JP3258394B2 - Method for producing nitrous oxide - Google Patents

Method for producing nitrous oxide

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JP3258394B2
JP3258394B2 JP27591392A JP27591392A JP3258394B2 JP 3258394 B2 JP3258394 B2 JP 3258394B2 JP 27591392 A JP27591392 A JP 27591392A JP 27591392 A JP27591392 A JP 27591392A JP 3258394 B2 JP3258394 B2 JP 3258394B2
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nitrous oxide
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寛 加藤
宜孝 上田
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は亜酸化窒素の製造方法に
関し、詳しくは、アンモニアを水蒸気の存在下に酸素で
酸化して亜酸化窒素を製造する方法に関する。亜酸化窒
素は麻酔ガスやロケット燃料用支燃剤あるいは半導体洗
浄剤として有用な化合物である。
The present invention relates to a method for producing nitrous oxide, and more particularly to a method for producing nitrous oxide by oxidizing ammonia with oxygen in the presence of water vapor. Nitrous oxide is a compound useful as an anesthetic gas, a rocket fuel burner or a semiconductor cleaner.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、亜酸化窒素の製造方法としては、
(1) アンモニア酸化法、(2) 硝酸アンモニウム分解法、
(3) スルファミン酸と硝酸との反応による方法等が知ら
れている。この内、アンモニア酸化法(1) は原料が安価
なアンモニアと酸素であり、また、高収率が得られるた
めに工業的には好ましい方法である。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method for producing nitrous oxide,
(1) ammonia oxidation method, (2) ammonium nitrate decomposition method,
(3) A method based on a reaction between sulfamic acid and nitric acid is known. Among them, the ammonia oxidation method (1) is an industrially preferable method because the raw materials are inexpensive ammonia and oxygen and a high yield can be obtained.

【0003】このアンモニア酸化法は酸素あるいは空気
を使用して金属酸化物触媒上でアンモニアを200 〜500
℃で酸化し、亜酸化窒素を製造する方法であり、使用す
る触媒は劣化することが知られている。この対策とし
て、触媒の再生方法(特公昭30-1225 号)が提案されて
いる。また、触媒調製時の硝酸アンモニウムを完全に洗
浄して劣化しにくい実用的な触媒調製方法(工業化学雑
誌、64、11、1879(1961))等が知られている。
[0003] This ammonia oxidation method uses ammonia or air to produce 200 to 500 ammonia on a metal oxide catalyst.
It is a method of producing nitrous oxide by oxidizing at a temperature of ° C, and it is known that the catalyst used is deteriorated. As a countermeasure, a method of regenerating a catalyst (Japanese Patent Publication No. 30-1225) has been proposed. Further, there is known a practical catalyst preparation method (industrial chemistry magazine, 64, 11, 1879 (1961)) in which ammonium nitrate at the time of catalyst preparation is completely washed and hardly deteriorated.

【0004】また、本発明者らはアンモニア酸化法にお
いて、水蒸気を共存させてアンモニアを酸化することに
より、(1) 活性の劣化がないこと、(2) 水蒸気を水に凝
縮するだけで80%以上の高濃度の亜酸化窒素を得る事が
できること、(3) 酸素あるいは窒素で爆発限界を避ける
方法に比べ安全領域が大きく、より安全に運転できるこ
と、(4) 水蒸気の熱容量が窒素や酸素よりも大きいため
反応の温度制御が容易なこと、を見い出し、水蒸気を共
存させて亜酸化窒素を製造する方法を既に提案してい
る。
In the ammonia oxidation method, the present inventors oxidize ammonia in the coexistence of water vapor to (1) ensure that the activity is not degraded, and (2) reduce the water vapor to 80% by simply condensing the water vapor into water. The high concentration of nitrous oxide can be obtained as described above, (3) The safe area is larger and the operation is safer than the method of avoiding the explosion limit with oxygen or nitrogen, and (4) The heat capacity of steam is higher than that of nitrogen or oxygen. It has been found that it is easy to control the temperature of the reaction because it is large, and a method for producing nitrous oxide in the presence of steam has already been proposed.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】反応は通常、アンモニ
ア―酸素系において爆発領域を避けるためにアンモニア
の濃度が10 vol%以下になるように酸素で希釈して反応
が行われる。しかし、この方法をそのまま実施しても未
反応の酸素が存在するので反応器出口の亜酸化窒素濃度
は数%にすぎない。そこで、酸素濃度を80vol %以上使
用し、その反応生成ガスを循環し、アンモニアだけを分
割供給する方法(特公昭46-33210号)が提案されている
が、この場合における反応器出口の亜酸化窒素濃度も40
vol %程度が得られているにすぎないだけでなく、NO
x (主としてNOとNO2 )副生量は数%に達する。こ
のNOx は亜酸化窒素の主たる用途が麻酔用であるため
に徹底的に除去する必要があり、通常、上記用途に用い
られる亜酸化窒素中のNOx含有量は0.1ppm以下であ
る。例えば、製造される亜酸化窒素中のNOx 含有量が
5%の場合には、精留塔等において50万分の1までNO
x を除去しなければならず、NOx の副生量が多いとい
う事は経済性を損なう大きな要因である。
The reaction is usually carried out by diluting with oxygen so that the concentration of ammonia is 10 vol% or less in order to avoid an explosion region in the ammonia-oxygen system. However, even if this method is carried out as it is, the concentration of nitrous oxide at the outlet of the reactor is only a few% because unreacted oxygen exists. Therefore, a method has been proposed in which the oxygen concentration is 80 vol% or more, the reaction product gas is circulated, and only ammonia is separately supplied (Japanese Patent Publication No. 46-33210). Nitrogen concentration is also 40
not only vol% but also NO
x (mainly NO and NO 2 ) by-products amount to several percent. This NOx needs to be thoroughly removed because the main use of nitrous oxide is for anesthesia. Usually, the NOx content in nitrous oxide used for the above use is 0.1 ppm or less. For example, when the NOx content in the produced nitrous oxide is 5%, the NOx content is reduced to 1 / 500,000 in a rectification column or the like.
The fact that x must be removed and the amount of NOx by-produced is large is a major factor that impairs economic efficiency.

