从气体料流中分解一氧化二氮的方法与流程

从气体料流中分解一氧化二氮的方法
1.本发明涉及一种从气体料流中分解一氧化二氮的方法，其中将气体料流预热并供入分解反应器，在其中一氧化二氮分解成氮气和氧气。
2.通常，一氧化二氮分解成氮气和氧气是在催化剂，特别是固定床催化剂存在下进行的。
3.一氧化二氮例如在生产己二酸的工艺中产生。为了生产己二酸，通常将硝酸添加到环己酮和环己醇的混合物中。通过环己酮和环己醇与硝酸的反应，形成含有己二酸、一氧化二氮、一氧化氮和二氧化氮的反应混合物。己二酸通过结晶从反应混合物中取出。通过用空气汽提反应混合物，一氧化二氮、一氧化氮和二氧化氮作为排气除去。因此，至少一部分一氧化氮与氧气反应形成二氧化氮。将富含一氧化二氮和二氧化氮的含空气的排气供入洗涤单元，其中通过用水吸收而从排气中除去二氧化氮。二氧化氮用于生产硝酸，硝酸然后可用于生产己二酸。在洗涤单元中，排气任选与来自氨-空气燃烧的燃烧气体混合，压缩，经过停留时间反应器，在至少一个热交换器中冷却并在吸收器中(优选在吸收塔中)吸收。
4.由于结晶过程在较长时间的停机期间，特别是长于12小时的停机期间容易造成堵塞，长运行时间对己二酸装置的操作是有利的。
5.由于一氧化二氮是温室气体，为了减少排气中的一氧化二氮的量，设置了将一氧化二氮分解成氧气和氮气的工艺。用于分解一氧化二氮的设备通常包含反应器、再生式加热器和用于控制进入反应器的排气的入口温度的附加加热器。此外，为了稀释供入反应器的排气，提供带有压缩机的再循环管线，经其可以将从反应器排出的一部分气体再循环到供入反应器的排气中。
6.一氧化二氮的催化分解通常在430℃至800℃的温度下进行。根据催化剂的状态和温度窗口，可以将可在6至20体积％范围内的进入分解单元的入口料流的一氧化二氮浓度降低到在50至3000体积ppm范围内的从分解单元取出的出口料流中的浓度。
7.用于实现所需分解速率的入口料流的温度尤其取决于入口浓度和催化剂老化程度。因此入口温度通常在430℃至650℃的范围内，随着催化剂老化程度增加而提高入口温度。如果在650℃的入口料流温度下无法实现出口料流中的所需浓度，必须更换催化剂。
8.从来自己二酸生产的排气中分解一氧化二氮的挑战是该反应的高度放热行为。排气料流中每个百分比的一氧化二氮造成25℃的绝热温度升高。为了防止催化剂烧结，分解单元中的温度应该保持低于800℃。另一方面，为了实现一氧化二氮的最有效分解，温度应该尽可能高。在使用标准铬-镍基钢的情况下，常见的限制是入口段的设计温度，其通常在550℃至650℃的范围内。
9.通常通过用净化气体，特别是用来自出口料流的再循环流稀释排气料流而实现避免过高温度。最优入口温度可通过净化气体的最优热回收程度和/或额外的预热实现。
10.通过催化分解从气体料流中除去一氧化二氮的方法和装置描述在例如ep-b 2 387 451、ep-b 1 413 349、ep-b 2 387 450、ep-b 2 165 756或ep-b2 548 629中。
11.此外，为了避免长时间停机，该设备可以包含两个反应器以在进行维护工作，例如更换用过的催化剂时继续该工艺。
12.但是，已知方法的缺点在于，由于催化剂老化，分解一氧化二氮的方法的效率降低。
13.因此，本发明的一个目的是提供一种从气体料流中分解一氧化二氮的方法，其不受催化剂老化的影响并且能够实现一氧化二氮的高度分解和高时间利用率。
14.该目的通过一种从气体料流中分解一氧化二氮的方法实现，所述方法包括：
15.(a)将所述气体料流分流成至少两个分料流和加热所述分料流；
16.(b)将所述分料流各自供入单独的分解反应器，其中各反应器包含催化剂；
17.(c)在分解反应器中将一氧化二氮分解成氮气和氧气以获得净化料流；
18.(d)任选将各净化料流供入用于分解二氧化氮和/或一氧化氮的单元，或合并至少两个净化料流并将合并的净化料流供入用于分解二氧化氮和/或一氧化氮的单元，
19.其中交替更换分解反应器的催化剂，并且其中催化剂之一在其它反应器中的催化剂的寿命算术平均值已经达到一种催化剂的寿命的25％至75％时更换。
20.令人惊讶地，已经表明，通过将气体料流分流成分料流并将分料流各自供入单独的分解反应器，特别是将气体料流分流成第一分料流和第二分料流并将第一分料流供入第一分解反应器和将第二分料流供入第二分解反应器，可以改进分解过程的总效率，并且在分料流经过各自的分解反应器后重新合并之后的排气中的剩余一氧化二氮总量比整个气体料流经过仅一个分解反应器时低得多。
21.一氧化二氮分解成氧气和氮气的反应在升高的温度下和通常在催化剂存在下进行。为了在升高的温度下进行分解反应，必须加热气体料流，或者如果首先将气体料流分流成分料流，则必须加热分料流。
22.根据本发明，首先将气体料流分流成分料流，然后分别加热每个分料流。这能够实现该方法的更高灵活性，并且特别将分料流在优化分解反应的温度下供入各自的分解反应器。
23.气体料流的加热可以通过技术人员已知的任何加热方法进行。为了提高加热过程的效率和减少用于加热气体料流的能量消耗，特别优选通过来自从分解反应器中取出的净化料流的间接热传递来预热气体料流。
24.为了加热分料流，优选使用从各自的分解反应器中取出的净化分料流预热各自的分料流。
25.或者也可在将气体料流分流成分料流并加热分料流之前，预热整个气体料流。在这种情况下，也特别优选通过来自从分解反应器中取出的合并净化料流的间接热传递来预热整个气体料流。
26.为了根据催化剂老化程度优化各分解反应器中的分解，优选的是可以单独设定供入分解反应器的各个分料流的温度。这使得能够将分料流在较高温度下供入含有较旧催化剂的分解反应器、在较低温度下供入含有较新鲜催化剂的分解反应器，因此优化各分解反应器中的一氧化二氮分解。为了单独设定温度，可在分流成分料流之前预热整个气体料流，然后加热分料流，或者首先将气体料流分流成分料流，然后分别加热分料流。特别优选地，首先将气体料流分流成分料流，然后分别加热分料流。
27.用于加热气体料流或分料流的热交换器(在下文中也称为“再生式热交换器”)可以是技术人员已知的任何热交换器，其通过由合同的从分解反应器中取出的净化料流或由
从各自的分解反应器中取出的相应净化料流的热传递进行所述加热。合适的热交换器例如是壳管式热交换器、具有u形管的管束式热交换器、螺旋管式热交换器或盘管。如果使用壳管式热交换器或螺旋管式热交换器，待加热的气体料流和从分解反应器中取出的气体料流可以逆流或并流流动，其中逆流是优选的。如果使用具有u形管的管束式热交换器，待加热的气体料流和从分解反应器中取出的气体料流以交叉流流动。优选使用壳管式热交换器。
28.如果再生式热交换器中的热传递不足以将排气料流加热到将排气料流供入固定床反应器的预定温度，优选提供附加加热器。或者，也可仅使用加热器而省略再生式热交换器。但是，出于节能的原因，优选在再生式热交换器中加热排气料流，并且如果再生式热交换器中的加热不够，则提供附加加热器以便有机会将排气料流进一步加热到预定温度。包含再生式热交换器时的附加加热器或不使用再生式热交换器时的加热器优选是电加热器。但是，除了电加热器之外，直接或间接燃气加热器也可用作附加加热器或加热器。直接燃气加热器是指将燃气加热器的排气添加于含一氧化二氮的排气料流。间接燃气加热器是指通过另外的热交换器将燃气加热器的排气的热传递到含一氧化二氮的排气料流。在燃气加热器中，直接燃气加热器是优选的。
29.将气体料流加热到的温度或将分料流加热到的温度特别取决于气体料流中的一氧化二氮浓度和催化剂老化程度。通常，将气体料流或分料流加热到在430至650℃的范围内的温度，更优选加热到在450至550℃的范围内的温度，特别是加热到在480至520℃的范围内的温度。
30.为了设定温度，优选测定从分解反应器中取出的净化料流中的一氧化二氮浓度。如果该浓度超过给定目标，提高温度直至达到目标浓度或达到温度的上限。温度的上限是以给定偏移量低于由分解反应器的安全联锁装置限定的温度的温度。如果从分解反应器中取出的净化料流中的一氧化二氮的浓度超过目标浓度并达到用于将气体料流供入分解反应器的最高温度，必须更换催化剂。
31.然后将由此加热的排气料流供入固定床反应器以将一氧化二氮分解成氮气和氧气。固定床含有用于一氧化二氮分解的合适催化剂。因此，可以使用适用于分解反应的任何催化剂。合适的催化剂特别是基于氧化铜和氧化锌作为催化材料的催化剂。特别优选地，催化剂包含在作为载体材料的氧化铝和/或氧化镁上的14至18重量％氧化铜和小于20重量％氧化锌的混合物作为催化活性材料。催化剂优选作为具有2mm至2cm，优选4mm至1cm的长度和2mm至10mm，优选4至8mm的直径的挤出物提供。催化剂的横截面形状为圆盘或星形，优选星形。
32.固定床反应器中的反应在430至800℃，更优选450至750℃，特别是520至700℃的温度下进行。
33.由于催化剂的老化和由老化引起的催化剂的部分失活，必须随着催化剂老化程度增加而提高用于进行分解反应的温度。但是，为了避免催化剂烧结，固定床反应器中的温度不应该超过800℃。
