Способ управления процессом синтеза гидроксиламинсульфата

Изобретение относится к способу управления процессом синтеза гидроксиламинсульфата (ГАС), одного из основных полупродуктов синтеза капролактама. Способ управления процессом синтеза ГАС, получаемого восстановлением оксида азота (II) водородом при отношении объемной доли водорода к объемной доле оксида азота (II), равном (1,7-1,8):1, в среде серной кислоты при повышенной температуре и повышенном давлении в присутствии мелкодисперсного катализатора «платина на электрографите» в каскаде реакторов смешения с предварительным смешением водорода и оксида азота (II) с получением синтез-газа и раздельным вводом полученного синтез-газа в каждый реактор каскада, путем определения содержания водорода в синтез-газе и дополнительным вводом оксида азота (II) в каждый реактор каскада. Процесс управления синтезом ГАС проводят с помощью одновременного контроля содержания водорода в синтез-газе и содержания оксида азота (I) в газообразных продуктах реакции. Технический результат заключается в упрощении алгоритма управления синтезом ГАС, а также в стабильности работы реакторного блока. 3 ил., 5 табл., 2 пр.

 

Настоящее изобретение относится к химической промышленности, а именно - к способу управления процессом получения гидроксиламин-сульфата (ГАС), одного из основных реагентов в производстве капролактама.

Известен способ управления процессом получения ГАС из оксида азота (И), водорода и серной кислоты при избыточном давлении в присутствии катализатора «платина на электрографите» в каскаде реакторов смешения путем регулирования подачи смеси оксида азота (II) и водорода (синтез-газа) в нижнюю часть каждого из реакторов каскада, регулированием подачи водного раствора серной кислоты в первый по ходу движения жидкостного потока реактор каскада и регулированием подачи суспензии катализатора в растворе серной кислоты в первый по ходу движения жидкостного потока реактор каскада. Процесс управления проводят путем дополнительной подачи водного раствора 18-25%-ной серной кислоты в каждый из реакторов каскада и дополнительной подачи суспензии катализатора в растворе серной кислоты в каждый из реакторов каскада таким образом, чтобы концентрация катализатора в каждом реакторе каскада составляла 30-50 г/л [Патент РФ 2305657 МПК С01В 21/14, 2007].

Недостатком данного способа управления синтезом ГАС является недостаточный контроль за составом газовой фазы до и после проведения процесса синтеза, что может привести к созданию взрывоопасной ситуации.

Известен также способ [Патент РФ 1460034 МПК С01В 21/14, 1989] управления непрерывным процессом получения ГАС для снижения удельных энергозатрат при сохранении высокой степени конверсии. Управление процессом проводят таким образом, чтобы соотношение мощности, потребляемой мешалкой для диспергирования газа, к мощности, потребляемой мешалкой для поверхностной аэрации, было бы равным 1:2. Кроме этого, при понижении температуры реакционной смеси ниже 40°С, суспензию катализатора подают в зону диспергирования газа под мешалку.

Недостатком этого способа также является недостаточный контроль за составом газовой фазы до и после проведения процесса синтеза ГАС, что может привести к образованию взрывоопасной ситуации.

Наиболее близким решением поставленной технической задачи (прототипом) является способ управления процессом получения ГАС по патенту [Патент РФ 1237629 МПК С01В 21/14, 1986]. Процесс получения ГАС проводят восстановлением оксида азота (II) водородом в среде серной кислоты в присутствии катализатора «платина на электрографите» в каскаде реакторов с предварительным смешением водорода и оксида азота (II) и раздельным вводом полученной газовой смеси в каждый реактор. Принципиальная технологическая схема ведения процесса приведена на фиг. 1. Процесс ведут в каскаде из шести реакторов. Реакторы (1)-(6) оборудованы двухэлементными мешалками, объем реакционной зоны 90 м3. Давление в реакторах поддерживают равным 1,5 ата, температура 40-70°С. В качестве катализатора используют графит зернением ~50 мкм с нанесенной платиной (0,5% масс.). Жидкая фаза последовательно протекает через реакторы (1)-(6), концентрация серной кислоты при этом падает с 20 до 12% масс.Предварительное смешение водорода с оксидом азота (II) проводят в смесителе (7). Давление в смесителе (7) 2 ата. Состав газовой фазы после смесителя (7) приведен в таблице 1. После смесителя (7) поток газовой смеси разветвляется и идет в дополнительные смесители (8), в которые добавляется технический оксид азота (II). Состав синтез-газа после дополнительных смесителей (8) приведен в таблице 1. Непрореагировавшие газы из реакторов (2)-(6) объединяют в один поток и подают в реактор (1). Непрореагировавшие газы из реактора (1) сжигают на факеле. Рабочий раствор после реактора (6) фильтруют, катализатор возвращают в процесс, а осветленный раствор направляют на следующую стадию производства капролактама.

В прототипе смешение водорода с оксидом азота (II) в смесителе (7) проводят таким образом, чтобы объемное отношение водорода к объемному отношению оксида азота (II) XH2/XNO изменялось от 4-х до величины, определяемой формулой (77-11/Р2/3)/(23+11/Р2/3), где XH2 и XNO - мольные (объемные) доли, м.д., Нг и N0 в синтез-газе, соответственно; Р - общее давление газовой смеси. Если при этом количество NO в синтез-газе не удовлетворяет выше приведенным условиям синтеза ГАС, то дополнительное количество NO вводят в каждый реактор каскада (2)-(6) через дополнительные смесители (8). Управление синтезом ГАС по способу-прототипу с использованием описанного алгоритма должно приводить к взрывобезопасной концентрации водорода в смеси с оксидом азота (II) - см. фиг. 2.

Недостатками прототипа являются сложность алгоритма управления синтезом ГАС и не обеспечение в полной мере взрывобезопасности процесса, которое обусловлено смешиванием синтез-газа с дополнительным количеством оксида азота (II), направляемого в дополнительный смеситель (8) (см. фиг. 1) и возможностью образования взрывоопасных концентраций компонентов газовой смеси.

Кроме того, управление процессом синтеза ГАС по прототипу предусматривает использование только входных параметров системы (давление и состав синтез-газа) и не использует выходных параметров системы, таких как содержание N2O в продуктах реакции, что также может быть причиной взрывоопасности процесса. Поэтому, процесс синтеза ГАС ведут обычно при содержании N2O в газообразных продуктах реакции на уровне XN2O равном 0,10-0,11 м.д. При увеличении концентрации N2O до значения XN2O большего или равного 0,16 м.д. реакторный блок отключают. Повышенное содержание N2O в газообразных продуктах реакции может возникать по следующим основным причинам:

1) слишком высокое содержание NO в синтез-газе;

2) слишком высокое содержание N2O в исходном NO;

3) катализатор «платина на электрографите» утратил свою активность;

4) неправильное соотношение H2:NO в синтез-газе;

5) слишком высокое содержание N2O в реакторах каскада;

6) низкая скорость основной реакции в реакторах каскада из-за повышенного содержания СО в исходном NO (вследствие увеличенного содержания СН4 в NH3 при синтезе NO).

При анализе зависимости верхнего концентрационного предела воспламенения водорода в смесях с оксидом азота (II) от давления (фиг. 2) следует иметь в виду, что эта зависимость приведена для бинарной смеси чистых газовых компонентов (NO и Н2). Присутствие других газовых компонентов (N2, N2O, СН4, Н2О - см. таблицу 1) может значительно повлиять на характер этой зависимости.

Целью изобретения является упрощение алгоритма управления синтезом ГАС с одновременным обеспечением взрывобезопасности процесса.

Согласно изобретению поставленная цель достигается способом управления процессом синтеза ГАС, получаемого восстановлением оксида азота (II) водородом при отношении объемной доли водорода к объемной доле оксида азота (II) равном (1,7-1,8):1 в среде серной кислоты при температуре 40-70°С и давлении 2 атм в присутствии мелкодисперсного катализатора «платина на электрографите» в каскаде реакторов смешения с предварительным смешением водорода и оксида азота (II) с получением синтез-газа и раздельным вводом полученного синтез-газа в каждый реактор каскада, путем определения содержания водорода в синтез-газе и дополнительным вводом оксида азота (II) в каждый реактор каскада. Процесс управления синтезом ГАС ведут следующим образом:

- при данном давлении проводят определение величины мольной доли водорода в синтез-газе, соответствующего предельному содержанию водорода в синтез-газе, обеспечивающему взрывобезопасное ведение процесса и готовят синтез-газ с этой величиной мольной доли водорода;

- проводят сравнение величины мольной доли водорода в синтез-газе с величиной 0,71;

- если значение величины мольной доли водорода в синтез-газе удовлетворяет и условию взрывобезопасности, и условию синтеза гидроксиламинсульфата, то приготовленный синтез-газ с этим содержанием водорода направляют в реакторы каскада;

- если значение величины мольной доли водорода в синтез-газе удовлетворяет только условию взрывобезопасности и не удовлетворяет условию синтеза гидроксиламинсульфата, то, помимо направления синтез-газа в реакторы каскада, независимо от ввода синтез-газа, по выделенной линии направляют дополнительное количество оксида азота (II), такое, чтобы суммарное количество водорода в реакторах каскада удовлетворяло условию синтеза гидроксиламинсульфата;

- проводят постоянное определение величины мольной доли оксида азота (I) в газообразных продуктах синтеза гидроксиламинсульфата с сохранением результатов определений;

- если величина мольной доли оксида азота (I) в газообразных продуктах синтеза гидроксиламинсульфата больше или равна 0,16, то проводят остановку реакторного блока с включением звуковой и световой сигнализации, свидетельствующей о превышении мольной доли оксида азота (I) в газообразных продуктах синтеза гидроксиламинсульфата предельного значения 0,16;

- если величина мольной доли оксида азота (I) в газообразных продуктах синтеза гидроксиламинсульфата меньше 0,16, то проводят оценку стабильности работы реакторного блока путем сравнения по крайней мере четырех последовательных измерений величины мольной доли оксида азота (I) в газообразных продуктах синтеза гидроксиламинсульфата, рядом стоящие значения которых не должны иметь только положительный градиент, в противном случае проводят корректировку режима процесса, начиная с расчета мольной доли водорода в синтез-газе и включают световой сигнал на замену катализатора.

Блок-схема управления процессом синтеза ГАС предлагаемым способом приведена на фиг. 3.

Предлагаемый способ управления синтезом ГАС позволяет:

1) значительно упростить управление процессом за счет создания простого и понятного алгоритма управления с возможностью автоматизированного управления процессом;

2) одновременно с поддержанием взрывобезопасной концентрации NO в синтез-газе анализировать содержание N2O в газообразных продуктах синтеза и оценивать стабильность работы реакторного блока, необходимость замены катализатора и необходимость останова реакторного блока;

3) дополнительно вводить необходимое количество оксида азота (II) непосредственно в реакторы каскада без контакта с синтез-газом и водородом, что повышает взрывобезопасность процесса.

Способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Процесс получения ГАС проводят восстановлением оксида азота (II) водородом в среде серной кислоты в присутствии катализатора «платина на электрографите» в каскаде реакторов с предварительным смешением водорода и оксида азота (II) в объемном соотношении водорода и оксида азота (II) равном 1,75:1 (Х°H2 равно 0,64) в емкости-смесителе. Этому объемному соотношению водорода и оксида азота (II) соответствует состав исходных реагентов, приведенный в табл. 2.

Полученную газовую смесь водорода и оксида азота (II) (синтез-газ) раздельно вводят в каждый из шести реакторов каскада. Реакторы оборудованы мешалками (мощность привода 110 кВт, частота вращения мешалки 160 об/мин, диаметр мешалки 1,25 м). Вместимость каждого из реакторов 50 м3. Давление в реакторе и емкости-смесителе поддерживают равным 2 атм. Температура в реакторном блоке 40-70°С. В качестве катализатора используют электрографит зернением ~50 мкм с нанесенной платиной. Жидкая фаза последовательно перетекает через реакторы, концентрация серной кислоты при этом падает с 25% масс, до 18% масс. С использованием зависимости, приведенной на фиг. 2, определяют взрывобезопасную концентрацию водорода в синтез-газе в емкости-смесителе при давлении 2 атм: XH2=0,71 м.д. Состав синтез-газа в емкости-смесителе, удовлетворяющий этому содержанию водорода, приведен в таблице 3. Как видно из данных таблицы 3, величина XH2 равна 0,71 м.д., что значительно превосходит величину Х°H2 - заданного содержания водорода в синтез-газе, необходимого для проведения синтеза ГАС (в условиях примера 1 Х°Н2 равна 0,64 м.д.). Поэтому, в соответствии с предлагаемым способом, по выделенной линии непосредственно в реакторы каскада независимо от ввода синтез-газа подают дополнительное количество оксида азота (II), такое, чтобы суммарное количество водорода в реакторах каскада Х°H2 стало равным 0,64 м.д. Результаты расчета этого дополнительного количества оксида азота (II) приведены в таблице 3. Как видно из таблицы 3, после ввода дополнительного количества оксида азота (II), значение XH2 для газовой фазы в реакторах каскада в точности соответствует значению Х°н2 равному 0,64 м.д. и удовлетворяет условиям синтеза ГАС.

Проводят многократное определение содержания N2O в газообразных продуктах синтеза ГАС. Результаты этих определений приведены в таблице 4.

Как видно из приведенных в таблице 4 результатов определения содержания N2O в газообразных продуктах синтеза ГАС, изменения значений величин XN2O имеют не только положительный градиент:

Х(2)N2O - X(1)N2O=0,09-0,08=+0,01,

Х(3)N2O - Х(2)N2O=0,08-0,09=-0,01,

X(4)N2O - Х(3)N2O=0,09-0,08=+0,01,

что удовлетворяет условиям ведения синтеза ГАС.

Пример 2. Процесс проводят также, как и в примере 1, с той лишь разницей, что при определении содержания N2O в газообразных продуктах синтеза ГАС в серии из последовательных испытаний обнаружен только положительный градиент (см. таблицу 5):

Х(2)N2O(1)N2O=0,10-0,09=+0,01,

Х(3)N2O(2)N2O=0,11-0,10=+0,01,

Х(4)N2O(3)N2O=0,12-0,11=+0,01.

В этих условиях проводят корректировку режима процесса, начиная с расчета содержания водорода в синтез-газе XH2 при установившемся в процессе давлении, включают световой сигнал и проводят замену катализатора.

Способ управления процессом синтеза гидроксиламинсульфата, получаемого восстановлением оксида азота (II) водородом при отношении объемной доли водорода к объемной доле оксида азота (II), равном (1,7-1,8):1, в среде серной кислоты при температуре 40-70°С и давлении 2 атм в присутствии мелкодисперсного катализатора «платина на электрографите» в каскаде реакторов смешения с предварительным смешением водорода и оксида азота (II) с получением синтез-газа и раздельным вводом полученного синтез-газа в каждый реактор каскада, путем определения содержания водорода в синтез-газе и дополнительным вводом оксида азота (II) в каждый реактор каскада, отличающийся тем, что:

- при данном давлении проводят определение величины мольной доли водорода в синтез-газе, соответствующей предельному содержанию водорода в синтез-газе, обеспечивающему взрывобезопасное ведение процесса, и готовят синтез-газ с этой величиной мольной доли водорода;

- проводят сравнение величины мольной доли водорода в синтез-газе с величиной 0,71;

- если значение величины мольной доли водорода в синтез-газе удовлетворяет и условию взрывобезопасности, и условию синтеза гидроксиламинсульфата, то приготовленный синтез-газ с этим содержанием водорода направляют в реакторы каскада;

- если значение величины мольной доли водорода в синтез-газе удовлетворяет только условию взрывобезопасности и не удовлетворяет условию синтеза гидроксиламинсульфата, то, помимо направления синтез-газа в реакторы каскада, независимо от ввода синтез-газа, по выделенной линии направляют дополнительное количество оксида азота (II), такое, чтобы суммарное количество водорода в реакторах каскада удовлетворяло условию синтеза гидроксиламинсульфата;

- проводят постоянное определение величины мольной доли оксида азота (I) в газообразных продуктах синтеза гидроксиламинсульфата с сохранением результатов определений;

- если величина мольной доли оксида азота (I) в газообразных продуктах синтеза гидроксиламинсульфата больше или равна 0,16, то проводят остановку реакторного блока с включением звуковой и световой сигнализации, свидетельствующей о превышении мольной доли оксида азота (I) в газообразных продуктах синтеза гидроксиламинсульфата предельного значения 0,16;

- если величина мольной доли оксида азота (I) в газообразных продуктах синтеза гидроксиламинсульфата меньше 0,16, то проводят оценку стабильности работы реакторного блока путем сравнения по крайней мере четырех последовательных измерений величины мольной доли оксида азота (I) в газообразных продуктах синтеза гидроксиламинсульфата, рядом стоящие значения которых не должны иметь только положительный градиент, в противном случае проводят корректировку режима процесса, начиная с расчета мольной доли водорода в синтез-газе, и включают световой сигнал на замену катализатора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к массообменным процессам, в которых используют ректификационные колонны. Сущностью является способ повышения разделяющей или пропускной способности по отдельности либо одновременно разделяющей и пропускной способностей ректификационной колонны при постоянных числе тарелок, геометрических размерах колонны и составе питания с постоянным составом одного из ключевых компонентов в дистилляте или кубовом остатке.

Изобретение относится к области повышения эффективности функционирования процессов и аппаратов и может быть использовано в химической, фармацевтической, нефтеперерабатывающей, нефтяной, газоперерабатывающей, металлургической и пищевой промышленности.

Изобретение относится к области химии высокомолекулярных соединений. Описан способ проведения каталитической экзотермической реакции полимеризации в изотермическом режиме в газожидкостном полунепрерывном реакторе смешения с рубашкой и автоматическим регулированием температуры, изменением расхода теплоносителя и хладагента по отклонению температуры в реакторе от заданной.

Настоящее изобретение относится к способу гидроформилирования олефинов, в котором осуществляют контакт СО, Н2 и, по меньшей мере, одного олефина в присутствии катализатора гидроформилирования в текучей реакционной среде в, по меньшей мере, одном реакторе в условиях гидроформилирования, достаточных для образования, по меньшей мере, одного альдегидного продукта, удаляют поток текучей реакционной среды из, по меньшей мере, одного реактора и пропускают данный поток в теплообменник, удаляют некоторое количество тепла из данного потока с образованием охлажденного потока и возвращают охлажденный поток в реактор.

Настоящее изобретение относится к области автоматизации работы реакторов-полимеризаторов, в частности к способу управления реактором суспензионной полимеризации путем регулирования температурного режима в зоне реакции с помощью изменения подачи хладагента в рубашку реактора-полимеризатора и изменения скорости вращения мешалки.

Изобретения относятся к области изотермической кристаллизации солей из растворов, а точнее к способам и устройствам систем управления процессами кристаллизации в выпарных установках.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ автоматизации отделения карбонизации в производстве кальцинированной соды аммиачным способом включает использование дросселя 1, регулирующего уровень жидкости в колонне, дросселя 2, регулирующего выход суспензии из колонны в зависимости от температуры верха колонны, клапанов 3 и 4, регулирующих объемы на вводах 2-го и 1-го газов соответственно, дросселя 5, регулирующего температуру суспензии на выходе из колонны.

Изобретение относится к области добычи природного газа и может быть применено для предупреждения гидратообразования и разрушения гидратов в газосборных шлейфах (ГСШ), расположенных в районах Крайнего Севера.

Изобретение относится к способу контроля степени превращения изопрена в полимер. Контроль степени превращения изопрена в полимер в каталитическом процессе синтеза полиизопрена полимеризации изопрена в массе в реакторе периодического действия с охлаждаемой рубашкой осуществляют путем оценки косвенных характеристик процесса.

Изобретение относится к устройствам очистки промышленных стоков и может быть использовано на предприятиях электронной, приборостроительной промышленности, а также на производствах, имеющих в гальванические цеха и участки.

Изобретение относится к химической промышленности, конкретно к получению кристаллического гидроксиламинсульфата (ГАС), который используют в производстве химических реактивов и материалов: лаков, фотореагентов, кинофотоматериалов, для производства свободного основания гидроксиламина для нужд радиоэлектронной промышленности.

Изобретение относится к химической промышленности, конкретно к получению кристаллического гидроксиламинсульфата (ГАС), который используют в производстве химических реактивов и материалов: лаков, фотореагентов, кинофотоматериалов, для производства свободного основания гидроксиламина для нужд радиоэлектронной промышленности.

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к способу получения гидроксиламинсульфата (ГАС) - (NH2OH)2⋅H2SO4, используемого в качестве одного из основных реагентов в производстве капролактама.

Изобретение может быть использовано в топливной промышленности при переработке отработанного ядерного топлива методом жидкостной экстракции. Способ включает обработку сточных вод, содержащих нитрат гидроксиламина, гидроксидом натрия в массовом соотношении (3-4,8):1 соответственно, в присутствии активированного угля и при температуре 80-120°C в течение 1-4 часов.

Изобретение относится к области синтеза солей гидроксиламина, в частности нитрата гидроксиламина, концентрированные водные растворы которого являются энергичными окислителями и составляют основу ряда топлив.

Изобретение относится к катализаторам для получения сульфата гидроксиламина путем селективного гидрирования оксида азота в сернокислой среде. Данный катализатор содержит платину в количестве 0,3-1 мас.%, нанесенную на непористый или пористый углеродный носитель.

Изобретение относится к аппаратам для проведения физико-химических процессов при наличии газа, жидкости и катализатора, а более конкретно - к реакторам для синтеза гидроксиламинсульфата - одного из исходных компонентов производства пластмасс полиамидной группы.

Изобретение относится к аппаратам для проведения физико-химических процессов при наличии газа, жидкости и частиц мелкодисперсного катализатора и может быть использовано, в частности, для синтеза гидроксиламинсульфата.

Изобретение относится к способу управления процессом синтеза гидроксиламинсульфата, одного из основных полупродуктов синтеза капролактама. Способ управления процессом синтеза ГАС, получаемого восстановлением оксида азота водородом при отношении объемной доли водорода к объемной доле оксида азота, равном :1, в среде серной кислоты при повышенной температуре и повышенном давлении в присутствии мелкодисперсного катализатора «платина на электрографите» в каскаде реакторов смешения с предварительным смешением водорода и оксида азота с получением синтез-газа и раздельным вводом полученного синтез-газа в каждый реактор каскада, путем определения содержания водорода в синтез-газе и дополнительным вводом оксида азота в каждый реактор каскада. Процесс управления синтезом ГАС проводят с помощью одновременного контроля содержания водорода в синтез-газе и содержания оксида азота в газообразных продуктах реакции. Технический результат заключается в упрощении алгоритма управления синтезом ГАС, а также в стабильности работы реакторного блока. 3 ил., 5 табл., 2 пр.

Наверх