【0006】一方、窒素で希釈して爆発範囲を避けた場
合、酸素/アンモニアのモル比は小さくできるが、反応
器出口の亜酸化窒素濃度は希釈ガスである窒素ガスが存
在するためにせいぜい数%である。この場合、亜酸化窒
素の経済的な分離は不可能である。このようなアンモニ
ア酸化法において、NOx の副生が少なく、高濃度の亜
酸化窒素を高収率で製造する方法が望まれていた。
On the other hand, when the explosion range is avoided by diluting with nitrogen, the molar ratio of oxygen / ammonia can be reduced, but the concentration of nitrous oxide at the outlet of the reactor is at most a few due to the presence of diluent gas, nitrogen gas. %. In this case, economical separation of nitrous oxide is not possible. In such an ammonia oxidation method, there has been a demand for a method for producing a high concentration of nitrous oxide in a high yield with little by-product of NOx.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】この水蒸気を共存させる
方法において、副生NOx を抑制する方法を鋭意検討し
た結果、酸素/アンモニアのモル比が1.5 以下の条件で
反応を行うことによりNOx の副生が急激に抑制される
事を見い出し、本発明を完成した。すなわち、本発明
は、水蒸気の存在下にアンモニアを酸化して亜酸化窒素
を製造する方法において、反応器の供給口における酸素
/アンモニアのモル比が0.5 〜1.5 になるように酸素お
よびアンモニアを反応器へ供給することを特徴とするN
Ox の副生が少ない亜酸化窒素の製造方法であり、ま
た、本発明は、上記方法において酸素およびアンモニア
を反応器へ供給するに際し、酸素および/またはアンモ
ニアを分割して多段で供給することを特徴とするNOx
の副生が少ない亜酸化窒素の製造方法である。さらに、
本発明は、上記方法における反応器から得られる反応生
成ガスを冷却し、凝縮した未反応のアンモニアおよび水
蒸気をアンモニア水として反応器へ循環することを特徴
とするNOx の副生が少ない亜酸化窒素の製造方法であ
る。
In this method of coexisting water vapor, as a result of diligent studies on a method of suppressing by-product NOx, the reaction was carried out under the condition that the molar ratio of oxygen / ammonia was 1.5 or less. They found that life was rapidly suppressed and completed the present invention. That is, the present invention relates to a method for producing nitrous oxide by oxidizing ammonia in the presence of water vapor, wherein oxygen and ammonia are reacted so that the molar ratio of oxygen / ammonia at the supply port of the reactor becomes 0.5 to 1.5. N to be supplied to a vessel
The present invention relates to a method for producing nitrous oxide having a small amount of by-products of Ox, and the present invention provides a method for supplying oxygen and / or ammonia to a reactor in a divided stage in supplying oxygen and / or ammonia in the above method. Characteristic NOx
This is a method for producing nitrous oxide with less by-products. further,
The present invention is characterized in that the reaction product gas obtained from the reactor in the above method is cooled, and the condensed unreacted ammonia and water vapor are circulated to the reactor as ammonia water. It is a manufacturing method of.

