PL46656B1 - - Google Patents

Description

Opublikowano dnia 15 lutego 1963 r.£ WBSS ^ uDiiKowano dnia 15 lutego iy< EKAi /c<^ ?jientow6ao POLSKIEJ RZECZYPOSPOLITEJ LUDOWEJ OPIS PATENTOWY Nr 46656 KI.Zaklady Azotoiue im. Pawla Findera*) Przedsiebiorstwo Panstiroire Chorzów, Polska KI. +2-TT2S- internat. C 01 b Sposób wytwarzania kwasu azotowego Patent trwa od dnia 12 maja 1960 r.Kwas azotowy wytwarza sie obecnie wylacz¬ nie droga pochlaniania w wodzie tlenków azo- fu zawartych w gazie po katalitycznymi utle¬ nieniu amoniaku. W reakcji czterotlenku azotu z woda prowadzacej do kwasu azotowego po¬ zostaje jako produkt uboczny tlenek azotu, któ¬ ry nalezy nastepnie utlenic i ponownie dopro¬ wadzic do zetkniecia z woda, np. zawarta w rozcienczonym kwasie azotowym. Ten wie¬ lokrotnie powtarzany cykl wymaga urzadzen o duzej powierzchni zetkniecia fazy gazowej z faza ciekla oraz o duzej objetosci dla zapew¬ nienia czasu potrzebnego na utlenienie tlenku azotu w fazie gazowej, o ile nie stosuje sie wysokiego cisnienia. Proces ten przeprowadza sie w wielkich wiezach absorpcyjnych, w któ¬ rych znajduje sie równomiernie rozdzielona po¬ wierzchnia zetkniecia faz gazowej i cieklej w duzej objetosci przeznaczonej dla reakcji gazowej; *) Wlasciciel patentu oswiadczyl, ze wspól¬ twórcami wynalazku sa prof. dr inz. Eugeniusz Blasiak i dr inz. Witold Janiczek.Sposób wedlug wynalazku polega na prowa¬ dzeniu reakcji miedzy tlenkiem azotu, tlenem i para wodna wylacznie w fazie gazowej, az do wytworzenia w tej fazie kwasu azotowego.Utworzona pare kwasu azotowego wykrapla sie nastepnie przez oziebienie. Reakcje te przy¬ spiesza sie dzieki zastosowaniu odpowiedniego katalizatora. Sposób wedlug wynalazku opiera sie na stwierdzeniu, ze równowaga w ukladzie gajowych substratów, a mianowicie tlenku azotu, tlenu i pary wodnej, przesuwa sie tak dalece na korzysc kwasu azotowego przy za¬ stosowaniu nadmiaru tlenu i po dostatecznie dlugim czasie, ze praktycznie cala ilosc azotu zwiazanego przechodzi w pare kwasu azotowe¬ go. W dalszym ciagu stwierdzono, ze osiagnie¬ cie tej równowagi mozna przyspieszyc katali¬ tycznie przez przyspieszenie dwóch reakcji ga¬ zowych utleniania tlenku azotu i syntezy kwa¬ su azotowego z czterotlenku azotu i pary wod¬ nej oraz tlenu.Z literatury znane sa rózne sposoby przy¬ spieszania utleniania tlenku azotu w fazie ga¬ zowej, np. przez stosowanie podwyzszonego cis-nienia lub niskiej temperatury. Równiez pró¬ bowano przyspieszyc te reakcje na drodze ka¬ talitycznej. Jako katalizatory stosowano sub¬ stancje o rozwinietej powierzchni, jak wegiel aktywny lub zel krzemionkowy. Jednakze pró¬ by laboratoryjne z katalizatorami nie daly po¬ zytywnych wyników, w zwiazku z czym roz¬ powszechnil sie poglad, ze substancje te nie nadaja sie do zastosowania przemyslowego ja¬ ko katalizatory do utleniania tlenku azotu, a co najwyzej moga znalezc zastosowanie do wy¬ dzielania resztek czterotlenku lub par kwasu azotowego z gazów odlotowych. Jak sie oka¬ zalo niezadowalajace wyniki otrzymano z tego powodu, ze proces prowadzono w temperatu¬ rach zbyt niskich wychodzac z zalozenia, ze utlenianie tlenku azotu w fazie gazowej prze¬ biega szybciej w niskich temperaturach niz w wysokich. Stwierdzono jednak, ze przebieg reakcji w sferze adsorpcyjnej jest inny, a mia¬ nowicie, jezeli reakcje prowadzi sie w tempe¬ raturze dostatecznie wysokiej, przewyzszajacej temperature rosienia, która wykazuje dana mieszanina gazu, wówczas dzialanie katality¬ czne mas chlonnych jest bardzo skuteczne i na¬ daje sie do wykorzystania w skali przemyslo¬ wej. Jako katalizatory nadaja sie do tego celu wszelkie ciala chlonne, jednakze w pierwszym rzedzie ciala o charakterze hydrofobowym, jak wegiel aktywny. Wada wegla aktywnego wy¬ stepujaca w czasie pracy, zwlaszcza w wyso¬ kiej temperaturze, jest jego sklonnosc do lo¬ kalnych przegrzan, powodujacych utlenianie sie wegla kosztem czterotlenku azotu, przy czym powstaja tlenki wegla i tlenek azotu, a temperatura rosnie az do zaplonu.Dalej stwierdzono, ze w celu przyspieszenia reakcji miedzy czterotlenkiem azotu a para wodna korzystne jest stosowanie jako katali¬ zatorów wszelkich cial chlonnych, przede wszystkim o charakterze hydrofilnymi, jak ze¬ lu krzemionkowego. Poniewaz zarówno reakcja^ utleniania tlenku azotu, jak i reakcja zacno- . dzaca miedzy czterotlenkiem azotu, tlenem i para wodna przebiegaja obok siebie równo¬ czesnie, celowe jest uzycie wedlug wynalazku katalizatorów mieszanych skladajacych sie z substancji hydrofobnej i substancji hydrofil- nej. Takim katalizatorem jest mieszanina zelu krzemionkowego z weglem aktywnym, przy czym najlepsze wyniki daje zel Jsrzemionko- wy, ma którym w zmany isjposób osadzono wegiel aktywny. Wegiel aktywny osadzony na zelu krzemionkowym wykazuje tylko nieznaczna sklonnosc do lokalnych przegrzan, a przez to do utleniania sie, co jest wynikiem lepszego odprowadzania ciepla. Ponadto okazalo sie, ze korzystne jest aktywowanie wymienionego ka¬ talizatora znanymi aktywatorami, jak metale grup pobocznych.Z niemieckiego opisu patentowego nr 407617 znane jest wprawdzie stosowanie zelu krze¬ mionkowego w celu przyspieszenia reakcji pro¬ wadzacych od tlenku azotu, tlenu i pary wod¬ nej do kwasu azotowego. Wedlug metody po¬ danej w tym opisie patentowym reakcja prze¬ biega na zelu w warunkach w których pochla¬ nia on substraty reakcji, lecz nie oddaje pro¬ duktu. W celu desorpcji kwasu azotowego na¬ lezy okresowo zel wygrzewac, przy czym otrzy¬ muje sie kwas o stezeniu 80%. Ten sposób pra¬ cy jest zbyt skomplikowany i dlatego nie zna¬ lazl nigdzie zastosowania technologicznego.Sposób wedlug wynalazku polega na prowa¬ dzeniu reakcji miedzy tlenkiem azotu, tlenem i para wodna w fazie gazowej przy uzyciu jako katalizatora zelu krzemionkowego z weglem aktywnym. Mimo, ze reakcja zachodzi glównie w warstewce adsorpcyjnej katalizatora, mozna ja nazwac reakcja gazowa, gdyz zarówno sub- straty, jak i produkty reakcji znajduja sie w fazie gazowej. Temperature reakcji utrzy¬ muje sie stale powyzej temperatury rosienia.W zwiazku z tym ltem|pera*ure dobiera sie w zaleznosci od stezenia gazów reagujacych, przy czym w kazdym przypadku winna byc ona tak wysoka, aby zel nie kumulowal sub¬ stancji absorbowanych, a jedynie sluzyl jako katalizator. Temperatura dla gazu o skladzie otrzymywanym przez katalityczne utlenianie amoniaku powietrzem wynosi 100—120°, a dla gazu znacznie bardziej suchego i o niskim ste¬ zeniu tlenków azotu moze byc znacznie nizsza, np. 45°. Sposób wedlug wynalazku moze byc prowadzony przy dowolnym stezeniu gazów reagujacych, czyli przy dowolnym rozciencze¬ niu tlenków azotu