PL102182B1 - A method of producing hydroxylamine salt - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sjposób wytwarza¬ nia soli hydroksyloaminy droga katalitycznej re¬ dukcja tlenku azotu wodorem w srodowisku kwasu mineralnego w ukladach wielostopniowych cieczy i gazu. Znany jest sposób wytwarzania soli hy¬ droksyloaminy droga katalitycznej redukcji tlenku azotu wodorem w srodowisku kwasu mineralnego przedstawiony w opisie patentowym USA nr 3313595. Polega on na prowadzeniu procesu w sposób ciagly w wielostopniowym ukladzie cieczy, przy czym do pierwszego stopnia dodaje sie swiezy kwas mineralny, a z ostatniego stopnia odbiera sie roztwór soli hydroksyloaminy. W miare prze¬ biegu procesu w kolejnych reaktorach nastepuje wzrost stezenia soli hydroksyloaminy i spadek ste¬ zenia wolnego kwasu.

W procesie stosuje siie djwa stopnie w ukladzie gazu. Mieszanina swiezego wodoru i tlenku azotu doprowadzana jest równolegle do reaktorów pra¬ cujacych z wyzszymi stezeniami soli hydroksylo¬ aminy (pierwszy stopien), a gazy wylotowe z tych reafktorów kierowane sa do pozostalych reaktorów ciagu reakcyjnego pracujacych z roztworami o wy¬ sokich stezeniach kwasu mineralnego (drugi sto¬ pien).

Przy prowadzeniu procesu w przedstarwiony spo¬ sób powstaje stosunkowo niewiele produktów ubo¬ cznych, co pozwala na uzyskiwanie roztworów soli hydroksyloaminy zawierajacycjh nicwielkie ilosci soli amonowych z korzystnie ksztaltujacymi sie pa- 2 rametrami zuzycia tlenku azotu i kwasu siarko¬ wego na jednostke wytworzonego produktu. Sposób ten nie pozwala jednak na uzyskanie niskiego wskaznika zuzycia wodoru na jednostke wyitrwa- rzanego produktu, co spowodowane jest koniecz¬ noscia stosowania nadmiaru wodoru w gazie kie¬ rowanym do procesu w stosunku do ilosci stechio- metrycznej. Stosowanie nadmiaru wodoru, to jest odpowiednio wysokiego stosunku Hz: NO niezbed- ne jest do utrzymania mieszanek gazowych poza granicami wybuchowosci, a tym samym stworze¬ nia bezpiecznych warunków pracy instalacji.

Wzrost stosunku H2: NO wplywa równiez ko¬ rzystnie na selektywnosc procesu katalitycznej re- w dukcji tlenku azotu do hydroksyloaminy (Nlitrogen, Nr 50, 1967, s. 29) przyczyniajac sie do ograniczenia Mosci powstajacych produktów ubocznych, a tyrai samym do zmniejszenia zuzycia surowców na jed¬ nostke wytworzonego produktu. Jak wynika z da- *> nych literaturowych (Przemysl Chemiczny Nr 9, 1968, s. 552), aby znalezc sie poza granicami wybu¬ chowosci stosunek H2: NO w mieszadkach wodór- -tlenek azotu przy cisnieniu 1 atn w temperaturze pokojowej, a wiec w granicach zblizonych do wa- runków prowadzenia procesu, powinien byc wyz¬ szy od 2,64, podczas gdy stosunek stechiometryczny Ha: NO w procesie katalitycznej redukcji tlenku azotu, zachodzacym w mysl reakcji: NO + 1,5 H2 + H+ katalizator NH2OH+ wynosi 1,5.

Przy cisnieniu zasilania . mieszanka gazowa wo- 102182102182 dór—tlenek azotu równymi 1 atn nalezy pracowac ze stosunkiem Hi:NO powyzej 2,64, korzystnie np. 3. Przy takim stosunku H2: NO zuzycie wodoru w sposobie wedlug wspomnianego patentu jest znaczne. 5 Celem wynalazku jest opracowanie rozwiazania umozliwiajacego zmniejszenie jednostkowego zuzy¬ cia wodoru w procesie.

Zgodnde z wynalazkiem otrzymywanie soli hy- 10 droksyloamdny droga katalitycznej redukcji tlenku azotu wodorem w srodowisku rozcienczonego kwa¬ su mineralnego w wielostopniowych ukladach cie¬ czy i gazu przeprowadza sie w ten sposób, ze sto¬ suje sie dodawanie tlenku azotu do gazów wyloto- 15 wych przed II stopniem w ukladzie gazowym i/lub cyrkulacje gazu reakcyjnego.