【0008】本発明で使用する触媒は、アンモニア酸化
用触媒として知られている公知の触媒を使用することが
できる。驚くべきことに、水を添加すると、今まで触媒
の劣化が認められた触媒においても、その劣化はないか
あるいは極めて少ない。おそらく触媒上の硝酸痕のよう
な被毒物質の洗浄効果あるいは触媒の酸化状態の保持効
果のためと推測される。このような触媒の例としては、
CuO-MnO2系、Bi2O3 系、Fe2O3-Bi2O3-MnO2系、MnO-CoO-
NiO 系、Ba2O-CuO系、MnO2系、Pr2O3-Nd2O3-CeO3系、Pt
系が挙げられる。この中でもMn含有触媒が高活性であり
好ましい。さらに調製が容易なCuO-MnO2系が特に好まし
い。これらの触媒は通常管型反応器へ充填され、水蒸
気、アンモニアおよび酸素等の混合ガスが供給され、反
応が行われる。
As the catalyst used in the present invention, a known catalyst known as a catalyst for ammonia oxidation can be used. Surprisingly, the addition of water results in no or very little degradation of the catalyst, which has hitherto been found to have deteriorated. It is presumed that this is probably due to the effect of cleaning poisonous substances such as traces of nitric acid on the catalyst or the effect of maintaining the oxidation state of the catalyst. Examples of such catalysts include:
CuO-MnO 2 system, Bi 2 O 3 system, Fe 2 O 3 -Bi 2 O 3 -MnO 2 system, MnO-CoO-
NiO system, Ba 2 O-CuO system, MnO 2 system, Pr 2 O 3 -Nd 2 O 3 -CeO 3 system, Pt
System. Among them, a Mn-containing catalyst is preferable because of its high activity. Further, a CuO—MnO 2 system that is easy to prepare is particularly preferred. These catalysts are usually charged into a tubular reactor, and a mixed gas such as steam, ammonia and oxygen is supplied to carry out the reaction.

【0009】本発明の水蒸気の存在下にアンモニアを酸
素で酸化反応せしめるに際し、反応器供給口での組成
は、水蒸気濃度が50vol %以上にすることで特に触媒活
性の劣化を抑制する効果があり望ましい。また、このア
ンモニアの酸化反応においてはアンモニアの濃度いかん
では爆発の危険性があり、そのアンモニアの爆発下限界
は約15vol %で、この爆発領域を避けるために酸素ある
いは窒素などで希釈して反応ガス中のアンモニア濃度を
約15vol %以下にする必要があり、安全性の面からは10
vol %以下が好ましい。このように酸素あるいは窒素な
どで希釈した場合には、アンモニア濃度が小さいため反
応効率が悪く、さらには得られる反応生成ガス中の余分
な酸素および窒素を亜酸化窒素と分離する必要がある。
When the ammonia is oxidized with oxygen in the presence of water vapor according to the present invention, the composition at the supply port of the reactor has a water vapor concentration of 50 vol. desirable. Also, in this ammonia oxidation reaction, there is a danger of explosion depending on the concentration of ammonia, and the lower limit of the ammonia explosion is about 15 vol%. To avoid this explosion area, dilute the reaction gas with oxygen or nitrogen, etc. The ammonia concentration in the solution must be about 15 vol% or less.
vol% or less is preferable. When diluted with oxygen or nitrogen, the reaction efficiency is low due to the low ammonia concentration, and it is necessary to separate excess oxygen and nitrogen in the obtained reaction product gas from nitrous oxide.

【0010】しかしながら、本願発明における水蒸気濃
度を少なくとも60vol %以上にすればアンモニアあるい
は酸素のモル比にかかわらず爆発領域を回避できること
も見出している。このように反応器供給口において、水
蒸気濃度が60vol %以上であれば前記した希釈用として
の余分な酸素や窒素は必要がなく、容易に高濃度の亜酸
化窒素を分離することができる。したがって、好ましい
水蒸気の使用量は反応器供給口濃度で50vol %以上、さ
らに好ましくは60vol %以上である。
However, it has also been found that if the water vapor concentration in the present invention is at least 60 vol% or more, an explosion region can be avoided regardless of the molar ratio of ammonia or oxygen. As described above, if the water vapor concentration is 60 vol% or more at the reactor supply port, there is no need for the above-mentioned extra oxygen or nitrogen for dilution, and high-concentration nitrous oxide can be easily separated. Therefore, the preferred amount of water vapor to be used is at least 50 vol%, more preferably at least 60 vol%, in terms of the concentration at the reactor inlet.

