Сырьё для производства азотной кислоты

Сырьём для производства азотной кислоты служат аммиак, воздух и вода.

Синтетический аммиак в большей или меньшей степени загрязнён примесями: катализаторная пыль, смазочное масло (при сжатии поршневыми насосами). Для получения чистого газообразного аммиака служат испарительные станции и дистилляционные отделения жидкого аммиака. Дальнейшая очистка осуществляется в фильтрах, фильтрующим материалом, в которых служит хлопчатобумажная замша. Тонкая очистка – в фильтре с поролитовыми трубками.

Воздух также подвергается очистки во избежание отравления катализатора окисления аммиака. Очистка воздуха осуществляется в скруббере, орошаемом водой, затем в двухступенчатом фильтре.

Вода подвергается специальной подготовке: отстою от механических примесей, фильтрованию и химической очистке от растворенных солей. Для получения реактивной азотной кислоты требуется чистый паровой конденсат, который дополнительно очищают от возможных примесей.

Окисление аммиака кислородом воздуха без катализатора возможно только до N₂ .

Катализаторы, применяемые для окисления аммиака, должны обладать избирательными свойствами, т.е. ускорять только одну из всех возможных реакций, а именно реакцию окисления аммиака до оксида азота. Наиболее селективным и активным катализатором данной реакции оказался катализатор, представляющий собой сплав платины (Pt) с палладием (Pd) и родием (Rh).

Существуют различные технологические схемы получения разбавленной азотной кислоты.

Технологическая схема АК-72 разработана в нашей стране в 1976 г. В основу схемы положен замкнутый энерготехнологический цикл с двухступенчатой конверсией аммиака, охлаждением нитрозных газов под давлением 0.44-0.47 МПа и абсорбцией оксидов азота при давлении 1.1-1.26 МПа; продукция выпускается в виде 60%-ной HNO₃.

Воздух забирают из атмосферы через трубу, очищают от пыли в фильтре, сжимают воздушным компрессором до 0.42 МПа и, разделив на два потока, подают в контактный аппарат и подогреватель аммиака. Жидкий аммиак через ресивер поступает в испаритель, где испаряется при 10¸16 °С и давлении 0.6 МПа. После испарения газообразный аммиак очищают от масла и механических примесей в фильтре и направляют в подогреватель аммиака, где он нагревается до 80¸120°С воздухом.

Ресивер (анг., букв.— получатель) – сосуд для скапливания газа или пара. Предназначается для сплавливания колебаний давления, вызываемых пульсирующей подачей и прерывистым расходом.

Очищенный воздух и аммиак поступают в смесительную камеру контактного аппарата. Образующаяся аммиачно-воздушная смесь содержит» 10% NH_3. Пройдя тонкую очистку в фильтре, встроенном в контактный аппарат, аммиачно-воздушная смесь поступает на двухступенчатый катализатор, состоящий из трех платиноидных сеток слоя не платинового катализатора. Нитрозные газы, содержащие оксид азота, азот, кислород и пары воды, при температуре 840-860°С поступают в котел-утилизатор, расположенный под контактным аппаратом, где за счет их охлаждения получают пар давлением 40 МПа при температуре 440°С. Котел питают химически очищенной водой деаэрированной в колонне. Деаэрированная вода проходит теплообменник, где нагревается нитрозными газами до 150°С, экономайзер и затем поступает в барабан котла-утилизатора.

Экономайзер – теплообменник для предварительного подогрева воды за счет теплоты отходящих газов.

Нитрозные газы после котла-утилизатора охлаждаются в экономайзере, отдают теплоту в подогревателе и затем поступают в водяной холодильник для охлаждения до 55°С. При охлаждении нитрозных газов происходит конденсация паров воды с образованием 40¸45%-ной азотной кислоты. Нитрозные газы вместе с образовавшейся кислотой поступают в газовый промыватель. В промывателе происходит одновременно с охлаждением промывка нитрозных газов от нитрит-нитратных солей и дальнейшая конденсация азотной кислоты. Кислота из нижней части промывателя подаётся в абсорбционную колонну, а нитрозные газы сжимаются в компрессоре до 1,1¸1,26 МПа, нагреваясь при этом до 210¸230°С. После сжатия нитрозные газы охлаждаются в холодильнике до 155¸165°С, в холодильнике второй ступени до 60¸65°С и подаются в адсорбционную колонну. На тарелках колонны расположены змеевики для охлаждения кислоты. Сверху в колонну поступает паровой конденсат с температурой не выше 40°С. Снизу колонны выводится 58-60 % азотная кислота; она поступает в продувочную колонну для удаления растворенных в ней оксидов азота и далее направляется в хранилище.

