Zariadenie na výrobu kyseliny kyanovodíkovej

Číslo patentu: 280841

Dátum: 09.07.1997

Autori: Von Hippel Lukas, Arntz Dietrich, Bussek Christian

Stiahnuť PDF súbor.

Zhrnutie / Anotácia

Zariadenie na výrobu kyseliny kyanovodíkovej podľa takzvaného BMA spôsobu reakcií reaktantov metánu a amoniaku na kyselinu kyanovodíkovú v reaktore (1) vykurovanom vykurovacími plynmi a povlečenom katalyzátorom sa skladá z celistvého umiestnenia vykurovacích kanálov (2) a reakčných kanálov (4), pričom reakčné kanály (4) sú na svojich vnútorných stenách povlečené katalyzátorom.

Text

Pozerať všetko

(19) islo prihlášky 842-96 Dátum podania 27.06.1996 Číslo prioritnej prihlášky 19 s 24 153.4 Dátum priority 03.07.1995 Krajina priority DE Dátum zverejnenia 09.07.1997 ÚRAD Dátum zverejnenia udelenia PRIEMYSIELNÉHO vo Vestmku 14.08.2000 VLASTNICTVA v SLOVENSKEJ REPUBLIKY Cislo PCT(73) Majiteľ patentu Degussa Aktiengesellschañ, Frankfurt am Main, DE(72) Pôvodca vynálezu Von Hippel Lukas, Dr., Alzenau, DE Bussek Christian, Dr., Kahl, DE Arntz Dietrich, Dr., Oberursel, DE(54) Názov vynálezu Zariadenie na výrobu kyseliny kyanovodíkovejZariadenie na výrobu kyseliny kyanovodíkovej podľa takzvaného BMA spôsobu reakcií rcaktantov metánu a amoniaku na kyselinu kyanovodíkovú v reaktore (l) vykurovanom vykurovacími plynmi a povlečenom katalyzátorom sa skladá z celistvého umiestnenia vykurovacích kanálov (2) a reakčných kanálov (4), pričom reakčnć kanály (4) sú na svojich vnútomých stenách povlečene katalyzátorom.Predložený vynález sa týka zariadenia na výrobu kyseliny kyanovodíkovej takzvaným BMA spôsobom reakciou metánu a amoniaku v prítomnosti katalyzátora pri teplotách medzi 1000 až 1350 C na kyselinu kyanovodikovú.Podľa takzvaného BMA spôsobu sa nízke uhľovodíky,najmä metán, nechajú zreagovať s amoniakom pri teplotách 1000 až 1350 °C za prítomnosti katalyzátora na kyselinu kyanovodíkovú a vodík, pozri Ullmannova Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5. vyd. (1987), Vol. A 8, 162 až 63. Reakcia sa obvykle realizuje v rúrkových reaktoroch. Reakčnć rúrky sú V podstate z oxidu hlinitého a na svojej vnútomej ploche sú povlečené katalyticky účinným povlakom, ktorý najčastejšie obsahuje platinu. Na udržanie reakčnej teploty sú rúrky zavesené v spaľovacej komore a okolo nich prúdia spaľovacie plyny. Reakčné rúrky sú obvykle 2 m dlhé a majú vnútorný priemer asi 16 až 18 mm.Použité rúrky musia byť plynotesne a musia byť odolné proti vysokým teplotám. Na vnútornej ploche týchto rúrok je vylúčený katalyzátor. Výhodný katalytický povlak obsahuje platinu a nitrid hliníka.EP 0 407 809 B 1 opisuje najmä výhodný spôsob výroby tohto katalytieky účinného povlaku, ktorý je charakteristický tým, že už adsorpcia len 2 mg platiny/cmz vnútornej plochy reakčných rúrok vytvára vysoko aktívne povlaky.Na výrobu kyseliny kyanovodíkovej sa zmes amoniaku a metánu (prírodného alebo raiinovaného plynu s obsahom 50 až 100 obj. metánu) vedie reakčnými rúrkami a veľmi rýchlo sa zahreje pri nonnálnom tlaku na teplotu asi 1300 °C. Aby sa zabránilo tvorbe rušiacich sedimentov sadzí na vnútomých plochách, udržuje sa molárny pomer amoniaku k metánu v rozmedzí 1,0 l až 1,08.Pomocou tohto spôsobu výroby kyseliny kyanovodíkovej, známeho zo stavu techniky, sa dosiahnu výťažky kyseliny kyanovodíkovej, vztiahnuté na použitý metán, asi 90. Energia použitá na výrobu je asi 40 Mĺ/kg vyrobenej kyseliny kyanovodíkovej.Úlohou predloženého vynálezu je uviesť zlepšené zariadenie na výrobu kyseliny kyanovodíkovej, ktoré v porovnaní so známym stavom techniky umožní spotrebovať podstatne menej energie na kilogram vyrobenej kyseliny kyanovodíkovej a bude mať lepší výťažok na jednotku priestoru a času. Ďalej má mať zariadenie lepší pomer povrehov/objemu na syntézu kyseliny kyanovodikovej a kompaktnú konštrukciu a nizke investičné náklady.Táto úloha je vyriešená zariadením na výrobu kyseliny kyanovodikovej takzvaným BMA spôsobom reakcií reaktantov metánu a amoniaku za prítomnosti katalyzátora pri teplotách medzi 1000 až 1350 C na kyselinu kyanovodíkovú. Zariadenie je charakterizované tým, že sa skladá z monolitického umiestnenia vykurovacích a reakčných kanálov, pričom reakčné kanály sú na svojich vnútomých stenách povlečené katalyútorom.Endotermická reakcia metánu s amoniakom na kyselinu kyanovodíkovú sa realizuje pri reakčnej teplote medzi 1000 až 1350 °C na katalyzátore v reakčných kanáloeh. Na udržanie reakčnej teploty a na prívod energie na endotennickúreakciu sa do vykurovacích kanálov privádza zmes, ktorá sa skladá z vykurovacieho plynu a plynu, ktorý obsahuje kyslík, napríklad spaľovacieho vzduchu, a V týchto kanáloch sa spaľuje. Pri vykurovacích plynoch môže íst napríklad o metán alebo zemný plyn. Zmes, ktorá sa skladá z vykurovacieho plynu a spaľovacieho vzduchu, sa pred vstupom do vykurovacích kanálov zapaľuje elektriekými vykurovacími drôtmi, zavedenými do vykurovacích kanálov.Spojením vykurovacích a reakčných kanálov do monolitického usporiadania umožní rad možností optimalizácie,ktoré všetky vedú k zníženiu spotreby energie na kilogram vyrobenej kyseliny kyanovodíkovej.S ohľadom na celistvosť konštrukcie zariadenia sú vykurovacie kanály a reakčné kanály v tesnom styku. Prierez kanálov a hrúbka ich stien sa môžu bez straty ich mechanickej stability zmenšiť. Hrúbka stien 0,1 až l mmje úplne postačujúca. Tvar prierezu kanálov je čo naj ľubovoľnejší,ale zvlášť sa osvedčili trojuholníkové, šesťuholníkovć. pravouhlé a kvadratické kanály. Tesnosť kanálov po priereze zariadenia sa môže pohybovať medzi 0,l až 100 cm,výhodne medzi 0,1 až 50 cmz.Vykurovacie a reakčné kanály zariadenia môžu byť umiestnené v striedavých polohách cez seba, pričom smery osi vykurovacích a reakčných kanálov môžu zvierat uhol medzi 0 až 90 °. Akje uhol 0 °, potom ležia vykurovacie a reakčné kanály navzájom rovnobežne a vykurovacie a reakčné plyny môžu prúdiť v smere prúdu alebo proti prúdu. Energeticky výhodné je použitie protiprúdu.Uhol väčší ako 0 ° medzi, smermi osí vykurovacích a reakčných kanálov umožňuje ľahšie oddelenie prívodu vykurovacích a realcčných plynov. Špeciálny pripad predstavuje umiestnenie, pri ktorom sa prúdy križía pod uhlom 90 °.Konvenčnć reakčné rúrky na BMA spôsob majú priemer asi 25 mm a hrúbky stien asi Z mm. Porovnanie s uvedenými rozmermi celistvého umiestnenia použitého podľa vynálezu ukazuje, že prenos tepla zo spaľovacích plynov na reakčné médiá prebieha podstatne lepšie ako pri konvenčných rúrkových reaktoroch. Z toho vyplýva menšia spotreba energie na kilograrn vyrobenej kyseliny kyanovodikovej.V ďalej uvedených príkladoch bolo možné dosiahnuť polovičné množstvo vsadenej energie. Optimalizáciou geometrie celku sa zdá, že je možné znížiť množstvo vsadenej energie oproti konvenčným rúrkovým reaktorom na jednu štvrtinu.Ďalšou prednosťou zariadenia podľa vynálezu je jeho kompaktná konštrukcia. Tým sa umožní podstatne zvýšiť výťažok na jednotku priestoru a času. Tento výťažok môže byť za optimálnych podmienok dvojnásobný. Tým sa umožní vyrobiť rovnaké výrobné množstvo s podstatne menšími zariadeniami.Pri zariadení s rovnobežnými vykurovacími a reakčnými kanálmi je rovnako možné umiestniť vykurovacie a reakčné kanály výhodne vo vrstvách alebo v radoch, lebo sa tým uľahčí prívod a odvod vykurovacích a reakčných plynov. Je možné tiež spojiť teraz viac radov kanálov na syntézu. Pri tom by ale hrúbka takto vzniknutých vrstiev vykurovacích a reakčných kanálov nemala prekročiť asi 25 mm, aby sa nebránilo nadmerne výmene tepla medzi vykurovacími a reakčnými kanálmí.Okrem umiestnenia vykurovacích a reakčných kanálov vo vrstvách je v prípade, že osi kanálov sú rovnobežne,možne tiež vykurovacie a reakčné kanály rozdeliť ľubovoľne po priereze zariadenia a vytvoriť umiestnenie na spôsob šachovnice.Steny kanálov zariadenia musia byť plynotesné, aby reaktanty nemohli prechádzať do vykurovacích kanálov a obrátene. Ako materiál na zariadenie sa hodia napríklad keramiky z oxidov, karbidov a nitridov, rovnako tak ako ich zmesi. Môžu sa ale tiež používať kovové reaktory s vhodnými katalyticky aktívnymi povlakmi. Ak pri použití keramlk ide o pórovitć materiály, tak musia byť steny zariadenia povlečené plynotesným povlakom. Výhodne sa zariadenie vyrába z alfa a gama oxidu hlinitého. Podmienenć výrobou môže tento materiál obsahovať v malom množstve aj iné oxidy.Zariadenie podľa vynálezu v celistvej forme sa môže v prípade, že má rovnobežne vykurovacie a reakčnć kanály,vyrábať pomocou známych techník vytlačovania z keramických materiálov. Výroba kovových celkov s rovnobežnými prietokovými kanálmi patrí rovnako k stavu techniky. Pri orientácii vykurovacích a reakčných kanálov nakríž musia byť vrstvy vykurovacích a reakčných kanálov vyrobené oddelene, a len potom môžu byť uložené na hromadu na seba.Na katalytickć povliekanie reakčných kanálov sa môžu použiť rôzne techniky. Na výrobu menších počtov kusov sa hodí napríklad plnenie reakčných kanálov povliekacou suspenziou pomocou striekačky. Potom sa prebytočná povliekacia disperzia nechá vytiecť a eventuálne sa uzatvorené reakčne kanály prefúknu ešte stlačeným vzduchom. Potom sa pripoja obvyklé kalcinačnć a formovacie spracovania katalytickélto povlaku, ktoré sú opísané V EP 0 407 809 B 1.Prehľad obrázkov na výkresochVynález je objasnený pomocou nasledujúcich príkladov. Obr. l a 2 ukazujú možné geometrie zariadenia.Vzťahovou značkou 1 je označený celistvý reaktor. Pri reaktore l podľa obr. l sú vykurovacie kanály 2 a reakčne kanály 4 navzájom rovnobežne a sú umiestnené striedavo vo vrstváclt. Vykurovacími kanálmi 2 a reakčnými kanálmi 4 preteká vykurovací plyn 3 a reaktanty 5 v protiprúde. Na obr. 2 sú vykurovacie kanály 2 a reakčnć kanály 4 umiestnene rovnako striedavo vo vrstvách. Ich smery osí zvierajú uhol 90 °. Vykurovacie kanály 2 sú V tomto prípade obdĺžnikovć.Na výrobu kyseliny kyanovodíkovej podľa spôsobu,ktorý je známy zo stavu techniky, sa použila 2,1 m dlhá rúrka z oxidu hlinitého s vnútomým priemerom 17,8 mm ako reakčná rúrka. Rezultuiúei reakčný objem bol 523 ml. Rúrka bola povlečená kalalyzátorom podľa príkladu 2 z EP 0 407 809 Bl a po odpareni rozpúšťadla (odlišne od prikladu 2 z EP 0 407 809 B 1 sa miesto etanolu ako rozpúšťadla použil tolućn) sa ohrievala 12 hodín v prúde amoniaku 32 mol/h na 1320 °C, Na výrobu kyseliny kyanovodíkovej bol potom do prúdu amoniaku pridávaný metán, dokiaľ prúd metánu nedosiahol 30,5 mol/h. Analýza prúdu eduktu poskytla výťažok kyseliny kyanovodíkovej 91 , vztiahnuté na použitý prúd metánu. To zodpovedalo výťažku na jednotku priestoru a času 1434 g kyseliny kyanovodíkovej na liter reakčneho objemu a hodinu. Energia, potrebná na výrobu tejto kyseliny kyanovodíkovej, bola 58,9 MJ/lh. Z toho sa vypočíta spotreba energie 41,1 MJ na výrobu 1 kg kyseliny kyanovodíkovej.Aby sa vyrobila kyselina kyanovodíková podľa vynálezu, postupovala sa nasledujúceCelistvý reaktor 1, uvedený na obr. 1, s dĺžkou 50 cm a plochou prierezu 2,73 cm x 2,73 cm a hustotou kanálov 15,5 kanálov/cmz (zodpovedá 100 cpsi/channels per square inch) bol povlečený rovnakým katalyzátorom ako v porovnávaeom príklade tak, aby len každý druhý rad kanálov obsahoval katalyzátor, zatiaľ čo ostatne rady slúžili na ohrev. Celok sa sldadal z oxidu hlinitého. Reakčné plyny a vykurovacie plyny sa viedli v protiprúde. Voľná plocha prierezu všetkých kanálov celku bola 1 em. Vzhľadom na to, že sa len každý druhý rad kanálov využíval na reakciu, bol reakčný objem v tomto príklade len 25 m 1.Po usušenl bol katalyzátor predupravený pomocou prietoku amoniaku v množstve 3 mol/h pri priebežnom spaľovaní počas 12 hodín. Po predúprave sa pridával po krokoch metán až do dosiahnutia toku metánu 2,9 mol/h. Pri tom sa nakoniec dosiahol výťažok 92 kyseliny kyanovodíkovej, vztiahnutć na metán, pri 1170 °C, čo zodpovedá výťažku najednotku priestoru a času 2881 g/lh. Energia nevyhnutná na výrobu bola 83,3 MJ/lh. Z toho vyplýva spotreba energie 20,3 MJ na kilograrn vyrobenej kyseliny kyanovodíkovej.Na výrobu kyseliny kyanovodíkovej podľa vynálezu sa použil celistvý reaktor 1, zriázomený na obr. l, s dĺžkou 50 cm a plochou prierezu 7 cm x 7 cm. Hustota kanálov zariadenia bola 3,56 cm (zodpovedá 23 cpsi) a jeho reakčný objem bol 900 ml. Voľná plocha prierezu všetkých kanálov celku bola v tomto prípade 36 cmz. Katalyzátor bol predupravený 90 mol/h amoniaku, a potom sa na neho pôsobilo 85,5 mol/h metánu. Pri 1300 °C bol zistený výťažok kyseliny kyanovodíkovej 91 ,~ čo zodpovedá výťažku na jednotku priestom a času 2334 g/lh. Energia nutná na výrobu bola 75,8 MJ. Z toho plynie spotreba energie 32,5 MJ na výrobu l kg kyseliny kyanovodíkovej.Ako ukazujú tieto príklady, môže sa pomocou zariadenia podľa vymálezu, ktoré je zásobovanć v protiprúde vykurovacími a reakčnými plynmi, podstatne znížiť spotreba energie na výrobu kyseliny kyanovodíkovej a výťažok na jednotku priestoru a času sa môže zvýši .1. Zariadenie na výrobu kyseliny kyanovodíkovej podľa takzvaného BMA spôsobu reakciou reaktantov metánu a amoniaku v prítomnosti katalyzátora pri teplotách medzi 1000 až 1350 °C na kyselinu kyanovodlkovú, v y zn ačujú ce sa tým , žesaskladázcelistvého umiestnenia vykurovacích kanálov (2) a reakčných kanálov(4), pričom reakčné kanály (4) sú na svojich vnútomých stenách povlečenć katalyzátorom.2. Zariadenie podľa nároku l, v y z n a č u j ú c e s a t ý m , že vykurovacie kanály (2) a reakčné kanály(4) zariadenia sú umiestnené vo vrstvách a smery osí vykurovacích kanálov (2) a reakčných kanálov (4) zvierajú uhol medzi 0 až 90 °.3. Zariadenie podľa nároku 2, v y z n a č u j ú c e s a t ý m , že vykurovacie kanály (2) a reakčnć kanály(4) sú umiestnené navzájom nakriž pod uhlom 90 °.4. Zariadenie podľa nároku 2, v y z n a č u j ú c e s a t ý m , že vykurovacie kanály (2) a reakčnć kanály(4) sú navzájom rovnobežne (uhol 0 °).5. Zariadenie podľajedneho z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúce sa tým, ževykurovacie kanály (2) a reakčnć kanály (4) sú teraz spojené v rovnobcžných vrstvách, ktore zahŕňajú jednu alebo niekoľko vrstiev vykurovacích kanálov (2) alebo reakčných kanálov(4) 6. Zariadenie podľa nároku 5, v y z n a č u j ú c e s a t ý m , že hrúbka vykurovacích kanálov (2) a reakčných kanálov (4) vo vrstváeh spojených z viacerých vrstiev neprestúpi 25 mm.7. Zariadenie podľa nároku l, v y z n a č u j ú c e s a t ý m , že vykurovacie kanály (2) a reakčné kanály(4) sú umiestnené po priereze zariadenia v ľubovoľnom vzore.8. Zariadenie padla jedného z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúce sa tým, žezariadenie má hustotu kanálov medzi 0,1 až 100 cm a je vyrobene z oxidových, karbidových alebo nitridových keramík alebo zmesí týchto keramik.

MPK / Značky

MPK: C01C 3/02

Značky: zariadenie, výrobu, kyanovodíkovej, kyseliny

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/5-280841-zariadenie-na-vyrobu-kyseliny-kyanovodikovej.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Zariadenie na výrobu kyseliny kyanovodíkovej</a>

Podobne patenty