azotem z powietrza. Z gazu ^ poreakcyjnego przez ochlodzenie wykrapla sie kwas azotowy obecny w tym gazie w postaci pary. W celu pochlonliecia reszty niewyitoroplo- nej pary kwasu azotowego, jak równiez reszty nieprzereagowanego czterotlenku azotu, dopro¬ wadza sie gaz do zetkniecia z woda. Ta droga w jednym cyklu praey mozna pochlonac okolo 80% azotu zwiazanego.Sposób wedlug wynalazku moze miec zasto¬ sowanie zarówno do pochlaniania tlenków azo¬ tu z gazów, w których wystepuja w duzym stezeniu, jak równiez z gazów zawierajacych jedynie ich minimalne ilosci. Mozna go za- - 2 -równo stosowac do przeróbki gazów stezonych w celu podwyzszenia stezenia otrzymywanego kwasu, jak równiez do przeróbki gazów wylo¬ towych w celu obnizenia strat azotu zwiaza¬ nego.Przyklady podane ponizej ilustruja sposób wedlug wynalazku i sa tak dobrane, ze gaz od¬ lotowy w przykladzie I posiada stezenie tlen¬ ku azotu mniej wiecej odpowiadajace gazowi poczatkowemu w przykladzie II, a gaz odloto¬ wy w przykladzie II posiada stezenie tlenku azotu odpowiadajace mniej wiecej stezeniu w gazie poczatkowym w przykladzie III. Przy¬ klady te, traktowane jako calosc przeróbki gazu nitrozowego na kwas azotowy, stanowia roz¬ wiazanie wedlug wynalazku yw trzech etapach wymagajace urzadzenia o trzech elementach zamiast znanego szeregu ogromnych wiez ab¬ sorpcyjnych. Ogólna objetosc tego urzadzenia jest wielokrotnie mniejsza niz objetosc urza¬ dzen do pracy w znany sposób. Nalezy zazna¬ czyc, ze gaz przy przejsciu z jednego etapu do nastepnego wymaga podgrzania.Przyklad I. Gaz po spaleniu amoniaku zawierajacy Okolo 10% NO, 17% H20 i 9% 02 prowadzono w temperaturze 110° przez zloze z zelu krzemionkowego z osadzonym na nim weglem aktywnym. Gaz poreakcyjny skladal sie z 6,4o/0 N02t 4,2% HNO*, 16% H2Ot 3,2% 02 Przez ochlodzenie tego gazu i wykroplenie otrzymano kwas o stezeniu powyzej 50% z wy¬ dajnoscia powyzej 70%.Przyklad II. Gaz zawierajacy 3 % NO, 7% 02 oraz 5% H20 wprowadzono w tempera¬ turze 70° przez zloze katalizatora jak w przy¬ kladzie I. Gaz poreakcyjny zawieral 1,2% NO,, 1,8% H20 i 5% 02. Przez wykroplenie oraz ab¬ sorpcje otrzymano kwas azotowy o stezeniu powyzej 40% z wydajnoscia okolo 80%.Przyklad III. Gaz zawierajacy 0,5% NO, 7% 02 i 2% H20 prowadzono w temperaturze 45° przez katalizator jak w poprzednch przy¬ kladach. Wykroplenie i absorpcja wodna obni¬ zyly w gazie lacznie zawartosc azotu zwiaza¬ nego do ponizej 0,1%. Wydajnosc powyzej 80%. PL

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe Sposób wytwarzania kwasu azotowego z tlen¬ ku azotu, tiienu i pary wodnej w dowoLnyim roTlcientezeniu gazem otolojetnym w (podwyzszo¬ nej temperaturze w obecnosci substancji chlon¬ nej, znamienny tym, ze reakcje prowadzi sie w obecnosci katalizatora zlozonego z zelu krze¬ mionkowego i wegla aktywnego w temperatu¬ rze wyzszej od punktu rosienia, który wyka¬ zuje dana mieszanina gazów, po czym kwas azotowy utworzony w stanie pary wykrapla sie przez ochlodzenie gazu, a nastepnie gaz pozo¬ staly po wydzieleniu wykroplonego kwasu do¬ prowadza sie do zetkniecia z woda w celu po¬ chloniecia pozostalej w nim reszty pary kwasu azotowego i czesci dwutlenku azotu. Zaklady Azotowe im. P. Findera Przedsiebiorstwo Panstwowe Zastepca: mgr inz. Witold Hennel rzecznik patentowy 2025. RSW „Prasa", Kielce. PL