Способ получения гидроксиламинсульфата

Изобретение относится к химической промышленности, а именно - к способу получения гидроксиламинсульфата (ГАС), применяемого в производстве капролактама. Способ включает каталитическое парокислородное окисление аммиака и синтез ГАС, которые осуществляют под повышенным давлением - более 0.25 МПа, при этом давление стадии парокислородного окисления аммиака превышает давление стадии синтеза ГАС на величину, равную аэродинамическому сопротивлению оборудования и трубопроводов, установленных между стадиями. Полученный каталитическим окислением аммиака нитрозный газ концентрируют конденсацией паров воды, очищают от оксида азота (IV), смешивают с водородом и синтезируют ГАС в среде разбавленной серной кислоты. Азотнокислый конденсат с массовой долей азотной кислоты 7-8,5%, выделяющийся при концентрировании нитрозного газа, подвергают жидкофазному гидрированию в присутствии платинового катализатора. Получаемый при этом чистый оксид азота (II) в смеси с водородом направляют на стадию синтеза ГАС, а продукт гидрирования с массовой долей азотной кислоты до 0,45% используют для разделения концентрированной серной кислоты, обеспечивая тем самым безотходную технологию. При осуществлении способа упрощается схема процесса и автоматическое регулирование, а капитальные затраты на стадии окисления аммиака снижаются на 65-70%. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

 

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к способу получения гидроксиламинсульфата (ГАС), применяемого в производстве капролактама.

Известен способ получения ГАС, включающий приготовление реакционной смеси аммиака, кислорода и водяного пара, каталитическое парокислородное окисление аммиака, смешение полученного нитрозного газа с водородом, стабилизацию нитрозного газа гидрированием избыточного кислорода в присутствии серебряно-марганцевого катализатора, его двухстадийное концентрирование конденсацией водяных паров, смешение концентрированного монооксида азота с водородом и синтез гидроксиламинсульфата в среде разбавленной серной кислоты. Конденсат второй стадии концентрирования нитрозного газа гидрируют водородом в присутствии платинового катализатора в жидкой фазе. Образующийся при этом чистый оксид азота (II) используют для синтеза ГАС, а продукт гидрирования с массовой долей азотной кислоты до 0,45% вместе с конденсатом первой ступени используют для разбавления концентрированной серной кислоты, обеспечивая тем самым безотходность технологии [заявка ЕПВ №0945401, МПК⁶ С 01 В 21/14, 1999 г.].

Достоинством такого способа является получение концентрированного оксида азота (II) и утилизация отходов производства в виде разбавленных растворов азотной кислоты.

Однако при стабилизации состава нитрозного газа гидрированием избыточного кислорода на серебряно-марганцевом катализаторе безвозвратно теряется оксид азота (II) и образуются азот и оксид азота (I), которые снижают эффективность работы стадии синтеза ГАС.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ, включающий приготовление реакционной смеси аммиака, кислорода и водяного пара, каталитическое парокислородное окисление аммиака, смешение полученного нитрозного газа с водородом, стабилизацию нитрозного газа путем гидрирования на серебряно-марганцевом катализаторе избыточного кислорода на 70-75%, его двухстадийное концентрирование конденсацией паров воды, смешение концентрированного оксида азота (II) с водородом и синтез гидроксиламинсульфата в среде разбавленной серной кислоты.

Существенным отличием этого способа получения ГАС от вышеописанного является то, что на стадии стабилизации нитрозного газа избыточный кислород гидрируют на 70-75% вместо 90%. В результате этого на второй стадии концентрирования нитрозного газа образуется конденсат, содержащий в 1,5-2,5 раза больше азотной кислоты, чем в вышеописанном способе. При его жидкофазном гидрировании образуется, соответственно, больше чистого оксида азота (II). Кроме того, при гидрировании избыточного кислорода на 70-75% в процессе стабилизации нитрозного газа оксид азота (II) практически не теряется, и, следовательно, не образуются дополнительно инертные примеси, а объемная доля оксида азота (II) в концентрированном нитрозном газе на 2,3-2,5% больше, чем в вышеописанном способе [декларационный патент Украины №50681А, МПК⁷ С 01 В 21/14, 2002 г.].

Общим недостатком обоих вышеописанных способов является сложность схемы в целом, предусматривающей как стадию стабилизации состава нитрозного газа гидрированием части избыточного кислорода, так и стадию жидкофазного гидрирования конденсата второй ступени концентрирования нитрозного газа. Кроме того, схема отличается жесткой взаимосвязью между стадиями окисления аммиака и синтеза ГАС, обусловленной необходимостью сжатия оксида азота (II), что усложняет автоматическое регулирование процессом.

С целью исключения стадии сжатия нитрозного газа каталитическое окисление аммиака осуществляют при повышенном давлении до 0,4 МПа [Атрощенко В.И., Черкашин В.Н., Ушакова Н.М., Клещев Н.Ф. Изв. ВУЗ СССР. “Химия и химическая технология”, 1978, т.21, вып.6, с.868-870]. При этом упрощается согласование работы стадий окисления аммиака и синтеза ГАС и автоматическое регулирование процессом, существенно снижаются капитальные затраты.

