氨氧化製備一氧化氮的方法

2023-10-10 23:08:54

專利名稱：氨氧化製備一氧化氮的方法
技術領域：
本發明涉及一種氨氧化製備一氧化氮的方法。
背景技術：
目前，化工、環保領域的某些試驗系統以及醫藥等行業，在進行試驗時，需要使用
一氧化氮氣體。現在使用的一氧化氮氣體，其來源主要有1)實驗室裡採用金屬銅和稀硝酸反應的方法製備得到，但此種方法成本高，且產氣量很小。2、使用高純氣體鋼瓶氣體作為氣源， 但目前3500元/千克的價格令人難以承受。幻傳統氨氧化反應制硝酸的中間產物。文獻 「無機化工工藝學(二)，硫酸與硝酸J41-259，化學工業出版社」公開了傳統氨氧化制硝酸
時發生的反應如下4NH3+502 = 4N0+6H20(1)4NH3+302 = 2N2+6H20(2)2N0+02 = 2N02(3)3N02+H20 = 2HN03+N0(4)其中，(1)為基本反應，(2)為副反應，過量氧氣按(3)反應。傳統氨氧化工藝技術主要用於制硝酸，以氨和空氣為原料，先製得二氧化氮，二氧化氮再和水反應製得硝酸。 所以，一氧化氮是工業制硝酸的中間產物；又由於一氧化氮與氮氣分離困難，導致產品濃度低，僅為1摩爾％。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是現有技術存在一氧化氮生成量低、產品濃度低的問題，提供一種新的氨氧化製備一氧化氮的方法。該方法具有一氧化氮生成量高、產品濃度高的特點。為了解決上述技術問題，本發明採用的技術方案如下一種氨氧化製備一氧化氮的方法，在物料摩爾比為氨氧氣氮氣水蒸汽=1 (1.3 1.8) (0.5 6. 0) O. 0 7. 0)，反應溫度750 930°C，反應壓力0. 075 0. IMPa,穿過催化劑網混合氣體流速為1. 8 2. 5米/秒的條件下，原料與催化劑網接觸，反應生成一氧化氮。上述技術方案中，物料摩爾比的優選範圍為氨氧氣氮氣水蒸汽= 1 (1. 4 1. 7) (0. 5 3. 0) (3. 5 6. 0)。反應溫度優選範圍為820 875°C。反應壓力優選範圍為0. 08 0. 09MPao穿過催化劑網混合氣體流速優選範圍為2. 0 2. 3米 /秒。。所用的催化劑網優選方案為選自鉬-銠-鈀合金網。採用本發明方法，原料氨氣、氧氣、氮氣和水蒸汽在氨氧化爐中反應後得到的混合氣，進入急冷器冷卻，溫度降到40 60°C以下，此時蒸汽被大量冷凝下來。同時，混合氣中少量的NO2與水反應生成稀硝酸，經過分離器進行氣液分離後，輸出產品氣。本發明方法中所述的壓力均為表壓。
本發明方法調整和優化了氧氨比，控制氧氣氨=(1.3 1.8) 1，使大部分氨按照式(1)進行反應，殘氨才按式O)反應；同時，儘可能減少過量O2按式(3)的反應，從而降低了 NO2的生成量，提高了 NO的生成量。本發明方法以水蒸汽、氮氣和氧氣混合物替代傳統硝酸工藝中的空氣，即用水蒸汽替代了空氣中的部分氮氣，經氨氧化爐反應後，再經急冷工序將混合氣中的水蒸汽冷卻為游離水，而游離水易於和NO氣體分離，從而保證了 NO的濃度，不需解決現有技術中一氧化氮和氮氣分離的問題。此外，由於受NH3-O2爆炸限制約， 現有技術用隊控制混合氣中氨和氧的濃度，而本發明用水蒸汽替代了部分隊，使爆炸限下降，能降低爆炸的危險性，確保安全。因此採用本發明方法，添加水蒸汽來取代傳統氨氧化制硝酸工業中的氮氣，可以保證氨的濃度在爆炸範圍以外；添加的水蒸汽在氨氧化反應時不影響氨轉化率；在分離階段通過冷卻將水蒸汽轉化為游離水進行分離。與現有技術相比， NO的濃度可從1摩爾％提高到10 50摩爾％，取得了較好的技術效果。下面通過實施例對本發明作進一步闡述。