【0011】本発明の方法で使用するアンモニアは純粋
なアンモニアは勿論のこと、アンモニア水溶液としても
用いることができる。アンモニアの反応器供給口の濃度
は上記したように、爆発領域を避けるために10vol %以
下が好ましいが、水蒸気の使用量を60vol %以上にする
ことでその制限はなく、反応器供給口におけるアンモニ
アの濃度は1〜30vol %であり、好ましくは1〜20vol
%の範囲である。
The ammonia used in the method of the present invention can be used not only as pure ammonia but also as an aqueous ammonia solution. As described above, the concentration of ammonia at the reactor supply port is preferably 10 vol% or less in order to avoid an explosion region. However, the use of steam at 60 vol% or more is not limited. Is 1 to 30% by volume, preferably 1 to 20% by volume.
% Range.

【0012】本発明で使用する酸化源としての酸素は純
粋な酸素は勿論のこと、窒素を含んだ酸素や空気を用い
ることもできるが、上述したように、これ以上の窒素な
どで希釈された酸素を用いることは反応生成ガス中の亜
酸化窒素濃度がさらに低くなるため避けるべきであり、
好ましい酸素の使用量はアンモニア1モルに対し 0.5〜
1.5 モルであり、さらに好ましくは0.8 〜1.2 モルの範
囲である。酸素濃度がアンモニアに対し1.5 モル倍を越
えるとNOx の濃度が急激に増加する。この傾向は実施
例で示す(図1)から明かである。また、このモル比が
0.5 モル未満だと反応速度が遅くなるだけでなく、過剰
のアンモニアを回収するための装置が煩雑になり好まし
くない。
As the oxygen used as the oxidizing source in the present invention, not only pure oxygen but also oxygen containing nitrogen and air can be used, but as described above, it is diluted with more nitrogen and the like. The use of oxygen should be avoided because the concentration of nitrous oxide in the reaction product gas becomes even lower.
The preferred amount of oxygen is 0.5 to 1 mol of ammonia.
It is 1.5 moles, more preferably in the range of 0.8 to 1.2 moles. If the oxygen concentration exceeds 1.5 times the molar amount of ammonia, the NOx concentration sharply increases. This tendency is clear from the example (FIG. 1). Also, this molar ratio
If the amount is less than 0.5 mol, not only is the reaction rate slowed down, but the apparatus for recovering excess ammonia becomes complicated, which is not preferable.

【0013】このようにして本発明は、水蒸気、アンモ
ニアおよび酸素を反応器に供給して亜酸化窒素を得るこ
とができるが、反応器における酸素/アンモニアのモル
比が0.5 〜1.5 モルの範囲である限り、例えば、酸素に
対してアンモニア過剰で反応を行っても、反応速度は若
干遅くなるものの、有害なNOx の副生を抑制し、さら
に未反応のアンモニアは得られた反応生成ガスを凝縮す
ることにより容易に回収し、そのままあるいは水溶液と
して再利用することができることから実質的にアンモニ
ア利用率は100 %である。また、上記範囲において、ア
ンモニアに対して酸素過剰で反応すると、反応速度を速
めることができるとともにNOx の副生を少量に抑制で
きることから酸素の利用率も極めて高い。
Thus, according to the present invention, nitrous oxide can be obtained by supplying water vapor, ammonia and oxygen to the reactor, and the oxygen / ammonia molar ratio in the reactor is in the range of 0.5 to 1.5 mol. As far as possible, for example, even if the reaction is carried out with an excess of ammonia with respect to oxygen, the reaction rate is slightly reduced, but harmful NOx by-products are suppressed, and unreacted ammonia condenses the obtained reaction product gas. Thus, it can be easily recovered and reused as it is or as an aqueous solution, so that the ammonia utilization rate is substantially 100%. Further, if the reaction is carried out in excess of oxygen with respect to ammonia in the above range, the reaction rate can be increased and the by-product of NOx can be suppressed to a small amount, so that the utilization rate of oxygen is extremely high.

【0014】上述の酸素に対してアンモニア過剰で反応
を行う方法は、水蒸気で希釈しない、すなわち水蒸気の
存在しない公知の方法では、未反応である過剰のアンモ
ニアの回収が困難であり、全く工業的には実施不可能な
方法である。
In the above-mentioned method of reacting oxygen with an excess of ammonia, it is difficult to recover excess unreacted ammonia by a known method that does not dilute with steam. This is an infeasible method.

