PL71B1 - Aparat i metoda do utleniania amonjaku. - Google Patents

Description

Wynalazek niniejszy dotyczy utlenia¬ nia amonjaku w konwertorze katalitycz¬ nym w celu produkcji tlenków azotowych oraz ich pochodnych.W metodach zwykle stosowanych przjr utlenianiu amonjaku do postaci tlenków azotowych i prowadzacych do wyrobu kwasu azotowego, mieszanine gazuamonjakalnego oraz powietrza atmo¬ sferycznego, w odpowiednim stosunku, przepuszcza sie nad cialem katalitycz- nem, np. platynac gabczasta lub t. p., utrzymywanem w odpowiedniej tempe¬ raturze. Produktami reakcji chemicznych wywolywanych przez katalizator sa tlenki azotu, para oraz wszystek azot, zawarty w powietrzu, uzytem do sporzadzenia poczatkowej mieszaniny lotnego amo¬ njaku z powietrzem. Pierwszym pro¬ duktem utleniania jest tlenek azotu (NO); odpowiednia reakcje mozna przedstawic zapomoca równania: 4 NH3 + 5 02 + 20 N2 = = 4NO + 6H20 + 20 N2 W nastepnym procesie pochlaniania konieczne jest dodanie nowej ilosci po¬ wietrza, wystarczajacej przynajmniej do utlenienia tlenku azotu (NO) do bezwo¬ dnika azotowego (N205), przyczem ten ostatni odrazu zmienia sie przy pomocy obecnej wody na kwas azotowy (HNOs): 4 NO + 20 N2 + 3 02 + 15 N2 = 4 NO + 3 02 -f + 35 N2 = 2 N205 + 35 N2 Zatem, przybywajacy gaz do wiezy pochlaniajacej zawiera jako maximum 9,5% objetosci tlenków azotowych i 90,5% objetosci azotu nieczynnego. Ta znaczna objetosc gazu pasywnego utrudnia na¬ stepne procesy utlenienia i pochlanianiaw wiezy absorbcyjnej, przedewszystkiem znacznie wydluzajac termin niezbedny do utlenienia tlenku azotowego (NO) do dwutlenku azotowego w wiezy utlenia¬ jacej oraz do ponownego utlenienia tego samego gazu (NO), oddzialywaniem wza- jemnem dwutlenku azotu i wody w wiezy pochlaniajacej, zgodnie z równaniami: 2 N02 -f H20 = HNOc + HN02 3 HN02 = 2 NO + HNO. + H90 Wedlug doswiadczen Lunge'egoiBerl'a (Zeit. angew. Chem. 18,807 1906; 20, 1713, 1907) okresy czasu, niezbedne dla utle¬ nienia tlenku azotu (NO) róznego roz¬ cienczenia, sa nastepujace: °/o NO w powietrzu Czas w minutach dla 95% NO, majacego bvc utlenionym do __ NQ2 10 0.5 1 9 0,1 90 Poniewaz tlenki azotu w gazach zo¬ staja pochlaniane a pozostalosc tlenków staje sie coraz to bardziej rozcienczona, przeto ponowne utlenienie wymaga coraz to wiecej czasu i przy wszelkich stoso¬ wanych w praktyce systemach wiez po¬ chlaniajacych czesc tlenków azotu zawsze uchodzi pod postacia tlenku azotu (NO), który nie zdazyl, dla braku czasu, utle¬ nic sie do dwutlenku (N02).Niniejszy wynalazek ma na celu obej¬ scie powyzszych trudnosci i braków przez uskutecznienie procesu w warunkach, za¬ pewniajacych uzyskanie, mówiac prak¬ tycznie, calkowitej ilosci tlenków azotu z usunieciem zupelnem lub zmniejsze¬ niem do minimum ilosci azotu nieczyn¬ nego.Wynalazek polega na procesie utle¬ niania amonjaku, wedlug którego amo- njak przepuszcza sie przez konwertor kata¬ lityczny w mieszaninie z tlenem lub po¬ wietrzem, wzbogaconem w tlen, z zastoso¬ waniem odpowiednich srodków ostroz¬ nosci dla zapobiezenia wytwarzaniu sie mieszaniny wybuchowej.Wynalazek polega dalej na procesie utleniania amonjaku, wedlug którego amonjak przepuszcza sie przez konwer¬ tor katalityczny w mieszaninie z tlenem (lub powietrzem utlenionem) i para, któ¬ rej obecnosc wywiera ten skutek, ze czyni mieszanine niewybuchajaca.W sklad wynalazku wchodzi wreszcie aparat do urzeczywistnienia opisanego powyzej procesu.Celem praktycznego zrealizowania wy¬ nalazku pozyteczna jest rzecza zmieszac amonjak przed przejsciem tegoz przez konwertor katalityczny z czystym tlenem lub powietrzem, wzbogaconem w tlenr lub gazem, bogatym w tlen, otrz)'ma- nemi w jakikolwiek stosowny sposób, np. zapomoca frakcjonowania powietrza plynnego.Znaleziono, ze mieszanina amonjaku lotnego z tlenem, w ten sposób otrzy¬ mana, w stosunkach, warunkujacych po¬ wstawanie NO,N203,N204 lub N205, moze byc uczyniona niewybuchajaca przez do¬ mieszke do niej pary wodnej, o ile tem¬ peratura mieszaniny jest utrzymana po¬ wyzej punktu skraplania sie pary, oraz ze mieszanine te mozna utlenic przez przepuszczenie jej nad odpowiednim ka¬ talizatorem, jak np. rozpalona platyna gabczasta, przyczem osiaga sie prawie teoretyczna wydajnosc tlenków azoto¬ wych.Stosownie do ilosci uzytego tlenu po utlenieniu gazu mozna badz to skro¬ plic pare zapomoca chlodzenia, przy¬ czem osiaga sie tlenek azotu w stanie czystym, badz tez gaz chlodzi sie w obec¬ nosci tlenu w ilosci, wystarczajacej do wytworzenia plynnego kwasu azotowego (HNO,).Dalej, poniewaz rozcienczony gaz praw¬ dopodobnie wywiera wplyw czesciowo swem wlasnem chlodzeniem, jasnem jest — 2 —i przeto, ze mniejsza obje-tosc pary wodnej wywola ten sam skutek, co cztery obje¬ tosci azotu zmieszane z powietrzem z je¬ dna objetoscia tlenu, a to dlatego, ze cieplo wlasciwe pary jest wyzsze od ciepla wlasciwego azotu w stosunku 1,2 do 1,0 dla jednakowych objetosci. Wy¬ dajnosc z danej powierzchni katalizatora mozna wiec uczynic znaczniejsza, ani¬ zeli ma to miejsce przy uzyciu samego powietrza. Jak to bylo zaznaczone po¬ wyzej, tlen mozna zastosowac w miesza¬ ninie z amonjakiem w stosunku niezbe¬ dnym do utworzenia N2OnN204 lub N2Os i mieszaniny uczynic niewybuchajacemi przez dodanie wystarczajacej ilosci pary wodnej.Jako przyklady, ilustrujace niezbedne ilosci pary, mozna przytoczyc nastepu¬ jace wskazówki sporzadzenia gazu, przy¬ datnego do utlenienia katalitycznego: I(N20,) II (N,04) III (N205) Odsetki amonjaku na objet. 14.5 10.0 16.2 „ tlenu „ „ 22.5 17.7 32.8 „ pary „ „ 63.0 72.3 51.0 Mieszaniny te zamieniaja sie na tlenki azotu z najwyzszym rezultatem iloscio¬ wym zapomoca katalizatora w postaci platyny gabczastej, przyczem tempera¬ tura tej ostatniej utrzymuje sie na nale¬ zytym poziomie przez samo cieplo utle¬ niania, bez potrzeby uciekania sie do ogrzewania zewnetrznego do tempera¬ tury ponad podegrzanie poczatkowe mie¬ szaniny do 250°C.Mozna posilkowac sie którakolwiek z tych mieszanin, lecz jezeli chodzi o pro¬ dukcje kwasu azotowego, to zaleca sie uzycie mieszaniny III, jako posiadajacej dostateczna ilosc tlenu. Do wytwarzania tlenku azotowego nalezy uzyc mieszanin I lub II, przyczem równiez otrzymuje sie pewna ilosc kwasu azotowego dzieki dzialaniu pomiedzy wyzszym tlenkiem azo¬ towym i woda, zgodnie z równaniami, podanemi juz powyzej.Widoczne jest, ze mieszanina III, acz¬ kolwiek zawierajaca wiecej tlenu niz I i II, jest bogatsza w amonjak, dzieki re¬ dukcji zawartosci pary wodnej kosztem rozcienczajacego dzialania tlenu. W ten sposób, przy uzyciu tej mieszaniny wy¬ dajnosc konwertora oraz stezenie kwasu azotowego, wytwarzanego przez konden¬ sacje, zwiekszaja sie w porównaniu z mie¬ szaninami I i II. Pod tym wzgledem wa¬ runki sa wrecz przeciwne warunkom, osiaganym w wypadku uzycia powietrza, kiedy mieszanina z N203 posiada oczy¬ wiscie zawartosc amonjaku wyzsza, ani¬ zeli dwie pozostale. « Skoro przy procesie utleniania chodzi o wytwarzanie kwasu azotowego, to jest raczej wskazane dodac calkowita ilosc tlenu, niezbednego do wytworzenia kwasu azotowego, do mieszaniny pierwotnej, wprowadzonej do konwertora (w postaci mieszaniny J\[o III), niz doprowadzac czesc tlenu, w charakterze tlenu wtórnego, po utlenieniu w konwertorze.Nie jest pozadane dodawac pary lub tlenu mniej, anizeli to wskazano powyzej, lecz mozna zmieniac stosunek wzajemny tych czynników, w celu regulowania tem¬ peratury procesu.Nalezy podtrzymywac temperature mie¬ szaniny na poziomie wyzszym od punktu kondensacji pary, przepuszczajac ja np- przez ogrzewane rury aluminjowe lub z innego odpowiedniego tworzywa, od¬ pornego na dzialanie gazu, poczem do¬ prowadza sie ja d-o konwertora utleniaja¬ cego amonjak, do którego gaz przeszedl przez katalizator, skladajacy sie, naprzy- klad z ogrzanej platyny gabczastej. Pro¬ dukt utleniony chlodzi sie nastepnie w obecnosci dostatecznej ilosci tlenu do¬ datkowego w celu utworzenia kwasu azo¬ towego, który otrzymuje sie w postaci rozcienczonej, przyczem nie jest wcale rzecza konieczna stosowanie jakichkol¬ wiek wiez pochlaniajacych, poniewaz re- — 3 —akcja dokonywa sie z zadawalajaca szyb¬ koscia, by zapewnic zupelne pochlo¬ niecie, nawet przy stosunkowa malej obje¬ tosci chlodnicy.Dla zapobiezenia wybuchom, które moglyby nastapic w razie przerwania doplywu pary, mozna utworzyc miesza¬ nine amonjaku, tlenu i pary, wpryskujac rozczyn amonjaku w wode, do ogrzanej komory lub rury. przez która przyplywa tlen i ustosunkowawszy odpowiednio ilosci wzgledne rozczynu amonjaku i tlenu.Tak np. rozczyn 24%-wy NH3 wtryskuje sie do gazu tlenowego w takim stosunku, izby otrzymana mieszanina posiadala sklad, wyszczególniony w Nr. III. Stosunek pary i amonjaku reguluje sie stopniowo, wy¬ chodzac z rozczynu wodnego amoniaku, znanego i stalego skladu; samo przez sie rozumie sie, ze niema potrzeby rozpo¬ czynac od rozczynu amonjaku, zawiera¬ jacego wiecej amonjaku, anizeli rozczyn, nasycony pod cisnieniem atmosferycznemu zawierajacy 33% NH3 oraz posiadajacy ciezar wlasciwy 0,880, tak ze procesu nie potrzeba przeprowadzac pod cisnieniem.Rysunek wyobraza schematycznie je¬ dna z zadawalajacych form wykonania aparatu, sluzacego do urzeczywistnienia niniejszego sposobu. Aparat jest zaopa¬ trzony w wezownice a z glinu lub inna odpowiednia rure w charakterze odpa- rowywacza, przez który przechodzi re¬ gulowany strumien tlenu lub powietrza utlenionego, utrzymywany w tempera¬ turze ponad 150° C w jakikolwiek spo¬ sób, po tego strumienia tlenu lub wzbo¬ gaconego w tlen powietrza wtryskuje sie strumien rozczynu amonjaku przez rurke c oraz klape d, przylegajace do klapy wlotowej dla tlenu b. Plyn ulatnia sie calkowicie w wezownicy i mieszanina ga¬ zowa plynie do podgrzewacza, skladaja¬ cego sie naprzyklad z pewnej liczby ru¬ rek glinowych e w komorze /, ogrzewa¬ nej goracemi gazami lub t. p. do tempe¬ ratury okolo 250°C. Dla przyspieszena procesu wyparowywania oraz ulatwienia mieszania sie tlenu, pary wodnej oraz amonjaku, rure wyparowywujaca mozna napelnic calkowicie lub czesciowo wió¬ rami aluminjowemi lub innym odpowied¬ nim materjalem. W razie potrzeby mozna wytwarzana w wezownicy mieszanine ga¬ zowa wzbogacic badz to amonjakiem, badz tlenem, wprowadzajac te substancje do ukladu pomiedzy wyparnica i pod¬ grzewaczem, lub tez mozna takze wpry- skiwac wode lub wpuszczac pare do wy- parnicy i wprowadzac gaz amonjakowy przez odpowiednia rure. Jezeli gaz ten dodaje sie poza wyparnica, to nalezy przedsiewziac srodki, zapewniajace do¬ kladne mieszanie, przepuszczajac naprzy¬ klad gazy przez druga wezownice lub uklad rur.Po przejsciu przez podgrzewacz mie¬ szanina gazowa wchodzi do konwertora katalitycznego g, jakiejkolwiek dowolnej postaci, ogrzewanego zapomoca gora¬ cych gazów lub w jakikolwiek inny spo¬ sób do odpowiedniej temperatury. Przy obróbce mieszaniny, nadajacej sie do wy¬ tworzenia N2Os lub N204, nalezy dodac dalsze ilosci tlenu (wpuszczajac go na¬ przyklad w punkcie h) do chlodnicy i, do której gazy przyplywaja z konwertora, a kwas plynny mozna wyciagac przez otwór k, umieszczony w czesci dolnej chlodnicy; w razie potrzeby mozna chlo¬ dnice polaczyc wylotem / z wieza absorb- cyjna, w której zachodziloby pochlanianie resztek tlenków azotowych.Przy wytwarzaniu tlenku azotu dalsze dodawanie tlenu nie jest potrzebne, przy- czem woda i para skroplona z pary wy¬ prowadza minimalne ilosci tlenków azo¬ towych w postaci kwasu azotowego z chlo¬ dnicy przez wyjscie, podczas gdy tlenek azotu, wolny od zwiazków utleniania wyz¬ szego, zostaje zebrany lub poddaje sie suszeniu zapomoca oziebiania lub w wiezykwasem siarczanym albo w inn}7 jaki- olwiek sposób, przed zebraniem.Produkt mozna równiez w razie po¬ reby zmieszac z tlenem w ilosci wy¬ prezajacej do przeprowadzenia go na wutlenek azotu (N02), który nastepnie ddziela sie w postaci czystej zapo- oca ochladzania.Jest rzecza zrozumiala, ze wynalazek ie ogranicza sie do szczególów kon- rukcyjnych, podanych powyzej jedynie p charakterze przykladu, gdyz ten sam ^1 mozna osiagnac i zapomoca innych ipowiednich aparatów; mozna równiez odyfikowac w odpowiedni sposób, sto- )wnie do najrozmaitszych potrzeb pra- tyki, stosunki ilosciowe, w jakich mie- zaniny przechodza przez aparaty, oraz -odki i sposoby tworzenia czesci skla- owych mieszanin oraz samych mieszanin tych skladników. PL PL

Claims (3)

1. Zastrzezenia patentowe. 1. Metoda utleniania amonjaku, tern znamienna, ze amonjak zostaje przepro¬ wadzony przez konwertor katalityczny w mieszaninie z tlenem lub powietrzem, wzbogaconem w tlen, przy zastosowaniu odpowiednich srodków ostroznosci, za¬ pobiegajacych wytwarzaniu sie miesza¬ niny piorunujacej.

2. Metoda utleniania amonjaku, tem znamienna, ze amonjak przeprowadza sie przez konwertor katalityczny w miesza¬ ninie z nadmiarem tlenu, co zapobiega powstawaniu mieszaniny wybuchajacej.

3. Metoda utleniania amonjaku, tem znamienna, ze amonjak przeprowadza sie przez konwertor katalityczny w miesza¬ ninie z tlenem (lub powietrzem, wzbo¬ gaconem tlenem) oraz para wodna, której obecnosc wywiera wplyw, zapobiegajacy tworzeniu sie mieszaniny piorunujacej. •Do opisu patentowego JM* 71* ZAKLGRAF.KOZIANSKICH W WARSZAKIt PL PL