Азотной кислоты методом прямого синтеза

Наибольшее распространение получила схема производства концентрированной азотной кислоты, в которой окисление NH₃ проводят при атмосферном давлении, а абсорбцию оксидов азота при 0,343 МПа (рис. 40).

Реакционная вода выделяется в холодильнике-промывателе и газ с содержанием 11,7% об. оксидов азота при Т=40–45 °С поступает на всас турбокомпрессора 1, дожимается до 0,412 МПа (Т=280–290 °С). Газы, содержащие NO, окисляются в окислителе 2, охлаждаются в аппаратах 3,4 и поступают на окисление в колонну 5, где происходит окончательное окисление NO. На 21-ю тарелку окислительной колонны поступает НNO₃ с концентрацией 60–65 % мас. из зоны промывки нитроолеумной колонны.

В нижнюю часть нитроолеумной колонны 6 поступают окисленные на 98–99 % нитрозные газы, где они доокисляются 98–99 %-ной НNO₃ и направляются в верхнюю часть колонны – зону нитроолеумной абсорбции. На орошение этой зоны также поступает концентрированная НNO₃, охлажденная как и газ до 0 °С. Газ охлаждается змеевиками на тарелках, а кислота в рассольном холодильнике 20. Образующийся нитроолеум, содержащий 35–40 % мас. N₂O₄, подается в напорный бак 7, а из него в отбелочную колонну 8, где происходит отгонка оксидов азота. Хвостовые газы из нитроолеумной колонны 6, пройдя ее верхнюю часть, орошаемую кислым конденсатом, направляются на очистку в реактор 25.

Разбавленная азотная кислота с концентрацией 45–60 % мас. из окислительной 5 и с концентрацией 70–80 % мас. из нитроолеумной 6 колонн собирается в сборнике 23 и используется для приготовления сырой смеси в смесителе 17.

Оксиды азота и разбавленная НNO₃ (т.е. сырая смесь) подается в автоклав 14, где кислородом создается давление 4,9 МПа. Здесь получается концентрированная 98 %-ная НNO₃, которая поступает на отбеливание в среднюю часть отбелочной колонны 8. Часть ее затем идет на орошение в нитроолеумную колонну 6, а основной поток на склад. Продувочные газы, содержащие оксиды азота, из автоклава 14 подаются в нижнюю часть окислительной колонны 5, т.е. в цикл. Газы, которые не сконденсировались в холодильниках 9,10 после выделения их из нитроолеума в отбелочной колонне 8, подаются как нитрозные на всас турбокомпрессора 1.

Основное технологическое оборудование производства концентрированной азотной кислоты методом прямого синтеза

1. Окислительная колонна. Имеет 40 ситчатых тарелок с d_отв=2 мм, шаг 9 мм. D=3000 мм; Н=46400 мм. Материал – сталь Х18Н9Т.

2. Колонна нитроолеумная. Приведена на рис. 41.

Имеет 25 ситчатых тарелок: зона доокисления (нижняя часть) – 7 тарелок, нитроолеумная абсорбция (средняя часть) –14 тарелок (с 8 по 21-ую), зона промывки (верхняя часть) – 4 тарелки (с 22 по25-ую). На пяти тарелках зоны доокисления и всех 14-ти зоны нитроолеумной абсорбции размещены змеевики (F_об=397 м²), охлаждаемые рассолом. Основные размеры аппарата: D=2400 мм; Н=27010 мм. Материал – сталь ЭИ-654.

3. Отбелочная колонна. Тарельчато-каскадного типа. Приведена на рис. 42. Состоит из 3 царг D=800 мм, на верхней из них установлен дефлегматор D=1200 мм. В дефлегматоре насадка из алюминиевых или керамических колец с размерами 25×25×4 мм, Н=1300 мм, орошаемая нитроолеумом. В верхней царге (Н=1900 мм) установлены каскадные перегородки, представляющие собой полутарелки. Две нижние царги (Н=2670 мм) содержат 6–8 конических одноколпачковых тарелок, обогреваемых паром через рубашки (F=8м²)

Общая высота аппарата составляет 9550 мм. Материал – алюминий.

4. Автоклав непрерывного действия. Представлен на рис. 43.