【0015】また、本発明において、酸素および/また
はアンモニアを分割して供給することは反応の温度制御
を容易にするだけでなく水蒸気コストを軽減できる。こ
のような原料を分割して供給する具体的な方法として、
例えば、反応器供給口(1段目)への水蒸気、酸素およ
びアンモニアの供給を、酸素/アンモニア=0.5 〜1.5
(モル比)でスチ−ム濃度60vol %以上で供給する。次
いで、2段目の反応器供給口から未反応の酸素およびア
ンモニアを含めた濃度の比として酸素/アンモニア=0.
5 〜1.5 (モル比)になるように酸素および/またはア
ンモニアだけを供給すればよく、2段目以降からは実質
的に水蒸気を供給することなく酸素および/またはアン
モニアだけの供給となる。このように多段で供給する場
合、その段数は2〜10段、好ましくは2〜5段である。
この結果、回収できる亜酸化窒素に対する水蒸気使用量
がその分割段数に応じて軽減され、水蒸気コストは大幅
に軽減される。
In the present invention, the divisional supply of oxygen and / or ammonia not only facilitates the temperature control of the reaction but also reduces the cost of steam. As a specific method of dividing and supplying such raw materials,
For example, the supply of water vapor, oxygen and ammonia to the reactor supply port (first stage) is controlled by oxygen / ammonia = 0.5 to 1.5.
(Molar ratio) at a steam concentration of 60 vol% or more. Then, as the ratio of the concentration including the unreacted oxygen and ammonia from the supply port of the second stage, oxygen / ammonia = 0.
It is sufficient to supply only oxygen and / or ammonia so as to be 5 to 1.5 (molar ratio). From the second and subsequent stages, only oxygen and / or ammonia is supplied without substantially supplying steam. In the case of multi-stage supply, the number of stages is 2 to 10, preferably 2 to 5.
As a result, the amount of steam that can be recovered with respect to nitrous oxide is reduced according to the number of divided stages, and the steam cost is significantly reduced.

【0016】これらの水蒸気、酸素およびアンモニア等
の混合ガスの供給速度は、亜酸化窒素の選択率には大き
な影響を与えないが、小さすぎると反応器が大きくなっ
て不経済であり、また、大きすぎるとアンモニアの転化
率が低下する。したがって、これら混合ガスの供給速度
は、0℃、1気圧の状態に換算して空間速度 100〜100,
000 /hr、好ましくは 1,000〜50,000/hrの範囲であ
る。
The supply rate of the mixed gas such as water vapor, oxygen and ammonia does not greatly affect the selectivity of nitrous oxide, but if it is too small, the reactor becomes large and uneconomical. If it is too large, the conversion of ammonia decreases. Therefore, the supply speed of these mixed gases is converted to a space velocity of 100 to 100,
000 / hr, preferably 1,000 to 50,000 / hr.

【0017】反応温度は 200〜500 ℃であり、500 ℃を
越えるとNOx の副生量が増加し好ましくない。したが
って、好ましくは 250〜450 ℃である。また、反応圧力
は高圧の方が反応速度が早くなるが、反応器が高価にな
り不経済であり、好ましくは0〜20Kg/cm2-G、更に好ま
しくは0.3 〜5Kg/cm2-Gである。
The reaction temperature is 200-500 ° C., and if it exceeds 500 ° C., the amount of by-products of NOx increases, which is not preferable. Therefore, the temperature is preferably from 250 to 450 ° C. The reaction pressure is higher at a higher pressure, but the reaction speed is higher, but the reactor is expensive and uneconomical, preferably at 0 to 20 kg / cm 2 -G, more preferably at 0.3 to 5 kg / cm 2 -G. is there.

【0018】このようにして 250〜450 ℃で反応を行っ
て得た反応生成ガスは、例えば0〜80℃の水の沸点以下
に冷却され、亜酸化窒素、酸素、窒素等の非凝縮性ガス
と水蒸気とに分離される。この時、未反応のアンモニア
は水蒸気と共に凝縮され、通常はアンモニア濃度として
0.01〜5wt%の範囲で回収される。このアンモニア水は
必要に応じて一部をパージし、残りは反応器へ循環す
る。ここでアンモニア水の一部をパージする場合は、ア
ンモニア水を加熱し、アンモニアの大部分を気化させた
後、反応で生成する同量の水をパージする方法が好まし
い。この結果、アンモニアの転化率は実質的に100 %と
なる。
The reaction product gas obtained by carrying out the reaction at 250 to 450 ° C. in this manner is cooled to, for example, the boiling point of water of 0 to 80 ° C. or lower, and is a non-condensable gas such as nitrous oxide, oxygen and nitrogen. And water vapor. At this time, the unreacted ammonia is condensed with the water vapor, and the
It is recovered in the range of 0.01 to 5 wt%. This ammonia water is partially purged as necessary, and the remainder is circulated to the reactor. Here, in the case of purging a part of the ammonia water, a method of heating the ammonia water to vaporize most of the ammonia, and then purging the same amount of water generated by the reaction is preferable. As a result, the conversion of ammonia is substantially 100%.

