[发明专利]具有内部过滤器元件的氨氧化反应器

说明书

发明领域

本公开提供了用于在催化剂存在下将氨氧化成一氧化氮的反应容器。更具体地说，本公开提供了具有内部过滤器元件的反应容器，该内部过滤器元件收集在氨氧化成一氧化氮的过程中被逐出的催化剂。

发明背景

硝酸被用于制造呈硝酸铵、硝酸钾或硝基磷酸酯形式的氮肥和有机肥料。硝酸还被用于爆炸物、塑料工业和化学工业。

硝酸(HNO₃)通过氨催化燃烧制备一氧化氮来制造。这种方法通常以三个步骤进行。第一步骤是氨的氧化。氨的氧化在催化剂存在下进行，产率为93-98％，取决于所使用的操作条件。

第二步骤是燃烧的水的冷凝和一氧化氮的氧化。第二步骤可以产生二氧化氮、四氧化二氮或这两者的混合物。第三步骤涉及二氧化氮和四氧化二氮的吸收或固定。第一和第二步骤的反应中间体和产物本身在商业上是可行的。因此，第一和第二步骤可以被用来形成各种产物，即使硝酸不是所需的。

在氨氧化方法的第一步骤中使用的催化剂一般呈贵金属网的形式。由于氨的氧化导致的高温，所述贵金属网经常分解并且其颗粒变得被夹带在反应容器中存在的气态材料中。这种“金属损失”一般随着反应条件的严苛程度增加。例如，金属损失的量一般随着温度和生产速率增加而增加。

由于贵金属网的高成本，这种金属损失对氨氧化方法的经济可行性具有相当大的金钱影响。另外，所述金属损失可能导致在氨氧化反应器下游的后续反应容器中使用的下游催化材料的中毒。

金属损失问题的一个解决方案是在氨氧化反应容器下游提供外过滤器壳和过滤设备。这些外过滤器壳构型引起压降并在已经拥挤的工厂设备中要求额外的空间。另一个解决方案是在紧邻贵金属网的位置使用纤维材料。不幸地，在这一位置使用此类纤维材料不能实现有效的过滤并要求狭窄的空间进入程序以便在必要的定期维护期间保养所述纤维材料。

本公开的概述和优点

提供了用于在催化剂存在下将氨氧化成一氧化氮的反应容器。所述催化剂在氧化过程中能够变得被逐出。所述反应容器包括具有顶部、底部和中部的反应器体。所述顶部和中部配合界定内腔，在那里所述氨被催化氧化以提供一氧化氮。内部过滤器元件包括界定内部体积的过滤器笼和布置在所述过滤器笼附近的过滤器介质。所述内部过滤器元件收集在氨氧化过程中被逐出的催化剂。

本公开的各种实施方案提供了允许与现有的反应容器设计无缝集成的紧凑设计。因为内部过滤器元件被布置在反应容器内，所以节约了宝贵的空间，并获得了效率。本公开的实施方案还实现了改进的过滤，这导致改进的成本改善和更少的下游催化剂中毒。本公开的实施方案允许在没有狭窄的空间进入程序的情况下保养反应容器。

附图简要说明

为了理解本发明的性质和目的，应该参考结合附图进行的以下详细描述。

图1是根据本发明一个实施方案的用于氨氧化的反应容器的剖视图；

图2是根据本发明一个或多个实施方案的支撑反应容器底部的移除框的透视图；

图3是根据一个或多个实施方案的图1的反应容器和内部过滤器元件的内部的俯视图；和

图4是根据一个或多个实施方案的图1的内部过滤器元件的分解图。

发明详述

提供了用于在催化剂存在下将氨氧化成一氧化氮的反应容器10。参照图1，反应容器10包括具有顶部12、底部14和中部16的反应器体11。典型地，反应容器10通常是圆柱形的。然而，反应容器10也可以是其它形状。顶部12和底部14通常是穹顶的，但是可以具有其它形状和构型。法兰接头可以将顶部12和中部16连接在一起。另外，法兰接头可以将中部16和底部14连接在一起。在另一个实施方案中，反应容器10可以具有集成在一起而没有离散接合点的顶部12和中部16。反应容器10的底部14应该可容易地从反应容器10移除以允许反应容器10的容易进入和维护。因此，底部14应该考虑这一点进行定尺度和紧固。

反应容器10可以具有1-20m，或2-10m，或3-9m的高度。或者，反应容器10可以具有适合加工输入的氨的其它高度。反应容器10可以具有1-5m的直径。或者，反应容器10可以具有适合加工输入的氨的其它直径。

反应容器10可以包含能够承受高度腐蚀性条件和超过900℃的温度的材料。例如，反应容器10可以包含不锈钢。反应容器10可以由耐腐蚀的其它合适材料制造也被想到。