Stwierdzono, ze sposób wedlug wynalazku po¬ zwala na uzyskiwainiie korzystnie ksztaltujacych sie wskazników zuzycia surowców, a w tym prze- 20 de wszystkim wodoru, przy zachowaniu bezpiecz¬ nych warunków pracy instalacji. Wynika to z pel¬ niejszego wykorzystania wprowadzonego do ukladu reakcyjnego wodoru oraz powstawania stosunkowo niewielkich ilosci produktów ubocznych. 25 Wynalazek wyjasniono w nizej podanych przy¬ kladach z powolaniem sie na rysunek przy czym w przykladzie I przedstawiono dla porównania sposób znany, natomiast przyklady II, III i IV stanowia przyklady wykonania wynalazku. Sklad 30 gazów podano -w procentach objetosciowych. Ko¬ lejne figury rysunku ilustruja kolejne przyklady.

Przyklad I. Proces prowadzi sie wedlug zna¬ nego sposobu w szesciu stopniach w ukladzie cie¬ czy (szesc reaktorów) i dwóch stopniach w ukla¬ dzie gazu, co ilustruje fig. 1. Do reaktora 1 do¬ prowadza sie 36,75 kg/h 4,5 n kwasu siarkowego z zawieszonym katalizatorem platynowym o za¬ wartosci 1% wagowych Pt. Roztwór reakcyjny przeplywa z reaktora do reaktora w kierunku 1 do 6, a nastepnie kierowany jest na filtr 7, gdzie nastepuje oddzielenie katalizatora.

Gotowy produkt odprowadza sie w ilosci 41,23 kgi/h. Otrzymuje sie roztwór 3,4 n w stosunku do siarczanu hydroksyloaminy, 0,3 n w stosunku do siarczanu amonu oraz 0,42 n w stosunku do kwasu siarkowego. Oddzielony na filtrze katalizator za¬ wraca sie do procesu.

W kazdym z reaktorów utrzymuje sie stale ste¬ zenie wolnego kwasu siarkowego, malejace w ko- w lejnych reaktorach w wyniku zachodzacego proce¬ su powstawania siarczanu hydroksyloaminy. Mie¬ szanine technicznego 97% wodoru oraz 93% tlenku azotu o stosunku Hj : NO =13 doprowadza^ sie w ilosci 13,18 NmVh do reaktorów 2 — 6 przy cisnie- w niu 1 atn na zasilaniu (pierwszy stopien w ukladzie gazu).

Gazy poreakcyjne z tych reaktorów przeplywa¬ jace w ilosci 6,06 Nmtyh pod cisnieniem 0,2 atn laczy sie w jeden strumien i po sprezeniu do w cisnienia 1 atn za pomoca kompresora 8 kieruje do reaktora 1 (drugi stopien' w ukladzie gazu).

Gaz wylotowy z tego reaktora spala sie w pochod¬ ni w ilosci 5,36 NmVh. Zawiera on 87,8% H2, 0,6% NO oraz 11,6%inertów. « 45 Proces prowadzi sie w temperaturze 40°C. Cie¬ plo reakcji odbierane jest z reaktorów za pomoca wody chlodzacej. W procesie tym dla wyproduko¬ wania 1 t siarczanu hydroksyloaminy zuzywa sie 947 Nm3 100% wodoru i 314,7 NmJ 100% tlenku azotu.

Przyklad II. Proces prowadzi sie podobnie jak w przykladzie I stosujac szesc stopni w ukla¬ dzie cieczy (szesc reaktorów) i drwa stopnie w ukla¬ dzie gazu zachowujac te sama temperature pro¬ wadzenia procesu. Jak widac z fig. 2, przeplyw kwasu siarkowego i roztworu reakcyjnego jest identyczny jak w przykladzie I. Równiez sklad i ilosc otrzymywanego roztworu poreakcyjnego jest taka sama.

Inaczej natomiast prowadzi sie proces w ukladzie gazowym.

Mieszanine gazów technicznych skladajaca sie z 97% wodoru i 93% tlenku azotu o stosunku Ha: NO = 3 doprowadza sie w ilosci 9,39 Nm3/h do reaktorów 3 — 6 przy cisnieniu na zasalaniu 1 atn.

Gazy poreakcyjne z tych reaktorów plynace w ilosci 4,33 NmVh pod cisnieniem 0,2 atn spreza sie do cisnienia 1 atn za pomoca kompresora 8 i uzu¬ pelnia technicznym 93% tlenkiem azotu w ilosci 1,07 NmVh, po czym kieruje do reaktorów 1 i 2.

Gazy wylotowe z reaktorów 1 i 2 zawierajace 7,5°/c H2, 4,6% NO, 20,4% gazów inertnych kierowane sa do spalania w ilosci 2,65 Nmli.

