Патент ссср 410003

 

асеев «; з и ап е- снтно т л нфр афти:

460003

О П И:Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советник

Социалиетииесних

Реслублин

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства №

М. Кл. С 05с 11/О

С 05с 13/00

Заявлено 15.VII.1971 (№ 1683106/23-26) с присоединением заявки №

Приоритет

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изоеретений и открытий

УДК 631,8(088.8) Опубликовано 05.1.1974. Бюллетень № 1

Дата опубликования описания 15Х.1974

Автор изобретения

С. Н. Ганз

Днепропетровский химико-технологический институт им. Ф. Э. Дзержинского

Заявитель

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЗОТНО-КАРБОНАТНЫХ УДОБРЕНИЙ

Изобретение относится к химической технологии переработки природного газа и может быть использовано для производства азотных удобрений и ацетилена.

Азотно-карбонатные удобрения в жидком или твердом виде по известному способу получают в виде углеаммонийных солей (карбоната, бикарбоната аммония), углеаммиакатов, мочевины или смеси солей, получаемых из аммиака и углекислоты.

Основным недостатком способа получения углеаммонийных солей является дороговизна и дефицитность веществ — аммиака и углекислого газа.

С целью расширения сырьевой базы для получения азотнокарбонатных удобрений и одновременного получения целевых продуктов, ацетилена и водорода предлагается в качестве реакционных агентов использовать метан и азот и процесс их взаимодействия вести до образования ционистого водорода, ацетилена и водорода, с последующим удалением ацетилена, окислением цианистого водорода в присутствии катализатора и обработкой продуктов окисления водой. Ацетилен из реакционной массы удаляют путем его поглощения, например, диметилформамидом. Кроме того, в качестве катализатора используют окислы марганца, активированные окисью железа.

Предлагаемый способ заключается в следующем.

Из метана в азотной плазме (с применением плазмотрона любого типа) получают

5 цианистый водород, ацетилен и водород по суммарной реакции:

4СН, + N, -+ 2HCN+ 6Н, + С Н,. (1)

После закалки и охлаждения этого газа

10 из него выделяют ацетилен, например, путем его поглощения диметилформамидом. В дальнейшем ацетилен выделяют из поглотителя в чистом виде, а поглотитель возвращают в производство.

15 Освобожденный от ацетилена газ поступает в конвертор, заполненный катализатором, состоящим из окислов марганца, активированных окисью железа.

В конвертор дозируют необходимое количе20 ство кислорода для окисления синильной кислоты.

В качестве продуктов окисления образуются циановая кислота и оксамид по реакции:

2HCN+ О, 2HCNO (2)

2HCN+ О, (CONH,), (3) При взаимодействии с водой циановая кислота образует аммиак и углекислый газ:

so HCNO+H,О - МН,+СО,, (4) 410003 (1) (2) (3) (4) (5) НСХО- -NH — 1ч11;С1ч О.

HgCiVO (NH ) гСО.

+6Н, + С,Н,.

: — 26,1 моль —.-585 м .

45

Количество азота в смеси:

2617 — (352+171+78,4) =2015,6 кг/т продукта.

Состав продуктов пиролиза:

60

Пример. В качестве примера приведен расчет расходных коэффициентов на 1 т

NH4НСО3. 65

В водной среде аммиак и СОг образуют различные углеаммопнйпые соли. Кроме того, аммиак, реагируя с цнановой кислотой, образует мочевипу (до 3 — 6% от общего количества углеаммонийных солей) по реакции Веллера

В оксамид превращается до 10% HCN от исходного количества.

Таким образом, получается раствор азотнокарбонатных солей, состоящий из углеаммонийных солей, мочевины и оксамида.

После поглощения углеаммонийных солей в газе остается азот и водород в соотношении

2: 1. Эта газовая смесь может быть использована для синтеза аммиака.

Таким образом, весь процесс получения углеаммонийных солей, водорода и ацетилена может быть выражен суммарной реакцией.

4СНг + N, + О + 4Н,O — 2МН4Н СОг +

+ 6Н, + С,Н,. (6) Процесс совместного получения азотно-карбонатных удобрений ацетилена и водорода ведут на установке, схема которой изображена на чертеже.

Установка состоит из плазмотрона 1, котлаутилизатора 2, холодильника 3, скруббера 4, теплообменника 5, конвертора б, холодильника 7, абсорбционного реактора 8 и воздухоразделительной установки 9.

Метан поступает в плазмотрон 1, где образуется в результате взаимодействия метана и азота газовая смесь, состоящая из (в %):

HCN 10 — 11; СгНг 5 — 6; N 55; Н=-28 — 30.

После закалки в котле-утилизаторе 2 газ охлаждается в холодильнике 3 и поступает на абсорбцию в скруббер 4. Здесь из газа вымывается ацетилен с помощью селективного поглотителя (диметилформамида) . Далее газ нагревается до 150 — 200 С в теплообменнике

5 за счет тепла горячих конвертированных газов и поступает в конвертор 6. Здесь на катализаторе из МХОг, активированного окисью железа, протекает реакция окисления HCN c образованием циановой кислоты оксамида.

В процессе реакции температура в конверторе поднимается до 250 — 300 С. Горячий конвертированный газ проходит теплообменник 5, охлаждаешься в холодильнике 7 и поступает в абсорбционный реактор 8, где протекает реакция образованич ЫН; и СО>.

Лзото-водородная смесь из реактора 8 направляется на очистку и на синтез аммиака.

Реакции процесса:

4СН, + N — - 2НСК + 6Н, + СгН

2HCN+ О, — - 2HCNO;

HCNO + 2Н О вЂ” NH4ÍÑO, iUH НСО, — NH + СО, + Н,О.

Суммарная реакция:

4СН + Nã + Ог + 4НгО - 2NH HCOз +

На получение 1 моль продукта требуется

2 моль СН4. При проведении реакции 2 степень превращения HCN равна 97%.

Расход метана:

СН. = 1000=417 кг =

16 2

79.0,97

Соотношение азота к метапу в исходном газе принимаем

N,: CH, = — 3:1.

Количество азота в исходной смеси будет:

N ††3= 1755 мг=78,5 моль=2200 кг.

30 Количество СН в исходной смеси составляет

26,1 кг моль=-585 м =25,0% об=417 кг;

Количество N 78,5 кг. моль =1755 м =

35 =75,0 об % =2200 кг.

Состав продуктов пиролиза метана определяют по реакции (1):

HCN =-0,5СН, =0,5 26,1 =-13,05 моль =.= 292 м = 352 кг.

C,H, == 0,25СН, = 0,25 26,1 = 6,55 моль =

=147 мг=-171 кг;

Н вЂ” — 1,5 СН4 — — 1,5 26,1=39,2 моль=

= 877 м = 78,4 кг;

HCN = 13,05 кг. моль = 9,93 об.% =

= 292 м =- 352 кг;

С,Н, =6,55 кг моль ==4,97 об.%

=- 147 м = 171 кг;

Н, =39,20 кг моль = 29,90 об.%

== 877 м — 78,4 кг;

N, = 72,50 кг. моль = 55,20 об.%

= 1620 м ==- 2015,6 кг.

410003

N, = 1755 м* = 2200 кг;

О, = 146 м = 209 кг;

Н,О = 565 м =456 кг;

= 146 м = 209 кг.

СО, = 283 м = 556 кг;

С,Н, =147 м =171 кг.

= 283 м = 1000 кг.

Количество образовавшейся HCNO по реакции (2) с учетом 97%-ного превращения:

HCNO=0,97 13,05=12,65 моль/т NH4HCO3.

Количество дефи ксир ова нного азота:

N, = 0,03.13,05 =0,30 моль/т NH,ÍÑO,.

Расход кислорода на проведение реакции (2):

О, = 0,5.13,05 = 6,52 моль/т прод. =

Состав газа после окисления НСХ (с учетом предварительного выделения С2Н ..

HCNO = 12,65 кг моль =- 10,1 об.% =

= 283 м = 545 кг;., Н, = — 39,20 кг моль = 31,4 об.% =

=877 м =78,4 кг;

N,=72,89 кг моль = 58,5 об.% =

=1635 м =- 2040 кг.

Количество продукта, получаемого при гидролизе HCNO по реакции (3):

NH,ÍÑO, = HCNO = 12,65 моль=

Количество синтез газа:

NH, =12,65 моль = 283 м = 216 кг;

СО, = 12,65 моль = 283 м = 556 кг;

H,0=12,65 моль = 283 м =228 м =228 кг;

Расходные коэффициенты на 1 т NH4HCO ..

СН4 — 585 м = 417 кг;

Получаемые продукты (синтез-газ):

NH, = 282 м* = 216 кг;

Предмет изобретения

1. Способ получения азотно-карбонатных удобрений путем взаимодействия реакционных агентов, отличающийся тем, что, с

20 целью расширения сырьевой базы и одновременного получения целевых продуктов, ацетилена и водорода в качестве реакционных агентов берут метан и азот и процесс взаимодействия последних ведут до образования циа25 нистого водорода, ацетилена и водорода, с последующим удалением ацетилена, окислением цианистого водорода в присутствии катализатора и обработкой полученных продуктов окисления водой.

30 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ацетилен из реакционной массы удаляют путем поглощения его, например, диметилформамидом.

3. Способ по пп. 1 и 2, отлич ающийся

55 тем, что в качестве катализатора используют окислы марганца, активированные окисью железа.