[发明专利]硝酸生产过程中一氧化二氮的消除

说明书

在硝酸生产过程的氨氧化阶段，伴随着需要的一氧化氮NO产生不需要的一氧化二氮N₂O。N₂O对同温层的臭氧分解和温室效应有相当大的影响。在减少己二酸工业的一氧化二氮排放后，硝酸生产是工业一氧化二氮排出物的最大来源。因此从环保角度出发，迫切需要减少硝酸生产过程中一氧化二氮排放物的技术解决方案。Ullmann’sEncyclopedia of Industrial Chemistry；Vol.A17，VCH Weinheim(1991)给出了硝酸生产流程及该方法各种变体的综述。

一种从工业废气中脱除N₂O的有前途的方法是借助于合适的催化剂，将N₂O分解为元素氮和元素氧。

现在有很多种消除HNO₃生产过程中N₂O的建议，它们大多数基于在Pt网和第一热交换器之间N₂O的催化分解。

例如，US-A-4,973,457公开了一种消除在NH₃燃烧过程中形成的一氧化二氮的方法，该方法是通过将所述气体在其冷却前保留0.1-3秒钟进行的。根据该篇专利描述的方法，高达90％的N₂O被分解成N₂和O₂。或者也可以使所述气体与金属或金属-氧化物催化剂接触进行选择性分解并减少停留时间。

DE-A-19 805 202公开了一种硝酸生产方法，在该方法中为了避免释放一氧化二氮，使铂网下游的反应气体在冷却前通过耐热催化剂，以转换反应气体中存在的N₂O。这种催化剂暴露于800-1000℃的极热应力下，该温度是反应气体刚从催化剂网排出后的典型的温度。优选使用的催化剂是贵金属或陶瓷。

DE-A-198 19 882 A1也描述了一种用于N₂O催化分解的方法，在该方法中来自氨燃烧的反应气在冷却前，即在与热交换器接触前通过催化剂，该催化剂优选由8％重量的CuO，30％重量的ZnO和62％重量的Al₂O₃构成。N₂O分解的停留时间优选＜0.1秒。

US-A-5,478,549要求保护一种在铂族金属催化剂上通过氧化氨制备NO的方法，在该方法中产生的不需要的N₂O首先与反应气体一起通过清除剂系统，以回收挥发性的铂族金属，然后在氧化锆制成的催化剂床上分解N₂O。催化剂床的温度≥600℃。

因此，直接安排在Pt网的下游似乎是特别需要的，因为在理想情况下，仅需要用合适的催化床代替Pt网下游的Raschig环床。但是，缺点是条件极端。温度约为900℃，水含量在17％的范围内，并且NO含量为10％，这不仅对催化剂的活性和选择性有较高的要求，也对其机械和热稳定性有较高要求。此外，来自Pt网的焚化Pt也可能沉积在催化床上，并通过另外引起需要的氧化产品NO的分解而降低N₂O分解的选择性(Boudart et al.，Journal of Catalysis 39，(1975)，383-394)。

如果将合适的催化剂安置在离开吸收柱的温度为20～30℃的残余气体中，则水含量可限制为约0.2-2％，取决于方法的不同，NO含量约为1000ppm。脱N₂O催化剂运行的最高温度由用于残余气体涡轮机的各内部温度决定，而这严格限制了对合适催化剂的选择。

已被证明原则上适合于分解和还原一氧化二氮的众多催化剂中(Kapteijn et al.，Appl.Cat.B；Enviromental 9(1996)，25-64)，格外应该提及负载过渡金属的沸石催化剂(US-A-5,171,553)，Kapteijn也提到其在硝酸生产过程中减少N₂O量的潜在功效。

在适量的NO存在下，用于分解N₂O的含铁沸石如Fe-ZSM-5的活性增加，而这对于在Fe-ZSM-5催化下，通过路径形成NO₂的反应是有利的(Kapteijn et al.，Journal of Catalysis167(1997)，256-265)。