RU2177444C1

RU2177444C1 - Method and device for production of nitrogen monoxide

Info

Publication number: RU2177444C1
Application number: RU2000112253A
Authority: RU
Inventors: В.А. Ильин; Е.Н. Селин; В.Р. Аншелес; А.И. Гордиенко; П.В. Ласковец
Original assignee: ОАО "Череповецкий "Азот"
Priority date: 2000-05-15
Filing date: 2000-05-15
Publication date: 2001-12-27

Abstract

FIELD: production of nitrogen monoxide. SUBSTANCE: production of nitrogen monoxide through decomposition of ammonium nitrate consists in decomposition of ammonium nitrate solutions at concentration of 80-90 mas.% introduced into layer of ammonium nitrate to be decomposed. Ammonium nitrate decomposition reactor has cylindrical housing, hydraulic seal, preheater and unit for supply of raw material to reactor made in form of chute or perforated pipe introduced tangentially into layer of ammonium nitrate to be decomposed. EFFECT: reduced power requirements; low explosion hazard. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к способам получения закиси азота и к аппаратурному оформлению процесса ее производства. The invention relates to the chemical industry, and in particular to methods for producing nitrous oxide and to the hardware design of the process of its production.

Известен способ получения закиси азота, заключающийся в разложении сухой аммиачной селитры или ее 91-94% плава при температурах 270-280^oC [1].A known method of producing nitrous oxide, which consists in the decomposition of dry ammonium nitrate or its 91-94% melt at temperatures of 270-280 ^o C [1].

Недостатком этого способа является то, что, так как реакция разложения по уравнению:
NH₄NO₃ = N₂O + H₂O
экзотермична, то для предотвращения ее бурного протекания подогрев массы селитры периодически прекращают. Слишком быстрый нагрев массы селитры, а также повышение температуры реакции до 300^oC, которой, как правило, он сопровождается, может вызвать взрыв [1].The disadvantage of this method is that, since the decomposition reaction according to the equation:
NH ₄ NO ₃ = N ₂ O + H ₂ O
isothermal, then to prevent its rapid course, the heating of the mass of nitrate is periodically stopped. Too fast heating of the mass of nitrate, as well as an increase in the reaction temperature to 300 ^o C, which, as a rule, is accompanied by it, can cause an explosion [1].

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения закиси азота с использованием реактора разложения плава аммиачной селитры по авт. св. N 1579553, в котором плав с температурой 120-140^oC вводится через патрубок на отбойную тарелку реактора, далее поступает через перелив в распределители, где по коллектору и трубкам заполняет нижнюю часть корпуса, установленного на электроподогревателе. За счет того, что козырьки на трубках расположены под углом и нижние концы трубок срезаны под углом, а сами трубки введены в корпус также под углом, распределители обеспечивают реакционной массе направленно-вращательное движение и интенсивное перемешивание во всем реакционном объеме.Closest to the proposed invention is a method for producing nitrous oxide using a decomposition reactor for the melting of ammonium nitrate according to the author. St. N 1579553, in which the melt with a temperature of 120-140 ^o C is introduced through the pipe to the reactor baffle plate, then flows through the overflow into the distributors, where it fills the lower part of the housing mounted on the electric heater through the collector and pipes. Due to the fact that the visors on the tubes are angled and the lower ends of the tubes are cut at an angle, and the tubes themselves are also angled into the housing, the distributors provide the reaction mass with directional-rotational movement and intensive mixing throughout the reaction volume.

К недостаткам данного способа относится следующее:
1. При малых расходах плава аммиачной селитры происходит его вскипание в распределителе, что препятствует поступлению плава в аппарат и повышает взрывоопасность процесса.The disadvantages of this method include the following:
1. At low consumption of ammonium nitrate melt, it boils in the distributor, which prevents the melt from entering the apparatus and increases the explosion hazard of the process.

2. При снижении концентрации поступающего на разложение плава (ниже 91,0%) увеличивается количество примесей в продуктах разложения, работа узла регулирования уровня плава аммиачной селитры в аппарате теряет устойчивость, что также повышается взрывоопасность процесса. 2. With a decrease in the concentration of melt entering the decomposition (below 91.0%), the amount of impurities in the decomposition products increases, the operation of the unit for regulating the level of melt of ammonium nitrate in the apparatus loses stability, which also increases the explosion hazard of the process.

3. При подаче плава через распределители нельзя использовать тепло реакции разложения для подогрева и концентрирования растворов аммиачной селитры, что увеличивает расходы энергии, связанные с проведением процесса получения закиси азота. 3. When supplying melt through distributors, it is impossible to use the heat of the decomposition reaction for heating and concentrating solutions of ammonium nitrate, which increases the energy costs associated with the process of producing nitrous oxide.

4. В описанном реакторе возможно разложение только плава аммиачной селитры, практически не содержащего примесей воды. В связи с этим обстоятельством перед реактором должен быть установлен аппарат, в котором полученный в процессе синтеза аммиачной селитры раствор необходимо упарить до концентрации, близкой к 100%. Это приводит к усложнению технологической схемы и дополнительным расходам энергии. 4. In the described reactor, it is possible to decompose only melt of ammonium nitrate, which is practically free of water impurities. In connection with this circumstance, an apparatus must be installed in front of the reactor in which the solution obtained during the synthesis of ammonium nitrate must be evaporated to a concentration close to 100%. This leads to a complication of the technological scheme and additional energy costs.

Цель изобретения - усовершенствование технологического процесса, улучшение качества продукта и снижение энергопотребления процесса за счет снижения концентрации раствора аммиачной селитры, подаваемого на разложение. The purpose of the invention is the improvement of the process, improving the quality of the product and reducing the energy consumption of the process by reducing the concentration of the solution of ammonium nitrate supplied for decomposition.

Сущность изобретения реализуется:
а) изменением способа получения закиси азота, состоящем в том, в качестве сырья используется не расплав, а раствор аммиачной селитры с концентрацией 80 - 90,9 мас.%;
б) использованием новой конструкции реактора для получения закиси азота разложением аммиачной селитры, содержащего цилиндрический корпус, гидрозатвор, устройство для подачи сырья и подогреватель, отличающийся тем, что для подачи сырья в реактор используется устройство, которое выполнено в виде лотка или перфорированной трубы, введенных тангенциально и погруженных в слой разлагаемой аммиачной селитры.The invention is implemented:
a) a change in the method of producing nitrous oxide, which consists in using not a melt as a raw material, but a solution of ammonium nitrate with a concentration of 80 - 90.9 wt.%;
b) using a new reactor design to produce nitrous oxide by decomposing ammonium nitrate containing a cylindrical body, a water seal, a feed device and a heater, characterized in that a device is used to feed the feed into the reactor, which is made in the form of a tray or perforated pipe introduced tangentially and immersed in a layer of decomposable ammonium nitrate.

Использование усовершенствований по пунктам а) и б) позволяет снизить взрывоопасность процесса за счет того, что большая часть выделяющегося при разложении аммиачной селитры тепла идет не на повышение температуры, приводящее к взрывной реакции, а на испарение воды из раствора, которое протекает при постоянной температуре. Using the improvements in paragraphs a) and b) allows to reduce the explosiveness of the process due to the fact that most of the heat generated during decomposition of ammonium nitrate is not spent on raising the temperature, leading to an explosive reaction, but on the evaporation of water from the solution, which proceeds at a constant temperature.

Прочие преимущества предлагаемого изобретения изложены ниже. Other advantages of the invention are set forth below.

Цель реализуется следующим образом. The goal is implemented as follows.

Раствор аммиачной селитры с концентрацией 80-90,9% подается в реактор разложения, выполненный в виде цилиндрического корпуса 1, который соединен с гидрозатвором 2. Реактор снабжен устройством подачи раствора аммиачной селитры 3, выполненном в виде лотка или перфорированной трубы. Устройство 3 погружено в реакционную массу тангенциально, что обеспечивает ее интенсивное перемешивание во всем реакционном объеме. Нижняя часть реактора снабжена подогревателем 4 (например, электрическим или каким-либо другим). Использование раствора ниже 80% концентрации сложно в реализации, т.к. затруднен подвод тепла, необходимого для испарения большого количества воды. Выше 90,9% раствор фактически является плавом, а недостатки использования плава в процессе описаны ранее. A solution of ammonium nitrate with a concentration of 80-90.9% is fed into the decomposition reactor, made in the form of a cylindrical body 1, which is connected to a water trap 2. The reactor is equipped with a device for feeding a solution of ammonium nitrate 3, made in the form of a tray or perforated pipe. The device 3 is immersed in the reaction mass tangentially, which ensures its intensive mixing throughout the reaction volume. The lower part of the reactor is equipped with a heater 4 (for example, electric or some other). Using a solution below 80% concentration is difficult to implement, because it is difficult to supply the heat necessary to evaporate a large amount of water. Above 90.9%, the solution is actually a melt, and the disadvantages of using melt in the process have been described previously.

Пример:
Раствор аммиачной селитры концентрацией 80,0-90,9 об.% и температурой 120-140^oC подается в устройство подачи 3, при движении по которому раствор упаривается и частично разлагается за счет тепла реакции путем нагрева продуктами разложения с температурой 260-275^oC, и заполняет нижнюю часть корпуса 1, установленного на подогревателе 4. В этом случае перемешивание раствора в реакционном объеме обеспечивается тангенциальным вводом сырья и дополнительных перемешивающих устройств не требуется (см. чертеж).Example:
A solution of ammonium nitrate with a concentration of 80.0-90.9 vol.% And a temperature of 120-140 ^o C is fed into the feed device 3, when moving along which the solution is evaporated and partially decomposes due to the heat of the reaction by heating with decomposition products with a temperature of 260-275 ^o C, and fills the lower part of the housing 1 mounted on the heater 4. In this case, the mixing of the solution in the reaction volume is ensured by the tangential introduction of raw materials and additional mixing devices are not required (see drawing).

Разложение нитрата аммония происходит при температуре 260-275^oC, которое достигается при помощи подогревателя 4. Регулирование температуры осуществляется изменением количества раствора аммиачной селитры, подаваемого в зону реакции через устройство подачи 3.The decomposition of ammonium nitrate occurs at a temperature of 260-275 ^o C, which is achieved using a heater 4. Temperature control is carried out by changing the amount of ammonium nitrate solution supplied to the reaction zone through the feed device 3.

Предлагаемое изобретение имеет следующие преимущества:
1. Сокращаются общие энергозатраты процесса получения закиси азота за счет использования тепла реакции разложения аммиачной селитры.The invention has the following advantages:
1. The total energy consumption of the process of producing nitrous oxide is reduced by using the heat of the decomposition reaction of ammonium nitrate.

2. Стабилизируется работа узла регулирования уровня раствора аммиачной селитры в аппарате. 2. The operation of the unit for regulating the level of ammonium nitrate solution in the apparatus is stabilized.

3. Снижается взрывоопасность процесса. 3. The explosiveness of the process is reduced.

Литература
1. Миниович М.А. Производство аммиачной селитры. - М.: Химия. 1974, с. 218-219.Literature
1. Miniovich M.A. Ammonium nitrate production. - M .: Chemistry. 1974, p. 218-219.

Claims

1. The method of producing nitrous oxide by thermal decomposition of ammonium nitrate, characterized in that the raw materials used are solutions of ammonium nitrate with a concentration of 80-90.9 wt.%, Introduced into the layer of decomposable ammonium nitrate.

2. A reactor for producing nitrous oxide by decomposing ammonium nitrate, containing a cylindrical body, a water seal, a device for supplying raw materials and a heater, characterized in that a device is used to supply raw materials to the reactor, which is made in the form of a tray or perforated pipe, introduced tangentially and immersed in decomposable ammonium nitrate layer.