IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012

Гидрирование NO на катализаторах Pt/графит в растворах H₂SO₄ является одним из промышленных способов синтеза гидроксиламинсульфата. Главным образом, гидроксиламинсульфат используется для получения капролактама - исходного соединения в производстве полиамидных волокон. В России производство гидроксиламинсульфата осуществляется на заводах КОАО «Азот» (г. Кемерово), ЗАО «КуйбышевАзот» (г. Куйбышев) и ОАО «Щекиноазот» (р.п. Первомайский, Щекинский район, Тульская область).

Синтез гидроксиламинсульфата основан на каталитическом восстановлении оксида азота(II) водородом в разбавленной серной кислоте. В среде серной кислоты этот процесс описывается следующими уравнениями.

Синтез гидроксиламинсульфата проводят в мягких условиях при температуре 40-60°C (обычно 40-45°C) и давлении от атмосферного до 4 MPa (обычно атмосферное). Смесь газов H₂ и NO в мольном соотношении 1.5:1-5:1 (обычно 2:1) пропускается через суспензию катализатора (25-40 г/л) в растворе серной кислоты (2-6 N). В качестве катализаторов используют платину, нанесенную на графит (обычно 0,5% Pt/графит).

При гидрировании NO наряду с основным продуктом - гидроксиламинсульфатом,  образуются побочные продукты - сульфат аммония и закись азота. И если сульфат аммония можно утилизировать (минеральные удобрения, производство вискозного волокна), то закись азота сжигается с хвостами в факеле, т.е. не утилизируется. В этой связи, надо подобрать такие параметры осуществления процесса гидрирования NO, чтобы добиться наибольшего выхода по гидроксиламинсульфату.

Настоящая работа включала в себя изучение влияния на активность и селективность платиновых катализаторов в гидрировании NO режимов и параметров осуществления процесса гидрирования - загрузки катализатора, температуры реакции, эффективности перемешивания.

С целью изучения этих вопросов был протестирован катализатор - платина, нанесенная на графит (массовая доля платины составляет 0,5 %), на лабораторной каталитической установке гидрирования окиси азота (II).

К настоящему времени получены следующие результаты: показано, что уменьшение выхода побочного продукта - N₂O (закись азота) - достигается при увеличении концентрации суспензии катализатора Pt/графит, при повышении температуры реакционной смеси (см. рис. 1 и 2), снижении скорости подачи газов или увеличении скорости перемешивания суспензии (см. таблицу 1). Сокращения: ГАС- гидроксиламинсульфат, СА- сульфат аммония, ЗА- закись азота.

Таблица 1

Выход продуктов реакции при различных режимах перемешивания реакционной смеси и сдувки абгазов из реактора (Т = 40°С, концентрация катализатора 25 мг_кат/см³)

*- вспененное состояние суспензии, **- отсутствии вспенивания суспензии,***-   ГАС - гидроксиламинсульфат, СА- сульфат аммония

Эти закономерности объясняются переходом процесса гидрирования NO в режим внешней диффузии, когда скорость реакции определяется растворимостью газов реагентов в суспензии катализатора и скоростью их диффузии к поверхности катализатора. Такой режим проведения процесса гидрирования NO характеризуется наибольшей селективностью по основному продукту - гидроксиламинсульфату.