具體實施例方式實施例1液氨進入氨蒸發器氣化後，經脫硫器，由質量流量計調節至17. 9Nm3/小時，再經氨氣加熱器過熱至80°C，然後經兩級過濾，使其中所含顆粒(鐵鏽、油汙、硫化氫)直徑不大於 0. 5微米後進入氣體混合器。氧氣、氮氣、水蒸汽以定量控制按一定比例配比混合為141. 4Nm3/小時，混合氣溫度為102°C，然後經加熱器預熱至120°C，經兩級過濾，使其氣體中顆粒(鐵鏽、金屬氧化物) 直徑不大於0. 5微米，也進入氣體混合器。其中，物料摩爾比為氨氧氣氮氣水蒸汽=1 1.4 2.8 3.7。在氣體混合器內，氨氣和氧氣、氮氣、水蒸汽充分混合以防止氨濃度局部過高， 該混合氣體由上部進入氨氧化反應器進行氧化反應，在四層Φ350πιπι鉬鈀銠網上850°C、 0.09MI^進行反應。反應後氣體在水冷卻器中進行急冷為40°C至尾氣分離器。在分離器頂部得到一氧化氮產品氣，底部液體經鹼液中和後排出。按照上述步驟製備得到的產品氣量為76. 1千克/小時，產品氣中NO的濃度為 12. 5摩爾％。實施例2液氨進入氨蒸發器氣化後，經脫硫器，由質量流量計調節至17. 6Nm3/小時，再經氨氣加熱器過熱至80°C，然後經兩級過濾，使其顆粒直徑不大於0. 5微米後進入氣體混合器。氧氣、氮氣、水蒸汽以定量控制按一定比例配比混合為139. INm3/小時，混合氣溫度為100°c，然後經加熱器預熱至130°c，經兩級過濾，使其氣體中顆粒直徑不大於0. 5微米，也進入氣體混合器。其中，物料摩爾比為氨氧氣氮氣水蒸汽=1 1. 4 3. 0 3. 5。在氣體混合器內，氨氣和氧氣、氮氣、水蒸汽充分混合以防止氨濃度局部過高，該混合氣體由上部進入氨氧化反應器進行氧化反應，反應壓力為0. 09MPa，在四層Φ350πιπι鉬鈀銠網上855°C進行反應。反應後氣體在水冷卻器中進行急冷為40°C至尾氣分離器。在分離器頂部得到一氧化氮產品氣，底部液體經鹼液中和後排出。
按照上述步驟製備得到的產品氣量為79. 7千克/小時，產品氣中NO的濃度為 11. 5摩爾％。實施例3液氨進入氨蒸發器氣化後，經脫硫器，由質量流量計調節至18. 2Nm3/小時，再經氨氣加熱器過熱至80°C，然後經兩級過濾，使其顆粒直徑不大於0. 5微米後進入氣體混合器。氧氣、氮氣、水蒸汽以定量控制按一定比例配比混合為132. 9Nm3/小時，混合氣溫度為115°C，然後經加熱器預熱至150°C，經兩級過濾，使其氣體中顆粒直徑不大於0.5微米，也進入氣體混合器。其中，物料摩爾比為氨氧氣氮氣水蒸汽=1 1.4 1.2 4.7。在氣體混合器內，氨氣和氧氣、氮氣、水蒸汽充分混合以防止氨濃度局部過高，該混合氣體由上部進入氨氧化反應器進行氧化反應，反應壓力為0. 09MPa，在四層Φ350πιπι鉬鈀銠網上840°C進行反應。反應後氣體在水冷卻器中進行急冷為40°C至尾氣分離器。在分離器頂部得到一氧化氮產品氣，底部液體經鹼液中和後排出。按照上述步驟製備得到的產品氣量為38. 7千克/小時，產品氣中NO的濃度為 28. 4摩爾％。實施例4液氨進入氨蒸發器氣化後，經脫硫器，由質量流量計調節至18. INm3/小時，再經氨氣加熱器過熱至80°C，然後經兩級過濾，使其顆粒直徑不大於0. 5微米後進入氣體混合器。氧氣、氮氣、水蒸汽以定量控制按一定比例配比混合為141. 2Nm3/小時，混合氣溫度為110°C，然後經加熱器預熱至220°C，經兩級過濾，使其氣體中顆粒直徑不大於0.5微米，也進入氣體混合器。其中，物料摩爾比為氨氧氣氮氣水蒸汽=1 1. 6 0. 5 5. 7。在氣體混合器內，氨氣和氧氣、氮氣、水蒸汽充分混合以防止氨濃度局部過高，該混合氣體由上部進入氨氧化反應器進行氧化反應，反應壓力為0. 09MPa，在四層Φ350πιπι鉬鈀銠網上845°C進行反應。反應後氣體在水冷卻器中進行急冷為40°C至尾氣分離器。在分離器頂部得到一氧化氮產品氣，底部液體經鹼液中和後排出。按照上述步驟製備得到的產品氣量為21. 7千克/小時，產品氣中NO的濃度為 44. 5摩爾％。比較例1液氨進入氨蒸發器氣化後，經脫硫器，由質量流量計調節至18. INm3/小時，再經氨氣加熱器過熱至80°C，然後經兩級過濾，使其顆粒直徑不大於0. 5微米後進入氣體混合器。空氣由隔膜泵增壓，經質量流量計調節至155. INm3/小時，溫度為30°C，經兩級過濾，使其氣體中顆粒直徑不大於0. 5微米，也進入氣體混合器。其中，原料摩爾比為氨空氣=1 8.6。在氣體混合器內，氨氣和空氣充分混合以防止氨濃度局部過高，該混合氣體由上部進入氨氧化反應器進行氧化反應，反應壓力為0. 09MPa，在四層Φ 350mm鉬鈀銠網上 850°C進行反應。反應後氣體在水冷卻器中進行急冷為40°C至尾氣分離器。在分離器頂部得到一氧化氮產品氣，底部液體為稀硝酸。按照上述步驟製備得到的產品氣量為181. 8千克/小時(產品氣摩爾組成=N2O4
1. 98%,NO2 2. 87%,NO 0. 62%,O2 5. 4%,N2 89. 13% )，產品氣中 NO 的濃度為 0. 6摩爾％。
權利要求
1.一種氨氧化製備一氧化氮的方法，在物料摩爾比為氨氧氣氮氣水蒸汽= 1 (1.3 1.8) (0.5 6.0) (2.0 7.0)，反應溫度 750 930°C，反應壓力 0.075 0. IMPa,穿過催化劑網混合氣體流速為1. 8 2. 5米/秒的條件下，原料與催化劑網接觸，反應生成一氧化氮。
2.根據權利要求1所述氨氧化製備一氧化氮的方法，其特徵在於物料摩爾比氨氧氣氮氣水蒸汽=1 (1.4 1.7) (0.5 3.0) (3. 5 6.0)。
3.根據權利要求1所述氨氧化製備一氧化氮的方法，其特徵在於反應溫度為820 875 °C。
4.根據權利要求1所述氨氧化製備一氧化氮的方法，其特徵在於反應壓力為0.08 0.09MPa。
5.根據權利要求1所述氨氧化製備一氧化氮的方法，其特徵在於穿過催化劑網混合氣體流速為2. 0 2. 3米/秒。
6.根據權利要求1所述氨氧化製備一氧化氮的方法，其特徵在於所述催化劑網選自鉬-銠-鈀合金網。
7.根據權利要求1所述氨氧化製備一氧化氮的方法，其特徵在於原料與催化劑接觸反應生成的含一氧化氮的混合氣，經急冷器、氣液分離器急冷、分離後，得到一氧化氮產品氣。
全文摘要
本發明涉及一種氨氧化製備一氧化氮的方法，主要解決現有技術中存在一氧化氮生成量低，產品濃度低的問題。本發明通過採用以氨和氧氣為原料，在物料摩爾比為氨∶氧氣∶氮氣∶水蒸汽＝1∶(1.3～1.8)∶(0.5～6.0)∶(2.0～7.0)，反應溫度750～930℃，反應壓力0.075～0.1MPa，穿過催化劑網混合氣體流速為1.8～2.5米/秒的條件下，原料與催化劑網接觸，反應生成一氧化氮的技術方案，較好地解決了該問題，可用於氨氧化製備一氧化氮的工業生產中。
文檔編號C01B21/26GK102442651SQ201010504790
公開日2012年5月9日 申請日期2010年10月12日 優先權日2010年10月12日
發明者俞旭波, 周永春, 周瑩, 奚永龍, 奚愛民, 張雪洪, 李軍民, 李豔明, 汪永福, 王江義, 石鋒, 胡亞敏, 邢路, 陳浩 申請人:上海化工研究院, 中國石化集團上海工程有限公司, 中國石油化工股份有限公司