Однако при парокислородном каталитическом окислении аммиака под повышенным давлением до 0,4 МПа снижается выход оксида азота (II) на 1-1,5% и соответственно больше образуется инертных примесей, что увеличивает расходы сырья на изготовление продукта и снижает производительность стадии синтеза ГАС.

Целью настоящего изобретения является усовершенствование способа получения ГАС путем изменения параметров процесса и технологической схемы так, чтобы снизить капитальные и удельные затраты на изготовление продукта, а также упростить регулирование и управление процессом.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения гидроксиламинсульфата, включающем приготовление реакционной смеси аммиака, кислорода и водяного пара, согласно изобретению, каталитическое парокислородное окисление аммиака и синтез ГАС осуществляют под повышенным давлением - более 0,25 МПа, при этом давление стадии окисления аммиака превышает давление стадии синтеза ГАС на величину, равную аэродинамическому сопротивлению оборудования и трубопроводов газового тракта между стадиями, концентрируют нитрозный газ путем конденсации паров воды, очищают от примесей оксида азота (IV), смешивают с водородом и синтезируют гидроксиламинсульфат в среде разбавленной серной кислоты, синтез ГАС осуществляют под давлением более 0,25 МПа. Азотнокислый конденсат, выделяющийся при концентрировании нитрозного газа, с массовой долей азотной кислоты 7-8,5% подвергают жидкофазному гидрированию в присутствии платинового катализатора. Получаемый при этом чистый оксид азота (II) в смеси с водородом направляют на стадию синтеза ГАС, а продукт гидрирования с массовой долей азотной кислоты до 0,45% используют для разбавления концентрированной серной кислоты, обеспечивая тем самым безотходную технологию.

Способ осуществляют следующим образом.

Реакционную смесь аммиака, кислорода и водяного пара, приготовленную в смесителе 1, направляют в реактор 2, где аммиак окисляют кислородом до оксида азота (II) под давлением более 0,25 МПа (например, 0,3-0,35 МПа). Тепло реакции окисления аммиака используют для получения пара, охлаждая нитрозный газ в котловой части реактора 2. Полученный нитрозный газ концентрируют, конденсируя пары воды в теплообменнике 3, очищают от примесей оксида азота (IV), промывая частью азотнокислого конденсата в аппарате 4, смешивают с водородом в смесителе 5 и направляют в каскад реакторов 6, где в среде разбавленной серной кислоты синтезируют ГАС под давлением более 0,25 МПа. Азотнокислый конденсат с массовой долей азотной кислоты 7-8,5% направляют в реактор 7, где в присутствии платинового катализатора гидрируют водородом. Образующуюся при этом смесь чистого оксида азота (II) и водорода смешивают с основным потоком концентрированного оксида азота (II). Продукт гидрирования с массовой долей азотной кислоты до 0,45% направляют в смеситель 8 для разбавления концентрированной серной кислоты. Отходящие газы из каскада реакторов 6 синтеза ГАС направляют в рекуперативно-экологическую установку 9.

Заявляемый способ получения ГАС поясняется схемой, приведенной на фиг.1, и, для сравнения, на фиг.2 представлена схема получения ГАС по прототипу.

В таблице приведены данные, иллюстрирующие работу установки по заявляемому способу и, для сравнения, по прототипу.

Из приведенных данных следует, что несмотря на снижение степени окисления аммиака в оксид азота (II) и повышенное образование инертных примесей на стадии окисления аммиака, суммарная доля оксида азота (II) в газе, поступающем на стадию синтеза ГАС, снижается незначительно, и соответственно незначительно снижается производительность стадии синтеза ГАС. Но при этом существенно упрощается схема процесса и автоматическое регулирование, а капитальные затраты на стадии окисления аммиака снижаются на 65-70%.

1. Способ получения гидроксиламинсульфата (ГАС), включающий приготовление реакционной смеси аммиака, кислорода и водяного пара, каталитическое парокислородное окисление аммиака, концентрирование нитрозного газа конденсацией паров воды, гидрирование азотнокислого конденсата, очистку концентрированного нитрозного газа от примесей оксида азота (IV), смешение его с водородом, смесью серной кислоты, воды и продуктом гидрирования азотнокислого конденсата, синтез гидроксиламинсульфата, отличающийся тем, что каталитическое парокислородное окисление аммиака и синтез гидроксиламинсульфата осуществляют под давлением более 0,25 МПа, при этом давление стадии окисления аммиака превышает давление стадии синтеза ГАС на величину, равную аэродинамическому сопротивлению оборудования и трубопроводов газового тракта между стадиями.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрирование нитрозного газа осуществляют в одну стадию, используя весь избыточный кислород для получения азотной кислоты.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что азотнокислый конденсат подвергается жидкофазному гидрированию в присутствии платинового катализатора, образующийся чистый оксид азота (II) используется для получения ГАС, а продукт гидрирования с массовой долей азотной кислоты до 0,45% используется для разбавления концентрированной серной кислоты.