Спосіб одержання азотної кислоти

1 Спосіб одержання азотної кислоти, що включає каталітичне окиснення аміаку та абсорбцію оксидів азоту з нітрозних газів водою й Винахід відноситься до виробництва мінеральних кислот, зокрема, до способів одержання 50-70% азотної кислоти з нітрозних газів Відомий спосіб одержання азотної кислоти, що включає кагалггичне окиснення аміаку, абсорбцію окисів азоту, що містяться у нітрозних газах, під тиском 0,73 МПа і каталггичне очищення вихлопних нітрозних газів [1 Атрощенко В И , Алексеев А М и др Технология связанного азота - Киев Высшая школа, 1985, с 258-260] Спосіб забезпечує одержання азотної кислоти з масовою часткою азотної кислоти 55-60% при відносно невисоких, у порівнянні з іншими способами, економічних витратах Недоліком способу є необхідність каталггичного очищення вихлопних газів (вміст оксидів азоту в газах, що відходять, на виході з абсорбційної колони нижче 0,1%), що обмежує можливість підвищення економічного процесу Найбільш близьким по технічній сутності до технічного рішення, що заявляється, є спосіб одержання азотної кислоти, що включає каталітичне окиснення аміаку, абсорбцію оксидів азоту, що утворилися нітрозних газів водою з азотною кислотою під тиском 1,1 МПа і каталггичне очищення вихлопних нітрозних газів [2 Власенко В М , Самченко Н П и др Катализ в азотной промышленности - Киев Научная мысль, 1983, с 7 ю азотною кислотою, який відрізняється тим, що процес абсорбції оксидів азоту з нітрозних газів водою та азотною кислотою в абсорбційному вузлі здійснюють у присутності комбінованих масообмінних елементів 2 Спосіб по п 1, який відрізняється тим, що процес абсорбції ведуть при співвідношенні монооксиду, що окиснюється, і дюксиду азоту, що поглинається, яке визначають за рівнянням lgn=-(0,22 0,29)-0,0626-lgP NOx, де n - співвідношення КІЛЬКОСТІ NO, який окиснюється, і NO2, що поглинається, PNOX - парціальний тиск оксидів азоту в нітрозному газі, МПа прототип] Здійснюється даний спосіб за комбінованою схемою з тиском на стадії окиснювання аміаку 0,45 МПа, а на стадії абсорбції оксидів азоту, що утворилися нітрозних газів - 1,1 МПа Вміст ОКСИДІВ азоту в газах, що відходять, на виході з абсорбційної колони складає 0,07-0,1%, що визначає наявність дорогого вузла для каталітичного очищення газів, що відходять Підвищений вміст оксидів азоту в газах, що відходять, обумовлений тим, що процес окиснення монооксиду азоту (NO) в абсорбційній колоні по своїй швидкості відстає від процесу поглинання дюксиду азоту (NO2) і призводить до зниження ступеню окиснення (NO2/(NO+NO2), оксидів азоту по ходу абсорбції з 93 до 50% Інакше кажучи, процес абсорбції оксидів азоту в абсорбційному вузлі здійснюють у неоптимальних співвідношеннях КІЛЬКОСТІ монооксиду азоту, що окислюється і дюксиду азоту, що поглинається Недоліком способу є відсутність можливості підтримувати процес абсорбції на високому рівні внаслідок різкого зниження ступеню окиснення оксидів азоту - ступінь абсорбції при реалізації відомого способу складає не більше 99,3%, що у свою чергу, обумовлює вміст оксидів азоту в газах, що відходять, не менш 0,07% В основу винаходу поставлено задачу удосконалення способу одержання азотної кислоти шляхом збільшення ступеню абсорбції та знижен ю CO 43520 ня вмісту оксидів азоту, що відходять у нітрозних газах за рахунок того, що використовується залежність швидкості процесу абсорбції від співвідношення КІЛЬКОСТІ монооксиду азоту, що окиснюється і дюксиду азоту, що поглинається з одночасним використовуванням комбінованих масообмінних елементів з розвинутою поверхнею Поставлену задачу досягають тим, що, в способі одержання азотної кислоти, який включає каталггичне окиснення аміаку та абсорбцію оксидів азоту з нітрозних газів водою та азотною кислотою, згідно з винаходом, абсорбцію здійснюють у присутності комбінованих масообмінних елементів і процес абсорбції ведуть за співвідношенням монооксиду, що окисляється, і дюксиду азоту, що поглинається, яке визначають за рівнянням Ідп=-(0,22-ь0,29)-0,0626-ІдР NOx, де n - співвідношення КІЛЬКОСТІ N0, який окисляється, і N02, що поглинається, PNOX - парціальний тиск оксидів азоту в нітрозному газі, МПа Проведення процесу абсорбції окислів азоту водою та азотною кислотою в абсорбційному вузлі за співвідношенням кількостей монооксиду азоту, що окиснюється по реакції 2N0 + О2 -> 2NO21 дюксиду азоту, що поглинається по реакції 3NO2 + + НгО -> 2НІ\ІОз + N0 згідно з рівнянням, що заявляється і яке одержане на основі експериментальних даних по вивченню швидкості абсорбції оксидів азоту в залежності від співвідношення N0, що окиснюється і N02, що поглинається під тиском до 1,0 МПа (10,0 атм) з використанням комбінованих масообмінних елементів з розвинутою поверхнею, дозволяє збільшити ступінь абсорбції та зменшити вміст оксидів азоту, що відходить у нітрозних газах При цьому під КІЛЬКІСТЮ монооксиду азота, що окиснюється, мається на увазі полуторна його КІЛЬКІСТЬ від вмісту в газі з урахуванням необхідності окиснення вторинного монооксиду азоту, що регенерується, а під КІЛЬКІСТЮ абсорбованого сумарна КІЛЬКІСТЬ (NO2 + NO), тому що монооксид азоту після окиснення підлягає абсорбції Таким чином, п = 1,5 NO/NO2 + NO Результати експериментів по визначенню оптимальних, граничних і позамежних значень п приведені в таблиці 1 Приклад здійснення способу наведений в табл 2 Процес здійснювали в трьох зонах абсорбційної колони При середній концентрації NOx у межах першого ступеню 4,0%, другого - 0,55%, третього - 0,05%, співвідношення п буде ВІДПОВІДНО 0,61, 0,66 і 0,75 Для забезпечення зазначених п по зонах ВІДПОВІДНО до наших експериментальних даних необхідно застосувати масообмінні елементи (у випадку використання їх як засобу впливу на сполуку нітрозного газу) у першій зоні 300 м2, у другій 350 м2, у третьої 400 м2 при тиску газу в колоні 1,1 МПа і співвідношенні поверхні КМЄ до обсягу 103 м2/м3 Основні показники роботи системи приведені втабл З На зрошення третьої зони абсорбції подається паровий конденсат ВІДПОВІДНО ДО матеріального балансу, після третьої зони кислота з масовою часткою HNO3 2% подається на зрошення другої зони, 25% азотна кислота, що випливає з другої зони, подається на зрошення першої зони Для порівняння впливу співвідношення N0, що окиснюється і N02, що поглинається, на величину вмісту оксидів азоту, що відходять в нітрозних газах за пропонованим способом і прототипом, на основі експериментальних даних зроблений розрахунок абсорбційного вузла при ЗМІНІ П ВІД 0,60 до 0,75 і використанні комбінованих масообмінних елементів Загальний ступінь абсорбції оксидів азоту складе 99,95-99,97%, а вміст оксидів азоту після абсорбційної колони - 0,005-0,003% Гази, що відходять, з таким вмістом оксидів азоту можна викидати в атмосферу без додаткового каталггичного очищення Здійснення процесу дозволить зменшити витрати основної сировини-аміаку, який використовується для одержання азотної кислоти У таблиці 2 представлені результати порівняння ефективності абсорбції оксидів азоту згідно з прототипом і способом, що пропонується Слід, також, зазначити взаємозв'язок між такими технологічними показниками, як концентрація продукційної азотної кислоти, величина абсорбційного обсягу і вміст оксидів азоту в нітрозному газі після абсорбційної колони При здійсненні заходів, що забезпечують інтенсифікацію процесів абсорбції з'являється можливість поліпшення всіх зазначених вище показників (підвищення концентрації продукційної азотної кислоти, зниження величини абсорбційного обсягу, зниження вмісту оксидів азоту в нітрозному газі, що залишає абсорбційну колону) або двох при одному незмінному, або одного при двох незмінних Таким чином, пропонований спосіб дозволяє поліпшити ряд технологічних параметрів і показників (див, результати лабораторних досліджень) Спосіб здійснюється наступним чином Нітрозні гази, отримані шляхом каталггичного окиснення аміаку, прохолоджують у котліутилізаторі Потім ВИДІЛЯЮТЬ З НИХ реакційну воду в холодильниках-конденсаторах, стискають у турбокомпресорі і доокислюють перед подачею в абсорбційну колону в порожньому окиснювачі, або в зональному абсорбері азотною кислотою з концентрацією вище рівноважної Далі нітрозні гази надходять в абсорбційну колону (АК), де здійснюється їхнє поглинання при співвідношенні NO, що окиснюється і NO2, що поглинається згідно рівняння Ig n = -(0,22-ь0,29)-0,0626 Ід PNOx, причому регулювання п ЗДІЙСНЮЮТЬ застосуванням комбінованих масообмінних елементів (КМЄ) Абсорбцію ЗДІЙСНЮЮТЬ по досягненні об'ємної частки оксидів азоту в поглиненому газі 0,005%, після чого рекуперується енергія стислого газу і він викидається в атмосферу В усіх випадках відхилення п від запропонованої залежності убік більш високих и значень приводить до зниження швидкості переробки оксидів азоту в азотну кислоту в абсорбційній колоні Крім того, у процесі абсорбції оксидів азоту від початку до кінця системи не завжди має місце зниження концентрації оксидів азоту в нітрозному газі (наприклад, при обробці нітрозного газу продукційною азотною кислотою чи промивання в 43520 зональному абсорбері (конденсаторі-доокислювачі), а також у випадку абсорбера з нижнью зоною, що працює в режимі відновлення кислоти Таким чином, пропонований спосіб дозволяє знизити вміст оксидів азоту в газах, що відходять, після абсорбційної колони до 0,005% Таблиця 1 Результати експериментів по визначенню оптимальних, граничних і позамежних значень п (при РобЩ= 1,1 Ml~la,t= 30°C, w = 0,3 м/с, 0абсорбери = (аИСк = 0,6-0,77, 3(ПРО2) = 4-6%) № п/п 1 0,825 Рмох, МПа Окисний обсяг, 0,011 0,0055 4,55 6,8 10,5 17,8 39,6 4,9 11 19,06 39,2 52,1 16,7 22,9 31,4 43,9 52,2 4,9 4,7 4,31 1,27 0,39 2,9 2,3 1,96 0,98 0,59 2,9 2,3 1,96 0,98 0,59 0,072 0,093 0,208 0,210 0,217 0,205 0,198 0,120 0,122 0,126 0,118 0,112 5,0 6,5 1,96 1,97 2,03 1,92 1,86 0,56 0,57 0,59 0,55 0,52 л 2 Абсорбційний обсяг, л 3 Ступінь аб 0,115 0,1132 0,109 сорбції ОКИСЛІВ азоту 4 Швидкість КИС 8,1 7,7 7,9 лотоутворювання, моль/з х 103 5 Співвідношен Поза- Межні ня кількостей межні Опт Межні Поза- Поза- Межні Опт Межні Поза межні межні Поза- Межні Опт Межні Поза межні межні межні що окиснюютьСЯ Й ОКСИДІВ 0,68 0,66 0,65 0,62 0,59 0,81 0,79 0,74 0,69 0,66 0,81 0,77 0,75 0,7 0,68 60 60 60 60 60 15 15 15 15 15 4 4 4 4 4 азоту, що поглинаються, п 6 Масова частка азотної кислоти, % Таблиця 2 Спосіб, що пропонується Прототип (АК-72) № Зони АК № тарілок Конц. NO, Конц. HNO3 Поверхня КМЄ, м 2 п № Зони АК № тарілок Конц. NO, Конц. HNO3 Тиск, МПа п 1 1 7 60 300 0,59 1 1 7 60 1,1 0,6 5 2,8 42,8 0,62 5 3 46,2 0,7 10 1 28,1 0,66 10 1,5 30,1 0,75 15 0,2 6,4 0,70 15 0,9 17,4 0,78 20 0,01 0,3 0,72 20 0,5 8,4 0,80 25 0,004 0 0,80 25 0,3 3,2 0,83 ЗО 0,25 1,5 0,87 35 0,2 1,0 0,9 40 0,1 0,4 0,95 45 0,07 0,01 1,0 2 3 4 350 400 43520 Таблиця З № п/п Показники роботи системи Пропонований спосіб Прототип АК-72 Аналог УКЛ-69 1 Концентрація продукціиної кислоти, % 50-65 60 55-60 2 Ступінь абсорбції, % 99,95 99-99,3 98-99 3 Зміст ОКСИДІВ азоту в газах, що відходять, після абсорбційної колони,% 0,005 0,1-0,07 0,2-0,1 4 Наявність каталггичного очищення Немає Є Є 5 Видатковий коефіцієнт по аміаку, кгл" 283,28 286 290 6 Питомий абсорбційний обсяг, м2л~ доба 0,68 0,68 0,7 7 Співвідношення п 0,57-1,0 0,57-1,1 Немає Немає 7,0-0,1 7,0-0,1 1 зона 0,54-0,65 2 зона 0,62-0,70 3 зона 0,70-0,80 8 Поверхня КМЄ, м 2 1 зона 300 2 зона 350 3 зона 400 9 Зміна концентрації азоту в межах зони абсорбцм,% 1 зона 7,0-1,0 2 зона 1,0-0,1 3 зона 0,1-0,005 Тираж 50 екз Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м Ужгород, вул Гагаріна, 101 (03122) 3 - 7 2 - 8 9 (03122) 2 - 5 7 - 0 3