PL201158B1 - Układ do usuwania N₂O podczas wytwarzania kwasu azotowego i sposób usuwania N₂O przy wytwarzaniu kwasu azotowego - Google Patents

Układ do usuwania N₂O podczas wytwarzania kwasu azotowego i sposób usuwania N₂O przy wytwarzaniu kwasu azotowego

Info

Publication number
PL201158B1
PL201158B1 PL356211A PL35621101A PL201158B1 PL 201158 B1 PL201158 B1 PL 201158B1 PL 356211 A PL356211 A PL 356211A PL 35621101 A PL35621101 A PL 35621101A PL 201158 B1 PL201158 B1 PL 201158B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
catalyst
zeolites
nitric acid
reaction gas
production
Prior art date
Application number
PL356211A
Other languages
English (en)
Other versions
PL356211A1 (pl
Inventor
Meinhard Schwefer
Rainer Maurer
Thomas Turek
Original Assignee
Uhde Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Uhde Gmbh filed Critical Uhde Gmbh
Publication of PL356211A1 publication Critical patent/PL356211A1/pl
Publication of PL201158B1 publication Critical patent/PL201158B1/pl

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B21/00Nitrogen; Compounds thereof
    • C01B21/20Nitrogen oxides; Oxyacids of nitrogen; Salts thereof
    • C01B21/24Nitric oxide (NO)
    • C01B21/26Preparation by catalytic or non-catalytic oxidation of ammonia
    • C01B21/265Preparation by catalytic or non-catalytic oxidation of ammonia characterised by the catalyst
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86Catalytic processes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86Catalytic processes
    • B01D53/8621Removing nitrogen compounds
    • B01D53/8625Nitrogen oxides
    • B01D53/8628Processes characterised by a specific catalyst
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J29/00Catalysts comprising molecular sieves
    • B01J29/04Catalysts comprising molecular sieves having base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites
    • B01J29/06Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof
    • B01J29/40Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of the pentasil type, e.g. types ZSM-5, ZSM-8 or ZSM-11, as exemplified by patent documents US3702886, GB1334243 and US3709979, respectively
    • B01J29/42Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of the pentasil type, e.g. types ZSM-5, ZSM-8 or ZSM-11, as exemplified by patent documents US3702886, GB1334243 and US3709979, respectively containing iron group metals, noble metals or copper
    • B01J29/46Iron group metals or copper
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/20Metals or compounds thereof
    • B01D2255/207Transition metals
    • B01D2255/20738Iron
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/50Zeolites
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/50Zeolites
    • B01D2255/504ZSM 5 zeolites
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2257/00Components to be removed
    • B01D2257/40Nitrogen compounds
    • B01D2257/402Dinitrogen oxide
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02CCAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/10Capture or disposal of greenhouse gases of nitrous oxide (N2O)
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10Process efficiency
    • Y02P20/129Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/151Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions, e.g. CO2

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Gas Separation By Absorption (AREA)
  • Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Meat, Egg Or Seafood Products (AREA)
  • Cleaning And De-Greasing Of Metallic Materials By Chemical Methods (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)

Abstract

Uk lad do usuwania N 2 O podczas wytwarza- nia kwasu azotowego i sposób usuwania N 2 O przy wytwarzaniu kwasu azotowego. Opisany zostal uk lad i sposób usuwania N 2 O podczas wytwarzania kwasu azotowego. Uk ladu do usuwania N 2 O podczas wytwarzania kwasu azotowego, charakteryzuje si e tym, ze w insta- lacji do wytwarzania kwasu za wymiennikiem ciep la po spalaniu amoniaku i przed wie za ab- sorpcyjn a umieszczone jest urz adzenie z kata- lizatorem, który zawiera g lównie jeden lub wi e- cej zeolitów za ladowanych zelazem. Uk lad ten zawieraj acy urz adzenie z katalizatorem stosuje sie w sposobie usuwania N 2 O przy wytwarzaniu kwasu azotowego. PL PL PL PL