34.催化剂可以以任何合适的形式包含在各分解反应器中，例如作为流化床或固定床。优选地，催化剂是固定床催化剂。如果催化剂是固定床催化剂，该催化剂可以是催化剂粒子的规整填料、整料或非规整填料。优选地，固定床是催化剂粒子的非规整填料。随着催化剂在其寿命期间老化，必须在达到其最大寿命后更换催化剂。为了连续操作分解一氧化
二氮的方法，交替更换分解反应器的催化剂。通过交替更换催化剂，可在只有一部分分解反应器(优选只有一个分解反应器)停机更换催化剂的同时运行所有未更换催化剂的分解反应器。只要一个反应器停机，将所有分料流供入未停机的其它分解反应器。为此，如果仅使用两个分解反应器，则将整个气体料流供入未停机的分解反应器。如果使用多于两个分解反应器，则将气体料流分流成分料流，分料流的数量对应于所有分解反应器的数量减去停机的分解反应器的数量，并将各个分料流供入未停机的分解反应器之一。
35.催化剂的更换优选以规则的间隔进行，其中催化剂之一在其它反应器中的催化剂的寿命算术平均值已经达到一种催化剂的寿命的25至75％，优选1/3至2/3时更换。因此优选设定间隔，以使直到反应器之一停机以更换催化剂之前所有反应器的运行时间始终基本相同。这意味着，例如，如果使用两个分解反应器，则一个分解反应器的催化剂在另一个分解反应器的催化剂已经达到其寿命的25-75％，优选1/3至2/3，特别是其寿命的一半时更换。如果使用三个分解反应器，则一个分解反应器的催化剂在其它反应器的催化剂已经达到它们寿命的25％至75％时，特别是当其它反应器的催化剂已经达到它们寿命的1/3至2/3时更换。特别优选地，一个分解反应器的催化剂在第二分解反应器的催化剂已经达到其寿命的大约1/3并且第三分解反应器的催化剂已经达到其寿命的大约2/3时更换。
36.通过这样的更换间隔，避免了至少两种催化剂可能接近其寿命终点，并且独立于更换催化剂的分解反应器，不存在运行中的其它分解反应器的催化剂效率接近它们寿命终点的风险。当分解反应器之一停机更换催化剂时，由于运行中的分解反应器中的催化剂仅达到其寿命的一部分，催化剂具有始终基本相同的限定效率。
37.由于催化剂老化，催化剂的效率随着催化剂的寿命推进而降低。这导致一氧化二氮的分解减少。为了尽可能减少气体料流中的一氧化二氮的量，优选减少供入含有较旧催化剂的分解反应器的分料流的量，并增加供入含有较新鲜催化剂的分解反应器的分料流。通过减少供入含有较旧催化剂的分解反应器的分料流，可以优化整个过程的效率。
38.作为减少供入含有较旧催化剂的分解反应器的气体料流的量的替代或补充，可以提高供入含有较旧催化剂的分解反应器的分料流的温度以优化如上所述的催化剂的效率。特别优选地，在减少供入含有较旧催化剂的分解反应器的分料流的同时，提高该分料流的温度。
39.气体料流可以源自形成或使用一氧化二氮的任何工艺。这样的工艺例如是己二酸的生产。为了生产己二酸，将硝酸添加到环己酮和环己醇的混合物中。通过环己酮和环己醇与硝酸的反应，形成含有己二酸、一氧化二氮、一氧化氮和二氧化氮的反应混合物。例如通过用空气汽提而从反应产物中除去一氧化二氮、一氧化氮和二氧化氮。通过汽提，获得包含己二酸的粗产物和富含一氧化二氮、一氧化氮和二氧化氮的含空气的排气。通常，至少一部分一氧化氮与氧气反应，形成二氧化氮。二氧化氮优选通过洗涤除去并重新用于生产硝酸。
40.如果气体料流是源自生产己二酸的工艺的排气，特别优选在将气体供入用于分解一氧化二氮的方法之前对排气料流进行后处理以除去氮氧化物。
41.优选地，通过压力吸收将氮氧化物从排气料流吸收到水中。为了在水中吸收氮氧化物，优选使用吸收塔。吸收塔可以逆流或并流操作，优选逆流操作。为此，将排气料流在一端，优选在底部供入吸收塔，并在另一端，优选在吸收塔的顶部供入水。在吸收塔内，二氧化氮通过形成硝酸和一氧化氮而吸收在水中。一氧化氮与排气料流中的氧气反应形成二氧化
氮，二氧化氮再次通过形成硝酸和一氧化氮而吸收在水中。这一过程沿整个塔重复，以致在塔的出口处，排气料流中的二氧化氮以及一氧化氮的量减少。在通过这种机制吸收氮氧化物之后，在底部从吸收塔中取出包含水的硝酸。吸收塔优选包含10至80级，更优选20至70级，特别是40至60级。进行吸收的温度优选在5至70℃的范围内，更优选在10至60℃的范围内，特别是在20至50℃的范围内。
42.吸收塔优选包含内部构件。合适的内部构件例如是填料，如填充床或规整填料。此外，吸收塔可包含塔盘作为内部构件。特别优选地，吸收塔中的内部构件是水冷塔盘。
43.排气料流优选与来自氨燃烧的附加气体混合物一起供入吸收塔，所述附加气体混合物主要包含一氧化氮和二氧化氮、水、氧气、氮气、氩气和二氧化碳。