Состоит из: а) цилиндрического корпуса толщиной 40 мм из углеродистой стали D_вн.=1140 мм; Н=8610 мм (Р_{расч., раб.}=5,101 МПа); б) внутреннего защитного стакана из алюминия марки АД-О, толщиной 10 мм, который служит для предохранения стального корпуса от действия оксидов азота и кислоты в случае нарушения уплотнения реакционного стакана, имеющего размеры: D=1084 мм, Н=8343 мм; в) реакционного стакана из алюминия марки А-85, толщиной 25 мм, имеющего размеры: D_вн.=990 мм; Н=8315 мм. Стакан находится в висячем положении (зажат между крышкой и фланцем стального корпуса). В реакционном стакане насадка из 9-ти ситчатых тарелок.

9.9. Описание технологической схемы прямого синтеза азотной кислоты

Широко используются схемы прямого синтеза азотной кислоты из нитрозных газов без включения в них нитроолеумного отделения. Пример такой схемы прямого синтеза азотной кислоты приведен на рис.44.

Исходная аммиачно-водушния смесь из смесителя 1, под давлением 0,6–0,8 МПа подается на сжигание в конвертор 2 (t=880–910 °С). Тепло реакции утилизируется в котле-утилизаторе 3 и подогревателе отходящих газов 4. В трубчатом холодильнике 5 нитрозные газы охлаждаются водой с 300 °С. При этом образуется HNO₃ с содержанием 30 % мас. и происходит осушка нитрозного газа. Оксид азота окисляется до диоксида в холодильнике 6, где частично образуется HNO₃ с концентрацией 58–60 % мас. Для интенсивного окисления в холодильник 6 дополнительно вводится воздух. Газы проходят рассольные холодильники-конденсаторы 7 и 8. В присутствии разбавленной кислоты температура может быть снижена до – 20 °С без возможности кристаллизации N₂O₄. Полученная жидкая фаза (сырая смесь) собирается в смесителе 9. Несконденсировавшиеся газы уходят в абсорбционное отделение производства разбавленной азотной кислоты. Сырая смесь обрабатывается в автоклаве 11 кислородом под давлением Р=4,9 МПа. Полученная смесь перекачивается в емкость 12. В ней содержится ~25 % растворенного N₂O₄. Здесь давление сбрасывается до 0,1 МПа, газы выделяются и идут на абсорбцию. В последующем газы из смесителя 9 и отбелочной колонны 14 охлаждаются в рассольном конденсаторе 16 и возвращаются в жидком виде в смеситель 9.

Сырая кислота из емкости 12 с температурой 70–80 °С охлаждается рассолом в теплообменнике 15 до 0 °С и поступает в отбелочную колонну 14. Это позволяет уменьшить унос паров азотной кислоты с газом. Чистая 98%-ная азотная кислота выходит из нижней части колонны 14, охлаждается в теплообменнике 15 и собирается в емкости 17.

9.10. Схема получения нитроолеума под давлением 0,63 МПа

Применяется в случае получения нитрозного газа конверсией аммиака под давлением и приведена на рис. 45. Так же как и в предыдущей схеме (исключая турбокомпрессор) нитрозный газ проходит окислитель, подогреватели воздуха и хвостовых газов 9 и охлаждается в холодильнике-конденсаторе 3 до 50–60 °С, где конденсируется вода с образованием НNO₃ с содержанием 40–50 % мас. Образующаяся кислота проходит колонну 2 удаления NO_х и используется в промывателе хвостовых газов 4 от паров НNO₃, затем эта кислота подается на 6-ю или 8-ю тарелку нитроолеумной колонны 5, в нижнюю часть которой подаются нитрозные газы (на 1 тарелку). На 9-ти тарелках происходит абсорбция оксидов азота азотной кислотой и ее концентрация повышается до 58–60 % мас. Отбеленная в отбелочной колонне 6 эта кислота направляется на склад. После абсорбции нитрозный газ проходит доокислительную зону, орошаемую нитроолеумом. При этом 98 %-ная НNO₃, содержащаяся в нитроолеуме, разбавляется до 65 % мас. и используется для приготовления сырой смеси. Далее нитрозный газ проходит зону нитроолеумной абсорбции, где орошается 98 %-ной кислотой, охлажденной до 0 °С и направляется на отмывку от паров НNO₃ в промыватель 4. Из средней части колонны выводится нитроолеум и подается в автоклавное отделение.

Далее вся процедура аналогична рассмотренной ранее в разделах 9.8 и 9.9.

Поиск по сайту: