SK286053B6 - Spôsob prípravy hydroxylamínsulfátu - Google Patents

Abstract

Spôsob výroby hydroxylamínsulfátu katalytickou redukciou oxidu dusnatého vodíkom v styku s platinovým katalyzátorom na uhlíkovom nosiči v prítomnostikyseliny sírovej vo viacstupňovom, najmenej dvojstupňovom reakčnom systéme plyn/kvapalina, kde plyny odvádzané zo stupňa s vyššou koncentráciou kyseliny sírovej sa zavádzajú do nasledujúceho stupňa snižšou koncentráciou kyseliny sírovej alebo sa plyny odvádzané z množiny stupňov spoja a zavádzajú do posledného stupňa, v ktorom je nižšia koncentrácia kyseliny sírovej v procesnej kvapaline a procesná kvapalina a odplyny majú rovnaké smery prúdenia medzi nasledujúcimi stupňami.

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu výroby hydroxylamínsulfátu katalytickou redukciou oxidu dusnatého vodíkom v styku s platinovým katalyzátorom na nosiči a v prítomnosti kyseliny sírovej vo viacstupňových systémoch plyn/kvapalina.

Doterajší stav techniky

Spôsob výroby hydroxylamínovej soli katalytickou redukciou oxidu dusnatého vodíkom v prítomnosti kyseliny sírovej vo viacstupňovom systéme plyn/kvapalina je známy z patentovej literatúry.

Patent US 3,313,595 opisuje spôsob výroby hydroxylamínsulfátu, ktorý sa uskutočňuje kontinuálne vo viacstupňovom kvapalinovom systéme a dvojstupňovom plynnom systéme. V kvapalinovom systéme prúdi procesná kvapalina cez následné stupne, v dôsledku čoho sa koncentrácia kyseliny sírovej znižuje v každom nasledujúcom stupni, pričom súčasne vzrastá koncentrácia produktu, ktorým je hydroxylamínsulfát. Prúd finálneho produktu, ktorým je roztok uvedenej hydroxylamínovej soli, sa potom z finálneho stupňa odvádza; tento finálny prúd sa sfiltruje, čím sa odstráni katalyzátor, ktorým je zvyčajne platina na uhlíkovom nosiči (aktívne uhlie alebo grafit) a takto izolovaný katalyzátor sa recykluje spoločne s čerstvým roztokom kyseliny sírovej do prvého stupňa. Plynný systém prebieha v dvojstupňovom usporiadaní, pričom zmes čerstvého vodíka a oxidu dusnatého sa paralelne zavádza do stupňov prevádzkovaných pri vysokých koncentráciách hydroxylamínovej soli, zatiaľ čo odplyny opúšťajúce tieto stupne sa vedú do stupňov prevádzkovaných pri vysokých koncentráciách minerálnej kyseliny. Pri tomto usporiadaní je smer prúdenia odplynov medzi nasledujúcimi stupňami opačný, ako je smer prúdenia procesnej kvapaliny.

Iným spôsobom výroby uvedenej hydroxylamínovej soli, opísaným v poľskom patente 102 182, je katalytická redukcia oxidu dusnatého vodíkom v prítomnosti minerálnej kyseliny vo viacstupňovom kvapalnom systéme a dvojstupňovom plynnom systéme, pri ktorom odplyny a procesná kvapalina prúdia medzi nasledujúcimi stupňami vo vzájomne opačných smeroch. Pri tomto spôsobe sa oxid dusnatý pridá k odplynom prvého stupňa ešte predtým, než sú tieto odplyny zavedené do druhého reakčného stupňa.

Podstatou oboch uvedených spôsobov je viacstupňový systém, v ktorom sa procesná kvapalina pohybuje cez následné stupne a koncentrácia minerálnej kyseliny (t. j. kyseliny sírovej) obsiahnutej v uvedenej procesnej kvapaline sa systematicky znižuje na úkor zvyšujúcej sa koncentrácie hydroxylamínovej soli (t. j. hydroxylamínsulfátu). Predtým opísané spôsoby sú charakterizované tým, že v dvojstupňovom plynnom systéme sa zmes oxidu dusnatého a vodíka zavádza paralelne do nasledujúcich stupňov, ktoré sa nachádzajú za stupňami, v ktorých minerálna kyselina už čiastočne zreagovala, zatiaľ čo odplyny z týchto stupňov sa zavádzajú do stupňov, v ktorých je koncentrácia minerálnej kyseliny najvyššia, aby sa využila väčšina ich obsahu oxidu dusnatého a vodíka. Význačným rysom oboch opísaných spôsobov sú opačné smery medzistupňových prúdov vzhľadom na smer prúdenia procesnej kvapaliny.

Nevýhodou týchto spôsobov sú nízke výťažky vo východiskových stupňoch, ktoré sú spôsobené tým, že je do nich privádzaný odplyň z finálnych stupňov, zloženie ktorého je nepriaznivé na dosiahnutie vysokých výťažkov hydroxylamínsulfátu.

Spôsob výroby hydroxylamínsulfátu katalytickou redukciou oxidu dusnatého vodíkom sa v priemyselnom meradle uskutočňuje v miešaných reaktoroch alebo v barbotážnych (prebublávaných) reaktoroch. Poľský patent 120 577 opisuje reaktor, v ktorom k prenosu hmoty medzi plynnou, kvapalnou a pevnou (katalytickou fázou) a k prenosu tepla dochádza v dôsledku intenzívneho miešania. Poľský patent 174 663 opisuje bartonážný reaktor, v ktorom k prenosu hmoty dochádza v dôsledku primeraného dispergovania procesného plynu a procesnej kvapaliny použitím špeciálnej konštrukcie distribútorov kvapaliny a plynu a udržiavaním protiprúdového pohybu procesnej kvapaliny a plynných reakčných zložiek vnútri reaktora. Na dosiahnutie významných prietokov procesnej kvapaliny a plynných reakčných zložiek v reaktoroch tohto typu s cieľom umožniť dobrý prenos hmoty je nevyhnutné, aby cirkulovala tak procesná kvapalina, ako aj plynné reakčné zložky.

V priemyselnom meradle tvorí jeden reakčný stupeň vo všeobecnosti batéria tvorená určitým počtom reaktorov uvedeného typu vybavených obvyklým systémom na cirkuláciu plynu a kvapaliny a na prevod tepla, ako aj na prípravu plynnej kompozície na zavedenie do reaktora.

Bezpečná prevádzka sa pri uvedenom spôsobe dosahuje kontrolou zloženia plynov, určených na zavedenie do reaktorov, a odplynov a udržiavaním ich zloženia a tlakov mimo explozívnu oblasť, ako je uvedené v poľskom mesačníku Przemysl Chemiczny č. 9/1968, str. 552. Explozívnosť plynu sa tu chápe ako vzdialenosť plynnej zmesi majúcej dané zloženie a tlak od explozívnej medze tejto zmesi. Explozívnosť plynnej zmesi pri uvedenom spôsobe je ovplyvnená hlavne oxidom dusným vytvoreným ako vedľajší produkt redukcie oxidu dusnatého. Z tohto dôvodu sú viacstupňové spôsoby redukcie oxidu dusnatého vodíkom uskutočňované tak, aby bol obsah oxidu dusného vo vedľajších produktoch pokiaľ možno čo najnižší.

Podstata vynálezu

V rámci vynálezu spôsob výroby hydroxylamínsulfátu katalytickou redukciou oxidu dusnatého vodíkom v styku s platinovým katalyzátorom na uhlíkovom nosiči v prítomnosti zriedenej kyseliny sírovej vo viacstupňovom alebo aspoň dvojstupňovom reaktorovom usporiadaní plyn/kvapalina, kde každý stupeň je vybavený separátným systémom prípravy plynnej reaktorovej vsádzky a internou cirkuláciou plynu a procesnej kvapaliny v podstate spočíva v tom, že odplyny odvádzané zo stupňa s vyššou koncentráciou kyseliny sírovej sa vedú do nasledujúceho stupňa s nižšou koncentráciou kyseliny sírovej, alebo sa odplyny odvádzané z určitého počtu následných stupňov spájajú a zavádzajú do posledného stupňa, v ktorom je najnižšia koncentrácia kyseliny sírovej v procesnej kvapaline, pričom procesná kvapalina a odplyny zachovávajú rovnaký smer prúdenia medzi následnými stupňami. Odplyň sa stáva súčasťou plynu reaktorovej vsádzky v stupni, do ktorého bol tento plyn zavedený. Do plynu, ktorý sa zavádza do reaktorov v každom stupni sa tiež zavádza vodík a oxid dusnatý; objemový pomer vodíka k oxidu dusnatému sa výhodne zvyšuje v každom následnom stupni z 10 % na 50 %. Pri takom spôsobe výroby, ako je opísaný, je celková koncentrácia SO₄ ²' v procesnej kvapaline nižšia než 3 mol/dm³. Zvýšenie celkovej koncentrácie SO₄ ²' v procesnej kvapaline nad 3 mol/dm³ by nežiaducim spôsobom ovplyvnilo syntézu hydroxylamínsulfátu. To je obzvlášť dôležité v prípade, v ktorom sa do uvedených stupňov privádza voda na premytie niektorých častí zariadení. V takom prípade sa s cieľom zabrániť nadmernej koncentrácii celkového množstva iónov v prvom stupni doporučuje zavádzať malé množstvo kyseliny sírovej do následných stupňov.

Spôsob podľa vynálezu umožňuje výrazné zvýšenie plynného zaťaženia prvých procesných stupňov pri zachovaní vysokej miery konverzie na hydroxylamínsulfát a zachovaní bezpečnej prevádzky. Vyššie zaťaženie východiskových stupňov procesu sa dosiahne prevádzkou pri vyšších koncentráciách oxidu dusnatého a vodíka v prúdoch reaktorovej plynnej vsádzky. To na najvyššiu mieru zníži spotrebu oxidu dusnatého a vodíka v priebehu spôsobu.

V rámci vynálezu existuje tiež možnosť výrazného zvýšenia zaťaženia katalyzátora, čím sa zvýši procesná rýchlosť vo východiskových stupňoch, kde je koncentrácia kyseliny sírovej v procesnej kvapaline vyššia než koncentrácia kyseliny sírovej v procesnej kvapaline vo finálnych stupňoch, kde má kyselina sírová do značnej miery reagovať na hydroxylamínsulfát.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález bude v nasledujúcom texte ilustrovaný pomocou obrázkov na priložených výkresoch, pričom obrázok 1 znázorňuje prúdový diagram výroby hydroxylamínsulfátu katalytickou redukciou oxidu dusnatého vodíkom v prítomnosti kyseliny sírovej v trojstupňovom kvapalinovom a trojstupňovom plynnom usporiadaní, zatiaľ čo obrázok 2 znázorňuje prúdový diagram výroby hydroxylamínsulfátu katalytickou redukciou oxidu dusnatého vodíkom v prítomnosti kyseliny sírovej v trojstupňovom kvapalinovom a dvojstupňovom plynnom usporiadaní.

Príklady použitia vynálezu

Prúdový diagram z obr. 1 znázorňuje spôsob výroby hydroxylamínsulfátu katalytickou redukciou oxidu dusnatého v prítomnosti kyseliny sírovej, ktorý sa uskutočňuje v trojstupňovom kvapalinovom a trojstupňovom plynnom usporiadaní. Každý z kvapalinových stupňov má štyri reaktory (štvorreaktorová jednotka) usporiadané v kaskáde. Plynný systém sa uskutočňuje v troch stupňoch takým spôsobom, že odplyny opúšťajúce prvý stupeň, sa zavádzajú do prúdu plynu, ktorý sa privádza do druhého stupňa, kým odplyny opúšťajúce druhý stupeň, sa zavádzajú do prúdu plynu, ktorý sa privádza do tretieho stupňa.

V rámci tohto príkladu sa do procesu privádza kyselina sírová s koncentráciou 2,5 mol/dm³ v množstve 19,7 kg/h spoločne so suspendovaným platinovým katalyzátorom obsahujúcim 1 % platiny. Procesný roztok cirkuluje cez kaskádovito usporiadané reaktory prvého stupňa ajeho prebytok sa zavádza do druhého stupňa. Prebytok cirkulujúceho roztoku z druhého stupňa sa potom vedie do tretieho stupňa. Časť cirkulačnej kvapaliny opúšťajúcej tretí stupeň sa po oddelení katalyzátora odvádza ako finálny produkt v množstve 22,5 kg/h pri obsahu 1,9 mol/dnť hydroxylamínsulfátu, 0,12 mol/dm³ síranu amónneho a 0,3 mol/dm³ kyseliny sírovej. Vyizolovaný katalyzátor sa vracia do prvého stupňa.

V každom z troch stupňov sa udržiava konštantná koncentrácia kyseliny sírovej, pričom jej koncentrácia postupne klesá s každým nasledujúcim stupňom v dôsledku tvorby hydroxylamínsulfátu v priebehu procesu, cirkulácia plynu sa udržiava na hodnote 6 Nm³/h.

Plyn privádzaný do reaktorov prvého stupňa je tvorený 98 % (obj.) vodíkom privádzaným v množstve 1,17 Nm³/h a 95 % oxidom dusnatým privádzaným v množstve 0,74 Nm³/h. Prebytok cirkulujúceho plynu sa odvádza z prvého stupňa ako odplyň v množstve 0,38 Nm³/h a následne zavádza do plynnej vsádzky druhého reaktora (druhý stupeň v plynnom systéme). Plynná vsádzka druhého reaktora je tvorená 98 % (obj.) vodíkom privádzaným v množstve 1,17 Nm³/h a 95 % oxidom dusnatým privádzaným v množstve 0,66 Nm³/h. Prebytok cirkulujúceho plynu z druhého stupňa sa odvádza ako odplyň v množstve 0,71 Nm³/h a následne zavádza do plynovej vsádzky napájajúcej reaktory tretieho stupňa (tretí stupeň v plynnom systéme). Plyn napájajúci reaktory tretieho stupňa je tvorený 98 % (obj.) vodíkom privádzaným v množstve 1,17 Nm³/h a 95 % oxidom dusnatým privádzaným v množstve 0,60 Nm³/h. Prebytok cirkulujúceho plynu sa z tretieho stupňa odvádza v množstve 1,35 Nm³/h ako odplyň určený na likvidáciu.

