[发明专利]由一氧化二氮制备氮氧化物和硝酸的方法

说明书

本文描述了在化学方法中作为副产物存在的一氧化二氮(N₂O)到NO_x的改进转化，NO_x可进一步转化为有用的化合物或材料如硝酸。

发明背景

一氧化二氮(N₂O)是一种天然存在的温室气体，每个分子的升温潜能为二氧化碳分子的约290倍。已知纯N₂O具有爆炸性。几种工业方法会产生N₂O作为副产物，例如由环己酮/环己醇和硝酸(HNO₃)制备己二酸。己二酸是制造尼龙66的原料，在全世界范围内已广泛用作例如家具(地毯，室内装潢，床罩等)，服装，轮胎帘线，传送带，座椅安全带，安全气囊，降落伞，绳和网，睡袋，防水油布，帐篷和汽车配件的成分。己二酸通常以两步法制备，其中第一步涉及将环己烷氧化成环己酮/环己醇混合物，第二步涉及用硝酸将该混合物氧化以生成己二酸。一氧化二氮，氮氧化物(NO_x，一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO₂)的统称)和水(H₂O)是在该氧化反应过程中产生的主要副产物。值得注意的是，NO_x也是一种污染物，其排放必须遵守严格的法规。

用于将N₂O转化为更环境友好的形式的通过大型N₂O发生器而采用的当前方法包括：(i)将N₂O催化分解为氮气(N₂)和氧气(O₂)，它们释放到大气中；或(ii)在热还原单元中用天然气处理含N₂O的废气，形成氮气、二氧化碳和水(4N₂O+CH₄→4N₂+CO₂+2H₂O)，它们然后释放到大气中。

这两个方案都具有将N₂O转化为被废弃的无用形式(氮气)的缺点。然而，持续需要以经济有效的方式回收并且如果可能的话再循环或使用工业废气或排气中包含的N₂O和NO_x组分。美国专利No.5,429,811和日本公开专利申请No.S61-257940代表了用于将N₂O热分解为NO_x的常规技术的示例。

本发明相对于用于从N₂O(经由NO_x中间体)制备硝酸的常规技术提供了显著的改进，并且当以工业规模进行时特别有效。在本发明的特定应用中，其中含N₂O的初始反应物组合物的来源是来自生产己二酸的废气，废气中的N₂O转化为NO_x并最终转化为硝酸代表了用于生产己二酸的硝酸原料的有效和安全的再循环。该方法比现有方法更具成本效益，在现有方法中，在不易以按比例放大的工业规模进行的反应条件下，通过转化为不可用的N₂气体或硝酸来破坏N₂O副产物。

发明内容

本发明的一个方面是制备己二酸的方法，其包括：

使环己酮和环己醇中的至少一种与硝酸反应生成己二酸和包含至少10摩尔％一氧化二氮(N₂O)的废气；

使废气传送通过在2200°F或更高的温度下操作的反应器而将废气中存在的N₂O以大于15％的产率转化为氮氧化物(NO_x)(x＝1或2)；

将NO_x转化为硝酸；和

任选将硝酸再循环以生产另外的己二酸。

本发明的另一方面是制备己二酸的方法，其包括：

使环己酮、环己醇或其混合物与硝酸反应生成己二酸和包含20-80摩尔％一氧化二氮(N₂O)的废气；