203850. lajstromszámú szabadalom • Eljárás ammónia katalítikus oxidációja során keletkező gázelegy átalakítására, mindenek előtt dinitrogén-oxid tartalmának csökkentésére
1 HU 203 850 B 2 A találmány tárgya eljárás ammónia katalitikus oxidációja során keletkező gázelegy átalakítására, mindenek előtt dinitrogénoxid-tartalmának csökkentésére, amikoris ammónia katalizátor jelenlétében oxigénnel történő elégetéséből származó, nitrogénoxidokat tartalmazó forró gázkeveréket hőcserélő egységbe vezetünk, majd a hőcserélőt elhagyó lehűlt gázkeveréket vízben és/vagy salétromsav vizes oldatában elnyeletjük. A salétromsav gyártására szolgáló egyik ismert eljárás lényege, hogy ammóniát oxigénnel katalizátor jelenlétében elégetnek, majd az így kapott gáz halmazállapotú égéstermékeket vízben és/vagy salétromsavoldatban oldják. Az abszorpciós elven működő legkorszerűbb nyomástartó berendezésekben a végtermékként eltávolított gázokat sikerült viszonylag jelentős mértékben megszabadítani a különböző nitrogénoxidoktól (NOx). A leghatékonyabb abszorpciós berendezéseknél a véggáz NOx tartalma mintegy 200 ppm körül van. Ismeretes az is, hogy a nitrogénoxidok nitrogénné és vízzé redukálhatók, ha megfelelő katalizátort alkalmazuk, aminek eredményeként az NOx komponens részaránya oly mértékben lesüllyeszthető, hogy azzal a legszigorúbb környezetvédelmi határértékek szintén teljesíthetőkké válnak. Ennél az eljárásnál az NOx komponens katalitikus oxidációját ammóniával biztosítják. Ammónia katalitikus oxidációja során alapvetően nitrogén-oxidból és nitrogén-dioxidból (NO és N02) álló keverék keletkezik, de az ammóniának mintegy 1-2 tf%-a végülis dinitrogén-oxiddá (N20) alakul át. A kutatások azt bizonyították, hogy a dinitrogén-oxid lényegében nem lép reakcióba az ismert véggáztisztítási eljárásoknál alkalmazott anyagokkal, abszorpciója nagyon kis mértékű. Ez alapvetően azzal, hogy a dinitrogén-oxid a környezetet szennyező összetevőként a véggázban marad és azzal együtt távozik. A legutolsó kutatások azt valószínűsítik, hogy a csak korlátos mértékben reakcióképes, kis koncentrációban látszólag mindenkor ártalmatlannak tűnő dinitrogénoxid, esetleg éppen az alacsony reakcióképességből adódó viszonylag hosszú élettartama miatt, a légkörben sokáig áramlásban marad és komoly környezetszennyező hatása lehet. Az elméleti modellvizsgálatok ugyanis azt látszanak bizonyítani, hogy a dinitrogénoxidnak a légkör ózonrétegére gyakorolt károsító hatása igen erőteljes lehet, ez a gáz szintén hozzájárulhat az ózonréteg oly veszélyesnek ítélt lebontásához. A kéjgáznak ugyancsak nevezett dinitrogén-oxid aneszteziológiai alkalmazása jól ismert. Az aneszteziológiai eljárások során ennek a gáznak kis mennyisége viszonylag nagy koncentrációban van jelen. Katalitikus lebontása nitrogénné és oxigénné ismert eljárás. Erre a célra például az 55-031463 számú japán szabadalom leírása a 150 és 550 "C közötti hőmérsékleteket ajánlja, platina, palládium, ródium, iridium és ruténium közül legalább egyet tartalmazó katalizátorréteg felhasználása mellett. Az irodalomban néhány olyan elméleti jellegű tanulmány szintén található, amelyek tárgya a dinitrogén-oxid felbomlási folyamata. Ezt a folyamatot sok esetben modellreakciónak tekintik a szelektív oxidálásra alkalmas katalizátocrendszerek vizsgálata során. A tanulmányok azonban mindenkor a szóban forgó gáz kis mennyiségére vonatkoznak, nagy koncentrációjú dinitrogén-oxid keverékeket tekintenek és ennek megfelelően nem adnak kitanítást azokra az alkalmazandó műszaki intézkedésekre, amelyeket a salétromsavgyártás feltételrendszerén belül, illetve annak technológiai megoldásaiban lehetne hasznosítani. W. M. Graven egyik cikkében (Journal of American Chemical Soc., 81, 6190, 1959) olyan, 800-1000 *C hőmérsékleten végzett homogén dekompozíciós kísérletekről számolt be, amelyek tárgya ugyancsak a gáz állapotú dinitrogén-oxid volt. A cikk azt a megállapítást tartalmazza, hogy a dinitrogén-oxid mellett jelenlevő nitrogén-oxid (NO) kis mértékben gyorsítja, az oxigén (02) viszont kis mértékben lassítja a felbomlási folyamatokat. A vizsgálatok bizonyították az N2 + 02 keverékké való felbomlás, illetve az N02 gázzá való oxidálódás bekövetkeztét, amelyek közül az első volt domináns jellegű. Az elsőrendű folyamat ütemének állandójára a k= 2,1.109 exp (-220000/RT) s'1 érték adódott, ahol R állandó (J/mól.K), míg T az abszolút hőmérséklet (K). Az említett cikkben elemzett méréseket mintegy 5,6 ml térfogatú, tehát igen kis reakcióedényben vér gezték; a mérések során a dinitrogén-oxid héliumban volt feloldva. A dinitrogén-oxid dekompozíciós folyamatának vizsgálata céljából ugyancsak rendkívül kis mennyiségekben nitrogén-oxidot és oxigént adagoltak a gázkeverékhez. Az NO koncentrációjának növekedésével azt állapították meg, hogy az N20+NO=N02 +N2 reakció gyorsan domináns jellegűvé vált. Azirodalom ennek megfelelően nem tartalmaz egyértelmű utalást arra, hogy milyen technológiailag és gazdaságilag indokolt eljárás alkalmazható a dinitrogén-oxidot tartalmazó gázkeverékekből ez utóbbi összetevő szelektív leválasztására, és különösen nem foglalkozik a salétromsavgyártás során keletkező véggázok tisztítási technológiáival kapcsolatos ilyen jellegű problémákkal, figyelembe véve a salétromsavgyártás specifikus jellemzőit. A találmány célja ennek megfelelően olyan eljárás kidolgozása, amelynek eredményeként a salétromsavgyártás melléktermékeként keletkező gázkeverékekből a dinitrogén-oxid hatékonyan eltávolítható. A találmány feladata így olyan megoldás létrehozása, amely a nitrogénsavgyártás ammónia katalitikus oxidációját alkalmazó technológiai folyamataiban a dinitrogén-oxid megkötését biztosítja. A feladat olyan értelmű megoldására van szükség, amelynél az ammónia katalitikus oxidációjának technológiája nem szorul módosításra, az abszoipciós folyamatok az eddigi kialakítású rendszerekben továbbra is fenntarthatók. A feladat kívánatos megoldása az lenne, amely az égetés folyamatát követően viszonylag korai beavatkozást igényel. Mint már említettük, a dinitrogén-oxid felbontásá5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