Pri spôsobe opísanom v rámci tohto príkladu sa dosahujú dobré ukazovatele spotreby na jednotku finálneho produktu. Na výrobu 1 tony finálneho produktu sa spotrebovalo 600 Nm³ 100 % vodíka a 325 Nm³ 100 % oxidu dusnatého.

Príklad 2

Na obrázku 2 je zobrazený prúdový diagram spôsobu výroby hydroxylamínsulfátu katalytickou redukciou oxidu dusnatého vodíkom v prítomnosti kyseliny sírovej uskutočňovaný v trojstupňovom kvapalinovom a dvojstupňovom plynnom systéme.

Pokiaľ ide o kvapalinový systém, uskutočňuje sa spôsob rovnako ako v príklade 1: tri stupne v kvapalinovom systéme (tri jednotky reaktorov usporiadaných do kaskády) a identické prietoky kyseliny sírovej a procesného roztoku.

V plynnom systéme má každý zo stupňov cirkuláciu plynu udržiavanú na hodnote 6 Nm³/h. Plyn privádzaný do reaktorov prvého stupňa je tvorený 98 % (obj.) vodíkom privádzaným v množstve 1,17 Nm³/h a 95 % oxidom dusnatým privádzaným v množstve 0,74 Nm³/h, zatiaľ čo plyn privádzaný do reaktorov druhého stupňa bol tvorený 98 % (obj.) vodíkom privádzaným v množstve 1,45 Nm³/h a 95 % oxidom dusnatým privádzaným v množstve 0,75 Nm³/h. 0,38 Nm³/h odplynu z prvého stupňa a 0,50 Nm³/h odplynu z druhého stupňa sa spája a privádza v množstve 0,88 Nm³/h do plynového prúdu privádzaného do reaktorov tretieho stupňa (druhý stupeň v plynovom systéme). Plyn privádzaný do reaktorov tretieho stupňa je tvorený 98 % (obj.) vodíkom privádzaným v množstve 1,05 Nm³/h a 95 % oxidom dusnatým privádzaným v množstve 0,59 Nm³/h. Odplyny z tretieho stupňa sa odvádzajú na likvidáciu v množstve 1,45 Nm³/h.

Pri spôsobe opísanom v rámci tohto príkladu sa dosahujú dobré ukazovatele spotreby na jednotku finálneho produktu. Na výrobu 1 tony finálneho produktu sa spotrebovalo 650 Nm³ 100 % vodíka a 330 Nm³ 100 % oxidu dusnatého.

Claims (4)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Spôsob výroby hydroxylamínsulfátu katalytickou redukciou oxidu dusnatého vodíkom v styku s platinovým katalyzátorom na uhlíkovom nosiči v prítomnosti riedenej kyseliny sírovej vo viacstupňovom, najmenej dvojstupňovom reakčnom systéme plyn/kvapalina, kde má každý stupeň separátny systém prípravy plynnej vsádzky napájajúcej reaktory ako aj cirkuláciu plynu a procesnej kvapaliny, vyznačujúci sa t ý m , že plyny odvádzané zo stupňa s vyššou koncentráciou kyseliny sírovej sa zavádzajú do nasledujúceho stupňa s nižšou koncentráciou kyseliny sírovej alebo sa plyny odvádzané z množiny stupňov spoja a zavádzajú do posledného stupňa, v ktorom je najnižšia koncentrácia kyseliny sírovej v procesnej kvapaline a procesná kvapalina a odplyny majú rovnaké smery prúdenia medzi nasledujúcimi stupňami.
2. 2. Spôsob podľa nároku 1,vyznačujúci cesnej kvapaline je udržiavaná nižšia ako 3 mol/dm³.
3. 3. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci reaktory v stupni, do ktorého sú odplyny zavádzané.
4. 4. Spôsob podľa nároku 3, vyznačujúci dom následnom stupni zvýši objemový pomer vodíka k oxidu dusnatému z 10 na 50 %.

   t v m , že celková koncentrácia iónov SO₄ ²' v prot ý m , že odplyny tvoria časť plynu, ktorý napája t ý m , že v plyne, ktorý napája reaktory sa v kaž2 výkresy