44.附加地或替代性地，除了将含一氧化二氮的排气料流任选与来自氨燃烧的附加气体混合物一起供入吸收塔之外，还优选在将排气料流供入吸收塔之前将排气料流中所含的一氧化氮氧化成二氧化氮。为了氧化一氧化氮，优选将排气料流压缩至1.2至3巴(绝对)，更优选1.3至2.7巴(绝对)，特别是1.5至2.5巴(绝对)的压力。在随后的步骤中或同时，将排气料流冷却至20至50℃，更优选25至45℃，特别是30至40℃的温度。在冷却后，将排气料流在第二步骤中压缩至3至12巴(绝对)，更优选4至11巴(绝对)，特别是5至10巴(绝对)的压力。
45.使由此压缩的排气料流和补给空气经过停留时间反应器，其中压缩的排气料流和补给空气的归一化体积流量的比率优选在1.5至3.5的范围内，更优选在1.6至2.9的范围内，特别是在1.8至2.5的范围内。进入停留时间反应器的排气料流的入口温度优选在120至300℃的范围内，更优选在150至275℃的范围内，特别是在220至250℃的范围内，离开停留时间反应器的排气料流的出口温度优选在250至360℃的范围内，更优选在270至350℃的范围内，特别是在280至340℃的范围内。排气料流在停留时间反应器中的停留时间优选在10至60秒的范围内，更优选在15至50秒的范围内，特别是在20至30秒的范围内。
46.在经过停留时间反应器之后，将排气料流冷却至10至50℃，更优选20至40℃，特别是30至35℃的温度。
47.在进行用于除去一氧化二氮的压力吸收和/或一氧化氮的氧化反应之后，将排气料流部分或完全供入n2o分离，其中通过使用水的两段吸收/解吸过程来浓缩来自至少一部分排气料流的一氧化二氮。
48.在两段吸收/解吸过程的第一段中，n2o在第一吸收塔中吸收在水中。第一吸收塔在15至30巴(绝对)，更优选17至28巴(绝对)，特别是19至26巴(绝对)的压力下和10至45℃，更优选20至42℃，特别是30至35℃的温度下运行。在第一吸收段之后，在第一解吸器中从水中解吸一氧化二氮，所述第一解吸器在1至1.5巴(绝对)，更优选1.05至1.3巴(绝对)，特别是1.1至1.2巴(绝对)的压力和10至45℃，更优选20至42℃，特别是30至35℃的温度下运行。在从水中解吸后，将所得气体料流供入第二吸收塔，所述第二吸收塔在15至30巴(绝对)，更优选17至25巴(绝对)，特别是19至23巴(绝对)的压力和10至45℃，更优选15至30℃，特别是20至35℃的温度下运行。在1至1.5巴(绝对)，更优选1.05至1.3巴(绝对)，特别是1.1至1.2巴(绝对)的压力下运行的第二解吸器中，获得浓缩的一氧化二氮，优选将其供入生产环十二酮和环戊酮的方法中。
49.来自压力吸收和/或一氧化氮的氧化的排气料流中的一氧化二氮只有一部分在两段吸收/解吸过程中被吸收。优选将剩余部分分流，以在进行一氧化氮的氧化反应之前再循
环到包含来自己二酸生产的排气和任选来自氨燃烧的排气的混合物的排气料流中，以及供入一氧化二氮的分解过程中。
50.即使在两段吸收/解吸过程中从排气料流中除去大部分氮氧化物，从两段吸收/解吸过程中取出的排气料流仍含有5至18体积％的一氧化二氮。由于一氧化二氮具有大约300的温室气体因子，必须从排气料流中除去一氧化二氮。
51.为了从排气料流中除去一氧化二氮，将排气料流加热至100至300℃，更优选170至270℃，特别是210至260℃的温度，然后供入本发明的一氧化二氮分解方法。将排气料流供入一氧化二氮分解方法时的压力优选在5至10巴(绝对)的范围内，更优选在6至9.5巴(绝对)的范围内，特别是在7至9巴(绝对)的范围内。
52.优选地，排气料流在管束式热交换器、u形管束式热交换器或螺旋式热交换器中加热。优选地，管束式热交换器用于加热。作为加热介质，优选使用从停留时间反应器取出的热排气。然后将由此加热的气体料流供入本发明的方法的步骤(a)，其中将料流分流成分料流并加热至将分料流供入分解反应器时的温度。特别优选地，在分流成分料流之前首先将整个气体料流加热至100至300℃，更优选170至270℃，特别是170至270℃的温度，然后将分流后的分料流分别加热至将分料流供入分解反应器时的温度。
53.为了洗涤己二酸生产的排气，通常提供两个压力吸收单元。在这两个压力吸收单元中，只有一个吸收单元用己二酸排气运行。根据本发明，如果只有一个压力吸收单元运行，离开这个压力吸收单元的气体料流是通过本发明的方法处理并且在本发明的方法的步骤(a)的分流中加热的气体料流。
54.含有一氧化二氮和任选剩余一氧化氮和二氧化氮的剩余排气是供入本发明的方法的气体料流。优选地，供入该方法的气体料流含有3至25体积％的一氧化二氮，更优选4至18体积％的一氧化二氮，特别是6至13体积％的一氧化二氮。此外，供入n2o分解单元的排气料流可包含1至12体积％的氧气、0.5至5体积％的二氧化碳、0至0.3体积％的一氧化碳、0.2至0.8体积％的稀有气体(特别是氩气)、0.1至2体积％的水和200至5000体积ppm的氮氧化物，更优选1.5至6体积％的氧气、0.7至3.5体积％的二氧化碳、0至0.25体积％的一氧化碳、0.3至0.6体积％的稀有气体(特别是氩气)、更优选0.2至1.3体积％的水和300至3000体积ppm的氮氧化物，特别是2至4体积％的氧气、1至2体积％的二氧化碳、0至0.2体积％的一氧化碳、0.2至0.5体积％的稀有气体(特别是氩气)、0.3至1体积％的水和500至1000体积ppm的氮氧化物。
55.排气料流中的主要组分是以55至95体积％，更优选70至92体积％，特别是80至90体积％的量包含的氮气。除这些组分外，排气料流还可含有另外的杂质，其量通常低于2体积％，更优选低于1体积％，特别是低于0.5体积％。
56.为了实现从分解反应器取出的净化气体中足够低的一氧化二氮浓度，供入分解反应器的气体料流中的一氧化二氮浓度应该低于13体积％，更优选低于12体积％，特别是低于11体积％。如果气体料流中的一氧化二氮浓度高于这些值，优选将从分解反应器取出的净化气体的一部分作为再循环料流再循环到分解反应器。设定再循环料流的量，以使供入分解反应器的气体料流中的n2o量保持低于这些浓度值。
57.通过再循环鼓风机建立再循环料流。再循环净化气体的量取决于再循环鼓风机的旋转速度和/或再循环鼓风机的内部再循环速率。通过改变再循环鼓风机的压力和入口侧
之间的内部再循环程度，可以在不改变再循环鼓风机的旋转速度的情况下改变有效再循环料流。
58.优选地，单独设定各分解反应器的再循环料流。通过单独设定各分解反应器的再循环料流，可在最佳条件下运行各分解反应器。
59.本发明的分解一氧化二氮的方法特别适用于工业规模的工艺。因此，供入包含至少两个分解反应器的n2o分解单元的体积流量可以在5000至70000nm3/h的范围内，更优选在7000至60000nm3/h的范围内，特别是在10000至50000nm3/h的范围内。但是，除了以工业规模后处理含一氧化二氮的排气外，也可在产生较少量一氧化二氮排气的工艺中使用该方法，例如在中试工厂或实验室中。但是，特别优选地，该方法以工业规模使用。
60.以固定床上的每小时和每千克催化剂的归一化立方米计的含一氧化二氮的体积流量的催化剂载量在0.5至10nm3/h/kg催化剂的范围内，更优选在1.5至6.5nm3/h/kg催化剂的范围内，特别是在2至4nm3/h/kg催化剂的范围内。
61.一氧化二氮分解成氮气和氧气可以以理想等温或理想绝热模式，或以在理想等温或理想绝热之间的模式进行。一氧化二氮分解成氮气和氧气是强放热反应。供入反应器的排气中每个百分比的一氧化二氮在理想绝热模式下导致排气的温度升高25开尔文。在理想等温和理想绝热之间的反应器模式由绝热程度定义，其是100％减去通过传导和辐射从催化剂床传递到其环境如围壁、催化剂载体材料的热通量除以反应热通量的比率。分解反应以大于55％，优选大于75％，更优选大于85％的绝热进行。
62.为了在催化剂床中引发反应，进入催化剂床的排气流和/或催化剂床的一定入口温度是必要的。在高浓度一氧化二氮、一氧化二氮几乎完全分解和反应床中具有高绝热程度的反应模式的情况下，这可能导致气体出口温度高于由于安全原因而许可的最高温度。通常，通过安全联锁防止超过这样的温度上限，安全联锁具有最高温度的给定设定点。为了将温度波动和温度测量的不确定性考虑在内，选择以给定偏移量低于安全联锁装置的设定点的最高运行温度。所选偏移量优选在100至3k之间，优选在50至3k之间，更优选在30至3k之间，特别是在20至3k之间。
63.为了防止催化剂床或气相中的高温，优选加入不含一氧化二氮或含有较低量一氧化二氮的气体以实现一氧化二氮的优选含量。通过在上述范围内的一氧化二氮含量，优化了分解反应，因此可以使从分解反应器中取出的净化料流中的剩余一氧化二氮的量最小化。为了减少分料流中的一氧化二氮含量，特别优选将从分解反应器中取出的净化料流的一部分再循环到在加热之前的供入分解反应器的分料流中。
64.如果使用再生式热交换器，将离开分解反应器的净化气体料流供入再生式热交换器以用于加热随后供入分解反应器的气体料流。如果仅使用一个再生式热交换器并且气体料流在经过再生式热交换器之后被分流，则净化气体料流在供入再生式热交换器之前合并。另一方面，如果气体料流在再生式热交换器中加热之前被分流，则将离开分解反应器的各个分料流供入各自的再生式热交换器，在这里该气体料流在供入分解反应器之前被加热。在各个再生式热交换器中，净化气体料流通过向供入该方法的气体料流进行热传递而被冷却。
