173939. lajstromszámú szabadalom • Eljárás dinitrogén-oxid előállítására
— különösen a króm-oxidok és mangán-oxidok jelenlétében — a nitrogén képződése irányába tolódik el, ezenkívül magasabb hőmérsékleten, 250°C felett a már képződött dinitrogén-oxid is tovább bomlik magasabb nitrogén-oxidokra és nitrogénre. A magasabb hőmérséklet hátránya még hogy maga a szublimáló ammónium-nitrát is veszteséget és üzemkiviteli problémát okoz. Azonban a magas hőmérséklet ezen hátrányai ellenére sem tudták az üzemi hőmérséklettel lejjebb menni az ammónium-nitrát termikus bontásával dolgozó eljárásoknál. A robbanásveszély csökkentése érdekében megszületett az ún. Lidow-eljárás, amelynél az ammónium-nitrátot inert anyaggal hígították. A reaktorban 60% kihevített tengeri homokkal összekevert 40% 105°C-on szárított ammónium-nitrátot hevítettek 280°C-ra, azonban az eljárás hátránya az volt, hogy — a homok rossz hővezető lévén — nem volt biztosítható az optimális konstans hőmérséklet, és ennek következtében igen megnőtt a termék nitrogéntartalma. Ismeretes olyan eljárás is, amely az egyenletes hőtartást megoldotta ugyan kálium-nitrát és nátrium-nitrát eutektikus slegyének használatával, azonban nem tudta a 280°C körüli magas bontási hőmérsékletet csökkenteni, ami a fentebb már ismertetett hátrányokkal járt. Az ammónium-nitrát hőbontásának ilyen problémái miatt több eljárás más úton történő dinitrogén-oxid-előállítást követett. így megemlítjük az 1 921 181 sz. NSZK-beli leírást, amely szerint vizes, kloridtartalmú salétromsavas oldatban levő ammónium-nitrátot bontanak 100— 160°C hőmérsékleten katalizátorok jelenlétében. A 2 037 975 sz. NSZK-beli leírás szerint hidroxil-amin kénsavas oldatához fém platina katalizátor jelenlétében nitrogén-oxidot vezetve állítanak elő dinitrogén-oxidot. Az 1 150 510 sz. brit szabadalmi leírás szerint salétromsavoldatból saválló acél katóddal elektrolízis útján gyártják a dinitrogén-oxidot. Ezek az eljárások azonban drágák, nehezen kivitelezhetek és viszonylag alacsony tisztasági fokú dinitrogén-oxidot eredményeznek. Célul tűztük ki, hogy megoldjuk az ammónium-nitrát kiindulási anyagból a biztonságosan kézben tartható, csökkentett robbanásveszélyeséggel végezhető termikus bontás útján jó konverziós hatásfokkal és nagy tisztaságban történő dinitrogén-oxid-előállítás problémáját. Az eddig ismert számos közleményt áttanulmányozva megállapítottuk, hogy a kitűzött célt csak új úton megközelítve lehet elérni. Abból indultunk ki, hogy feltehetően téves az az évtizedek óta megrögződött szakmai felfogás, miszerint az ammónium-nitrát hőbontásánál okvetlen el kell kerülni az olvadék savanyodását, hogy megakadályozzuk a nitrózus gázok nagyobb mennyiségben melléktermékként való képződését és az ezzel együtt járó robbanásveszélyt. Köztudott ugyanis, hogy egy erősebb sav felszabadítja a nitrát-sóból a salétromsavat, és ezért nem volt ezideig egyetlen eljárás sem, amely ammónium-nitrátból savanyú adalékanyagok jelenlétében állított volna elő eredményesen dinitrogén-oxidot. Elővizsgálataink során azt találtuk, hogy például 1:1 mólarányban alkalmazott ammónium-hidrogén-szulfát és ammónium-nitrát rendszerben robbanásszerű reakcióban szabadul fel a dinitrogén-oxid. Azonban azt is megfigyeltük ekkor, hogy ilyen körülmények között az ammónium-nitrát termikus bomlása már 160°C-on megindul és 240°C-on nagy sebességgel fut le. Ez a megfigyelés azonban csak azt jelezte, hogy a kérdéssel érdemes foglalkozni, mert ez a megoldási mód gyakorlatilag alkalmazhatatlan volt, nemcsak a robbanásszerű reakció miatt, de amiatt is, hogy a dinitrogén-oxid kitermelése csak mintegy 80%-os volt és igen sok melléktermék, például 5% feletti mennyiségű nitrogén és néhány 0,1% nitrogén-oxid és nitrogén-dioxid is keletkezett. Meglepő módon azonban azt találtuk, hogy ha megnöveltük a savanyú sókomponens arányát az ammónium-nitrát mennyiségéhez képest, a bekövetkező hőbontási reakció éppen a kívánt irányban, a dinitrogén-oxid nagyobb térfogatszázalékában történő képződés felé változott meg, sőt ezzel az intézkedéssel együttesen a sóolvadékot módosítva az ásványi sav neutrális sójának az alkalmazásával is, a reakció robbanásszerű lefutását is sikerült kedvezően mérsékelni. A találmány szerinti eljárás tiszta dinitrogén-oxid előállítására vonatkozik ammónium-nitrátnak sóolvadékban történő hőbontása útján. A hőbontás azzal jellemezhető, hogy 1 súlyrész ammónium-nitrátot legalább 1 súlyrész célszerűen 5-10 súlyrész ammónium-hidrogénszulfátból és ammónium-szulfátból álló sókeverékben 180—260°C, előnyösen 220—240°C közötti hőmérsékleten, adott esetben inert gáz jelenlétében, kívánt esetben több lépésben elbontunk. Az ammónium-hidrogénszulfát és az ammónium-szulfát súlyarányát a sókeverékben legalább 4:1, célszerűen 6—8:1 közötti értékben állítjuk be. Az ammónium-nitrát hőbontása közben a sóolvadékot kívánt esetben keverjük. Bizonyos esetekben célszerű, ha az ammónium-nitrátot oldatban vagy olvadékban emelt hőmérsékleten adagoljuk a sókeverékhez. Az ammónium-nitrát hőbontását, főként a kezdeti szakaszban valamely inertgáz, célszerűen szén-dioxid jelenlétében végezzük. A reakció több lépésben is végrehajtható, ilyenkor úgy járunk el, hogy az ammónium-nitrát hőbontásának első lépésében képződött gázfázist második lépésben a sókeverékbe bevezetjük és így a reagálatlanul maradt ammónium-nitrátot elbontjuk. Gyakorlati kivitelezési módként a termikus bontást célszerűen egy olyan reaktorban végezni, amelyben biztosítani tudjuk az izoterm feltételt, a keverést és a levegő távoltartását. Ez a reaktor működhet szakaszos üzemben is, de sokkal célszerűbb folyamatos üzemmenetben az ammónium-nitrátot az optimális reakciósebességnek megfelelő ütemben adagolni és ezzel is a reakció hőmérsékletét szabályozni. Tekintve, hogy az ammónium-nitrát hőbontása exoterm folyamat, igen lényeges követelmény a megbízható automatika, nehogy a reakció megszaladhasson. A reakció biztosan kézbentartható, ha a rendszert 260°C hőmérséklet alatt tartjuk. Ennek érdekében például az automatika olyan elven működhet, hogy az oldat vagy olvadék folyamatos hőfokmérésével vezérelt szabályozó rendszer irányítja a reaktorba belépő ammónium-nitrát olvadék vagy oldat mennyi-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
