173939. lajstromszámú szabadalom • Eljárás dinitrogén-oxid előállítására
5 / U J 6 ségét és/vagy a reaktor célszerűen elektromos fűtését, amely lehet közvetlen, de lehet közvetett is, például amely a reaktor fűtőköpenyében áramló sóolvadékot melegíti. A konverzió teljessé tétele érdekében a reaktortérben keletkezett gázt ajánlatos a termikus bontás hőmérsékletén levő sóolvadékkal borított nagyfelületű töltőanyagot például Raschig-gyűrűket vagy üveggolyókat tartalmazó oszlopon átvezetni, amely során a gázfázisban termikusán disszociált és/vagy disszociálatlan állapotban levő ammónium-nitrát is hasznosul. Az ammónium-hidrogén-szulfát és ammónium-szulfát mennyiségi arányát célszerű legalább 4:1-nek venni. Ugyanakkor viszont nem előnyös ezt az arányt 10:1-nél nagyobbra választani, mert a reakció akkor a nitrogén és nitrogén-dioxid nagyobb mérvű képződése felé tolódik el. Minden szempontból megfelelőnek találtuk a 6-8:1 arányt, mert ez esetben a gázfázisban a dinitrogén-oxid tartalom 98-99% körüli és nitrogén-dioxid gyakorlatilag nem keletkezik. Ami a sóolvadék és a termikusán bontandó ammónium-nitrát arányát illeti, azt célszerűen 5:1 fölöttinek venni. így például az ammónium-hidrogén-szulfát és ammónium-szulfát előbbiek szerinti olvadéka esetén a 10:1 arány már igen jó üzemi kezelhetőséget biztosít. Természetesen e fölötti arányok is alkalmazhatók minden káros hatás nélkül a gazdaságosság határán belül. Amint az előkísérleteink kapcsán közöltük, 1:1 aránynál a reakció robbanásszerűen játszódik le és sem a kitermelés, sem a terméktisztaság nem megfelelő. A sóolvadék mennyiségi arányának emelésével a reakció-lefutás, a kitermelés és a tisztaság javuló tendenciát mutat, azonban a 40:1 arány fölött az eljárás minőségi jellemzői már nem javulnak számottevően. A találmányi eljárással előállított száraz gáztermék mintegy 98-99 térfogat%-ban tartalmaz dinitrogén-oxidot, a maradék főként nitrogén és kb. 0,01 térfogat% mennyiségben nitrogén-oxid, nitrogén-dioxid gyakorlatilag nem képződik. A reakció során keletkezett víz eltávolítása után majdnem tiszta termékhez jutunk, amelynek gyógyszerkönyvi minőségét az iparban használt gáztisztítási eljárásokkal érhetjük el. A tisztított, mosott és szárított gáz kerülhet letöltésre. Az eljárás gyakorlati kivitelének szemléltetésére korlátozó jelleg nélkül az alábbi kiviteli példákat közöljük. 1. példa Ammónium-hidrogén-szulfát és ammónium-szulfát 4:1 mólarányú keverékének 330 g-ját egy reaktorban 230 C-ra melegítettük fel és ebbe az olvadékba állandó keverés közben 25 perc alatt folyamatosan 30 g ammónium-nitrát tömény vizes oldatát adagoltuk. A reaktoredényben levő olvadék hőmérsékletét mértük és a 224—232°C-nak adódott. Az adagolás előtt a reaktort és a hozzá kapcsolt edényt, amely az ammónium-nitrátot tartalmazta, valamint a gázvezetékeket szén-dioxiddal öblítettük ki. Az adagolás, ill. a reakció befejezése után a képződött gázt szintén szén-dioxiddal öblítettük a gáztérfogat-mérő berendezésbe. A dinitrogén-oxidgáz fejlesztését ill. gyűjtését, amely során többször vettünk gázmintákat gázkromatográfiás vizsgálat céljából, másfél óra után fejeztük be, amikoris a képződött gáz térfogata már nem változott. A felszabadult gázokat folyamatosan vezettük át egy a reaktortérhez kapcsolódó vízhűtőn, amely a reakció során képződött vízgőz kondenzálására és a rendszertől való elválasztására szolgált, majd egy lúgos mosón és végül egy szárító tornyon. Az így kapott gáz 99,0 térfogat% dinitrogén-oxid és közel 1,0 térfogat% nitrogént, valamint kb. 0,01 térfogat% nitrogén-oxidot tartalmazott. A gáz mennyiségére számolt kitermelés az elméleti kitermelés 98,3%-a volt. 2. példa Számított mennyiségű kénsavból és ammónium-szulfátból készített ammónium-hidrogén-szulfát és ammónium-szulfát 6:1 mólarányú keverékének 400 g-ját egy reaktorban 236°C-ra melegítettük fel és ebbe a sóolvadékba állandó keverés közben 17 perc alatt 170°C-on előmelegített 16,8 g ammónium-nitrátot adagoltunk először 1,2 majd 0,6 g/perces sebességgel, ezt követően pedig lassú, most már 0,4 g/perces egyenletes ütemben további 43,2 g-ot. A reaktor sóolvadékának hőmérsékletét állandóan ellenőriztük, azt 234—236°C között tartottuk. Az adagolás előtt a reaktort és a hozzá kapcsolt edényt, amely az ammónium-nitrátot tartalmazta, valamint a gázvezetéket szén-dioxiddal öblítettük ki. Az adagolás, ill. a reakció befejezése után a képződött gázt szintén szén-dioxiddal öblítettük a gáztérfogat-mérő berendezésbe. A dinitrogén-oxidgáz fejlesztését, ill. gyűjtését, amely során többször vettünk gázmintákat gázkromatográfiás vizsgálat céljából 30 perccel az utolsó ammónium-nitrát adag után fejeztük be, amikoris a képződött gáz térfogata már nem változott. A felszabadult gázokat folyamatosan vezettük át egy a reaktortérhez kapcsolódó golyós vízhűtőn, amely a reakció során képződött vízgőz kondenzálására és a rendszerből való eltávolítására szolgált, majd egy lúgos mosón és végül egy szárító tornyon. Az így kapott gáz 99,2 tf% dinitrogén-oxidot, kb. 0,8 tf% nitrogént s kb. 0,01 tf% nitrogén-oxidot tartalmazott. A gáz mennyiségére számolt kitermelés az elméleti kitermelés 99,8%-a volt. Az egyenletes adagolás szakaszában, vagyis 4 g ammónium-nitrát 10 perc adagolási ütem mellett 1,0—1,2 N 1/10 perc gáz képződött rendkívül egyenletes sebességgel. 3. példa 200 g cc. kénsavat, 332 g ammónium-szulfátot, 6 g bór-trioxidot és 30 g ammónium-nitrátot gondosan elkeverve beadtunk a reaktorba, amelyhez vízhűtő, lúgos mosóedény és szárítótorony csatlakozott. A rendszert szén-dioxiddal átöblítve felmelegítettük 240°C-ig és ezen a hőmérsékleten tartottuk, amíg már a képződött gáz térfogata nem változott. A hőbontási reakció eredményeként összesen 7,5 N 1 gázt kaptunk, ami 90%-os kitermelést jelentett. A gáz 95,6 tf% dinitrogén-oxidot, 4,3 tf% nitrogént és 0,1 tf% nitrogén-oxidot tartalmazott. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
