Способ окисления аммиака и система, подходящая для его осуществления - заявка 2015140607 на патент на изобретение в РФ

1. Способ окисления аммиака кислородом в присутствии катализаторов, содержащих по меньшей мере один оксид переходного металла, который не является оксидом металла платиновой группы, где отношение молярных количеств кислорода к аммиаку для реакционной газовой смеси на входе в слой катализатора регулируют до значений, меньших или равных 1,75 моль O2/моль NH3.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отношение молярных количеств O2 к NH3 в реакционной газовой смеси на входе в слой катализатора составляет от 1,25 до 1,75 моль O2/моль NH3, предпочтительно от 1,30 до 1,75 моль O2/моль NH3, особенно преимущественно от 1,35 до 1,60 моль O2/моль NH3 и наиболее преимущественно от 1,35 до 1,50 моль O2/моль NH3.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отношение молярных количеств O2 к NH3 в реакционной газовой смеси на входе в слой катализатора выбирают так, чтобы оно находилось в диапазоне от 0,1 моль O2/моль NH3 ниже до 0,4 моль O2/моль NH3 выше оптимального молярного отношения, где оптимальное молярное отношение представляет собой отношение кислорода к аммиаку реакционной газовой смеси на входе в слой катализатора, при котором достигается максимальный выход NOx.
4. Способ по меньшей мере по п. 1, отличающийся тем, что отношение молярных количеств кислорода к аммиаку в реакционной газовой смеси на входе в слой катализатора представляет собой от 0,05 моль O2/моль NH3 ниже до 0,3 моль O2/моль NH3 выше оптимального молярного отношения, особенно преимущественно от 0,025 моль O2/моль NH3 ниже до 0,25 моль O2/моль NH3 выше оптимального молярного отношения.
5. Способ по меньшей мере по п. 1, отличающийся тем, что оптимальное молярное отношение кислорода к аммиаку определяют посредством проведения серии испытаний при заданных условиях способа с применением выбранного катализатора в определенной системе при определенной объемной скорости и расходе, при определенной температуре на входе или на выходе, при определенном давлении и с применением определенной реакционной среды, содержащей кислород и определенное количество аммиака, где концентрацию кислорода на входе в слой катализатора выбирают так, чтобы соответствующее молярное отношение O2/NH3 изменялось в диапазоне между минимальным молярным отношением O2/NH3, предпочтительно минимальным молярным отношением O2/NH3, составляющим 1,25 моль/моль, и максимальным молярным отношением O2/NH3, предпочтительно максимальным молярным отношением O2/NH3, составляющим 1,75 моль/моль, посредством определения выхода NOx, который достигается в каждом случае, а затем посредством определения молярного отношения кислорода к аммиаку, которое обеспечивает максимальный выход NOx при постоянных прочих условиях реакции.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отношение молярных количеств кислорода к аммиаку реакционной газовой смеси на входе в слой катализатора регулируют до значений, меньше или равных 1,75 моль O2/моль NH3, предпочтительно до значений, меньше или равных 1,60 моль O2/моль NH3, особенно предпочтительно до значений, меньше или равных 1,50 моль O2/моль NH3, и где содержание кислорода в полученной газовой смеси на выходе из слоя катализатора составляет по меньшей мере 0,3% по объему, предпочтительно по меньшей мере 0,4% по объему и особенно предпочтительно по меньшей мере 0,5% по объему.
7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что отношение молярных количеств кислорода к аммиаку реакционной газовой смеси на входе в слой катализатора выбирают так, чтобы полученное в результате содержание кислорода в полученной газовой смеси на выходе из слоя катализатора составляло от 0,3% по объему до 10,0% по объему, предпочтительно от 0,4% по объему до 6,0% по объему, особенно предпочтительно от 0,5 по объему до 4,0% по объему.
8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что отношение молярных количеств кислорода к аммиаку реакционной газовой смеси на входе в слой катализатора выбирают так, чтобы полученное в результате содержание кислорода в полученном газе на выходе из слоя катализатора составляло от 0,3% по объему до 2,0% по объему, предпочтительно от 0,4% по объему до 2,0% по объему, особенно предпочтительно от 0,5% по объему до 1,5% по объему.
9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что концентрация NH3 на входе в реактор окисления составляет от 1 до 17% по объему, особенно предпочтительно от 4 до 15% по объему, в частности, от 7 до 14% по объему.
10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что температура полученного газа на выходе из слоя катализатора составляет от 700°С до 950°С, предпочтительно от 750°С до 850°С.
11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что часть теплоты реакции рассеивают, в частности, посредством охлаждения стенок реактора и/или посредством размещения интегрированных охлаждающих устройств в упаковке катализатора.
12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что температура реакционной газовой смеси, содержащей NH3 и кислород, на входе в слой катализатора составляет от 20°С до 300°С, предпочтительно от 50°С до 200°С и особенно предпочтительно от 50°С до 150°С.
13. Способ по п. 1, отличающийся тем, что объем потока реакционной газовой смеси и/или объем катализатора регулируют так, чтобы полученная в результате объемная скорость составляла от 50000 ч-1 до 500000 ч-1, предпочтительно от 100000 ч-1 до 300000 ч-1.
14. Способ по п. 1, отличающийся тем, что катализатор содержит легированные оксиды переходных металлов, которые не являются оксидами металлов платиновой группы, и/или смешанные оксиды таких оксидов переходных металлов.