Отходящий из адсорбционной колонны газ нагревается в подогревателе (топочном устройстве), смешивается в смесителе с природным газом и подогретый до 480°С направляется на каталитическую очистку от оксидов азота в реактор. Катализатором очистки служит алюмопалладиевый катализатор АПК-2. После каталитического разложения выхлопные газы, содержащие до 0,008% оксидов азота при температуре 750°С, поступают в рекуперационную турбину; входящую в состав газотурбинного агрегата. Здесь тепловая энергия выхлопных газов преобразуется в механическую с одновременным снижением давления газа до 0,95¸1,05 Мпа. Энергия, вырабатываемая в газовой турбине, используется для привода компрессоров (нитрозного и воздушного).

Концентрированную азотную кислоту можно получать прямым синтезом из оксидов азота при их взаимодействии с водой и кислородом.

В других случаях производят концентрирование азотной кислоты с помощью водоотнимающих веществ. Получить концентрированную азотную кислоту перегонкой разбавленной кислоты невозможно. При кипении и перегонке разбавленной азотной кислоты ее можно упарить до 68,4% (азеотропная смесь), после чего состав перегоняемой смеси не меняется.

Азеотропная смесь – жидкая смесь, которая при данном давлении не разделяется на компоненты путем перегонки.

В промышленности перегонку разбавленных водных растворов азотной кислоты осуществляют в присутствии водо-отнимающих веществ (концентрированная серная кислота, фосфорная кислота и другие). Применение водо-отнимающих веществ дает возможность понизить содержание водяных паров над кипящей смесью и увеличить содержание паров азотной кислоты, при конденсации которых получается 98%-ная HNO₃ .

Разбавленная азотная кислота из напорного бака подается в колонну через два фонаря расходомера, включенные параллельно. Один поток кислоты проходит в испаритель и подается в виде смеси жидкости и пара на десятую тарелку колонны, другой поток без подогрева поступает на вышележащую тарелку.

Отходящий из абсорбционной колонны газ нагревается в подогревателе (топочном устройстве), смешивается в подогревателе

Серная кислота из напорного бака через регулятор подается в верхнюю часть колонны выше ввода холодного потока азотной кислоты. В нижнюю часть колонны вводится острый пар, при нагревании которым из тройной смеси начинает испарятся азотная кислота. Пары азотной кислоты при температуре 70¸85°С, поднимаясь вверх, выходят через штуцер в крышке колонны и поступают в холодильник-конденсатор. В этих парах имеются примеси оксидов азота и воды. В холодильнике-конденсаторе пары азотной кислоты при температуре около 30°С конденсируются с образованием 98¸99%-ой HNO ₃ при этом оксиды азота частично поглощаются этой кислотой. Концентрированная азотная кислота, содержащая оксиды азота, направляется на две верхние тарелки концентрационной колонны и проходит их последовательно, причем оксиды выдуваются из раствора парами азотной кислоты, поступающими в конденсатор. Несконденсировавшиеся пары азотной кислоты и выделившиеся оксиды азота направляются на абсорбцию в башню, орошаемую водой. Полученная 50% кислота поступает в сборник и вновь направляется на концентрирование. Концентрированную азотную кислоту после охлаждения направляют на склад готовой продукции.

Отработанная серная кислота, содержащая 65¸85% H₂SO₄ , поступает на концентрирование. При концентрировании азотной кислоты с применением 92¸93% серной кислоты расход последней значительно сокращается при подаче на концентрирование 59-60%-ой HNO₃. Поэтому выгодно проводить предварительное концентрирование 50%-ой HNO₃ до 60%-ой путем простого упаривания.

Поиск по сайту: