Hydrogen Cyanide Production (Ammoxi

Hydrogen Cyanide Production (Ammoxidation of Methane)
8.3.1 Reaction Chemistry
Although hydrogen cyanide is an extremely toxic gas, it is nevertheless important in the production of
methyl methacrylate and adiponitrile used in nylon synthesis. Annual United States production of HCN is
about 700,000 tons (annual world production is about 2-3 times higher). About 20% of this HCN is a byproduct of acrylonitrile manufacture; more than 70% is made by the Andrussow process developed in the
1930s, while a relatively small amount (less than 10%) is produced in the Degussa or Blausaure-MethanAmmoniak (BMA) process (Kirk-Othmer, 1993;Rase, 2000; Hoffman et af.,2001; Brazdil, 2003).
576 FUNDAMENTALS OF INDUSTRIAL CATALYTIC PROCESSES
In the BMA process, CH4 and NH3 react directly inside ceramic tubes coated with Pt. Since the reaction
between CH4 and NH3 is highly endothermic (see Equation 8.23), high reaction temperatures (around
1200°C) are required; the necessary heat is provided by combustion of a fuel on the outside of these tubes.
NH3+CH4 -+ HCN+3H2 (AHr= 252 kJ/mol) (8.23)
In the Andrussow process, air is added to combust a small amount of CH4 to provide the necessary heat
of reaction. Thus production of HCN by this latter process is not purely an inorganic oxidation; rather, it is
an oxidation-assisted reaction, i.e. an ammoxidation:
NH3+ 2CH4 + 3.502 -+ HCN + C02 + 5H20 (AHr=-474 kJ/mol). (8.24)
The Andrussow process operates adiabatically at about I 100°C. Optimal feed composition is determined by
a compromise between selectivity for conversion of NH3 to HCN, favored by a high CH4/NH3 ratio at a
fixed aidfuel ratio, and overall HCN production rate, favored by a relatively lower CH4/NH3 ratio.
Residence time is extremely low (less than 1 ms) to prevent decomposition and/or oxidation of the HCN
product. The reaction network is very complicated; in fact, 13 simultaneous (series and parallel)
stoichiometric reactions have been identified (Waletzko and Schmidt, 1988); the principal HCN-producing
reaction is the highly endothermic reduction of NH3 with CH4 (Equation 8.24). A large share of the heat
needed to drive the reaction is provided by direct oxidation of a portion of the methane to CO and H2O; CO;!
is formed by the water-gas-shift reaction. Rate expressions for each of the 13 stoichiometric reactions are
provided by Waletzko and Schmidt (1988). The overall reaction rate, however, is controlled by mass
transport; therefore, the rate is, as expected, first-order in both NH3 and CH4. Since mass transfer rates
depend upon geometry, overall reaction rate and selectivity are affected by the geometry and external surface
area of the catalyst and even to some extent, the ceramic materials (e.g. monoliths) used to support the
catalyst gauze. Turbulent, well-mixed flow is desirable to minimize mass-transfer-film resistance (Waletzko
and Schmidt, 1988).

Kết quả (Việt) 1:

Sản xuất Hidro xyanua (Ammoxidation của metan)8.3.1 phản ứng hóa họcMặc dù hydrogen cyanide là một khí độc hại vô cùng, Tuy nhiên quan trọng là trong sản xuấtmethyl acrilic và adiponitrile được sử dụng trong tổng hợp nylon. Hàng năm Hoa Kỳ sản xuất Măng xông HCN làkhoảng 700.000 tấn (hàng năm thế giới sản xuất là cao khoảng 2 - 3 lần). Khoảng 20% Măng xông HCN này là một sản phẩm phụ của acrylonitrile sản xuất; hơn 70% được thực hiện bởi quá trình Andrussow phát triển trong cácnăm 1930, trong khi một số lượng tương đối nhỏ (ít hơn 10%) được sản xuất trong quá trình Degussa hay Blausaure-MethanAmmoniak (BMA) (Kirk-Othmer, 1993; Làm ít đi, năm 2000; Hoffman et af., 2001; Brazdil, 2003).576 NGUYÊN TẮC CƠ BẢN CỦA QUÁ TRÌNH XÚC TÁC CÔNG NGHIỆPTrong quá trình BMA, CH4 và NH3 phản ứng trực tiếp bên trong ống bằng gốm sứ tráng với Pt. Kể từ khi các phản ứnggiữa CH4 và NH3 là nhiệt độ cao phản ứng thu nhiệt cao (xem phương trình 8,23), (khoảng1200 ° C) được yêu cầu; nhiệt độ cần thiết được cung cấp bởi đốt cháy nhiên liệu bên ngoài của các ống.NH3 + CH4 - Măng xông HCN + 3H 2 (AHr = 252 kJ/mol) (8,23)Trong quá trình Andrussow, máy sẽ được thêm vào combust một lượng nhỏ của CH4 để cung cấp nhiệt cần thiếtphản ứng. Do đó sản xuất Măng xông HCN bởi quá trình thứ hai này là không hoàn toàn là một quá trình oxy hóa vô cơ; thay vào đó, nó làmột quá trình oxy hóa hỗ trợ phản ứng, tức là một ammoxidation:NH3 + 2CH4 + 3.502- + Măng xông HCN + C02 + 5H 20 (AHr = 474 kJ/mol). (8,24)Quá trình Andrussow hoạt động adiabatically về tôi 100° C. Thành phần nguồn cấp dữ liệu tối ưu được xác định bởimột sự thỏa hiệp giữa chọn lọc chuyển đổi của NH3 Măng xông HCN, ưa chuộng bởi một tỷ lệ CH4/NH3 cao tại mộttỷ lệ cố định aidfuel, và tổng thể các tỷ lệ sản xuất Măng xông HCN, ưa chuộng bởi một tỷ lệ tương đối thấp hơn CH4/NH3.Thời gian cư trú là rất thấp (ít hơn 1 ms) để ngăn chặn sự phân hủy và/hoặc quá trình oxy hóa của măng xông HCNsản phẩm. Mạng lưới phản ứng là rất phức tạp; trong thực tế, 13 đồng thời (series và song song)stoichiometric phản ứng đã được xác định (Waletzko và Schmidt, 1988); chính Măng xông HCN-sản xuấtphản ứng là giảm NH3 với CH4, cao thu nhiệt (phương trình 8,24). Một phần lớn của nhiệtcần thiết để lái xe phản ứng được cung cấp bởi trực tiếp quá trình oxy hóa một phần mêtan CO và H2O; CO;được thành lập bởi các phản ứng nước khí thay đổi. Tỷ lệ biểu hiện cho mỗi người trong số các phản ứng stoichiometric 13cung cấp bởi Waletzko và Schmidt (1988). Tỷ lệ phản ứng tổng thể, Tuy nhiên, do quản lý khối lượnggiao thông vận tải; do đó, tỷ lệ là, như dự kiến, lần đầu tiên đặt hàng NH3 và CH4. Kể từ khi tỷ giá khối lượng chuyểnphụ thuộc vào hình học, nhìn chung tỷ lệ phản ứng và chọn lọc bị ảnh hưởng bởi hình học và bề mặt bên ngoàikhu vực của chất xúc tác và thậm chí đến một mức độ nào, vật liệu gốm (ví dụ như tảng đá nguyên khối) được sử dụng để hỗ trợ cácchất xúc tác gạc. Dòng chảy hỗn loạn, hỗn hợp tốt là mong muốn để giảm thiểu khối lượng chuyển phim kháng (Waletzkovà Schmidt, 1988).

Kết quả (Việt) 2:

Sản xuất Hydrogen Cyanide (Ammoxidation của Methane)
8.3.1 Phản ứng hóa học
Mặc dù hydrogen cyanide là một chất khí vô cùng độc hại, nó vẫn là quan trọng trong việc sản xuất
methyl methacrylate và adiponitrile sử dụng trong tổng hợp nylon. Hàng năm Hoa Kỳ sản xuất của HCN là
khoảng 700.000 tấn (sản lượng thế giới hàng năm là cao hơn khoảng 2-3 lần). Khoảng 20% lượng HCN này là một sản phẩm phụ của sản xuất acrylonitrile; hơn 70% được thực hiện bởi quá trình Andrussow phát triển trong
năm 1930, trong khi một số lượng tương đối nhỏ (dưới 10%) được sản xuất trong Degussa hoặc Blausaure-MethanAmmoniak (BMA) quá trình (Kirk-Othmer năm 1993; làm ít đi, năm 2000; Hoffman và cộng af, 2001;.. Brazdil, 2003)
576 YẾU TỐ CƠ BẢN CÔNG NGHIỆP xúc tác QUY tRÌNH
Trong quá trình BMA, CH4 và NH3 phản ứng trực tiếp bên trong ống gốm tráng với Pt. Kể từ khi các phản ứng
giữa CH4 và NH3 là cao thu nhiệt (xem phương trình 8.23), nhiệt độ phản ứng cao (khoảng
1200 ° C) là bắt buộc; nhiệt cần thiết được cung cấp bằng cách đốt cháy của nhiên liệu ở bên ngoài các ống.
NH3 + CH4 - + HCN + 3H2 (AHR = 252 kJ / mol) (8.23)
Trong quá trình Andrussow, không khí được thêm vào để đốt cháy một lượng nhỏ CH4 để cung cấp nhiệt cần thiết
của phản ứng. Như vậy sản xuất của HCN bởi quá trình sau đây không phải là hoàn toàn là một quá trình oxy hóa vô cơ; đúng hơn, nó là
một phản ứng oxy hóa hỗ trợ, tức là một ammoxidation:
NH3 + 2CH4 + 3,502 - + HCN + C02 + 5H20 (AHR = -474 kJ / mol). (8.24)
Quá trình hoạt động Andrussow đoạn nhiệt tại về tôi 100 ° C. Thành phần thức ăn tối ưu được xác định bởi
một sự thỏa hiệp giữa chọn lọc để chuyển đổi của NH3 để HCN, ưa chuộng bởi một tỷ lệ CH4 / NH3 cao với
tỷ lệ aidfuel cố định, và tỷ lệ sản xuất HCN tổng thể, nhờ một tương đối thấp hơn tỷ lệ CH4 / NH3.
Residence thời gian là rất thấp (ít hơn 1 ms) để ngăn ngừa phân hủy và / hoặc quá trình oxy hóa của HCN
sản phẩm. Các mạng phản ứng là rất phức tạp; trên thực tế, 13 đồng thời (loạt và song song)
phản ứng cân bằng hóa học đã được xác định (Waletzko và Schmidt, 1988); các HCN sản xuất chủ yếu
phản ứng là giảm cao thu nhiệt của NH3 với CH4 (phương trình 8.24). Một phần lớn của nhiệt
cần thiết để làm cho phản ứng được cung cấp bởi quá trình oxy hóa trực tiếp của một phần của metan để CO và H2O; CO ;!
được hình thành bởi phản ứng nước-khí-shift. Biểu hiện tỷ lệ cho mỗi trong số 13 phản ứng cân bằng hóa học được
cung cấp bởi Waletzko và Schmidt (1988). Tỷ lệ phản ứng tổng thể, tuy nhiên, được điều khiển bởi khối lượng
vận tải; Do đó, tỷ lệ này là, như mong đợi, thứ tự đầu tiên trong cả NH3 và CH4. Kể từ khi giá chuyển khối lượng
phụ thuộc vào hình dạng, tốc độ phản ứng tổng thể và chọn lọc bị ảnh hưởng bởi loại hình học và bề mặt bên ngoài
khu vực của chất xúc tác và thậm chí đến một mức độ nào, các vật liệu gốm (ví dụ như monoliths) được sử dụng để hỗ trợ các
gạc chất xúc tác. Hỗn loạn, cũng trộn dòng chảy là mong muốn để giảm thiểu khối lượng kháng-chuyển giao-phim (Waletzko
và Schmidt, 1988).