／或待处理气体供给口的方式，以使沿着待处理气体供给组件方向流入的气流呈螺旋形式流入。
第十八发明：一种可防止地球温室化的装置，其特征在于它是一种使含有氧化亚氮气体(N2O)的待处理气体中的氧化亚氮气体(N2O)与催化剂层相接触以实施氧化亚氮催化分解的、可防止地球温室化的装置，并且包括：
(a)对待处理气体和／或稀释气体实施导入用的导入部，
(b)对待处理气体和／或稀释气体实施混合用的混合部，
(c)具有在沿着该装置纵向方向的若干个位置处对待处理气体和／或稀释气体实施供给用的一个或多个供给组件的混合部，
(d)具有催化剂层的催化分解部，
(e)对实施催化分解反应后的气体实施排出用的排出部。
第十九发明：一种可防止地球温室化的装置，其特征在于它是一种对含有氧化亚氮气体(N2O)的待处理气体中的氧化亚氮气体(N2O)实施催化分解以防止地球温室化的装置，并且包括：
包括以下内容的装置：
(a)对待处理气体和／或稀释气体实施导入用的导入部，
(b)对待处理气体和／或稀释气体实施混合用的混合部，
(c)具有催化剂层的催化分解部，
(d)对实施催化分解反应后的气体实施排出用的排出部，
而且还可以具有一个或多个包括以下内容的装置：
(e)对实施催化分解反应后的排出气体和待处理气体和／或稀释气体实施导入用的导入部，
(f)对实施催化分解反应后的排出气体和待处理气体和／或稀释气体实施混合用的混合部，
(g)具有催化剂层的催化分解部，
(h)对实施催化分解反应后的气体实施排出用的排出部。
第二十发明：一种可防止地球温室化的装置，它是在本发明第十八或十九发明所述的可防止地球温室化的装置基础上的改进，其特征在于对待处理气体和／或稀释气体实施混合用的混合部，包含有对待处理气体和／或稀释气体实施预热用的预热部。
第二十一发明：一种己二酸制造方法，其特征在于它是一种可以降低作为可能会加重地球温室化效应的一种气体、即氧化亚氮气体(N2O)排放至大气中的量的己二酸制造方法，该方法包括：
(1)使环己醇和／或环己酮硝酸氧化以形成己二酸的硝酸氧化工序，
(2)对硝酸氧化工序生成出的含有氧化亚氮气体(N2O)的气体中的硝酸(HNO3)实施回收的硝酸回收工序，
(3)对回收过硝酸(HNO3)的、含有剩余氧化亚氮气体(N2O)的待处理气体实施分流，对其中的一部分实施预热，进而使该气流利用其中的氧化亚氮气体(N2O)所实施的放热分解反应形成为热气流，并且将分流后的其余待处理气体供给至该热气流中，以连续进行氧化亚氮气体(N2O)的分解反应的氧化亚氮气体(N2O)分解工序，
(4)对由氧化亚氮气体(N2O)分解工序排放出的氧化亚氮气体(N2O)中的分解热实施回收的氧化亚氮气体(N2O)分解热回收工序。
对附图的简要说明
图1为表示根据本发明构造的一种氧化亚氮气体(N2O)热分解装置用的示意图。
图2为表示使用在实施例1中的热分解装置的示意图。
图3为表示使用在实施例7中的热分解装置的示意图。
图4为表示根据本发明构造的一种具有若干个催化剂层的氧化亚氮气体(N2O)催化分解装置的模型示意图。
图5为表示根据本发明构造的一种具有若干个独立催化剂层的氧化亚氮气体(N2O)催化分解装置用的模型示意图。
附图中的参考标号的含义为：1 对含有氧化亚氮气体(N2O)的气体实施导入用的气体导入部，2 预热部，3 预热气体接收导入部，4对含有氧化亚氮(N2O)的气体实施供给的气体供给部，5 氧化亚氮气体(N2O)的热分解部，6 热分解气体排出部，7 热分解装置器壁，8热分解部，9 多孔板，10 预热部，11 阻碍板，12 对含有氧化亚氮(N2O)的气体实施供给的气体供给部，13 热分解部，14 多孔板，15 预热部，16 对含有氧化亚氮(N2O)的气体实施供给的气体供给部，17 待处理气体导入部，18 稀释气体导入部，19 预热部，20 预热气体接收导入部，21 空隙，22 催化分解部，23 混合部，24 待处理气体供给部，25 稀释气体供给部，26 催化分解气体排出部，27 催化分解装置器壁。
实施发明用的最佳实施形式
下面对本发明作详细说明。
本发明提供了一种对含有氧化亚氮(N2O)的气体中的氧化亚氮气体(N2O)实施放热分解反应，从而可以显著降低排放至大气中的、作为可能会加重地球温室化效应的一种气体、即氧化亚氮气体(N2O)的量，进而可以防止地球温室化的技术。众所周知，氧化亚氮气体(N2O)的分解反应可以由下述的公式(1)、公式(2)表示。
   (1)
   (2)
上述公式(1)所示的反应是一种可以产生19．5千卡／摩尔(Kcal／mol)热量的放热反应，上述公式(2)所示的反应是一种可以吸收1．96千卡／摩尔(Kcal／mol)的吸热反应。由于由上述公式(1)所示反应产生出的热量大于由上述公式(2)所示反应所吸收的热量，因而从总体上看它是一种放热分解反应。在本发明中所称的氧化亚氮气体(N2O)的分解反应即意味着这种放热型的氧化亚氮气体(N2O)的分解反应。
在本发明所提供的、对含有氧化亚氮气体(N2O)的待处理气体中的氧化亚氮气体(N2O)实施热分解反应或催化分解反应的氧化亚氮气体(N2O)分解方法中，是对含有氧化亚氮气体(N2O)的待处理气体实施分流，对其中的一部分实施预热，并通过该气流中的氧化亚氮气体(N2O)实施的放热分解反应而形成为热气流，进而将分流后的其余待处理气体供给至该热气流中，而连续实施氧化亚氮气体(N2O)的分解反应的。
在本发明中，作为含有氧化亚氮气体(N2O)的待处理气体，最好是采用通过硝酸氧化法制造己二酸的制造过程中所产生的原料气体，然而本发明并不仅限于此，也可以为除了氧化亚氮气体(N2O)之外，还包含有诸如空气、氮气、氧气、水、二氧化碳气体、一氧化碳气体、一氧化氮气体、二氧化氮气体、烃类气体等等的气体。
本发明中对氧化亚氮气体(N2O)实施的热分解反应并不使用催化剂，而是通过含有氧化亚氮(N2O)的气体中氧化亚氮气体(N2O)产生的放热分解反应，将氧化亚氮气体(N2O)变换为氮气(N2)、氧气(O2)、一氧化氮气体(NO)、二氧化氮气体(NO2)等等的。而且在本发明中是对作为含有氧化亚氮气体(N2O)的待处理气体实施分流以形成若干个气体流，并且对该若干个气体流中的一部分实施预热的。
在这儿的预热温度最好为氧化亚氮气体(N2O)能够实质上开始热分解反应时的温度。本发明中的最佳预热温度为大约不低于750℃且不高于大约950℃。当预热温度低于大约750℃时，如果将该预热气体流导入至氧化亚氮气体(N2O)的热分解区域，往往不能在可供实用的反应速度下，实施氧化亚氮气体(N2O)的热分解反应。当预热温度高于大约950℃时，实质上己经开始了氧化亚氮气体(N2O)的热分解反应，所以丧失了实施本发明的预热方式所具有的优点。可以相应于该预热温度，适当的设定将导入至位于该预热区域附近处的热分解反应区域中的待处理气体的滞留时间。
被预热后的所述一部分待处理气体被导入至位于该预热区域附近处的热分解反应区域中，氧化亚氮气体(N2O)在该反应区域中将通过自身的热分解反应而开始产生热量，并实施热分解，进而通过氧化亚氮气体(N2O)的分解热量，而沿着导入气体流动方向使气体温度进一步上升，形成为高温热气流。
本发明通过将分流后的其余待处理气体供给至该高温热气流中的方式，使该其余待处理气体的温度上升至氧化亚氮气体(N2O)的热分解温度或更高，从而可以使供给至该热气流中的待处理气体中的氧化亚氮气体(N2O)，持续地实施热分解反应。
被分流后的其余待处理气体可以在沿着所述热气流的流动方向上的若干个位置处实施供给，而且最好是在2～5个位置处实施供给。因此如果采用本发明，先行供给的待处理气体中的氧化亚氮气体(N2O)将通过自身的热分解反应而产生出分解热量，并利用该热量对随后供给的待处理气体实施升温，从而可以对这种热量实施高效率地依次利用，并且可以在由比较低的、1000℃左右的低温区域至比较高的、1300℃左右的中温区域的温度范围内，对氧化亚氮气体(N2O)热分解反应系统中的温度氛围实施适当的控制。通过增多待处理气体流的分流数目的方式，可以减少对其实施预热所需要的燃料投入量，并且可以降低使氧化亚氮气体(N2O)的分解反应保持为预定温度所需要的能量成本。
在本发明中对含有氧化亚氮(N2O)的气体中的氧化亚氮气体(N2O)实施的热分解反应，最好是在导入至氧化亚氮气体(N2O)热分解区域中的气体呈活塞式流动的状态下实施。通过采用这种方式，便可以利用由待处理气体中的氧化亚氮气体(N2O)的热分解反应而产生出的分解热量，对随后供给至氧化亚氮气体(N2O)用热分解区域处的待处理气体实施升温，而高效率地加以使用。而且由于该气体流处于活塞式流动状态，所以可以对氧化亚氮气体(N2O)用热分解反应区域中的热气流温度实施精确地控制，从而可以将分流后的其余待处理气体流，供给至位于适当温度区域中的热气流的适当位置处。
本发明所采用的、对需要处理的待处理气体实施分流所获得的一部分气体实施预热的预热方法，并不仅限于某种特定的方法，而是可以采用在先技术中对气体实施加热的各种适用方法。如果举例来说，可以采用诸如由外部对待处理气体流经的管路实施加热的管路加热方法等等的间接加热方法，诸如将待处理气体投入至燃烧气体中实施加热的气体热介质加热方法，以及通过对燃料和／或一部分待处理气体实施燃烧产生的热量对待处理气体实施加热的部分燃烧型加热方法等等的直接加热方法，也可以采用利用电热炉实施加热的加热方法，利用微波实施加热的微波加热方法等等的其它加热方法。
在所述的各种预热方法中，本发明所优选的是直接加热方法，因为它比其它加热方法更容易实施，并可以用更低廉的成本将气体加热至所需要的温度。
如果更具体地说，作为直接加热方法中的部分燃烧型加热方法，可以是使待处理气体中的氧化亚氮气体(N2O)与燃料直接反应，并利用该反应产生的热量对待处理气体实施加热的方法等等。气体热介质加热方法可以是将燃料燃烧所产生的高温气体与待处理气体相混合的方法等等。
在本发明中，所述的燃料可以是在助燃性气体存在的条件下能够燃烧的各种物质，即可以采用诸如气态燃料、液态燃料、固态燃料等等各种燃料。如果举例来说，气态燃料可以包括天然气、甲烷、丙烷、丁烷等等的烃类气体，以及氢气、氨气、肼气等等。液态燃料可以包括汽油、煤油、轻油等等的烃类，以及甲醇、乙醇等等的醇类等等。气态燃料中的氢气由于不会产生二氧化碳气体，几乎不会对环境产生什么不良影响，因而具有比其它燃料更为优越的优点。液态燃料中的甲醇由于价格低廉、获取方便，所以比其它燃料优越，也是本发明的优选燃料。如果举例来说，助燃性气体可以是空气、氧气、氧化亚氮气等等。
下面对本发明所提供的一种实施氧化亚氮气体(N2O)热分解反应以防止地球温室化的可防止地球温室化的装置进行说明。
本发明所提供的这种对氧化亚氮气体(N2O)实施热分解反应以防止地球温室化的装置，即氧化亚氮气体(N2O)用热分解装置可以包括：
(a)对含有氧化亚氮气体(N2O)的待处理气体实施导入用的导入部，
(b)对该导入的待处理气体实施预热用的预热部，
(c)与预热部相邻接的、具有在沿着气流流动方向的一个或多个位置处布置的对含有氧化亚氮气体(N2O)的待处理气体实施供给用供给组件的热分解部，
(d)对热分解反应后的气体实施排出用的气体排出部。
其中的热分解部为实施氧化亚氮气体(N2O)热分解反应用的反应区域。
图1为说明本发明这种氧化亚氮气体(N2O)热分解装置的示意性说明图。在图1中，参考标号1表示的是对含有氧化亚氮气体(N2O)的气体实施导入用的气体导入部，参考标号2表示的是对导入气体实施预热用的预热部，参考标号3表示的是预热气体接收导入部，参考标号4表示的是对含有氧化亚氮气体(N2O)的气体实施供给用的气体供给部，参考标号5表示的是进行氧化亚氮气体(N2O)热分解反应用的氧化亚氮气体(N2O)热分解部，参考标号6表示的是热分解气体排出部，参考标号7表示的是热分解装置器(炉)壁。
一部分待处理气体流经气体导入部1，在预热部2处被均匀预热至可以开始实施氧化亚氮气体(N2O)的热分解反应时的温度。对于采用如上所述的直接加热方式实施预热的场合，在预热部2处可以设置有图中未示出的、供给燃料、助燃性气体等等用的导入部。对于这种场合，最好在预热部的内部处还配置有诸如燃烧器等等的燃料燃烧组件。
被预热后的、含有氧化亚氮(N2O)的气体被由预热气体接收导入部3导入至热分解部5。热分解部5可以通过预热气体接收导入部3设置在与预热部2相邻接或连接的位置处。这种热分解部5可以在氧化亚氮气体(N2O)的热分解温度或更高的温度下实施氧化亚氮气体(N2O)的热分解反应，并可以通过氧化亚氮气体(N2O)的热分解反应所产生的热量形成热气流。
所形成的热气流在热分解部5处，与由气体供给部4供给出的、由待处理气体分流形成的其余待处理气体实施混合。在图1中，对这种含有氧化亚氮(N2O)的气体实施供给的气体供给部4的数目为三个，而且在本发明的最佳实施形式中，设置在对含有氧化亚氮(N2O)的气体实施热分解反应用的热分解部5中的气体供给部4的数目(待处理气体的供给级数)可以为2～5个。
在一种最佳实施形式中，含有氧化亚氮(N2O)的气体用气体供给部4还具有可以对位于热分解部5内部处的热气流流动状态实施调整的气体供给组件。如果举例来说，可以使一个或多个气体供给部，包括可以对待处理气体的流动方向和速度实施调整的一个或多个的喷嘴。通过安装有这种组件的方式，便可以将流动方向和速度调整至适当状态的待处理气体导入至热分解部，从而可以对热分解部内部处的热气流的流动状态实施控制。
所述的热气流将与由第一气体供给部4供给出的气体相混合、合流，从而使其温度暂时下降。随后该合流后的热气流将由于氧化亚氮气体(N2O)的热分解反应而使温度上升，再次形成为热气流，进而与由第二气体供给部4供给出的待处理气体混合。随后按照类似的方式，依次使由气体供给部4导入的待处理气体中的氧化亚氮气体(N2O)产生热分解反应，并且在实施高转化率的热分解反应之后，经由热分解气体排出部6将其由热分解反应装置中排出。
在本发明的一种最佳实施形式中，为了可以稳定地实施氧化亚氮气体(N2O)的连锁热分解反应，还使位于热分解部5内部处的气流实质上呈活塞式流动状态(插入流动状态)，因此根据需要还可以在热分解部5处设置有诸如隔板、阻碍板、多孔板、填充材料等等的气流流动状态调整组件。在本发明的一种最佳实施形式中，是为热分解部5在用于对含有氧化亚氮(N2O)的气体实施供给的气体供给部4的前方和／或后方位置处，设置有图中未示出的、使气流呈活塞式流动状态用的多孔板和／或多管喷嘴。
在本发明的最佳实施形式中，还可以将朝向含有氧化亚氮气体(N2O)的气体供给组件方向流入的热气流，调整为呈螺旋形式流入的气体流。为了使热气流能够呈螺旋形式流入，还可以在热分解部5处设置诸如隔板、阻碍板、多孔板、填充材料等等的气流调整组件。为了能够对热气流实施控制以获得呈螺旋形式流入的气流，最好还在气体供给部4处设置有可以对待处理气体的流动方向和速度实施调整的、包括一个或多个喷嘴的气体供给组件。
而且在本发明的一种最佳实施形式中，还可以将热分解装置出口处(热分解气体排出部6的出口处)的气流温度控制为一定值。通过采用这种设置方式，便可以使机器长时间地连续运行。这一出口温度会随着诸如待处理气体的供给温度、待处理气体中的氧化亚氮气体(N2O)浓度、待处理气体的供给速度、供给至预热部处的燃料量等等的变化而变化，因此为了使热分解装置出口处的气流温度保持一定，就必须对这些因素实施控制。在本发明的一种最佳实施形式中，就是通过对供给至预热部处的燃料量实施控制的方式而使热分解装置出口处的气流温度保持一定的。如果采用这种构成方式，便可以使分解温度更为稳定。
在本发明中，待处理气体的供给温度最好低于大约750℃。然而对于由热分解装置排出的、反应结束后的气体温度并没有什么特殊限制，可以将其控制在由比较低的、1000℃左右的低温区域至1300℃左右的中温区域的较大温度区域中。根据需要还可以使其为1500℃以上的温度。
本发明还提供了一种氧化亚氮气体(N2O)用催化分解技术，即利用催化剂(与催化剂相接触)，使含有氧化亚氮(N2O)的气体中的氧化亚氮气体(N2O)产生放热型催化分解反应，进而将氧化亚氮气体(N2O)转变为氮气(N2)、氧气(O2)的技术。本发明还提供了一种通过对氧化亚氮气体(N2O)实施催化分解反应以防止地球温室化的方法，以及防止地球温室化的相应装置。当采用这种催化分解方法时，其分解温度比如上所述的热分解方法中的低温温度还低，所以几乎不会产生一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)，即使有所产生，其量也是非常小的。
在本发明中，作为含有氧化亚氮气体(N2O)的待处理气体可以如上所述，为除了氧化亚氮气体(N2O)之外，还可以包含有诸如空气、氮气、氧气、水、二氧化碳气体、一氧化碳气体、一氧化氮气体、二氧化氮气体、烃类气体等等的气体。然而当采用催化分解方法时，对于不希望由包含在待处理气体中的某些成分随着温度条件的变化而对催化剂造成中毒的场合，或是不希望发生不良反应的场合，最好是将这些成分在供给至催化剂层之前预先加以除去。如果举例来说，对于在包含有氧化亚氮(N2O)的气体中还包含有可能会损坏诸如钯等等催化剂的一氧化氮气体、二氧化氮气体的场合，最好是将这些成分预先通过吸收塔实施氧化吸收并除去水汽之后，再作为本发明的待处理气体使用。因此在本发明中，待处理气体可以采用在供给至氧化亚氮气体(N2O)分解设备之前己经将其它组分预先加以除去的气体，以及混有其它气体的混合气体等等。
本发明对于对氧化亚氮(N2O)实施分解用的催化剂种类并没有什么特殊限定，然而为了能够实现本发明的目的，最好是采用诸如包含有铜、镍、铁、钴、钯或是这些金属的氧化物、复合氧化物的催化剂。最好将催化剂放置在载体上而作为负载型催化剂使用。可以选择具有适当细孔的、热稳定性高的材料作为催化剂载体。可以使用在本发明中的、比较好的催化剂载体为铝、硅、钛、镁、锆的氧化物或复合氧化物。对于这些载体，铝氧化物中的α-氧化铝、β-氧化铝、γ-氧化铝较好些。硅-铝类复合氧化物中的、诸如ZSM5等等的沸石较好些。钛氧化物中的锐钛型和金红石型氧化钛较好些。氧化锆的耐热性比较高，因而也比较好。而且最好是使用由上述载体混合物构成的载体。本发明的催化剂可以按照在先技术中公知的方式承载在载体上，如果举例来说，可以采用将由催化剂金属的水溶解性盐的水溶液浸渍载体中后实施烧制处理的方式实施制造。
可以使用在本发明中的较好的催化剂材料为具有200～800℃的氧化亚氮气体(N2O)用催化分解温度的材料，如果是具有300～700℃的催化分解温度的催化剂材料则更好些。
在催化分解温度高于上述温度的催化剂体系中，应用在本发明的氧化亚氮气体(N2O)用催化分解方法，便可以在随后的氧化亚氮气体(N2O)催化分解过程中，高效率地利用氧化亚氮气体(N2O)在实施催化分解反应时所产生出的分解热。
在本发明中，是对需要被处理的待处理气体实施气体分流，并且对分流后的一部分气体、即分流为若干份的气体中的一份气体实施预热，并导入至氧化亚氮气体(N2O)用催化分解区域的，进而使待处理气体中的氧化亚氮气体(N2O)产生催化分解，而生成为热气流。将所述分流后的其余待处理气体供给至该热气流中。通过采用这种方式，便可以使这些其余待处理气体流的温度上升至可以通过催化剂开始氧化亚氮气体(N2O)的催化分解反应的温度以上，进而可以通过催化剂层持续实施待处理气体中的氧化亚氮气体(N2O)催化分解反应。催化剂层即作为氧化亚氮气体(N2O)的催化分解区域。
分流后的其余待处理气体最好是通过沿着所述热气流流动方向设置着的若干个位置实施供给。按照这种方式供给出的待处理气体将在所述若干个位置处与所述热气流相混合，进而分别与位于该供给位置后方处的催化剂层相接触。通过采用这种方式，本发明便可以高效率地依次利用先行供给入的待处理气体中氧化亚氮气体(N2O)实施催化分解反应而产生出的分解热，对供给至位于其后方处的待处理气体实施升温。在本发明的最佳实施形式中，所述被分流供给的待处理气流的供给位置可以为2～4个。通过增多待处理气体分流数目的方式，可以减少稀释气体的使用量，进而可以降低将氧化亚氮气体(N2O)的分解反应保持为预定温度所需要的能量成本。
在本发明中，是按照如上所述的方式对待处理气体实施分流，进而将其通过若干个导入口导入至催化分解装置的。在这时待处理气体的分流比率，可以依据作为处理对象的待处理气体中氧化亚氮气体(N2O)的浓度、所使用的催化剂体系对氧化亚氮气体(N2O)实施分解时的温度和催化剂层的处理能力等等，适当的加以选择。为了能够提高对待处理气体实施分流导入所可以获得的效果，当导入至相邻接催化剂层中的前一催化剂层的待处理气体量为Q标准立方米／小时(Nm3／hr)时，使分流导入至后一催化剂层的气体为1．1～3．0Q标准立方米／小时(Nm3／hr)时较好些，为1．2～2．7Q标准立方米／小时(Nm3／hr)时为最好。类似的，对于催化剂层的容量，当催化剂体系和各个催化剂层的入口温度、出口温度大体相等的场合，如果相邻接催化剂层中的前一催化剂层的容量为V立方米(m3)，则后一催化剂层的容量为1．1～3．0V立方米(m3)时较好些，为1．2～2．7V立方米(m3)时为最好。
如上所述，本发明是对待处理气体实施分流，并且对其中的一部分实施预热处理的。所使用的预热方法对于氧化亚氮气体(N2O)的这种催化分解方法也没有什么特殊限定，可以采用在先技术中对气体实施加热的各种适用方法。如果举例来说，可以采用诸如由外部对待处理气体流经的管路实施加热的管路加热方法等等的间接加热方法，诸如将待处理气体投入至燃烧气体中实施加热的气体热介质加热方法，以及通过对燃料和／或一部分待处理气体实施燃烧产生的热量对待处理气体实施加热的部分燃烧型加热方法等等的直接加热方法，或是利用电热炉实施加热的加热方法，利用微波实施加热的加热方法等等的各种加热方法。而且，还可以采用利用催化剂使氢气等等可燃气体与氧气等等氧化性气体产生反应，并且将这种反应所生成的反应气体与待处理气体相混合的预热方法。在这些方法中，使氢气与空气中的氧气在贵金属类催化剂作用下反应以生成出作为预热源的水蒸气的方法，由于可以由低温起开始预热，从而可以在比较大的范围内对预热温度实施控制，因而是一种比较好的方法。
在根据本发明的氧化亚氮气体(N2O)用催化分解方法中，根据需要还可以使用稀释气体。这种稀释气体并不仅限于使用在催化分解系统中的特定位置处，在需要将气流温度控制在预定温度时也可以使用这种稀释气体。因此如果举例来说，对于待处理气体中的氧化亚氮气体(N2O)浓度比较低，而不需要考虑所产生的分解热会使温度上升的场合，也可以不使用稀释气体。然而在另一方面，对于氧化亚氮气体(N2O)的浓度比较高，或是所使用的催化剂体系的反应温度比较狭窄而需要限定在特定温度范围内的场合，为了能够抑制分解后气流的温度上升，或是为了能够将气体的温度控制在预定温度范围内，就最好使用稀释气体。
对于在本发明中使用稀释气体的场合，稀释气体的供给位置最好与待处理气体的供给位置相同。稀释气体最好选择使用不包含有使催化剂中毒的物质的稀释气体，以及不包含有会对氧化亚氮气体(N2O)的分解反应产生不良作用的物质的稀释气体。特别适用于本发明的稀释气体，是那种价格低廉、容易获取且容易使用的稀释气体，比如说是空气和／或是对包含有氧化亚氮(N2O)的气体中的氧化亚氮气体(N2O)产生过催化分解反应后的气体。
对作为本发明对象的氧化亚氮气体(N2O)实施的催化分解反应，是一种可以产生氮气和氧气的、气体量增加的不可逆反应，具有当催化剂层的操作压力比较高，便可以使气体处理量比较多，并且使设备比较小等等的优点。但是纯氧化亚氮气体(N2O)在压力下会产生爆发性反应，而且本发明人认为即使是混合系统，在过度压力下氧化亚氮气体(N2O)也可能会产生爆发性分解反应。因此本发明中的催化剂层操作压力取为大气压至0．5兆帕(MPa)时较好些，若取为大气压至0．3兆帕(MPa)时则更好些。如上所述的热分解方法中的压力也可以类似地确定。
不论是采用本发明所提供的氧化亚氮气体(N2O)用热分解方法或氧化亚氮气体(N2O)用催化分解方法作为氧化亚氮气体(N2O)的分解方法，均最好是采用包含有氧化亚氮(N2O)的气体中氧化亚氮气体(N2O)的浓度为不高于60体积％的气体。待处理气体中的氧化亚氮气体(N2O)浓度最好为2～50体积％。当待处理气体中的氧化亚氮气体(N2O)浓度超过60体积％时，就可能会出现纯氧化亚氮气体(N2O)产生爆发性分解反应的问题。
在本发明中位于各催化剂层入口处的气流中氧化亚氮气体(N2O)的浓度，可以依据能够实现本发明目的的方式设定，取为2～20体积％较好些，取为5～15体积％则更好些。当位于催化剂层入口处的气体中氧化亚氮气体(N2O)的浓度低于2体积％时，催化分解反应所产生的热量仅能使催化剂层出口处的温度上升少许，因而难以随后高效率地用来对以后供给其的待处理气体实施升温。而且当位于各催化剂层入口处的气体中氧化亚氮气体(N2O)的浓度高于20体积％时，由于催化分解反应所产生的热量会使催化剂层出口处的温度过度上升，因而会加剧催化剂的热劣化，进而会使设备更容易受到损坏。
下面对本发明所提供的实施氧化亚氮气体(N2O)催化分解反应以防止地球温室化的装置、即氧化亚氮气体(N2O)用催化分解装置进行说明。
本发明所提供的这类氧化亚氮气体(N2O)用催化分解装置可以是一种可以取含有氧化亚氮(N2O)的气体作为待处理气体，使其与催化剂层相接触而实施氧化亚氮气体(N2O)的催化分解反应的装置，它可以包括：
(a)对待处理气体和／或稀释气体实施导入用的导入部，
(b)对待处理气体和／或稀释气体实施混合用的混合部，
(c)具有在沿着装置纵向方向的若干个位置处对待处理气体和／或稀释气体实施供给用的一个或多个供给组件的混合部，
(d)具有催化剂层的催化分解部，
(e)对实施催化分解反应后的气体实施排出用的排出部。
而且，本发明所提供的这类氧化亚氮气体(N2O)用催化分解装置还可以是一种能够对含有氧化亚氮(N2O)的气体中的氧化亚氮气体(N2O)实施催化分解的装置，它可以包括：
一个包括以下内容的装置，
(a)对待处理气体和／或稀释气体实施导入用的导入部，
(b)对待处理气体和／或稀释气体实施混合用的混合部，
(c)具有催化剂层的催化分解部，
(d)对实施催化分解反应后的气体实施排出用的排出部，
一个或多个包括以下内容的装置：
(e)对实施催化分解反应后的排出气体和待处理气体和／或稀释气体实施导入用的导入部，
(f)对实施催化分解反应后的排出气体和待处理气体和／或稀释气体实施混合用的混合部，
(g)具有催化剂层的催化分解部，
(h)对实施催化分解反应后的气体实施排出用的排出部。
不论采用如上所述的那一种构成形式，催化剂层均构成为所述氧化亚氮气体(N2O)用的分解反应区域。
在本发明中，对待处理气体和／或稀释气体实施预热的组件是一种可以对氧化亚氮气体(N2O)的分解反应实施有效控制的组件。因此，对待处理气体和／或稀释气体实施混合用的混合部最好还具有用作对待处理气体和／或稀释气体实施预热用的组件。
图4和图5为说明根据本发明构成的氧化亚氮气体(N2O)催化分解装置用的示意性说明图。
根据本发明构造的催化分解装置可以如图4所示，是在一个分解装置中具有若干个催化剂层的分解装置，也可以如图5所示，是一种由彼此独立的催化剂层结合而构成的分解装置。
在图4和图5中，参考标号17表示的是待处理气体导入部，参考标号18表示的是稀释气体导入部，参考标号19表示的是导入气体用的预热部，参考标号20表示的是预热气体接收导入部，参考标号21表示的是空隙，参考标号22表示的是催化分解部，参考标号23表示的是混合部，参考标号24表示的是待处理气体导入部，参考标号25表示的是稀释气体导入部，参考标号26表示的是催化分解气体排出部，参考标号27表示的是催化分解装置器壁。
正如图4所示，一部分待处理气体和稀释气体可以流经气体导入部17、18，进入预热部19均匀预热至可以在催化剂作用下开始实施催化分解时的温度。预热后的、含有氧化亚氮(N2O)的气体将由预热气体接收导入部20导入至催化分解部22。催化分解部22与预热部19相邻接或是通过预热气体接收导入部20相连接。在这种催化分解部22中进行氧化亚氮气体(N2O)的催化分解反应，并利用氧化亚氮气体(N2O)所产生的分解热而形成热气流。所形成的上述热气流在气体混合部23中，与通过待处理气体导入部24供给出的、通过分流形成的其余待处理气体和由稀释气体导入部25供给的稀释气体实施混合，在达到预定浓度、温度后，再在催化分解部22处实施氧化亚氮气体(N2O)的催化分解反应。朝向催化分解部的这种待处理气体导入部24的数目在图4中为两个，在本发明的最佳实施形式中，位于对含有氧化亚氮(N2O)的气体实施气体催化分解用的气体催化分解部22中的供给部的数目还可以为2～4个。类似的，稀释气体导入部25的数目在图4中为两个，然而在本发明的其它最佳实施形式中，稀释气体导入部的数目也可以为2～4个。
随后，由待处理气体导入部24导入的待处理气体中的氧化亚氮气体(N2O)，通过依次设置着的催化剂部分而实施催化分解反应，并最终流经催化分解气体排出部26而由催化分解反应装置中排出。
上面是参考图4进行的说明，如图5所示的装置在实质上与图4所示的装置是相同的。
在本发明中，为了能够使氧化亚氮气体(N2O)在催化剂的作用下实施稳定的催化分解反应，最好还在混合部23的前方和／或后方位置处，设置有图中未示出的多孔板和／或缩流部，以便使混合后的气体能够均匀地流动。而且在本发明的一种最佳实施形式中，还可以在混合部23内插入有诸如阻碍板、填充材料等等的、具有气体混合功能的结构部件。为了使反应器中的热气流能够呈螺旋形式流动，最好还为含有氧化亚氮(N2O)的气体实施供给的气体供给部24和稀释气体导入部25等等，各设置有可以对供给气体的流动方向和速度实施调整的、包括一个或多个喷嘴的气体供给组件。
使用在本发明中的、对气体流量、气体温度实施控制的控制方法可以为任何适当的方法。在本发明的一种最佳实施形式中，采用的是依据各催化剂层中的催化剂填充量对导入至各催化剂层的待处理气体供给量实施分配，进而使位于各个催化剂层入口处的气体中氧化亚氮气体(N2O)的浓度和气体温度实质上相等的方式，对稀释气体流量和稀释气体温度实施调整的方法。采用这种构成方式，便可以将各个催化剂层入口温度、出口温度控制为所需要的值。
本发明采用的是使待处理气体分流，并且将其中的一部分供给至第一催化分解部的运行方式，所以可以通过与该位于前方处的催化分解部给出的高温气体相混合，而获得使供给至位于后方处的催化分解部及以后的、即位于第二催化分解部及以后的待处理气体升温至能够开始实施反应的温度所需要的一部分热量，乃至全部热量，因此可以大大减小反应系统所需要的待处理气体用热交换器的尺寸。而且如果采用本发明的这种构成形式，还可以在对整个催化分解区域实施温度控制的条件下，将稀释气体、优选是作为与待处理气体相混合后的混合气体分别供给至各催化分解部，从而可以使对各个催化剂层的温度控制容易实施，并且可以降低稀释气体的供给总量。因此，本发明可以减小稀释气体供气设备的尺寸，并可以显著降低运行费用和设备投资。
从应该对由分解反应所形成的气体保有热量实施有效利用的角度出发，在本发明的一种最佳实施形式中，还可以将由氧化亚氮气体(N2O)用分解反应装置排出的反应后的气体，导入至具有常规结构构成的锅炉中，以便将反应热量以蒸汽形式加以回收。而且，还可以通过对锅炉冷却后的反应后气体实施热交换的方式对待处理气体实施加热，进而使供给至本发明反应装置的待处理气体升温。
而且在本发明的一种最佳实施形式中，还可以使包含在由反应器排出的、实施过热分解反应的气体中的氮氧化物(一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2))与水和空气相接触，而作为硝酸水溶液对一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)实施回收。如上所述，本发明中作为包含有氧化亚氮气体(N2O)的待处理气体，最好是采用通过硝酸氧化法制造己二酸制造工序中所生成的气体原料，对于采用本发明的方法对由己二酸制造设备排放出的氧化亚氮气体实施热分解反应的场合，所回收到的硝酸水溶液还可以再次用来制作己二酸。对于所生成出的一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)不需要再次利用的场合，最好还使由所述锅炉或热交换器排出的排出气体中的一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)在催化剂的作用下实施还原处理。如果举例来说，在这儿的还原处理方法可以是使包含有一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)的排出气体，在催化剂作用下与氮氢化物(NH3)反应，以便将一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)变换为氮气(N2)和水(H2O)的方法。通过这种方式便可以使热分解反应结束后的气体无公害化。
正如上面所说明过的那样，本发明所提供的可防止地球温室化的方法以及装置，最好是采用包含有氧化亚氮(N2O)的气体、特别是由使用作为氧化剂的硝酸实施的化学处理工序中产生出的、含有氧化亚氮气体(N2O)的气体，来作为含有氧化亚氮气体(N2O)的原料气体。在本发明的一种最佳实施形式中，采用就是制造己二酸的己二酸制造业中所生成出的气体。
换句话说就是，本发明还提供了一种可以极大地降低作为可能会加重地球温室化效应的一种气体、即氧化亚氮气体(N2O)排放至大气中的量的己二酸制造方法，这种制造方法可以包括：
(1)使环己醇和／或环己酮硝酸氧化以形成己二酸的硝酸氧化工序，
(2)对硝酸氧化工序生成出的、含有剩余氧化亚氮气体(N2O)的气体中的硝酸(HNO3)实施回收的硝酸回收工序，
(3)对回收过硝酸(HNO3)的、含有剩余氧化亚氮气体(N2O)的待处理气体实施分流，对其中的一部分实施预热，进而使该气流利用其中的氧化亚氮气体(N2O)所实施的放热分解反应形成为热气流，并且将分流后的其余待处理气体供给至该热气流中，以连续进行氧化亚氮气体(N2O)的分解反应的氧化亚氮气体(N2O)分解工序，
(4)对由氧化亚氮气体(N2O)分解工序排放出的氧化亚氮气体(N2O)中的分解热实施回收的氧化亚氮气体(N2O)分解热回收工序。
实施例
下面以例举的形式对本发明作具体说明，然而本发明并不仅限于下述的实施例。
实施例1
对具有如表1所示的成分组成和流量的、由己二酸制造设备排放出的、包含有氧化亚氮气体(N2O)的待处理气体(原料气体)中的氧化亚氮气体(N2O)实施热分解反应。
图2为表示这种热分解装置用的示意性说明图。
这种热分解反应炉(热分解部8)可以是一种内径为450毫米、长度为4750毫米的圆筒状耐热砖炉，炉壁的厚度为300毫米。在炉内由200毫米厚的耐热砖型多孔板，串联分隔出具有大体相等容量的空隙的四个热分解反应室(氧化亚氮气体(N2O)用分解反应区域)。待处理气体的分阶段供给数目为4。分流后并被预热的待处理气体被导入至第一反应室，分流后的其余待处理气体被导入至第二、第三、第四反应室。在第二、第三、第四反应室处各设置有位于热气流通过多孔板流入至各反应室之后位置处的待处理气体供给口。在位于第二、第三、第四反应室中的该待处理气体供给口的后方处，距使热气流流入用的多孔板为150毫米位置处还各设置有厚度为200毫米、高度为300毫米的耐热砖型阻碍板。在由与热分解部相似的耐热砖构成的预热部处，具有内径为200毫米、长度为500毫米的圆筒状空隙，而且其一个端部具有待处理气体导入口，另一个端部与热分解部相连接。对于12千卡(kcal)每1标准立方米(Nm3)的待处理气体，使流量为1．3标准立方米／小时(Nm3／hr)的氢气和空气一并导入至该预热部，在该预热部内部燃烧，并且在该预热部处与按照17．9标准立方米／小时(Nm3／hr)的流量导入的待处理气体均匀混合。所供给的待处理气体的温度为550℃。由预热部导入至第一反应室的气体温度为830℃。导入至第二、第三、第四反应室中的、温度为550℃的待处理气体的导入速度分别为34．1标准立方米／小时(Nm3／hr)、72．6标准立方米／小时(Nm3／hr)、155．4标准立方米／小时(Nm3／hr)。在第二、第三、第四反应室入口处由热气流和待处理气体混合而成的气体温度分别为830℃，计量出的炉内压力为1．25公斤／平方厘米(kg／cm2)。
在这时，由热分解炉排出的气流温度为1163℃，所以在所供给的待处理气体中99％以上的氧化亚氮(N2O)已经被热分解。
实施例2
除了待处理气体的供给温度为300℃、供给至预热部的氢气流量为7．2标准立方米／小时(Nm3／hr)、供给至预热部、第二、第三、第四反应室中的待处理气体流量分别为55．7标准立方米／小时(Nm3／hr)、60．0标准立方米／小时(Nm3／hr)、72．9标准立方米／小时(Nm3／hr)、91．4标准立方米／小时(Nm3／hr)之外，均与实施例1相同，并且在该条件下对由己二酸制造设备排放出的待处理气体中的氧化亚氮气体(N2O)实施热分解。
在这时，热分解炉内的压力为1．25公斤／平方厘米(kg／cm2)，位于预热部内部、第二、第三、第四反应室入口处的混合后的气流温度分别为830℃，由热分解炉排出的气流温度为1027℃，所以在所供给的待处理气体中99％以上的氧化亚氮(N2O)已经被热分解。
实施例3
除了待处理气体的供给温度为700℃、供给至预热部的氢气流量为0．1标准立方米／小时(Nm3／hr)、供给至预热部、第二、第三、第四反应室中的待处理气体流量分别为3标准立方米／小时(Nm3／hr)、12．0标准立方米／小时(Nm3／hr)、50．6标准立方米／小时(Nm3／hr)、214．4标准立方米／小时(Nm3／hr)之外，均与实施例1相同，并且在该条件下对待处理气体中的氧化亚氮气体(N2O)实施热分解。
在这时，热分解炉内的压力为1．25公斤／平方厘米(kg／cm2)，位于预热部内部、第二、第三、第四反应室入口处的混合后的气流温度分别为830℃，由热分解炉排出的气流温度为1263℃，所以在所供给的待处理气体中99％以上的氧化亚氮(N2O)已经被热分解。
实施例4
除了供给至预热部的氢气流量为1．2标准立方米／小时(Nm3／hr)、供给至预热部、第二、第三、第四反应室中的待处理气体流量分别为19．7标准立方米／小时(Nm3／hr)、36．1标准立方米／小时(Nm3／hr)、73．4标准立方米／小时(Nm3／hr)、150．8标准立方米／小时(Nm3／hr)之外，均与实施例1相同，并且在该条件下对待处理气体中的氧化亚氮气体(N2O)实施热分解。
在这时，热分解炉内的压力为1．25公斤／平方厘米(kg／cm2)，位于预热部内部、第二、第三、第四反应室入口处的混合后的气流温度分别为800℃，由热分解炉排出的气流温度为1131℃，所以在所供给的待处理气体中99％以上的氧化亚氮(N2O)已经被热分解。
实施例5
将实施例1所使用的热分解反应炉，通过厚度为200毫米的耐热砖型多孔板串联分隔成具有大体相等容量的空隙的第一、第二、第三反应室。待处理气体供给口和阻碍板间的位置关系与实施例1中的大体相同。预热部具有与实施例1中的预热部大体相等的容量。当供给至预热部的氢气流量为2．9标准立方米／小时(Nm3／hr)时，供给至预热部、第二、第三反应室中的待处理气体的流量分别为40．4标准立方米／小时(Nm3／hr)、76．5标准立方米／小时(Nm3／hr)、163．1标准立方米／小时(Nm3／hr)。在其它条件与实施例1中的条件相同的条件下，对待处理气体中的氧化亚氮(N2O)实施热分解。
在这时，热分解炉内的压力为1．25公斤／平方厘米(kg／cm2)，位于预热部内部、第二、第三反应室入口处的混合后的气流温度分别为830℃，由热分解炉排出的气流温度为1173℃，所以在所供给的待处理气体中99％以上的氧化亚氮(N2O)己经被热分解。
实施例6
将实施例1所使用的热分解反应炉，通过厚度为200毫米的耐热砖型多孔板串联分隔成具有大体相等容量的空隙的第一、第二反应室。待处理气体供给口和阻碍板间的位置关系与实施例1中的大体相同。预热部具有与实施例1中的预热部大体相等的容量。当供给至预热部的氢气流量为6．9标准立方米／小时(Nm3／hr)时，供给至预热部、第二反应室中的待处理气体的流量分别为96．6标准立方米／小时(Nm3／hr)、183．4标准立方米／小时(Nm3／hr)。在其它条件与实施例1中的条件相同的条件下，对待处理气体中的氧化亚氮(N2O)实施热分解。
在这时，热分解炉内的压力为1．25公斤／平方厘米(kg／cm2)，位于预热部内部、第二反应室入口处的混合后的气流温度分别为830℃，由热分解炉排出的气流温度为1200℃，所以在所供给的待处理气体中99％以上的氧化亚氮(N2O)已经被热分解。
实施例7
对具有如表1所示的成分组成和流量的、由己二酸制造设备排放出的、包含有氧化亚氮气体(N2O)的待处理气体中的氧化亚氮气体(N2O)实施热分解反应。
图3为表示这种热分解装置用的示意性说明图。
这种热分解反应炉(热分解部)是一种内径为400毫米、长度为4300毫米的圆筒状耐热砖炉，炉壁的厚度为300毫米。在炉内由200毫米厚的耐热砖型多孔板，串联分隔出具有大体相等容量的空隙的四个热分解反应室(氧化亚氮气体(N2O)用分解反应区域)。分流后并被预热的待处理气体被导入至第一反应室，分流后的其余待处理气体被导入至第二、第三、第四反应室。在第二、第三、第四反应室处设置有位于热气流通过多孔板流入至各反应室之后位置处的待处理气体供给口。这些待处理气体供给口设置在位于与热分解反应炉纵轴方向相垂直的平面上的两个相对位置处，以使待处理气体的流入方向设置在不与该纵轴方向相交叉的位置处。在由与热分解部相似的耐热砖构成的预热部处，具有内径为200毫米、长度为500毫米的圆筒状空隙，而且其一个端部具有待处理气体导入口，另一个端部与热分解部相连接。对于13千卡(kcal)每1标准立方米(Nm3)的待处理气体，使流量为0．0231千摩尔／小时(kcal／hr)的甲醇和空气一并导入至该预热部，在该预热部内部燃烧，并且在该预热部处与按照17．8标准立方米／小时(Nm3／hr)的流量导入的待处理气体均匀混合。所供给的待处理气体的温度为550℃。由预热部导入至第一反应室的气体温度为830℃。导入至第二、第三、第四反应室中的、温度为550℃的待处理气体的导入速度分别为34．3标准立方米／小时(Nm3／hr)、72．7标准立方米／小时(Nm3／hr)、155．2标准立方米／小时(Nm3／hr)。在第二、第三、第四反应室入口处由热气流和待处理气体混合而成的气体温度分别为830℃，计量出的炉内压力为1．25公斤／平方厘米(kg／cm2)。
在这时，由热分解炉排出的气流温度为1162℃，所以在所供给的待处理气体中99％以上的氧化亚氮(N2O)已经被热分解。
实施例8
将实施例7所使用的热分解反应炉，通过厚度为200毫米的耐热砖型多孔板串联分隔成具有大体相等容量的空隙的第一、第二、第三反应室。待处理气体供给口的布置关系与实施例7中的大体相同。预热部具有与实施例7中的预热部大体相等的容量。当供给至预热部的甲醇流量为0．0520千摩尔／小时(kcal／hr)时，供给至预热部、第二、第三反应室中的待处理气体的流量分别为39．9标准立方米／小时(Nm3／hr)、77．0标准立方米／小时(Nm3／hr)、163．1标准立方米／小时(Nm3／hr)。在其它条件与实施例7中的条件相同的条件下，对待处理气体中的氧化亚氮(N2O)实施热分解。
在这时，热分解炉内的压力为1．25公斤／平方厘米(kg／cm2)，位于预热部内部、第二、第三反应室入口处的混合后的气流温度分别为830℃，由热分解炉排出的气流温度为1172℃，所以在所供给的待处理气体中99％以上的氧化亚氮(N2O)已经被热分解。
在上述实施例1～8中所描述的氧化亚氮气体(N2O)的热分解条件和结果，已经示出在表2中。
比较实例1
在实施例1所使用的热分解反应炉中未设置有耐热砖型多孔板、阻碍板，即不对含有氧化亚氮气体(N2O)的待处理气体实施分流，而是将其全部供给至炉内作为一个反应室的预热部处。供给至预热部处的氢气流量、待处理气体流量分别为19．9标准立方米／小时(Nm3／hr)、280标准立方米／小时(Nm3／hr)。在其它条件与实施例1中的条件相同的条件下，对待处理气体中的氧化亚氮(N2O)实施热分解。
在这时，热分解炉内计量出的压力为1．25公斤／平方厘米(kg／cm2)，位于热分解部入口处的混合后气流温度为830℃，在热分解炉出口处的气流温度为1283℃。待处理气体中的99％以上的氧化亚氮(N2O)已经被热分解。
在上述的比较实例1中，位于热分解炉出口处的气流温度为1283℃，而所述实施例2中与其相应温度仅为1027℃，比它要低256℃。而且在本比较实例1中，对流量为280标准立方米／小时(Nm3／hr)的待处理气体实施热分解所使用的氢气供给量为19．9标准立方米／小时(Nm3／hr)。与此相对应的是，在根据本发明的实施例3中，对与比较实例1相等量的、流量为280标准立方米／小时(Nm3／hr)的待处理气体实施热分解所使用的氢气供给量尚不超过0．1标准立方米／小时(Nm3／hr)。两者的待处理气体中氧化亚氮气体(N2O)的热分解率均在99％以上，所以十分明显，本发明通过对待处理气体实施分流、供给的方式，可以高效率地对热分解炉内由于氧化亚氮气体(N2O)分解所产生的热量实施良好地利用。
而且，即使为了对待处理气体实施预热而使用燃料，所使用的量也如上所述，即非常少，因此即使对于在需要对氧化亚氮气体(N2O)实施热分解反应所生成出的一氧化氮(NO)实施回收的场合，由生成一氧化氮(NO)用预热燃料所产生的气体的稀释比率也非常低，从而可以高浓度地对一氧化氮(NO)实施回收。
比较实例2
在除了供给至热分解炉中预热部的氢气流量为2．9标准立方米／小时(Nm3／hr)之外，其它条件均与比较实例1中的条件相同的条件下，不对待处理气体实施分流，而实施对待处理气体中的氧化亚氮气体(N2O)的热分解。
在这时，热分解炉内计量出的压力为1．25公斤／平方厘米(kg／cm2)，在热分解部入口处的混合后气流温度为598℃，在热分解炉出口处的气流温度为601℃。待处理气体中的氧化亚氮(N2O)几乎完全没有被热分解。
在如上所述的比较实例2中的氢气供给量为2．9标准立方米／小时(Nm3／hr)，这样少量的氢气并不能对流量为280标准立方米／小时(Nm3／hr)的待处理气体中的氧化亚氮(N2O)实施热分解。与此相对应的是，如果采用本发明中的实施例1，便可以对流量为280标准立方米／小时(Nm3／hr)的待处理气体中99％以上的氧化亚氮(N2O)实施热分解，而所使用的氢气供给量仅为1．3标准立方米／小时(Nm3／hr)。
在上述比较实例1、2中所描述的氧化亚氮(N2O)用的热分解条件和结果，已经示出在表3中。
实施例9
取氧化亚氮气体(N2O)(15．0摩尔％)、氧气(O2)(13．5摩尔％)、氮气(N2)(70．2摩尔％)、二氧化碳(CO2)(1．1摩尔％)、一氧化氮(NO)(0．1摩尔％)、二氧化氮(NO2)(0．1摩尔％)组成为待处理气体，并且在温度为200℃、流量为130．6立方米／小时(m3／H)的条件下，使待处理气体中的氧化亚氮气体(N2O)与催化剂相接触而实施催化分解。
催化剂可以采用氧化铜-氧化铝型催化剂。换句话说就是，可以将γ-氧化铝浸入至硝酸铜溶液中，随后在120℃的温度下用热风实施六小时的干燥，再在500℃的温度下实施三小时的烧制处理，进而使其作为氧化铜承载量为3．7％、表面积为145平方米／克(m2／g)、填充密度为758公斤／立方米(kg／m3)的催化剂使用。
这种催化分解反应器可以是一种内径为2700毫米、长度为5000毫米的圆筒状容器。反应器内部沿着与热气流的流动方向相对的方向、即相对于反应器的纵向方向分割成五个催化分解反应室(氧化亚氮气体(N2O)用的分解区域)，而且在各个反应室的前后处由多孔板实施分割以构成为混合室。第一、第二、第三、第四和第五反应室分别具有0．25立方米、0．14立方米、0．63立方米、2．27立方米和6．61立方米的催化剂。
流量为130．6标准立方米／小时(Nm3／hr)的待处理气体被分流为五个分流部分。被预热后的待处理气体分流流入至第一反应室，以在第一反应室的出口处形成为热气流。在位于第二、第三、第四、第五反应室之前的混合室处，分流后的其余待处理气体在沿着与热气流流动方向成直角方向的两个位置处分别实施导入，以构成为螺旋流动状态。
反应室入口处的压力为0．21兆帕(MPa)。供给至第一反应室处的待处理气体按照12．5标准立方米／小时(Nm3／hr)的流量，与反应器出口处的气体实施间接热交换，而升温至430℃并实施供给。在第一反应室出口处的气体因氧化亚氮(N2O)的分解热而成为779℃的热气流。在位于第二反应室之前的混合室处，按照10．0标准立方米／小时(Nm3／hr)的流量供给在与所述热气流混合后时氧化亚氮(N2O)的浓度为6．5摩尔％的待处理气体。混合后的气体温度为528℃。在第二反应室的出口处，由于氧化亚氮(N2O)的分解热而形成温度为685℃的热气流。按照18．1标准立方米／小时(Nm3／hr)的流量向位于第三反应室之前的混合室处供给待处理气体。混合后的氧化亚氮气体(N2O)的浓度为6．5摩尔％，气体温度为473℃。在第三反应室的出口处，由于氧化亚氮(N2O)的分解热而形成温度为632℃的热气流。按照32．6标准立方米／小时(Nm3／hr)的流量向位于第四反应室之前的混合室处供给待处理气体。混合后的氧化亚氮气体(N2O)的浓度为6．5摩尔％，气体温度为443℃。在第四反应室的出口处，由于氧化亚氮(N2O)的分解热而形成温度为603℃的热气流。按照57．4标准立方米／小时(Nm3／hr)的流量向位于第五反应室之前的混合室处供给待处理气体。混合后的氧化亚氮气体(N2O)的浓度为6．5摩尔％，气体温度为426℃。在第五反应室排出口处的分解气体温度为587℃，所以在所供给的待处理气体中99％以上的氧化亚氮(N2O)已经通过催化剂而被催化分解。
在本实施例中，需要被处理的待处理气体总量为130．6立方米／小时(Nm3／hr)，通过对其实施分流供给的方式，仅将130．6标准立方米／小时(Nm3／hr)中的12．5标准立方米／小时(Nm3／hr)的气体预热至开始反应所必须的温度、即430℃处并实施供给，所以预热所必需的热交换器的热负荷为908千卡／小时(kcal／hr)，而且分流后的其余待处理气体在不进行预热的状态下实施供给。因此由本实施例可以明确获知，即使不对剩余的待处理气体实施预热而进行供给，在各催化剂层入口处的温度也可以保持在反应开始温度、即430℃以上，从而可以连续地实施氧化亚氮(N2O)的催化分解反应。
实施例10
对具有如表4所示的成分组成和流量的、由己二酸制造设备排放出的、包含有氧化亚氮气体(N2O)的待处理气体中的氧化亚氮气体(N2O)，利用催化剂实施催化分解反应。催化剂与实施例9中所使用的催化剂相同。
这种催化分解反应器可以是一种内径为2700毫米、长度为5000毫米的圆筒状容器。在反应器内部沿着与热气流的流动方向相对的方向分割成两个催化分解反应室，而且在各个反应室的前后处由多孔板实施分割以构成为混合室。第一、第二反应室分别具有3．90立方米、6．04立方米的催化剂。
由待处理气体和稀释气体构成的混合气体被预热并供给至第一反应室，分流后的其余待处理气体和稀释气体沿着与热气流流动方向呈直角方向的两个位置处分别导入至位于第二反应室之前的混合室处，以构成为螺旋流动状态。
反应室入口处的压力为0．21兆帕(MPa)。对温度为30℃、流量为114．8标准立方米／小时(Nm3／hr)的待处理气体和温度为230℃、流量为406．7标准立方米／小时(Nm3／hr)的稀释气体实施混合，使混合后的氧化亚氮气体(N2O)的浓度为7．5摩尔％，并且与反应器出口处的气体实施间接热交换，从而向第一反应室供给出温度为500℃的气体。
所述的稀释气体可以是对待处理气体中氧化亚氮气体(N2O)实施催化分解反应后的气体，通过锅炉等等实施过热回收所获得的气体。
位于第一反应室出口处的气体为利用氧化亚氮气体(N2O)的分解热而上升至680℃的热气流。向位于第二反应室之前的混合室处供给流量为165．2标准立方米／小时(Nm3／hr)的待处理气体和流量为44．1标准立方米／小时(Nm3／hr)的稀释气体，混合后的氧化亚氮气体(N2O)的浓度为7．5摩尔％，气体温度为500℃。在排出口处的分解气体温度为680℃，所以在所供给的待处理气体中99％以上的氧化亚氮(N2O)已经在催化剂的作用下被催化分解。稀释气体的使用总量相对于所供给的待处理气体的摩尔比为1．61。
实施例11
所使用的催化剂与实施例9中所使用的催化剂相同。这种催化分解反应器可以是一种内径为2700毫米、长度为5000毫米的圆筒状容器。在反应器内部沿着与热气流的流动方向相对的方向分割成三个催化分解反应室，而且在各个反应室之间由多孔板实施分割以构成为混合室。第一、第二、第三反应室分别具有2．07立方米、3．08立方米、4．70立方米的催化剂。
由待处理气体和稀释气体构成的混合气体被预热并供给至第一反应室，分流后的其余待处理气体和稀释气体相对于热气流的流动方向，即相对于反应器的纵向方向分别由两个位置处导入至位于第二、第三反应室之前的混合室处，以构成为螺旋流动状态。
反应室入口处的压力为0．21兆帕(MPa)。对温度为30℃、流量为62．0标准立方米／小时(Nm3／hr)的待处理气体和温度为230℃、流量为219．2标准立方米／小时(Nm3／hr)的稀释气体实施混合，使混合后的氧化亚氮气体(N2O)的浓度为7．5摩尔％，并且与反应器出口处的气体实施间接热交换，从而可以向第一反应室供给出温度为500℃的气体。
所述的稀释气体可以是对待处理气体中氧化亚氮气体(N2O)实施催化分解反应后的气体，通过锅炉等等实施过热回收所获得的气体。
位于第一反应室出口处的气体为通过氧化亚氮气体(N2O)的分解热而上升至680℃的热气流。向位于第二反应室之前的混合室处供给流量为89．3标准立方米／小时(Nm3／hr)的待处理气体和流量为23．8标准立方米／小时(Nm3／hr)的稀释气体。混合后的氧化亚氮气体(N2O)的浓度为7．5摩尔％，气体温度为500℃。位于第二反应室出口处的气体为通过氧化亚氮气体(N2O)的分解热而上升至680℃的热气流。向位于第三反应室之前的混合室处供给流量为128．7标准立方米／小时(Nm3／hr)的待处理气体和流量为34．2标准立方米／小时(Nm3／hr)的稀释气体，混合后的氧化亚氮气体(N2O)的浓度为7．5摩尔％，气体温度为500℃。在排出口处的分解气体温度为680℃，所以在所供给的待处理气体中99％以上的氧化亚氮(N2O)已经在催化剂的作用下被催化分解。稀释气体的使用总量相对于所供给的待处理气体的摩尔比为0．99。
实施例12
所使用的催化剂与实施例9中所使用的催化剂相同。这种催化分解反应器可以是一种内径为2700毫米、长度为5000毫米的圆筒状容器。在反应器内部沿着与热气流的流动方向相对的方向分割成四个催化分解反应室，而且在各个反应室间的前后位置处由多孔板实施分割以构成为混合室。第一、第二、第三、第四反应室分别具有1．24立方米、1．81立方米、2．69立方米、4．07立方米的催化剂。
由待处理气体和稀释气体构成的混合气体被预热并供给至第一反应室，分流后的其余待处理气体和稀释气体在相对于热气流流动方向，即相对于反应器的纵向方向呈直角的两个位置处分别导入至位于第二、第三、第四反应室之前的混合室处，以构成为螺旋流动状态。
反应室入口处的压力为0．21兆帕(MPa)。对温度为30℃、流量为37．4标准立方米／小时(Nm3／hr)的待处理气体和温度为230℃、流量为131．6标准立方米／小时(Nm3／hr)的稀释气体实施混合，使混合后的氧化亚氮气体(N2O)的浓度为7．5摩尔％，并且与反应器出口处的气体实施间接热交换，从而可以向第一反应室供给出温度为500℃的气体。
所述的稀释气体可以是对待处理气体中氧化亚氮气体(N2O)实施催化分解反应后的气体，通过锅炉等等实施过热回收所获得的气体。
位于第一反应室出口处的气体为通过氧化亚氮气体(N2O)的分解热而上升至680℃的热气流。向位于第二反应室之前的混合室处供给流量为53．8标准立方米／小时(Nm3／hr)的待处理气体和流量为14．3标准立方米／小时(Nm3／hr)的稀释气体。混合后的氧化亚氮气体(N2O)的浓度为7．5摩尔％，气体温度为500℃。位于第二反应室出口处的气体为通过氧化亚氮气体(N2O)的分解热而上升至680℃的热气流。向位于第三反应室之前的混合室处供给流量为77．4标准立方米／小时(Nm3／hr)的待处理气体和流量为20．5标准立方米／小时(Nm3／hr)的稀释气体，混合后的氧化亚氮气体(N2O)的浓度为7．5摩尔％，气体温度为500℃。位于第三反应室出口处的气体为通过氧化亚氮气体(N2O)的分解热而上升至680℃的热气流。向位于第四反应室之前的混合室处供给流量为111．4标准立方米／小时(Nm3／hr)的待处理气体和流量为29．6标准立方米／小时(Nm3／hr)的稀释气体，混合后的氧化亚氮气体(N2O)的浓度为7．5摩尔％，气体温度为500℃。在排出口处的分解气体温度为680℃，所以在所供给的待处理气体中99％以上的氧化亚氮(N2O)已经在催化剂的作用下被催化分解。稀释气体的使用总量相对于所供给的待处理气体的摩尔比为0．70。
实施例13
所使用的催化剂与实施例9中所使用的催化剂相同。这种催化分解反应器可以是一种内径为2700毫米、长度为5000毫米的圆筒状容器。在反应器内部沿着与热气流的流动方向相对的方向分割成五个催化分解反应室，而且在各个反应室间的前后位置处由多孔板实施分割以构成为混合室。第一、第二、第三、第四、第五反应室分别具有0．78立方米、1．14立方米、1．67立方米、2．48立方米、3．73立方米的催化剂。
由待处理气体和稀释气体构成的混合气体被预热并供给至第一反应室，分流后的其余待处理气体和稀释气体在相对于热气流流动方向，即相对于反应器的纵向方向呈直角的两个位置处分别导入至位于第二、第三、第四、第五反应室之前的混合室处，以构成为螺旋流动状态。
反应室入口处的压力为0．21兆帕(MPa)。对温度为30℃、流量为23．7标准立方米／小时(Nm3／hr)的待处理气体和温度为230℃、流量为83．8标准立方米／小时(Nm3／hr)的稀释气体实施混合，使混合后的氧化亚氮气体(N2O)的浓度为7．5摩尔％，并且与反应器出口处的气体实施间接热交换，从而可以向第一反应室供给出温度为500℃的气体。
所述的稀释气体可以是对待处理气体中氧化亚氮气体(N2O)实施催化分解反应后的气体，通过锅炉等等实施过热回收所获得的气体。