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 201158 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 356211 (13) (22) Data zgłoszenia: 09.01.2001 (51) Int.Cl.
C01B 21/26 (2006.01) (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: B01D 53/86 (2006.01)
09.01.2001, PCT/EP01/00158 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:
19.07.2001, WO01/51415 PCT Gazette nr 29/01
Układ do usuwania N2O podczas wytwarzania kwasu azotowego i sposób usuwania N2O przy wytwarzaniu kwasu azotowego
(73) Uprawniony z patentu:
(30) Pierwszeństwo: UHDE GMBH,Dortmund,DE
14.01.2000,DE,10001540.9 (72) Twórca(y) wynalazku:
(43) Zgłoszenie ogłoszono: Meinhard Schwefer,Dortmund,DE
28.06.2004 BUP 13/04 Rainer Maurer,Schwelm,DE Thomas Turek,Karlsruhe,DE
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:
31.03.2009 WUP 03/09 (74) Pełnomocnik:
Teresa Sztandke, PATPOL Sp. z o.o.
(57) Układ do usuwania N2O podczas wytwarzania kwasu azotowego i sposób usuwania N2O przy wytwarzaniu kwasu azotowego. Opisany został układ i sposób usuwania N2O podczas wytwarzania kwasu azotowego. Układu do usuwania N2O podczas wytwarzania kwasu azotowego, charakteryzuje się tym, że w instalacji do wytwarzania kwasu za wymiennikiem ciepła po spalaniu amoniaku i przed wieżą absorpcyjną umieszczone jest urządzenie z katalizatorem, który zawiera głównie jeden lub więcej zeolitów załadowanych żelazem. Układ ten zawierający urządzenie z katalizatorem stosuje się w sposobie usuwania N2O przy wytwarzaniu kwasu azotowego.
Schemat zmniejszania zawartości N2O według wynalazku
PL 201 158 B1
Opis wynalazku
Wynalazek dotyczy układu do usuwania N2O podczas wytwarzania kwasu azotowego i sposobu usuwania N2O przy wytwarzaniu kwasu azotowego
Przy utlenianiu amoniaku podczas wytwarzania kwasu azotowego obok potrzebnego monotlenku azotu NO powstaje także niepożądany gaz rozweselający N2O. Przyczynia się on w znacznym stopniu do rozkładu stratosferycznego ozonu i do efektu cieplarnianego. Po zmniejszeniu emisji gazu rozweselającego w przemyśle kwasu adypinowego, wytwarzanie kwasu azotowego stanowi największe źródło przemysłowej emisji gazu rozweselającego. Ze względu na ochronę środowiska powstaje więc pilne techniczne zapotrzebowanie na rozwiązania techniczne, które zmniejszą emisję gazu rozweselającego podczas produkcji kwasu azotowego. Przegląd schematów przebiegu wytwarzania kwasu azotowego i jego różnych wariantów podany został w encyklopedii Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry; tom A17, wyd.: VCH Weinheim (1991).
Obiecującą możliwość usuwania N2O z przemysłowych gazów odlotowych przedstawia rozkład N2O na pierwiastkowy azot i tlen za pomocą odpowiedniego katalizatora.
Istnieje wiele propozycji pozbywania się N2O podczas wytwarzania HNO3, które najczęściej oparte są na katalitycznym rozkładzie N2O między siatkami Pt i pierwszymi wymiennikami ciepła.
Tak więc, opis patentowy US-A-4 973 457 opisuje sposób usuwania tlenku azotu(I), utworzonego podczas spalania NH3 przez zatrzymanie gazu na 0,1 do 3 sekund przed jego schłodzeniem. Zgodnie z opisanym tam sposobem do 90% N2O powinno się rozłożyć na N2 i O2. Alternatywnie podano, że gazy, w celu selektywnego rozkładu i w celu zmniejszenia czasu zatrzymania, mogą być doprowadzone także do kontaktu z katalizatorem z metalu lub tlenku metalu.
W opisie DE-A-19 805 202 ujawniono sposób wytwarzania kwasu azotowego, w którym, w celu uniknięcia uwalniania gazu rozweselającego, gazy reakcyjne prowadzi się wzdłuż siatki platynowej przed schłodzeniem, przez katalizator odporny na temperaturę, w celu przekształcenia N2O zawartego w gazach reakcyjnych. Katalizator poddawany jest tu wyjątkowo dużemu obciążeniu cieplnemu - temperaturze 800 do 1000°C, jaka panuje bezpośrednio po wyjściu gazów reakcyjnych z sieci katalitycznej. Jako katalizatory stosuje się korzystnie metale szlachetne lub ceramikę .
W opisie DE 198 19 882 A1 opisany został takż e sposób katalitycznego rozkładu N2O, w którym gazy reakcyjne ze spalania amoniaku przed schłodzeniem tzn. przed kontaktem z wymiennikiem ciepła, prowadzi się przez katalizator, który składa się korzystnie z 8% wagowych CuO, 30% wagowych ZnO i 62% wagowych Al2O3. Czas przebywania, w celu rozkładu N2O, wynosi korzystnie < 0,1 sekundy.
W opisie patentowym US-A-5 478 549 zastrzeż ono sposób wytwarzania NO przez utlenianie amoniaku na katalizatorach z metali grupy platyny, w którym niepożądany, powstający N2O razem z gazami reakcyjnymi prowadzi się najpierw przez ukł ad wył apywania lotnych metali z grupy platyny, w celu ich zawrócenia a następnie przez złoże katalizatora z tlenku cyrkonu, w celu rozłożenia N2O.
Temperatura złoża powinna wynosić > 600°C.