【0019】一方、分離した亜酸化窒素、酸素、窒素等
の非凝縮性ガスは、必要に応じて精製工程を経て微量の
NOx が除去される。微量のNOx の除去方法として
は、例えば、これらの非凝縮性ガスを過マンガン酸カリ
ウムの水酸化ナトリウム水溶液および硫酸水溶液で洗浄
する方法が挙げられる。さらに酸素、窒素が分離されて
高純度の亜酸化窒素が製造される。
On the other hand, the separated non-condensable gas such as nitrous oxide, oxygen and nitrogen is subjected to a purification step to remove a trace amount of NOx as required. As a method of removing a trace amount of NOx, for example, a method of washing these non-condensable gases with an aqueous sodium hydroxide solution of potassium permanganate and an aqueous solution of sulfuric acid can be mentioned. Further, oxygen and nitrogen are separated to produce high-purity nitrous oxide.

【0020】[0020]

【実施例】以下、本発明を実施例により詳細に説明す
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to embodiments.

【0021】実施例1 CuO-MnO2触媒 500gを充填した内径2.8cm の管型反応器
へ、アンモニア4.5vol%、酸素4.65 vol%、水蒸気90.8
5vol%の割合で各ガスを供給した。この時の酸素/アン
モニアモル比は1.033 である。反応温度は300 ℃、空間
速度は3,000 /hr、反応圧力は0.5Kg/cm2-G であった。
反応器出口の反応生成ガスを30℃に冷却し、その気相部
を分析した結果、亜酸化窒素74.6vol %、窒素 13.2vo
l %、酸素12.2vol %、NOx 17ppm (亜酸化窒素に対
し23ppm )であり、アンモニアは検出されなかった。一
方、液相部を分析したがアンモニアは痕跡量でありアン
モニアの転化率は99%以上であった。
Example 1 A tubular reactor having an inner diameter of 2.8 cm filled with 500 g of CuO-MnO 2 catalyst was charged with 4.5 vol% of ammonia, 4.65 vol% of oxygen, and 90.8 of steam.
Each gas was supplied at a rate of 5 vol%. The oxygen / ammonia molar ratio at this time is 1.033. The reaction temperature was 300 ° C., the space velocity was 3,000 / hr, and the reaction pressure was 0.5 kg / cm 2 -G.
The reaction product gas at the outlet of the reactor was cooled to 30 ° C., and the gas phase was analyzed. As a result, 74.6 vol% of nitrous oxide and 13.2 vol.
l%, oxygen 12.2 vol%, NOx 17 ppm (23 ppm based on nitrous oxide), and ammonia was not detected. On the other hand, when the liquid phase was analyzed, the amount of ammonia was trace and the conversion of ammonia was 99% or more.

【0022】この反応生成ガスを過マンガン酸カリウム
を含むアルカリ水溶液に通してNOx を除去し、さらに
10Kg/cm2-Gで、約−80℃に冷却して亜酸化窒素を液化さ
せ、酸素および窒素と分離した。このようにして得られ
た亜酸化窒素の純度は99%以上であり、満足すべき品質
であった。
The reaction product gas is passed through an alkaline aqueous solution containing potassium permanganate to remove NOx, and
At 10 kg / cm 2 -G, the mixture was cooled to about −80 ° C. to liquefy nitrous oxide and separated from oxygen and nitrogen. The purity of the nitrous oxide thus obtained was 99% or more, which was satisfactory quality.

【0023】実施例2 酸素/アンモニアのモル比が0.5 〜1.5 になるように酸
素供給量を変化させた他は実施例1と同様に反応を行っ
たところ、アンモニアの転化率、亜酸化窒素の選択率に
大差はなく、副生するNOx の量も大幅な変化は見られ
なかった。結果は(図1)に示す。
Example 2 The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the oxygen supply amount was changed so that the molar ratio of oxygen / ammonia was 0.5 to 1.5. There was no significant difference in the selectivity, and no significant change was observed in the amount of by-product NOx. The results are shown in FIG.