65.无论是否包含再生式热交换器，优选进一步冷却从固定床反应器取出的净化气体。冷却优选通过在至少一个热交换器中的热传递进行，其中热被传递到冷却介质，特别是
水。特别优选地，在至少一个热交换器中，通过来自从固定床反应器取出的净化气体的间接热传递使水蒸发和/或过热。用于冷却净化气体的合适的热交换器例如是管束式热交换器、u形管束式热交换器或螺旋式热交换器或在排气路径中的盘管。
66.由于气体料流可能含有在分解反应器中没有分解的一氧化氮和/或二氧化氮，优选将净化料流供入用于分解二氧化氮和/或一氧化氮的单元。因此，可为每个净化料流提供用于分解二氧化氮和/或一氧化氮的单元，或者替代性地并且优选地合并净化料流并将合并的净化料流供入一个用于分解二氧化氮和/或一氧化氮的单元。此外，如果包含多于一个用于分解二氧化氮和/或一氧化氮的单元，可将合并的净化气体料流供入仅一个用于分解二氧化氮和/或一氧化氮的单元。在这种情况下，第二个用于分解二氧化氮和/或一氧化氮的单元例如是备用单元，其可以在另一个分解二氧化氮和/或一氧化氮的单元进行维护操作时使用。
67.用于分解二氧化氮和/或一氧化氮的单元可以是技术人员已知的用于分解二氧化氮和/或一氧化氮的任何单元。通常，在这种用于分解二氧化氮和/或一氧化氮的单元中，通过选择性非催化还原或选择性催化还原来分解二氧化氮和/或一氧化氮。在该反应中，氨或脲用作还原剂。
68.由于经过分解反应器和任选经过用于分解二氧化氮和/或一氧化氮的单元的气体料流的高压力，优选在将气体释放到大气中之前使气体料流经过膨胀涡轮机。通过使气体料流经过膨胀涡轮机，压力可用于产生电流或例如用于驱动压缩机或具有应该被驱动的旋转部件的任何其它装置。
69.本发明的一个示例性实施方案显示在附图中并在以下说明中更详细地解释。
70.在附图中：
71.图1显示分解一氧化二氮的方法的示意性流程图，
72.图2显示用于分解一氧化二氮的单元。
73.图1显示分解一氧化二氮的方法的示意性流程图。
74.在根据本发明的分解一氧化二氮的方法中，将含有一氧化二氮和任选一氧化氮和二氧化氮的气体料流1分流成第一分料流3和第二分料流5。将第一分料流3供入第一分解单元7，并将第二分料流5供入第二分解单元9。
75.在第一分解单元7和第二分解单元9中，第一分料流3和第二分料流5中的一氧化二氮被分解成氮气和氧气，并获得第一净化料流13和第二净化料流15。在图1中所示的实施方案中，在经过第一分解单元7和第二分解单元9之后，将所得第一净化料流13和第二净化料流15重新组合，并供入用于分解一氧化氮和/或二氧化氮的单元11。用于分解一氧化氮和/或二氧化氮的单元11因此可以是技术人员已知的任何氮氧化物分解单元。
76.除了如图1中所示将气体料流1分流成两个分料流之外，气体料流也可以分流成多于两个分料流。在这种情况下，将每个分料流供入单独的分解单元。此外，除了在供入用于分解一氧化氮和/或二氧化氮的单元11之前重新组合净化料流之外，也可以将每个净化料流供入单独的用于分解一氧化氮和/或二氧化氮的单元。在经过所述至少一个用于分解一氧化氮和/或二氧化氮的单元11之后，净化气体可以排放到大气中。如果使用多于一个用于分解一氧化氮和/或二氧化氮的单元，可以将每个净化料流排放到大气中，或合并至少两个净化料流，然后排放到大气中。
77.此外，如果将气体料流1分流成多于两个分料流，可重新组合至少两个净化料流的组，并将每个组合料流供入单独的用于分解一氧化氮和/或二氧化氮的单元。
78.使用第一和第二分解单元7、9或任选多于两个分解单元运行气体料流1能够以如下方式被分流：供入各分解单元的气体量能使未分解的一氧化二氮最小化。此外，可以就相应分解单元中的催化剂的活性来优化各分解单元中的温度。例如，可以通过设定旁路43的程度和/或通过设定加热器29的功率和/或通过设定从分解单元7、9的出口回到相应分解单元7、9的入口的再循环料流来实现温度的优化。此外，使用至少第一和第二分解单元7、9使得即使在一个分解单元停机(例如用于维护，如更换催化剂)的情况下也能够持续运行。在这种情况下，如果包含两个分解单元，则将气体料流1供入分解单元7、9中的未停机的那个，如果包含多于两个分解单元，则将气体料流分流成多个分料流，其对应于所有分解单元的数量减去停机的分解单元的数量，并将分料流供入仍在运行中的那些分解单元。
79.如果该装置包含两个分解单元7、9，第一分解单元7和第二分解单元9优选具有相同的设计，其对应于如图2中所示的分解单元21的设计。如果包含多于两个分解单元，所有分解单元优选具有相同的设计，其优选对应于图2中所示的分解单元21的设计。
80.将分料流23(其可以是第一分料流3或第二分料流5，这0取决于分解单元21对应于第一分解单元7还是第二分解单元9)供入热交换器25，在此通过来自从分解单元21取出的净化料流27的热传递将分料流23预热。如果从净化料流27传递的热不足以将分料流23加热到一氧化二氮分解所需的温度，将离开热交换器25之后的分料流23供入加热器29，在此将分料流23加热到将分料流23供入分解反应器31时的温度，在分解反应器31中将一氧化二氮分解成氮气和氧气。加热器29优选是电加热器。
81.通过进一步设定在加热器29中传递到分料流23的热，可以将分料流23的温度设定为将分料流23供入分解反应器31时的预定温度。将分料流23供入分解反应器31时的温度优选在430至650℃的范围内。
82.一氧化二氮的分解反应通常在催化剂存在下进行。因此，分解反应器31含有催化剂，优选固定床催化剂35。在固定床催化剂3中，将一氧化二氮分解以形成氧气和氮气。然后将通过反应获得的气体料流供入热交换器25，以用于加热随后供入分解反应器31的分料流23。通过这种热传递，同时冷却从分解反应器31取出的净化料流27。净化料流27可以在附加热交换器37中进一步冷却。附加热交换器37优选是用于通过水的蒸发产生蒸汽或用于使水过热的热交换器。从附加热交换器37取出的净化料流27可以供入用于分解二氧化氮和/或一氧化氮的单元11或释放到大气中。
83.为了使一氧化二氮基本完全分解或特别是完全分解，必须将供入分解反应器31的气体料流中的一氧化二氮的量保持低于预定上限，特别是低于11重量％。如果这种气体料流含有太多的一氧化二氮，为了减少供入分解反应器31的气体料流中的一氧化二氮的量，提供带有再循环鼓风机41的再循环管线39，再循环管线39连接分料流23的进料管线和净化料流27的出口管线。
84.此外，为了设定供入分解反应器31的分料流23的温度，可以提供旁路43，以绕过再生式热交换器25。旁路43可以关闭以使整个气体料流流过再生式热交换器25，或旁路43打开并将进入再生式热交换器25的进料管线关闭以使整个气体料流流过旁路43，或在第三备选方案中，将气体料流分流，一部分流过再生式热交换器25，一部分流过旁路43。
85.为各分解单元21提供热交换器25和加热器29使得能够单独设定进入分解反应器31的分料流23的温度。但是，除了如图2中所示的这种设计之外，也可1在分流成分料流3、5、23之前至少部分加热整个气体料流1。如果气体料流1在分流成分料流3、5、23之前部分加热，则进行分料流的最终加热，并且这种最终加热能够单独设定各个分料流的温度。如果气体料流在分流成分料流之前完全加热，则不可能进一步设定分料流的温度，因此不可能在各分解单元21中单独设定用于优化一氧化二氮分解的温度。因此，优选的是，各个分料流23至少部分在单独的分解单元21中加热。
86.此外，提供再循环管线39使得能够通过设定从净化气体27再循环到分料流23中的气体量来设定供入相应分解反应器31的各个分料流23中的一氧化二氮浓度。因此，优选的是，各分解反应器23配备如本文所示的再循环管线39。
实施例
87.实施例
88.从己二酸生产工艺中取出的具有40.5℃的温度和6.8巴(绝对)的压力的包含8体积％一氧化二氮的32000nm3/h的排气料流在第一热交换器中加热至273℃的温度，然后将该排气体料流分流成两个分料流。
89.第一分料流具有15600m3/h的体积流量并进入第一一氧化二氮分解单元的再生式热交换器。在该再生式热交换器中，通过电加热将第一分料流加热至490℃的温度，然后将该料流供入具有含8吨一氧化二氮分解催化剂的固定床的反应器。作为催化剂，使用市售basf-catalyst o3-81。将从固定床催化剂排出的具有680℃的温度和90体积ppm的n2o浓度的第一净化气体料流供入第一一氧化二氮分解单元的再生式热交换器。第一净化气体料流离开第一一氧化二氮分解单元的再生式第一热交换器并经过第一蒸汽发生器。
90.具有16400m3/h的体积流量的第二分料流进入第二一氧化二氮分解单元的再生式热交换器，其中通过电加热将该料流加热至490℃的温度，然后供入具有含8吨一氧化二氮分解催化剂的固定床的反应器。作为催化剂，使用市售basf-catalyst o3-81。从固定催化剂床排出的第二净化气体料流具有675℃的温度和70体积ppm的n2o浓度并供入第二一氧化二氮分解单元的第二再生式热交换器。第二净化气体料流离开再生式热交换器并经过第二蒸汽发生器。
91.将第一和第二净化气体料流混合。将该混合气体料流供入denox单元，并在经过膨胀涡轮机之后释放到大气中。混合排气体流的一氧化二氮的浓度为80体积ppm。
92.对比例
93.从己二酸生产工艺中取出的具有34℃的温度和7.2巴(绝对)的压力的包含8体积％一氧化二氮的30400nm3/h的排气料流在第一步骤中在热交换器中加热至254℃的温度，并在第二步骤中通过再生式热交换和通过电加热而加热至512℃的温度，然后供入具有含8吨一氧化二氮分解催化剂的固定床的反应器。作为催化剂，使用市售basf-catalyst o3-81。从固定催化剂床取出的净化气体料流具有710℃的温度并供入再生式热交换器，然后供入蒸汽发生器。蒸汽发生器的排气具有660体积ppm的一氧化二氮浓度并供入denox单元，并在经过膨胀涡轮机之后释放到大气中。

技术特征：
1.一种从气体料流(1)中分解一氧化二氮的方法，其包括：(a)将所述气体料流(1)分流成至少两个分料流(3、5；23)和加热所述分料流(3、5；23)；(b)将所述分料流(3、5；23)各自供入单独的分解反应器(31)，其中各反应器(31)包含催化剂；(c)在分解反应器(31)中将一氧化二氮分解成氮气和氧气以获得净化料流(13、15；27)；(d)任选将各净化料流(13、15；27)供入用于分解二氧化氮和/或一氧化氮的单元(11)，或合并至少两个净化料流(13、15；27)并将合并的净化料流供入用于分解二氧化氮和/或一氧化氮的单元(11)，其中交替更换分解反应器(31)的催化剂，并且其中催化剂之一在其它反应器中的催化剂的寿命算术平均值已经达到一种催化剂的寿命的25％至75％时更换。2.根据权利要求1的方法，其中所述催化剂是固定床催化剂(35)。3.根据权利要求1或2的方法，其中将所述气体料流(1)分流成第一分料流和第二分料流(3、5)并将第一分料流(3)供入第一分解反应器和将第二分料流(5)供入第二分解反应器。4.根据权利要求1至3任一项的方法，其中减少供入含有较旧催化剂的分解反应器(31)的分料流(23)，并增加供入含有较新鲜催化剂的分解反应器(31)的分料流(23)。5.根据权利要求1至4任一项的方法，其中在一个分解反应器(31)的催化剂更换过程中，将所有分料流(3、5；23)供入其它分解反应器。6.根据权利要求1至5任一项的方法，其中可以单独设定供入分解反应器(31)的各个分料流(3、5；23)的温度。7.根据权利要求1至6任一项的方法，其中在将气体料流(1)分流成分料流(3、5；23)并加热所述分料流(3、5；23)之前，预热整个气体料流(1)。8.根据权利要求1至7任一项的方法，其中通过热传递来预热所述分料流(3、5；23)，所述热传递来自从分解反应器(23)中取出的各自的净化料流(27)。9.根据权利要求1至8任一项的方法，其中所述分料流(3、5；23)在加热器(29)中另外加热。10.根据权利要求1至9任一项的方法，其中将从分解反应器(31)中取出的净化料流(27)的一部分再循环到在加热之前的供入分解反应器(31)的分料流(23)中。11.根据权利要求10的方法，其中可以为各分解反应器(31)单独设定再循环到分料流(23)中的净化料流(27)的部分。12.根据权利要求1至11任一项的方法，其中所述包含一氧化二氮的气体料流在生产己二酸的方法中获得。

技术总结
本发明涉及一种从气体料流(1)中分解一氧化二氮的方法，其包括：(a)加热所述气体料流(1)并将所述气体料流(1)分流成至少两个分料流(3、5)，或将所述气体料流(1)分流成至少两个分料流(3、5)和加热所述分料流(3、5)；(b)将所述分料流(3、5)各自供入单独的分解反应器，其中各反应器(31)包含催化剂；(c)在分解反应器中将一氧化二氮分解成氮气和氧气以获得净化料流(13、15)；(d)任选将各净化料流(13、15)供入用于分解二氧化氮和/或一氧化氮的单元(11)，或合并至少两个净化料流(13、15)并将合并的净化料流供入用于分解二氧化氮和/或一氧化氮的单元(11)，其中交替更换分解反应器(31)的催化剂并且其中催化剂之一在其它反应器中的催化剂的寿命算术平均值已经达到一种催化剂的寿命的25％至75％时更换。剂的寿命的25％至75％时更换。剂的寿命的25％至75％时更换。


技术研发人员：A
受保护的技术使用者：巴斯夫欧洲公司
技术研发日：2022.01.05
技术公布日：2023/9/22