Umieszczenie bezpośrednio za siatkami Pt wydaje się być szczególnie pożądane dlatego, ponieważ w idealnym wypadku tylko wypełnienie z pierścieni Raschiga umieszczone bezpośrednio za siatką Pt musiałoby by być wymienione na wypełnienie z katalizatora. Wadą są jednak ekstremalne warunki. Przy temperaturach około 900°C, zawartościach wody w granicach 17% i zawartościach NO około 10%, katalizatorom stawia się nie tylko wysokie wymagania odnośnie aktywności i selektywności, lecz także i odporności mechanicznej i cieplnej. Ponadto na wypełnieniu z katalizatora mogłyby osadzać się produkty wypalania Pt z siatki Pt i prowadzić do zmniejszenia selektywności rozkładu N2O, w którym rozkładałby się także żądany produkt utleniania NO (Boudart i inni, Journal of Catalysis, 39 (1975), 383-394).
Przy umieszczeniu odpowiednich katalizatorów w gazie resztkowym, który opuszcza wieżę absorpcyjną o temperaturze 20-30°C, zawartość wody ograniczona jest, w zależności od wariantu sposobu, do około 0,2-2%, zawartość NO wynosi około 1000 ppm. Maksymalna temperatura pracy katalizatora deN2O narzucona jest każdorazowo przez temperaturę na wlocie do turbiny dla gazu resztkowego, co drastycznie ogranicza wybór odpowiednich katalizatorów.
Wśród licznych katalizatorów, dla których udowodniono zasadniczo własność nadawania się do rozkładu i redukcji gazu rozweselającego (Kapteijn'a F. i inni; Appl Cat. B: Enviromental, 9 (1996) 25-64) należy wymienić m.in. katalizatory zeolitowe załadowane metalami przejściowymi (opis patenPL 201 158 B1 towy US-A-5 171 533), których potencjalna możliwość zastosowania do zmniejszania ilości N2O podczas wytwarzania kwasu azotowego została także przez Kapteijn'a wspomniana.
W przypadku zeolitów zawierają cych ż elazo, np., Fe-ZSM-5 ich aktywność rozkł adu N2O w obecnoś ci odpowiednich ilo ś ci NO roś nie, co zwią zane jest z reakcją tworzenia NO2 zgodnie z wzorem NO + N2O -> N2 + NO2, która katalizowana jest przez Fe-ZSM-5 (Kapteijn'a F. i inni, Journal of Catalysis, 167 (1997) 256-265).
Stosownie do tej przedstawionej możliwości wskazano na możliwość zastosowania tych katalizatorów do usuwania N2O z gazu resztkowego przy wytwarzaniu kwasu azotowego, który zawiera prawie jednakowe ilości NO i N2O. Praktyczne zastosowanie tego typu zeolitów zawierających żelazo i miedź powinno być jednak problematyczne, ponieważ wyraźnie wskazuje się tam na dezaktywację w warunkach hydrotermalnych. Opisane tam zeolity wytwarza się przez wymianę jonową w wodnych roztworach i wedł ug danych Kapteijn'a wykazują one aktywność uszeregowaną w kolejności Cu> Co > Fe.
Zeolity zawierające żelazo, oparte na ferrierycie do redukcji gazów zawierających N2O są przedmiotem zgłoszenia WO 99/34901. Stosowane tam katalizatory zawierają 80-90% ferrierytu oraz dalsze udziały środków wiążących. Udział wody w gazie poddawanym redukcji leży w zakresie od 0,5 do 5%. Podczas porównywania różnych typów zeolitów, najlepsze wyniki uzyskano z zeolitem typu FER (ferrierytu) przy rozkładzie N2O w temperaturach 375 do 400°C (97% rozkładu w 375°C przy stosunku NO/N2O = 1). Znacznie niższy rozkład uzyskano z zastosowaniem zeolitu typu pentasilu (typu MFI) lub mordenitu (typu MOR). Dla zeolitów MFI zawierających żelazo można było uzyskać w powyższych warunkach tylko maksymalny rozkład N2O wynoszący 62%.
W znanym stanie techniki nie opisano dotychczas żadnego urządzenia, które byłoby umieszczone między wymiennikami kotła na ciepło odpadowe ze spalania NH3 i wieżą absorpcyjną i posiadałoby wystarczającą aktywność katalityczną w temperaturach do 600°C, przy zawartości NOx około 10% i zawartości wody około 17%.
Te duże zawartości pary wodnej w stosunkowo niskiej temperaturze, w połączeniu z umieszczeniem katalizatora przed pierwszym wymiennikiem ciepła kotła na ciepło odpadowe, stanowią szczególne wyzwanie dla stosowania katalizatorów.
Tak więc przykładowo stopień przemiany przy rozkładzie N2O na katalizatorze Co-ZSM-% w 520°C i przy ciś nieniu czą stkowym wody 13,5 kPa (odpowiadają cym zawartości 5,4%) spada z około 76% (bez wody) do około 16%; dla Fe-ZSM-5 w temperaturze 560°C zarejestrowana utrata aktywności wynosi z od około 86% do około 40% (Kapteijn i inni, Studies in Surface Science and Catalysis, 101 (1996) 641-650).
Zadanie polega więc na tym, aby oddać do dyspozycji układ z urządzeniem do usuwania N2O z gazów reakcyjnych do stosowania podczas wytwarzania kwasu azotowego, które umożliwiałoby przemysłową realizację procesu i zawierało katalizatory, które posiadałyby także wystarczającą aktywność w hydrotermalnych warunkach reakcji i gwarantowały wysoki rozkład N2O. Korzystnie miejsce usytuowania urządzenia z katalizatorem w układzie powinno być takie, żeby gazy reakcyjne na wejściu do tego urządzenia znajdowały się już w takiej odpowiedniej temperaturze, żeby można było pominąć ogrzewanie katalizatora.
Niniejszy wynalazek rozwiązuje to zadanie i dotyczy układu do usuwania N2O podczas wytwarzania kwasu azotowego charakteryzującego się tym, że w instalacji do wytwarzania kwasu za wymiennikiem ciepła po spalaniu amoniaku i przed wieżą absorpcyjną umieszczone jest urządzenie z katalizatorem, który zawiera gł ównie jeden lub więcej zeolitów zał adowanych żelazem.
Korzystnie w układzie urządzenie z katalizatorem umieszczone jest za pierwszym wymiennikiem kotła na ciepło odpadowe ze spalania amoniaku i przed wieżą absorpcyjną.
W korzystnym wariancie zeolit lub zeolity obciążone żelazem, zawarte w katalizatorze są zeolitami typu MFI, BEA, FER, MOR i/lub MEL.
Korzystnie zeolit lub zeolity obciążone żelazem są zeolitami typu MFI.
Korzystnie zeolit jest zeolitem Fe-ZSM-5.
W dalszej postaci wykonania niniejszy wynalazek dotyczy sposobu usuwania N2O podczas wytwarzania kwasu azotowego poprzez przeprowadzanie gazów reakcyjnych ze spalania amoniaku przez katalizator, charakteryzującego się tym, że katalizator umieszczony jest w urządzeniu do usuwania N2O, które znajduje się za wymiennikiem ciepła po spalaniu amoniaku lecz przed wejściem do wieży absorpcyjnej i gaz reakcyjny przeprowadza się przez urządzenie z katalizatorem, który zawiera głównie jeden lub więcej zeolitów załadowanych żelazem, przy czym.
PL 201 158 B1
Korzystnie gaz reakcyjny, który przeprowadza się przez katalizator, ma temperaturę w zakresie od 350 do 600°C.
Korzystnie zawartość NOx w gazie reakcyjnym, który przeprowadza się przez katalizator, mieści się w zakresie 6 do 14% objętościowych.
Korzystnie zawartość N2O w gazie reakcyjnym, po przeprowadzeniu przez katalizator, wynosi od 0 do 100 ppm.
W korzystnym wariancie sposobu zawartość H2O w gazie reakcyjnym, który przeprowadzany jest przez katalizator, wynosi od 5 do 25% objętościowych, zwłaszcza w zakresie 10 do 20% objętościowych.
Korzystnie gaz reakcyjny przeprowadzany jest przez katalizator pod ciśnieniem w zakresie od 1 do 15 barów (0,1 do 1,5 MPa).
Również korzystnie gaz reakcyjny przeprowadzany jest przez katalizator z szybkością przestrzenną w zakresie od 2 000 do 200 000 h-1.
Korzystnie uzyskuje się rozkład N2O > 90%, korzystnie > 95%.
Jeśli instalacja do wytwarzania kwasu azotowego zawiera wiele wymienników ciepła po spalaniu amoniaku, to urządzenie według wynalazku znajduje się w obszarze za pierwszym wymiennikiem ciepła i przed wejściem do wieży absorpcyjnej. W tym obszarze można umieścić także wiele urządzeń z katalizatorem. Korzystnie w układzie według wynalazku urządzenie z katalizatorem znajduje się za wymiennikiem ciepła, w którym zakres temperatur gazów reakcyjnych znajduje się na poziomie 350 do 600°C.
Katalizatory stosowane według wynalazku zawierają głównie jeden lub więcej zeolitów załadowanych żelazem w ilości korzystnie > 50% wagowych, w szczególności > 70% wagowych. Tak więc w katalizatorze stosowanym według wynalazku, obok zeolitu Fe-ZSM-5 może być zawarty dalszy zeolit zawierający żelazo, taki jak zeolit typu MFI lub MOR, zawierający żelazo. Katalizator stosowany według wynalazku może zawierać ponadto dalsze dodatki znane fachowcom, takie jak np., środki wiążące. Korzystnie żelazo wprowadza się do zeolitów metodą wymiany jonowej w ciele stałym. Zwykle wychodzi się tu z zeolitów ammoniowych dostępnych w handlu (np., NH4-ZSM-5) i odpowiednich soli ż elaza (np., FeSO4 x 7 H2O) i miesza się je intensywnie ze sobą w sposób mechaniczny w młynie kulowym w temperaturze pokojowej (Turek i in.: Appl. Catal. 184 (1999) 249-256; EP-A-0 955 080). Wyraźnie tu powołujemy się na tę literaturę. Otrzymany proszek katalizatora kalcynuje się następnie w piecu komorowym na powietrzu w temperaturach w zakresie od 400 do 600°C. Po kalcynowaniu zeolit Fe myje się intensywnie wodą destylowaną i po odsączeniu zeolit suszy się. Tak otrzymany zeolit Fe zadaje się następnie odpowiednim środkiem wiążącym, miesza i przykładowo wytłacza do postaci walcowatych kształtek katalizatora. Jako środki wiążące nadają się wszystkie zwykle stosowane środki wiążące, przy czym najczęściej stosowane są tu krzemiany glinowe, takie jak np., kaolin.
Według niniejszego wynalazku, stosowane zeolity załadowane są żelazem. Zawartość żelaza w stosunku do masy zeolitu może tu wynosić do 25%, jednak korzystnie wynosi 0,1 do 10%. Nadają się tu zwłaszcza zeolity typów MFI, BETA, FER, MOR i/lub MEL. Dokładne dane dotyczące syntezy lub budowy tych zeolitów podane zostały w publikacji Atlas of Zeolite Structure Types, wyd.: Elservier, wyd. czwarte zrewidowane 1996, do którego wyraźnie się tu odwołujemy. Korzystne zeolity według wynalazku stanowią zeolity typu MFI (pentasilu) lub MOR (mordenitu). Szczególnie korzystne są zeolity typu Fe-ZSM-5.
Niespodziewanie wynaleziono, że opisany w stanie techniki dodatni wpływ NO na rozkład N2O na katalizatorach zawierających żelazo, zgodnie z reakcją NO + N2O -> N2 + NO2, jest skuteczny także przy dużych zawartościach pary wodnej, tak że dezaktywację tego typu katalizatorów przez parę wodną, opisywaną w literaturze można bardziej niż skompensować przez równoczesną obecność NO w tym miejscu. Rysunek 1 przedstawia ten wpł yw na podstawie rozkładu 1000 ppm N2O w obecnoś ci NOx i H2O. Stwierdzono, że już obecność 1500 ppm NOx jest wystarczająca, dla uzyskania całkowitego rozkładu 1000 ppm N2O w temperaturze 500°C także wówczas, gdy w strumieniu gazów reakcyjnych równocześnie znajduje się 7% objętościowych H2O (porównaj przykład 3). Naturalnie dalszy nadmiar NOx, jaki występuje zwykle w gazie reakcyjnym podczas spalania amoniaku przy wytwarzaniu kwasu azotowego, nie powoduje pogorszenia rozkładu NOx, lecz przeciwnie dalsze zmniejszenie temperatury przemiany. Tak więc, jak to wykazano w przykładach 6-8, dezaktywujące działanie 18% objętościowych wody zostało prawie całkowicie zrównoważone przez obecność 10% objętościowych NOx w temperaturze pracy 450°C.
PL 201 158 B1
W celu usunię cia N2O powstającego przy wytwarzaniu kwasu azotowego, gazy reakcyjne ze spalania amoniaku prowadzi się w układzie według wynalazku z umieszczonym w nim urządzeniem z katalizatorem, które umieszczone jest tak, ż e znajduje się za wymiennikiem ciepł a po spalaniu amoniaku lecz jeszcze przed wejściem do wieży absorpcyjnej. Gaz reakcyjny, na wejściu do urządzenia, posiada temperaturę < 600°C i wykazuje zawartość NOx (z x = 1 do 2) od 3 do 17% objętościowych, korzystnie 6 do 14% objętościowych. Zawartość N2O w gazie, na wejściu do urządzenia mieści się zwykle w zakresie do 3000 ppm. Ciśnienie pracy urządzenia, dla uzyskania zadawalającego rozkładu N2O, powinno mieścić się w zakresie 1 do 15 barów (0,1 do 1,5 MPa), korzystnie 1 do 12 barów (0,1 do 1,2 MPa).
Gaz reakcyjny prowadzi się przez katalizator korzystnie z szybkością przestrzenną w zakresie od 2000 do 200 000 h-1, w szczególności 5000 do 50 000 h-1.
Za pomocą sposobu według wynalazku możliwe jest więc uzyskanie rozkładu N2O w zakresie > 90%, korzystnie > 95%, w szczególnoś ci 100 procentowego rozkładu N2O, także w obecności wysokich zawartości wody, w temperaturach w zakresie od 350 do 600°C, w szczególności 400 do 550°C i zawartościach wody w gazie reakcyjnym w zakresie od 5 do 25% objętościowych, korzystnie 10 do 20% objętościowych.
Zawartość N2O w gazie reakcyjnym po przejściu przez urządzenie według wynalazku mieści się zwykle w zakresie od 0 do 100 ppm.
NO2 utworzony zgodnie z reakcją NO + NO2 -> N2 + NO2, po opuszczeniu układu według wynalazku zawierającego urządzenie z katalizatorem wprowadzany jest dalej do wieży absorpcyjnej i tam wykorzystywany bezpośrednio do wytwarzania HNO3.
Dzięki układowi według wynalazku zawierającemu urządzenie z katalizatorem unika się dodatkowego ogrzewania strumienia gazu względnie złoża katalizatora, ponieważ gazy reakcyjne już na wejściu do urządzenia posiadają odpowiedni zakres temperatur.
Urządzenia z katalizatorem opisane w znanym stanie techniki pracują w temperaturach znacznie wyższych niż 600°C, co uwarunkowane jest dezaktywującym działaniem zawartości H2O. Dlatego, towarzyszy temu problem równoczesnego rozkładu NO i trwałości katalizatora w czasie. Za pomocą układu z urządzeniem według wynalazku i przez sposób według wynalazku możliwe jest uzyskiwanie wysokiego rozkładu N2O, pomimo wysokich zawartości wody, bez znaczniejszego zmniejszania się aktywności katalizatora.
Ponadto, ze względu na niską temperaturę pracy i rodzaj katalizatora zmniejsza się znacznie równoczesny rozkład NO.
Unika się także istniejącego dawniej, opisanego w znanym stanie techniki, problemu osadów Pt na katalizatorze, ponieważ w układzie według wynalazku urządzenie z katalizatorem nie jest umieszczone bezpośrednio pod siatką Pt.
Wynalazek zostanie objaśniony na podstawie następujących dalej przykładów.
P r z y k ł a d y
P r z y k ł a d y 1-8
Jako katalizator stosuje się zeolit załadowany żelazem typu ZSM-5. Wytwarzanie katalizatora Fe-ZSM-5 prowadzi się przez wymianę jonową w stanie stałym, wychodząc z zeolitu w postaci ammoniowej, dostępnego w handlu (ALSI-PENTA, SM27). Szczegółowe dane dotyczące wytwarzania można znaleźć w publikacji: M. Rauscher, K. Kesore, R. Moennig, W. Schwieger, A. Tissler, T. Turek: Preparation of highly active Fe-ZSM-5 catalyst through solid state ion exchange for the catalytic decomposition of N2O; w Appl. Catal. 184 (1999) 249-256.
Proszek katalizatora kalcynuje się na powietrzu przez 6 h w 823 K, wymywa i suszy przez noc w 383 K. Po dodaniu odpowiedniego środka wiążącego prowadzi się wytłaczanie do odpowiednich kształtek katalizatora (2x2 mm). Znajdują one zastosowanie w przykładach 1-5, podczas gdy w przykładach 6-8 stosuje się odpowiedni granulat o średnicy ziaren 1-2 mm.
Doświadczenia prowadzi się w aparaturze przepływowej pracującej w sposób stacjonarny, prowadząc oznaczanie analityczne w linii, każdorazowo przy szybkości przestrzennej przepływu 10.000 h-1.
Skład wsadu przedstawia się następująco: 1000 ppm N2O i 2,5% obj. O2 (przykłady 1-5) względnie 5,5% obj. O2 (przykłady 6-8) w N2 oraz zmienne ilości H2O i NOx.
PL 201 158 B1
Przez zmianę ilości H2O i NOx (x = 1 do 2) można było otrzymać następujące resztkowe stężenie N2O:
Przykład Stężenie H2O we wsadzie Stężenie Hox we wsadzie Uzyskane stężenie N2O w 400°C Uzyskane stężenie N2O w 450°C Uzyskane stężenie N2O w 500°C
1 0% obj. 0 ppm 875 ppm 335 ppm 21 ppm
2 7% obj. 0 ppm 995 ppm 877 ppm 369 ppm
3 7% obj. 1500 ppm 816 ppm 238 ppm 0 ppm
4 0,5% obj. 0 ppm 961 ppm 735 ppm 165 ppm
5 0,5% obj. 500 ppm 604 ppm 125 ppm 13 ppm
6 0% obj. 0% obj. 365 ppm 7 ppm
7 18% obj. 0% obj. 915 ppm 681 ppm
8 18% obj. 10% obj. 545 ppm 20 ppm
Zastrzeżenia patentowe

Claims (13)

1. Układ do usuwania N2O podczas wytwarzania kwasu azotowego, znamienny tym, że w instalacji do wytwarzania kwasu za wymiennikiem ciepła po spalaniu amoniaku i przed wieżą absorpcyjną umieszczone jest urządzenie z katalizatorem, który zawiera głównie jeden lub więcej zeolitów załadowanych żelazem.
2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że urządzenie z katalizatorem umieszczone jest za pierwszym wymiennikiem kotła na ciepło odpadowe ze spalania amoniaku i przed wieżą absorpcyjną.
3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że zeolit lub zeolity obciążone żelazem, zawarte w katalizatorze są zeolitami typu MFI, BEA, FER, MOR i/lub MEL.
4. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że zeolit lub zeolity obciążone żelazem są zeolitami typu MFI.
5. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że zeolit jest zeolitem Fe-ZSM-5.
6. Sposób usuwania N2O przy wytwarzaniu kwasu azotowego, przez przeprowadzenie gazu reakcyjnego ze spalania amoniaku o zawartości NOx od 3 do 17% objętościowych przez katalizator, znamienny tym, że katalizator umieszczony jest w urządzeniu do usuwania N2O, które znajduje się za wymiennikiem ciepła po spalaniu amoniaku lecz przed wejściem do wieży absorpcyjnej i gaz reakcyjny przeprowadza się przez urządzenie z katalizatorem, który zawiera głównie jeden lub więcej zeolitów załadowanych żelazem.
7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że gaz reakcyjny, który przeprowadza się przez katalizator, ma temperaturę w zakresie od 350 do 600°C.
8. Sposób według zastrz. 6 albo 7, znamienny tym, że zawartość NOx w gazie reakcyjnym, który przeprowadza się przez katalizator, wynosi korzystnie w zakresie 6 do 14% objętościowych.
9. Sposób według zastrz. 6 do 8, znamienny tym, że zawartość N2O w gazie reakcyjnym, po przeprowadzeniu przez katalizator, wynosi od 0 do 100 ppm.
10. Sposób według zastrz. 6 do 9, znamienny tym, że zawartość H2O w gazie reakcyjnym, który przeprowadzany jest przez katalizator, wynosi od 5 do 25% objętościowych, korzystnie w zakresie 10 do 20% objętościowych.
11. Sposób według zastrz. 6 do 10, znamienny tym, że gaz reakcyjny przeprowadzany jest przez katalizator pod ciśnieniem w zakresie od 0,1 do 1,5 MPa.
12. Sposób według zastrz. 6 do 11, znamienny tym, że gaz reakcyjny przeprowadzany jest przez katalizator z szybkością przestrzenną w zakresie od 2 000 do 200 000 h-1.
13. Sposób według zastrz. 6 do 12, znamienny tym, że uzyskuje się rozkład N2O > 90%, korzystnie > 95%.
PL356211A 2000-01-14 2001-01-09 Układ do usuwania N₂O podczas wytwarzania kwasu azotowego i sposób usuwania N₂O przy wytwarzaniu kwasu azotowego PL201158B1 (pl)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10001540A DE10001540B4 (de) 2000-01-14 2000-01-14 Beseitigung von Lachgas bei der Salpetersäureproduktion
PCT/EP2001/000158 WO2001051415A1 (de) 2000-01-14 2001-01-09 Beseitigung von lachgas bei der salpetersäureproduktion

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL356211A1 PL356211A1 (pl) 2004-06-28
PL201158B1 true PL201158B1 (pl) 2009-03-31

Family

ID=7627657

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL356211A PL201158B1 (pl) 2000-01-14 2001-01-09 Układ do usuwania N₂O podczas wytwarzania kwasu azotowego i sposób usuwania N₂O przy wytwarzaniu kwasu azotowego

Country Status (19)

Country Link
US (1) US7906091B2 (pl)
EP (1) EP1261547B1 (pl)
KR (1) KR100801451B1 (pl)
CN (1) CN1199710C (pl)
AT (1) ATE262485T1 (pl)
AU (1) AU775254B2 (pl)
CA (1) CA2397274C (pl)
CZ (1) CZ301091B6 (pl)
DE (2) DE10001540B4 (pl)
DK (1) DK1261547T3 (pl)
HU (1) HU228394B1 (pl)
IL (1) IL150688A (pl)
IN (1) IN2002CH01047A (pl)
MX (1) MX226784B (pl)
NO (1) NO336481B1 (pl)
PL (1) PL201158B1 (pl)
RU (1) RU2237010C2 (pl)
WO (1) WO2001051415A1 (pl)
ZA (1) ZA200205466B (pl)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2358901C2 (ru) * 2003-04-29 2009-06-20 Джонсон Мэтти Плс Разработка улучшенной загрузки катализатора
GB0315643D0 (en) * 2003-04-29 2003-08-13 Johnson Matthey Plc Improved catalyst charge design
DE102007034284A1 (de) 2007-07-20 2009-01-22 Leibniz-Institut Für Katalyse E.V. An Der Universität Rostock Verfahren zur katalytischen N2O-Reduktion mit gleichzeitiger Gewinnung von Wasserstoff und leichten Alkenen
PL388518A1 (pl) 2009-07-10 2011-01-17 Instytut Nawozów Sztucznych Katalizator do wysokotemperaturowego rozkładu podtlenku azotu
DE102010022775A1 (de) * 2010-06-04 2011-12-08 Uhde Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Beseitigung von NOx und N2O
KR20140101280A (ko) * 2010-12-01 2014-08-19 더 유니버시티 오브 시드니 질산 생산에 사용하기 위한 장치
DE102011011881A1 (de) * 2011-02-21 2012-08-23 Thyssenkrupp Uhde Gmbh Verfahren zur Beseitigung von N2O und NOX aus dem Prozess zur Salpetersäureherstellung
CN102491292A (zh) * 2011-12-06 2012-06-13 中国成达工程有限公司 一种低消耗、低排放的硝酸生产方法及其生产设备
DE102012000570A1 (de) 2012-01-16 2013-07-18 Thyssenkrupp Uhde Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Salpetersäure
DE102012010017A1 (de) * 2012-05-22 2013-11-28 Thyssenkrupp Uhde Gmbh Verfahren zur Verminderung der Stickoxid-Abgaskonzentration in einer Salpetersäureanlage beim Ab- und/oder Anfahren sowie dafür geeignete Salpetersäureanlagen
DE102017201180A1 (de) 2017-01-25 2018-07-26 Thyssenkrupp Ag Verfahren zur Herstellung von Salpetersäure und dafür geeignete Anlage
KR102456482B1 (ko) 2018-04-04 2022-10-19 유니프랙스 아이 엘엘씨 활성화된 다공성 섬유 및 이를 포함하는 제품
CN109499357A (zh) * 2018-12-12 2019-03-22 四川泸天化股份有限公司 一种治理工业装置中氧化亚氮排放的方法
EP3689441A1 (en) * 2019-02-01 2020-08-05 Casale Sa Process for removing nitrogen oxides from a gas
EP4114796A1 (en) * 2020-03-06 2023-01-11 Casale Sa Process for the production of nitric acid
CN113144890B (zh) * 2021-05-12 2022-11-08 北京工业大学 一种含高浓度笑气的废气净化系统及方法
EP4095093A1 (en) * 2021-05-28 2022-11-30 Casale Sa Process for production of nitric acid provided with a secondary abatement treatment

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2856589C2 (de) 1978-12-29 1987-06-19 Davy McKee AG, 6000 Frankfurt Verfahren und Vorrichtung zum zeitlich begrenzten Antrieb der mit dem Luft- und/oder dem Nitrosegas-Kompressor antriebsmäßig gekuppelten Turbine(n) in einer Anlage zur Herstellung von Salpetersäure
US5230701A (en) * 1988-05-13 1993-07-27 Minnesota Mining And Manufacturing Company Elastomeric adhesive and cohesive materials
NO165539C (no) * 1988-09-16 1991-02-27 Norsk Hydro As Fremgangsmaate ved reduksjon av nitrogenoksid.
JPH07106300B2 (ja) * 1989-12-08 1995-11-15 財団法人産業創造研究所 燃焼排ガス中の窒素酸化物除去法
US5178101A (en) * 1992-03-09 1993-01-12 Radian Corporation Low NOx combustion process and system
US5200162A (en) * 1992-04-01 1993-04-06 Uop Process for N2 O decomposition
JPH06165919A (ja) * 1992-11-30 1994-06-14 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 亜酸化窒素の除去方法
RU2072897C1 (ru) * 1994-07-18 1997-02-10 Институт катализа им.Г.К.Борескова СО РАН Катализатор для процесса удаления оксидов азота из отходящих газов и способ его приготовления
EP0756891A1 (en) * 1995-07-26 1997-02-05 Corning Incorporated Iron zeolite for conversion of NOx
DE19533715A1 (de) * 1995-09-12 1997-03-13 Basf Ag Verfahren zum Entfernen von Stickstoffoxiden aus einem diese enthaltenden Gasstrom
CA2300445A1 (en) * 1997-08-12 1999-02-18 Basf Aktiengesellschaft Method for producing nitric acid and device for carrying out said method
DE19805202A1 (de) 1997-08-12 1999-02-18 Steinmueller Gmbh L & C Verfahren zur Herstellung von Salpetersäure und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
US6107219A (en) * 1998-02-11 2000-08-22 3M Innovative Properties Company Breathable backing for an adhesive article
NL1008746C2 (nl) * 1998-03-30 1999-10-01 Stichting Energie Werkwijze voor het omzetten van distikstofoxide.

Also Published As

Publication number Publication date
KR20020081252A (ko) 2002-10-26
KR100801451B1 (ko) 2008-02-11
US7906091B2 (en) 2011-03-15
CA2397274A1 (en) 2001-07-19
HUP0204236A2 (hu) 2003-04-28
NO20023340L (no) 2002-08-27
NO336481B1 (no) 2015-09-07
WO2001051415A1 (de) 2001-07-19
NO20023340D0 (no) 2002-07-11
CN1199710C (zh) 2005-05-04
DE10001540B4 (de) 2005-06-23
ATE262485T1 (de) 2004-04-15
EP1261547A1 (de) 2002-12-04
HU228394B1 (en) 2013-03-28
CA2397274C (en) 2009-06-02
PL356211A1 (pl) 2004-06-28
ZA200205466B (en) 2003-11-26
HUP0204236A3 (en) 2004-08-30
CZ20022434A3 (cs) 2003-05-14
IL150688A (en) 2005-11-20
IL150688A0 (en) 2003-02-12
US20040105803A1 (en) 2004-06-03
IN212824B (pl) 2008-02-15
MX226784B (es) 2005-03-17
EP1261547B1 (de) 2004-03-24
MXPA02006926A (es) 2002-11-29
RU2237010C2 (ru) 2004-09-27
CN1395542A (zh) 2003-02-05
DE10001540A1 (de) 2001-08-02
CZ301091B6 (cs) 2009-11-04
DK1261547T3 (da) 2004-07-05
AU2514101A (en) 2001-07-24
DE50101768D1 (de) 2004-04-29
IN2002CH01047A (en) 2007-03-09
RU2002121782A (ru) 2004-01-27
AU775254B2 (en) 2004-07-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
PL201158B1 (pl) Układ do usuwania N₂O podczas wytwarzania kwasu azotowego i sposób usuwania N₂O przy wytwarzaniu kwasu azotowego
RU2259227C2 (ru) Способ удаления nox и n2o из остаточного газа производства азотной кислоты
HUP0204088A2 (hu) Eljárás NOx és N2O eltávolítására
US10899617B2 (en) Method for removing N2O and NOx from the nitric acid production process, and an installation suitable for same
KR100824225B1 (ko) 가스 중의 n2o 및 nox 함량의 감소방법
PL209337B1 (pl) Sposób zmniejszania zawartości NOx i N₂O w gazach
PL204071B1 (pl) Sposób zmniejszania zawartości NOx i N₂O w gazach, zwłaszcza w gazach procesowych i gazach odlotowych
US7259121B2 (en) Method of reducing the N2O content of gases and selected catalysts
PL194755B1 (pl) Katalizator konwersji N₂O, sposób zmniejszania zawartości podtlenku azotu w gazach oraz sposób wytwarzania katalizatora konwersji N₂O
ES2383453T3 (es) Catalizador basado en zeolita de tipo ferrierita/hierro para la descomposición de N2O y la reducción catalítica de NOx y N2O
JPH04363118A (ja) 排ガス中の窒素酸化物の除去方法

Legal Events

Date Code Title Description
RECP Rectifications of patent specification