【0024】比較例1 供給ガスの割合をアンモニア2vol %、酸素 38vol%、
水蒸気 60vol%に変えた以外は実施例1と同様に行っ
た。この時の酸素/アンモニアのモル比は19である。反
応生成ガスを分析した結果、亜酸化窒素2.4vol%、窒素
0.4vol%、酸素 97.1vol%、NOx 0.11%(亜酸化窒素
に対し4.6 %に相当し、実施例1に比べると2000倍)で
あり、アンモニアは検出されなかった。一方、液相部を
分析したがアンモニアは痕跡量でありアンモニアの転化
率は99%以上であった。また、酸素の転化率としては5
%である。結果は(図1)に示す。
COMPARATIVE EXAMPLE 1 The proportion of the supplied gas was 2 vol% of ammonia, 38 vol% of oxygen,
The procedure was performed in the same manner as in Example 1 except that the steam was changed to 60 vol%. The molar ratio of oxygen / ammonia at this time is 19. As a result of analyzing the reaction product gas, nitrous oxide 2.4vol%, nitrogen
It was 0.4 vol%, oxygen 97.1 vol%, NOx 0.11% (corresponding to 4.6% with respect to nitrous oxide, 2000 times as compared with Example 1), and ammonia was not detected. On the other hand, when the liquid phase was analyzed, the amount of ammonia was trace and the conversion of ammonia was 99% or more. The conversion rate of oxygen is 5
%. The results are shown in FIG.

【0025】実施例3 実施例1で使用した反応器を2基直列につなぎ一段目は
実施例1と同じ組成のアンモニア4.5vol%、酸素4.65vo
l %、水蒸気90.8vol %を供給し、2段目の反応器へは
アンモニア50vol %、酸素50vol %を直接混合しないよ
うに空間速度270/hrで供給した。反応条件等は実施例1
と同様の方法で行った。この時の1段目の酸素/アンモ
ニアのモル比は1.033 である。一基目の反応器出口ガス
中にアンモニアは検出されず、酸素濃度は0.16vol %で
あったので二段目の供給口の酸素/アンモニアモル比は
1.035 に相当する。二基目の反応器出口の反応生成ガス
を30℃に冷却し、その気相部を分析した結果、亜酸化窒
素74.7vol %、窒素 13.2vol%、酸素 12.1vol%、NO
x 19ppm (亜酸化窒素に対し25ppm )であり、アンモニ
アは検出されなかった。
Example 3 Two reactors used in Example 1 were connected in series, and the first stage was 4.5 vol% of ammonia and 4.65 vol.
1% and 90.8 vol% of steam were supplied to the second stage reactor at a space velocity of 270 / hr so that 50 vol% of ammonia and 50 vol% of oxygen were not directly mixed. Example 1
Was performed in the same manner as described above. At this time, the molar ratio of oxygen / ammonia in the first stage is 1.033. Ammonia was not detected in the gas at the outlet of the first reactor, and the oxygen concentration was 0.16 vol%.
Equivalent to 1.035. The reaction product gas at the outlet of the second reactor was cooled to 30 ° C., and the gas phase thereof was analyzed. As a result, 74.7 vol% of nitrous oxide, 13.2 vol% of nitrogen, 12.1 vol% of oxygen, and NO
x 19 ppm (25 ppm based on nitrous oxide), and no ammonia was detected.

【0026】一方、液相部を分析したがアンモニアは痕
跡量でありアンモニアの転化率は99%以上であった。実
施例1に比べ反応器は2倍、アンモニア供給量も2倍で
あるが、水蒸気量は同じであり、したがって、亜酸化窒
素あたりの水蒸気量は1/2となり、さらに経済性が向
上した。
On the other hand, when the liquid phase was analyzed, the amount of ammonia was trace and the conversion of ammonia was 99% or more. Although the reactor was twice as large and the amount of supplied ammonia was doubled as compared with Example 1, the amount of water vapor was the same. Therefore, the amount of water vapor per nitrous oxide was halved, further improving the economic efficiency.

【0027】実施例4 CuO-MnO2触媒 500gを充填した内径2.8cm の管型反応器
へ、後述する1.5 %アンモニア水、100 %アンモニアお
よび酸素を反応器へ供給した。反応器の供給口組成はア
ンモニア6vol %、酸素4.5vol%、水蒸気89.5vol %で
あった。空間速度3,500/hr、反応圧力0.9Kg/cm2-G 、反
応温度300 ℃で反応を行った。反応器出口の反応生成ガ
スを5℃に冷却し、過剰のアンモニアを液相のアンモニ
ア水(1.5 %)として回収した。このアンモニア水を水
蒸気で230 ℃まで予熱して反応器へ循環した。
Example 4 To a tubular reactor having an inner diameter of 2.8 cm filled with 500 g of a CuO-MnO 2 catalyst, 1.5% aqueous ammonia, 100% ammonia and oxygen described later were supplied to the reactor. The reactor inlet composition was 6 vol% ammonia, 4.5 vol% oxygen, and 89.5 vol% steam. The reaction was performed at a space velocity of 3,500 / hr, a reaction pressure of 0.9 kg / cm 2 -G, and a reaction temperature of 300 ° C. The reaction product gas at the reactor outlet was cooled to 5 ° C., and excess ammonia was recovered as a liquid phase aqueous ammonia (1.5%). The aqueous ammonia was preheated to 230 ° C. with steam and circulated to the reactor.

【0028】一方、その気相部を分析した結果、亜酸化
窒素80.1vol %、窒素14.3vo%、酸素 5.6vol %、NO
x 10ppm であり、アンモニアは痕跡量であった。この結
果はアンモニアの転化率として99%以上であり、また酸
素の転化率として97%に相当する。この得られた反応生
成ガスを過マンガン酸カリウムを含むアルカリ水溶液に
通してNOx を除去し、さらに、10Kg/cm2-G、約−80℃
で冷却して亜酸化窒素を液化させ、酸素および窒素と分
離した。このようにして得られた亜酸化窒素の純度は99
%以上であり、満足すべき品質であった。
On the other hand, as a result of analyzing the gas phase, 80.1 vol% of nitrous oxide, 14.3 vo% of nitrogen, 5.6 vol% of oxygen, NO
x 10 ppm and traces of ammonia. The result is that the conversion of ammonia is 99% or more and the conversion of oxygen is 97%. The obtained reaction product gas is passed through an alkaline aqueous solution containing potassium permanganate to remove NOx, and further, at 10 kg / cm 2 -G, at about −80 ° C.
To liquefy the nitrous oxide and separate it from oxygen and nitrogen. The purity of the nitrous oxide thus obtained is 99
%, Which was satisfactory quality.

【0029】[0029]

【発明の効果】アンモニア酸化法において、水蒸気を共
存させて酸素/アンモニアのモル比を特定の範囲に限定
することにより、NOx の副生が極めて少なく、未反応
のアンモニアは容易に回収・再使用でき、高濃度の亜酸
化窒素が工業的に有利に製造し得る方法である。
In the ammonia oxidation method, by limiting the molar ratio of oxygen / ammonia to a specific range by coexisting water vapor, by-products of NOx are extremely small, and unreacted ammonia can be easily recovered and reused. This is a method by which high concentrations of nitrous oxide can be industrially advantageously produced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】酸素/アンモニアのモル比における反応生成ガ
ス中のNOxの副生量を示す図である。
FIG. 1 is a graph showing the by-product amount of NOx in a reaction product gas at a molar ratio of oxygen / ammonia.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉永 進 大阪府高石市高砂1丁目6番地 三井東 圧化学株式会社内 審査官 大工原 大二 (56)参考文献 特開 昭47−34092(JP,A) 特公 昭46−33210(JP,B1) 特公 昭31−10771(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C01B 21/22 CA(STN)──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Susumu Yoshinaga 1-6-6 Takasago, Takaishi-shi, Osaka Investigator, Mitsui East Pressure Chemical Co., Ltd. Daiji Daikohara (56) References JP-A-47-34092 (JP, A Japanese Patent Publication 46-33210 (JP, B1) Japanese Patent Publication 31-10771 (JP, B1) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C01B 21/22 CA (STN)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】水蒸気の存在下にアンモニアを酸化して亜
酸化窒素を製造する方法において、反応器の供給口にお
ける酸素/アンモニアのモル比が0.5 〜1.5になるよう
に酸素およびアンモニアを反応器へ供給することを特徴
とするNOxの副生が少ない亜酸化窒素の製造方法。
1. A method for producing nitrous oxide by oxidizing ammonia in the presence of water vapor, wherein oxygen and ammonia are added to the reactor such that the molar ratio of oxygen / ammonia at the feed port of the reactor is 0.5 to 1.5. A method for producing nitrous oxide with less by-product of NOx, characterized in that the nitrous oxide is supplied to a nitric oxide.
【請求項2】請求項1記載の酸素およびアンモニアを反
応器へ供給するに際し、酸素および/またはアンモニア
を分割して多段で供給することを特徴とするNOx の副
生が少ない亜酸化窒素の製造方法。
2. A process for producing nitrous oxide having a small amount of NOx by-products, wherein oxygen and / or ammonia are divided and supplied in multiple stages when oxygen and ammonia are supplied to a reactor. Method.
【請求項3】請求項1または2記載の反応器から得られ
る反応生成ガスを冷却し、凝縮した未反応のアンモニア
および水蒸気をアンモニア水として反応器へ循環するこ
とを特徴とするNOx の副生が少ない亜酸化窒素の製造
方法。
3. A by-product of NOx characterized by cooling a reaction product gas obtained from the reactor according to claim 1 or 2, and circulating condensed unreacted ammonia and steam as ammonia water to the reactor. A method for producing nitrous oxide with low content.
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