位于第一反应室出口处的气体为通过氧化亚氮气体(N2O)的分解热而上升至680℃的热气流。向位于第二反应室之前的混合室处供给流量为34．2标准立方米／小时(Nm3／hr)的待处理气体和流量为9．1标准立方米／小时(Nm3／hr)的稀释气体。混合后的氧化亚氮气体(N2O)的浓度为7．5摩尔％，气体温度为500℃。位于第二反应室出口处的气体为通过氧化亚氮气体(N2O)的分解热而上升至680℃的热气流。向位于第三反应室之前的混合室处供给流量为49．2标准立方米／小时(Nm3／hr)的待处理气体和流量为13．1标准立方米／小时(Nm3／hr)的稀释气体，混合后的氧化亚氮气体(N2O)的浓度为7．5摩尔％，气体温度为500℃。位于第三反应室出口处的气体为通过氧化亚氮气体(N2O)的分解热而上升至680℃的热气流。向位于第四反应室之前的混合室处供给流量为70．9标准立方米／小时(Nm3／hr)的待处理气体和流量为18．9标准立方米／小时(Nm3／hr)的稀释气体，混合后的氧化亚氮气体(N2O)的浓度为7．5摩尔％，气体温度为500℃。位于第四反应室出口处的气体为通过氧化亚氮气体(N2O)的分解热而上升至680℃的热气流。向位于第五反应室之前的混合室处供给流量为102．0标准立方米／小时(Nm3／hr)的待处理气体和流量为27．2标准立方米／小时(Nm3／hr)的稀释气体，混合后的氧化亚氮气体(N2O)的浓度为7．5摩尔％，气体温度为500℃。在排出口处的分解气体温度为680℃，所以在所供给的待处理气体中99％以上的氧化亚氮(N2O)己经在催化剂的作用下被催化分解。稀释气体的使用总量相对于所供给的待处理气体的摩尔比为0．54。
在上述实施例10～13中所描述的氧化亚氮气体(N2O)用的催化分解条件和结果，已经示出在表5中。
比较实例3
所使用的催化剂、待处理气体与实施例9中所使用的催化剂、待处理气体相同。这种催化分解反应器可以是一种内径为2700毫米、长度为5000毫米的、由一个反应室构成的圆筒状容器。反应室具有2．60立方米的催化剂。
对待处理气体实施预热并供给至反应室。反应室入口处的压力为0．21兆帕(MPa)。对流量为130．6标准立方米／小时(Nm3／hr)的待处理气体与反应器出口处的气体实施间接热交换，以向反应室供给出温度为430℃的气体。反应室出口处的气体为通过氧化亚氮气体(N2O)的分解热而上升至779℃的热气流。所供给的待处理气体中的99％以上的氧化亚氮(N2O)已经在催化剂的作用下被催化分解。在本比较实例3中，需要对全部待处理气体实施预热，所以预热所需要的热负荷为9，623千卡／小时(kcal／hr)，即需要实施为实施例9的11倍的热交换量的大型热交换器。
比较实例4
所使用的催化剂、待处理气体与实施例10中所使用的催化剂、待处理气体相同。这种催化分解反应器可以是一种内径为2700毫米、长度为5000毫米的、由一个反应室构成的圆筒状容器。反应室由10．18立方米的催化剂构成。
由待处理气体和稀释气体构成的混合气体被预热并供给至反应室。反应室入口处的压力为0．21兆帕(MPa)。对温度为30℃、流量为280．0标准立方米／小时(Nm3／hr)的待处理气体和温度为230℃、流量为989．8标准立方米／小时(Nm3／hr)的稀释气体实施混合，混合后的氧化亚氮气体(N2O)的浓度为7．5摩尔％，并且与反应器出口处的气体实施间接热交换，以向反应室供给出温度为500℃的气体。
所述的稀释气体可以是对待处理气体中氧化亚氮气体(N2O)实施催化分解反应后的气体，通过锅炉等等实施过热回收所获得的气体。
反应室出口处的气体为通过氧化亚氮气体(N2O)的分解热而上升至680℃的热气流。所供给的待处理气体中99％以上的氧化亚氮(N2O)已经在催化剂的作用下被催化分解。稀释气体的使用总量相对于所供给的待处理气体的摩尔比为3．54。
在如上所述的本比较实例4中，对流量为280．0标准立方米／小时(Nm3／hr)的待处理气体在催化剂作用下实施催化分解反应时所需要的稀释气体量，为待处理气体的3．54倍，而对于根据本发明构造的实施例13，相应的量仅为0．54倍。而且在比较实例4中，在第一阶段入口处需要实施加热的气体量为稀释气体和待处理气体之和，即为1269．8标准立方米／小时(Nm3／hr)，而实施例12中的相应的稀释气体和待处理气体之和仅为432．1标准立方米／小时(Nm3／hr)。两者的待处理气体中氧化亚氮气体(N2O)的催化分解率均在99％以上，所以十分明显，本发明通过对待处理气体和稀释气体实施分流、供给的方式，可以高效率地对催化分解反应器内由于氧化亚氮气体(N2O)分解所产生的热量实施良好地利用。
在上述比较实例4中所描述的氧化亚氮气体(N2O)用的催化分解条件和结果，已经示出在表6中。
表1  包含有氧化亚氮(N2O)的气体(待处理气体)的组分
    排出气体的组分     排出气体的流量
    N2ONONO2CO2O2N2     33．9mol％0．3mol％0．4mol％2．4mol％4．2mol％58．9mol％      94．9Nm3／H0．8Nm3／H1．1Nm3／H6．7Nm3／H11．8Nm3／H164．9Nm3／H
  合计    100．0mol％     280．2Nm3／H
表2  反应条件及其结果
 实施例1 实施例2  实施例3  实施例4  实施例5  实施例6  实施例7   实施例8
待处理气体的分级供给数目相应的供给温度(℃)    4550   4300    4700    4550    3550    2550    4550     3550
H2量(Nm3／hr)甲醇量(kmol／hr)H2或甲醇(kcal)(每Nm3的待处理气体)  1．3-12  7．2-66   0．1-0．9   1．2-11  2．9-26  6．9-63   -0．023113    -0．052028
压力(kg／cm2)  1．25  1．25  1．25  1．25  1．25   1．25   1．25   1．25
被处理    预热部气体的    第二室泵入量    第三室(Nm3／H)  第四室  17．934．172．6155．4  55．760．072．991．4     312．050．6214．4  19．736．173．4150．8  40．476．5163．1-   96．6183．4--   17．834．372．7155．2   39．977．0163．1-
各反应室  第一室入口温度  第二室(℃)      第三室第四室  830830830830  830830830830  830830830830  800800800800  830830830-  830830--  830830830830   830830830-
最终出口温度(℃)  1163  1027  1263  1131  1173  1200  1162  1172
N2O的分解率(％)  ＞99  ＞99  ＞99  ＞99  ＞99  ＞99  ＞99  ＞99
注)1、压力为计量压力。2、预热部为第一级
表3  比较实例1、2的反应条件和结果
比较实例1 比较实例2
    待处理气体分级供给数目相应的供给温度              (℃)     1550     1550
    氢气量                     (Nm3／H)同前(kcal／Nm3)-待处理气体     19．9182     2．9
    反应压力                  (kg／cm2)     1．25     1．25
    待处理气体供给量          (Nm3／H)     280     280
    开始温度                    (℃)     830     598
    最终室出口温度              (℃)     1283     601
    反应率                      (％)     99     0
压力为计量压力
表4  包含有氧化亚氮气体(N2O)的气体(待处理气体)
                   的组分和流量
   排出气体的组成   排出气体的流量
    N2ONONO2CO2O2N2    34．1mol％0．1mo1％0．1mol％2．4mol％4．0mol％59．3mol％    95．5Nm3／H0．3Nm3／H0．3Nm3／H6．7Nm3／H11．2Nm3／H166．0Nm3／H
合计    100．0mol％     280．0Nm3／H
表5  反应条件以及结果
待处理气体分级供给数目相应的供给温度稀释气体温度各级入口温度各级出口温度反应器入口处压力待处理气体的供给量各级稀释气体供给量∑稀释气体/∑待处理气体摩尔比催化剂层容积(m3)N2O反应率 (℃)(℃)(℃)(℃)(MPa)(Nm3/H)第一级第二级第三级第四级第五级合计∑(Nm3/H)第一级第二级第三级第四级第五级合计∑第一级第二级第三级第四级第五级合计∑(％) 实施例10 实施例11 实施例12 实施例13
    25002305006800.21114.8165.2---280.0406.744.1---450.81.613.906.04---9.93＞99     3352305006800.2162.089.3128.7--280.0219.223.834.2--277.20.992.073.084.70--9.85＞99     4352305006800.2137.453.877.4111.4-280.0131.614.320.529.6-196.00.701.241.812.694.07-9.82＞99     5352305006800.2123.734.249.270.9102.0280.083.89.113.118.927.2152.10.540.781.141.672.483.739.80＞99
表6  比较实例4  反应条件以及结果
  比较实例4
    排出气体  供给级数目     1
    同上      供给温度      (℃)     35
    稀释气体温度            (℃)     230
    入口温度                (℃)     500
    出口温度                (℃)     680
    反应器入口处的压力      (MPa)     0．21