Do wyprodukowania jednej tony siarczanu zuzy¬ wa sie 675,5 Nm8 100% H2 i 324,7 Nm» 100% tlen¬ ku azotu.

Przyklad III. W systemie reakcyjnym pracu¬ je szesc reaktorów stanowiacych szesc stopni w ukladzie cieczy. Uklad gazowy jest dwustopniowy.

Temperatura procesu, jak w przykladzie I i II.

Przyjeto ten sam przeplyw 4,5 n kwasu siarkowego i roztworu reakcyjnego, przy zachowaniu takich samych natezen przeplywu i skladu cieczy, jak w przykladzie I i II. Zasilanie gazem reaktorów odbywa sie inaczej niz w przykladzie I i II.

W pierwszym stopniu w ukladzie gazu zastosowa¬ no cyrkulacje czesci gazu wylotowego, a pozostala czesc gazu kieruje sie do drugiego stopnia.

Swiezy tlenek azotu i wodór doprowadza sie do gazu cyrkulowanego. Mieszanina tych gazów w ilosci 1636 Nim*/h o stosunku H*:N0^3 zasila sie reaktory 2 — 6. Gaz wylotowy w ilosci 8,80 NimVh o cisnieniu 0,2 atn spreza sie do cisnienia 1 atn za pomoca kompresora 8, pnzy czym 1,99 Nimtyih kieruje sie do reaktora 1, a 6,81 NimVh po zmieszaniu z 3,39 NmVh 93% NO i 6,16 Nm^h 97% Hj do reaktorów 2—6. Przy tym sposobie pracy na wytworzenie 1 tony siarczanu hydroksyloaminy zu¬ zywa sie 597,6 Nm3 100% H2 i 314,9 Nm3 100% NO. 0 Przyklad IV. Podobnie jak w przykladach I—-HI, proces prowadzi sie w szesciu reaktorach polaczonych ze soba szeregowo (szesc stopni w ukladzie cieczy) stosujac identyczne .przeplywy cie¬ czy i obieg katalizatora. Temperatura procesu wy¬ nosi 40°C. Inaczej odbywa sie zasilanie reaktorów gazem reakcyjnym, niz w poprzednio podanych przykladach, chociaz i tu wystepuja dwa stopnie w ukladzie gazowym. Uklad gazowy rózni sie od102182 opisanego w przykladzie III tym, ze do gazu wy¬ lotowego z reaktorów 2— 6 kierowanego do re¬ aktora 1 dodaje sie równiez swiezy tlenek azotu.

Reaktory 2 — 6 zasila sie mieszanka gazowa w ilosci 15,15 Nm^ih utworzona z 6,36 Nm*/h gazu cyrkfulacyjnego oraz 5,67 Nm8/h 97f/o wodoru i 3,12 Nimtyh tlenku azotu. Stosunek H2: NO w ga¬ zie zasilajacym te reaktory wynosi 3. Cisnienie gaziu na zasilaniu wynosi 1 atn, a w reaktorach 0,2 atn.

Gazy wylotowe z reaktorów 2 — 6 w ilosci 8,10 Nraityh spreza sie za poomca kompresora 8 do cisnienia 1 atn. 1,83 Nm3h tego gazu kieruje sie do reaktora 1, a pozostala czesc zawraca sie do zasilania reaktorów 2 — 6.

Do gazów wylotowych z pierwszego stopnia kie¬ rowanych do drugiego stopnia dodaje sie przed wprowadzeniem ich do reaktora 1 tlenek azotu 97% w ilosci 0,33 Nm^lh. Gazy wylotowe z tego reaktora w ilosci 1,32 Nm3/h kieruje sie do spa¬ lania.

Do wytworzenia 1 t siarczanu hydroksyloaminy zuzywa sie 330 Nm3 100% wodoru i 320,9 Nm3 kie¬ ruje sie do spalania.

Do wytworzenia 1 t siarczanu hydroksyloaminy zuzywa sie 330 Nm3 100Vo wodoru i 320,9 Nm3 100°/o tlenku azotu. l ' I "TT _L _L I Fig.U. l^rpzasr -

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe Sposób wytwarzania soli hydroksyloaminy droga katalitycznej redukcji tlenku azotu wodorem w srodowisku rozcienczonego kwasu mineralnego w wielostopniowych ukladach cieczy i gazu, znamien¬ ny tym, ze stosuje sie dodawanie tlenku azotu do gazów wylotowych przed II stopniem w ukladzie gazowym i/lub cyrkulacje gazu reakcyjnego. i GOL0TOME rxx~i I I I figi. ^jJjWr \'I