203850. lajstromszámú szabadalom • Eljárás ammónia katalítikus oxidációja során keletkező gázelegy átalakítására, mindenek előtt dinitrogén-oxid tartalmának csökkentésére
1 HU 203 850 B 2 ra javasoltak katalizátort, de nem közöltek adatot arra vonatkozóan, hogy ez mennyire szelektív hatású. A legaktívabbaknak a nemesfémekből készült katalizátorok látszanak, amelyek az ammónia elégetésének folyamatát ugyancsak segítik. Ezek az anyagok költségesek, ezért a véggáz áramába ezeket beiktatni nem tűnik előnyös megoldásnak. Ennek az az oka, hogy a véggázokban a dinitrogén-oxid koncentrációja viszonylag kicsi és a hőmérséklet szintén nem nagy. Ez utóbbi eredményeként a ktalitikus hatás csak kevéssé tud érvényesülni, vagyis nagymennyiségű katalizátorra lenne szükség ahhoz, hogy a nagy térfogatú gázáramban kis mennyiségben jelen levő dinitrogén-oxidot eltávolítsuk. A találmány kidolgozásakor a kutatásokat arra irányítottuk, hogy a dinitrogén-oxid szelektív felbontásának feltételeit már a gázokat égető berendezésben teremtsük meg. Az ammónia égetéséhez alkalmazott berendezésekben nemesfémből álló katalizátor jelenlétében, 1125-1229 K hőmérsékleten folytatják le az égetési folyamatot. A forró reakciógázokat aztán gyorsan hőcserélőben lehűtik, így a hőtartalmat hasznosítják, de egyúttal azt is élőik, hogy a katalizátorból az égéstermékekkel elvitt részt kisebb-nagyobb mértékben visszanyerik. A katalizátor nemesfém anyaga általában platina. Az irodalom utal arra a lehetőségre, hogy a dinitrogén-oxid az említett égetési hőmérsékleteken viszonylag gyorsan lebomlik. Ezért a cél annak meghatározása volt, hogy a dinitrogén-oxidra tekintettel mennyire szelektív ez a folyamat Azt is megvizsgáltuk, hogy a szokásos technológiát alkalmazó salétromsavgyártás eredményeként keletkező gázkeverékben, különösen a hőcserélőt elhagyó gázban ez a lebomlási folyamat mennyire gyors. A vizsgálatok céljából a gázkeveréket acélból és kvarcból álló csővezetéken áramoltattuk, ehhez különböző hőmérsékleteket használtunk. Meglepő módon azt találtuk, hogy a kvarc csővezetékbe náramló gázkeverék esetében a dinitrogén-oxid lebomlásának sebessége mintegy ötszöröse volt annak, mint amit a fentiekben idézett cikk alapján vártunk. A vizsgálatok azt a további meglepő következtetést ugyancsak eredményezték, hogy a viszonylag nagy mennyiségű nitrogén-oxid (NO) jelenléte nem okoz különösebb zavart. A felbomlási folyamat erőteljesen szelektív volt, az NO és N02 koncentrációja lényegében alig csökkent, és a hőmérséklet is csak kis mértékű változást mutatott A kísérleteket alacsonyabb hőmérsékleteken is megismételtük, megállapítottuk, hogy 960 K hőmérsékleten a dinitrogén-oxid lebomlásának folyamata mintegy 1%-os hatásfokkal zajlott Az acélból készült csővezetékben végzett mérések szerint a lebomlás itt sokkal kevésbé volt szelektív, 1 másodperc elteltével a 1100 K hőmérsékletű gázkeverékben az NO + N02 elegynek alig mintegy 1,2%-a bomlott le. Megállapításunk szerint, és ezt a következtetést egyéb vizsgálatok ugyancsak igazolták, az ammónia és oxigén elégetésével keletkezett véggázokból az N20 mennyisége mintegy 90 tf%-ban vált eltávolíthatóvá, éspedig úgy, hogy az égéstermékként kapott gázokat a magas hőmérsékletű térben visszatartottuk, azokat, miután a katalizátoros oxidáló egységet elhagyták csak bizonyos késéssel hagytuk a hőcserélőbe eljutni. Ez a megnövelt késleltetési (visszatartási, retenciós) időt azzal értük el, hogy a katalizátor anyagból álló réteg és a hőcserélő egység között szokásosan hagyott kis távolságot megnöveltük. A kitűzött feladat megoldásaként így olyan eljárást dolgoztunk ki, amely ammónia oxidálásával nyert gázelegy átalakítására, mindenek előtt dinitrogénoxidtartalmának csökkentésére szolgál, amikoris ammónia ismert összetételű katalizátor jelenlétében oxigénnel történő elégetéséből származó gázokat hőcserélő egységbe vezetünk, majd a lehűlt gázt vízben és/vagy salétromsav-oldatban elnyeletjük, ahol a találmány értelmében az elégetésből származó gázokat a hőcserélő egységbe 0,1-3 s, célszerűen 0,5-2 s késleltetéssel vezetjük be. A találmány szerinti eljárás egy további célszerű megvalósítási módjánál a késleltetési idő rövidíthető, illetve meghosszabbításának előnyös hatása tovább fokozható, ha a katalizátoros oxidálást követően a gázelegyet olyan ismert összetételű, például platinából, palládiumból, ródiumból, irídiumból vagy ruténiumból, illetve az említett fémek közül legalább egy oxidjából álló katalizátorral érintkeztetjük, amellyel a dinitrogén-oxid szelektív lebomlása elősegíthető. Ugyancsak igen előnyös az a megvalósítási mód, amelynél a hőcserélő egységet elhagyó gázokat ismert módon abszorpciós toronyba vezetjük és az abszorpciós toronyból eltávolított ismert összetételű katalizátorral érintkeztetjük, amivel a dinitrogén-oxidot szelektív módon lebontjuk. A találmány tárgyát a továbbiakban példakénü megvalósítási módok kapcsán, a csatolt rajzra hivatkozással ismertetjük részletesen. A rajzon az 1. ábra hagyományos felépítésű ammóniaégető kamra és abszorpciós torony összekapcsolása, a 2. ábra a találmány szerinti eljárás megvalósításához módosított égetőkamra keresztmetszete, míg a 3. ábra a 2. ábrán bemutatott égetőkamra egy további előnyös megvalósítási lehetősége. A salétromsav gyártásához szokásosan használt berendezések (1. ábra) 3 égetőkamrával vannak kiképezve, amelynek beömlésén át 1 ammóniát és 2 oxigéntartalmú keverékét, például levegőt vezetünk be. A gázkeverék a 3 égetőkamra felső részébe jut. A 3 égetőkamrában 4 katalizátor réteg biztosítja a gázok átalakítását, amelyek hőenergiájuk jelentős részét 5 hőcserélőn keresztül adják le. Az 5 hőcserélőt elhagyó gázok 6 csővezetéken át 7 abszorpciós toronyba jutnak, amelyben ellenáramú abszorpciós folyamattal tesszük lehetővé a nitrogénoxidok megkötését. A 7 abszorpciós toronyba 8 csővezetéken át vizet juttatunk, a keletkezett salétromsavat 10 csővezetéken át távolítjuk el. Az abszorpciós folyamattal meg nem kötött nitrogénoxidokat tartalmazó véggáz 9 kiömlésen át távozik. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 3