15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что смешанные оксиды имеют структуру шпинели, делафоссита, перовскита или браунмиллерита.
16. Способ по п. 15, отличающийся тем, что смешанный оксид, имеющий структуру перовскита, характеризуется общей эмпирической формулой ABO3±δ, и/или что смешанный оксид, имеющий структуру браунмиллерита, характеризуется общей эмпирической формулой A2B2O5±δ, где δ принимает значение от 0,01 до 0,5, А представляет собой одно-, двух- или трехвалентные катионы, В представляет собой трех-, четырех- или пятивалентные катионы, и ионные радиусы А больше ионных радиусов В.
17. Способ по п. 16, отличающийся тем, что положение А перовскитов и/или браунмиллеритов занято на более чем 50%, предпочтительно на более чем 80%, особенно предпочтительно на более чем 95% одним или несколькими элементами, выбранными из группы редкоземельных металлов и щелочноземельных металлов, особенно предпочтительно La, а положение В перовскитов и/или браунмиллеритов занято на более чем 50%, предпочтительно на более чем 80%, особенно предпочтительно на более чем 95% одним или несколькими элементами, выбранными из группы Cr, Mn, Fe, Со, Ni, особенно предпочтительно Со и Mn, наиболее предпочтительно Со.
18. Способ по п. 17, отличающийся тем, что перовскит имеет состав LaCoO3±δ.
19. Способ по п. 1, отличающийся тем, что катализатор содержит оксиды переходных металлов, которые не являются оксидами металлов платиновой группы, и необязательно другие активные компоненты и/или сопутствующие компоненты, внедренные или заключенные в матрицу, предпочтительно в керамическую матрицу, или содержит оксиды переходных металлов, которые не являются оксидами металлов платиновой группы, и необязательно другие активные компоненты и/или сопутствующие компоненты, нанесенные на подложку.
20. Способ по меньшей мере по одному из пп. 1, отличающийся тем, что катализатор представляет собой твердый катализатор, то есть формованное изделие, которое главным образом состоит из каталитически активного материала.
21. Способ по п. 1, отличающийся тем, что молярное отношение O2/NH3 в реакционной газовой смеси на входе в слой катализатора регулируют посредством добавления в воздушный поток газообразного аммиака.
22. Способ по п. 1, отличающийся тем, что молярное отношение O2/NH3 в реакционной газовой смеси на входе в слой катализатора регулируют посредством добавления газообразного аммиака и посредством добавления газа с содержанием кислорода менее 20%, предпочтительно менее 10%, особенно предпочтительно <5%, в воздушный поток.
23. Система для окисления аммиака, содержащая:
A) реактор (3) для окисления аммиака, оснащенный по меньшей мере одной линией подачи реакционной газовой смеси и по меньшей мере одной линией выпуска технологического газа,
B) катализатор (3с) внутри реактора (3), содержащий по меньшей мере один оксид переходного металла, который не является оксидом металла платиновой группы,
C) устройство для регуляции молярного отношения кислорода к аммиаку в реакционной газовой смеси, меньше или равного 1,75 моль/моль, посредством смешивания содержащего кислород газового потока с содержанием O2<20% по объему с выбранным количеством аммиака, где содержащий кислород газовый поток образуется
c1) с помощью устройства для разбавления воздушного потока газовым потоком, который содержит менее 20% по объему, предпочтительно менее 10% по объему, особенно предпочтительно менее 5% по объему кислорода, или
с2) с помощью устройства для уменьшения содержания кислорода в содержащей кислород газовой смеси, предпочтительно в воздухе, или
c3) с помощью комбинации средств c1 и с2.
24. Система для окисления аммиака по п. 23 с последующей абсорбцией NOx, содержащая элементы А), В) и С) по п. 23, а также
D) абсорбционную колонну (8) для абсорбции NOx и образования HNO3, HNO2 или растворов нитратов или нитритов и
E) устройство, расположенное между реактором (3) для окисления аммиака и абсорбционной колонной (8), для объединения содержащего NOx потока технологического газа с газовым потоком, который содержит более 25%, предпочтительно более 30%, особенно предпочтительно более 40% кислорода, и/или линию (240), сообщающуюся с абсорбционной колонной (8), для введения содержащего пероксид потока.
25. Система для окисления аммиака по п. 23, отличающаяся тем, что она интегрирована в систему для производства азотной кислоты или капролактама.
26. Система по п. 23, отличающаяся тем, что воздушный поток согласно c1) разбавляется паром или потоком азота, который содержит менее 20% по объему, предпочтительно менее 10% по объему, особенно предпочтительно менее 5% по объему кислорода.
27. Система по п. 23, отличающаяся тем, что воздушный поток разбавляется согласно c1) газовым потоком, удаленным из остаточного газа после абсорбционной колонны (8).
28. Система по п. 23, отличающаяся тем, что уменьшение содержания кислорода в содержащей кислород газовой смеси, предпочтительно в воздухе, согласно с2) происходит посредством адсорбции с перемежающимся давлением, криогенного разложения или с помощью мембран.
29. Система по п. 24, отличающаяся тем, что обогащение кислородом содержащего кислород газового потока согласно Е) происходит посредством обогащения кислородом воздуха путем адсорбции с перемежающимся давлением, криогенного разложения или с помощью мембран.
30. Система по п. 23, отличающаяся тем, что она содержит по меньшей мере один компрессор (1), посредством которого содержащий кислород газовый поток подвергается сжатию и подается в реактор (3) для окисления аммиака.
Наверх