    稀释气体流量          (Nm3／H)     989．8
    ∑稀释气体／∑待处理气体(摩尔比)     3．54
    催化剂层容积            (m3)     10．18
    N2O反应率               (％)     ＞99
工业实用性
通过以上的详细说明可知，本发明可以在低温下实施高效率地氧化亚氮(N2O)分解反应，从而提供了一种可以仅在反应系统之外供给极少量能量的、实用性特别良好的可防止地球温室化的方法和装置，它们具有如下所述的显著效果。
换句话说就是，由本发明提供的、可以对氧化亚氮(N2O)实施热分解而防止地球温室化的技术具有如下所述显著效果：
1、可以在比较低的温度下对氧化亚氮(N2O)实施高分解率的热分解，使所生成出的一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)以高浓度形式存在，以便在需要时可以通过低廉的成本对一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)实施回收，而且仅需要在反应系统之外供给极少量的能量，所以效果极为优良。
2、而且在本发明中，反应器容量比较小，化工机械用的材质选择容易，施加给化工机械的热负荷小，而且还可以使对待处理气体实施升温处理的热交换器小型化，从而可以提供出一种可以对一氧化氮(NO)等等实施高浓度回收的、实用性极其优良的氧化亚氮气体(N2O)用热分解装置。
而且，由本发明提供的、可以对氧化亚氮气体(N2O)实施催化分解以防止地球温室化的技术具有如下所述显著效果：
1、根据本发明构造的氧化亚氮气体(N2O)用的分解方法，可以对需要实施处理的、含有氧化亚氮气体(N2O)的气体实施分流，将其中的一部分预热至可以开始实施氧化亚氮气体(N2O)的催化分解反应的温度处，并且将分流后的其余待处理气体在比所述预热后的待处理气体温度低的温度下，供给至氧化亚氮气体(N2O)用的催化分解层，所以和对全部待处理气体实施预热并供给的场合相比，可以显著地降低预热所需要的供给热量。
2、在此基础上还可以显著地减小实施预热所需要的、诸如热交换器等等的预热设备的尺寸，而对于由外部供给燃料实施燃烧预热的场合，也可以显著地降低燃料的使用量。
3、本发明还可以将待处理气体和稀释气体混合后再供给至催化剂层，而且即使对于这种场合，利用对所述待处理气体实施分流、供给所具有的所述效果，也可以显著地降低所使用的稀释气体的供给量。
4、本发明还可以为使用着若干个催化剂层的氧化亚氮气体(N2O)用催化分解方法，所以通过对所述待处理气体实施分流、供给的方式，还可以将在位于前方处的催化剂层处由于氧化亚氮气体(N2O)的催化分解反应所产生的大量热量，施加给将供给至位于后方位置处的催化剂层的待处理气体。换句话说就是，氧化亚氮气体(N2O)实施催化分解反应所产生出的大量热量，可以非常有效地被用来对依次分流、供给的待处理气体实施温度升温。
5、由于上述原因，还可以方便地将供给至各催化剂层的气体温度和各个催化剂层内部处的温度控制在所使用的催化剂体系的最适当温度处。
6、根据本发明构造的氧化亚氮气体(N2O)用催化分解装置，还可以是一种能够实施具有所述效果的氧化亚氮气体(N2O)用催化分解方法的装置，所以相应于单位待处理气体，可以使整个装置小型化，进而可以降低总的设备运行经费，并且可以显著减小由外部处供给的燃料、热能。
7、而且，本发明还提供了一种可以非常容易地对催化分解层的温度实施控制的、从而可以可靠地防止由于氧化亚氮气体(N2O)的分解热而使催化剂层以及附近处的温度急剧上升的装置。
8、由于上述原因，根据本发明构造的氧化亚氮气体(N2O)用催化分解装置不仅运行操作容易，而且装置的耐用性良好，实用性极其优良。
9、根据本发明构造的己二酸制造工序，能够大大减小排放至大气中的氧化亚氮(N2O)的气体量，并且具有如上所述的、极其优良的实用性的氧化亚氮气体(N2O)分解技术，所以不仅可以显著地防止地球温室化，而且还可以使设备费用低廉、运行成本低廉。

Claims (21)

1．一种可防止地球温室化的方法，其特征在于它包括对含有氧化亚氮的待处理气体中的氧化亚氮实施热分解或催化分解的氧化亚氮分解方法，其步骤包括对含有氧化亚氮的待处理气体实施分流，对其中的一部分实施预热，进而使该气流通过其中的氧化亚氮的放热分解反应而形成为热气流，分流后的其余待处理气体被供给至该热气流中，从而连续实施氧化亚氮的分解作业，因而防止了地球温室化。
2．一种如权利要求1所述的可防止地球温室化的方法，其特征在于氧化亚氮的放热分解反应是通过不使用催化剂的热分解方式实施的。
3．一种如权利要求2所述的可防止地球温室化的方法，其特征在于所述分流后的其余待处理气体是由沿着所述热气流流动方向上的若干个位置处实施供给的。
4．一种如权利要求2或3所述的可防止地球温室化的方法，其特征在于待处理气体中的氧化亚氮的分解，基本上是在活塞式流动状态下实施的。
5．一种如权利要求2或3所述的可防止地球温室化的方法，其特征在于所述预热是通过燃料的氧化放热反应而直接加热的方式实施的。
6．一种如权利要求5所述的可防止地球温室化的方法，其特征在于所述燃料是氢气或甲醇。
7．一种如权利要求1所述的可防止地球温室化的方法，其特征在于所述氧化亚氮的放热分解反应是通过催化分解方式实施的。
8．一种如权利要求7所述的可防止地球温室化的方法，其特征在于所述分流后的其余待处理气体是由沿着该热气流流动方向上的若干个位置处实施供给，进而分别与各个催化剂层相接触的。
9．一种如权利要求7或8所述的可防止地球温室化的方法，其特征在于恰在与催化剂层相接触之前的气流是一种与稀释气体相混合的混合气体。
10．一种如权利要求9所述的可防止地球温室化的方法，其特征在于所述稀释气体是空气和／或对待处理气体中的氧化亚氮实施催化分解之后的气体。
11．一种如权利要求9所述的可防止地球温室化的方法，其特征在于待处理气体中的氧化亚氮在实施催化分解反应并冷却之后，作为稀释气体使用。
12．一种如权利要求7、8、10或11所述的可防止地球温室化的方法，其特征在于所述预热是通过对待处理气体和／或稀释气体，与利用贵金属催化剂使氢气和氧气反应后所生成的水蒸气实施混合的方式实施的。
13．一种可防止地球温室化的装置，其特征在于它是一种对含有氧化亚氮的待处理气体中的氧化亚氮气体实施热分解反应以防止地球温室化的装置，并且包括：
(a)含有氧化亚氮的待处理气体实施导入用的导入部，
(b)对该导入的待处理气体实施预热用的预热部，
(c)与预热部相邻接的、具有在沿着气流流动方向的一个或多个位置处布置的对含有氧化亚氮的待处理气体实施供给用供给组件的热分解部，
(d)对热分解反应后的气体实施排出用的气体排出部。
14．一种如权利要求13所述的可防止地球温室化的装置，其特征在于预热部还具有燃料燃烧组件。
15．一种如权利要求14所述的可防止地球温室化的装置，其特征在于通过对供给至燃料燃烧组件的燃料供给量实施增减的方式，将排出部出口处的气流温度控制在一定温度之下。
16．一种如权利要求13、14或15所述的可防止地球温室化的装置，其特征在于所述热分解部具有位于至少一个待处理气体供给组件的前方和／或后方位置处的多孔板和／或多管喷嘴。
17．一种如权利要求13、14或15所述的可防止地球温室化的装置，其特征在于设置所述多孔板、多管喷嘴和／或待处理气体供给口的布置方式，以使沿着待处理气体供给组件方向流入的气流呈螺旋形式流入。
18．一种可防止地球温室化的装置，其特征在于它是一种使含有氧化亚氮的待处理气体中的氧化亚氮气体与催化剂层相接触以实施催化分解氧化亚氮的可防止地球温室化的装置，并且包括：
(a)对待处理气体和／或稀释气体实施导入用的导入部，
(b)对待处理气体和／或稀释气体实施混合用的混合部，
(c)具有在沿着该装置纵向方向的若干个位置处对待处理气体和／或稀释气体实施供给用的一个或多个供给组件的混合部，
(d)具有催化剂层的催化分解部，
(e)对实施催化分解反应后的气体实施排出用的排出部。
19．一种可防止地球温室化的装置，其特征在于它是一种使含有氧化亚氮的待处理气体中的氧化亚氮与催化剂层相接触以实施催化分解的可防止地球温室化的装置，并且包括：
一个包括以下内容的装置：
(a)对待处理气体和／或稀释气体实施导入用的导入部，
(b)对待处理气体和／或稀释气体实施混合用的混合部，
(c)具有催化剂层的催化分解部，
(d)对实施催化分解反应后的气体实施排出用的排出部；
和一个或多个包括以下内容的装置：
(e)对实施催化分解反应后的排出气体和待处理气体和／或稀释气体实施导入用的导入部，
(f)对实施催化分解反应后的排出气体和待处理气体和／或稀释气体实施混合用的混合部，
(g)具有催化剂层的催化分解部，
(h)对实施催化分解反应后的气体实施排出用的排出部。
20．一种如权利要求18或19所述的可防止地球温室化的装置，其特征在于对待处理气体和／或稀释气体实施混合用的混合部，包含有对待处理气体和／或稀释气体实施预热用的预热部。
21．一种己二酸制造方法，其特征在于它是一种可以降低作为可能会加重地球温室化效应的一种气体、即氧化亚氮排放至大气中的量的己二酸制造方法，该方法包括：
(1)使环己醇和／或环己酮硝酸氧化以形成己二酸的硝酸氧化工序，
(2)对硝酸氧化工序生成出的、含有氧化亚氮的气体中的硝酸实施回收的硝酸回收工序，
(3)对回收过硝酸的、含有氧化亚氮的待处理气体实施分流，对其中的一部分实施预热，进而使该气流利用其中的氧化亚氮所实施的放热分解反应形成为热气流，并且将分流后的其余待处理气体供给至该热气流中，以连续进行氧化亚氮的分解反应的氧化亚氮分解工序，
(4)对由氧化亚氮分解工序排放出的氧化亚氮分解热实施回收的氧化亚氮分解热回收工序。
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