Спосіб виробництва азотної кислоти

1. Спосіб виробництва азотної кислоти, що включає каталітичне окислення аміаку киснем повітря до оксиду азоту (II) з утворенням нітрозного газу, охолодження нітрозного газу до температури не більше 290°С, гомогенне окислення оксиду азоту (II) нітрозного газу до оксиду азоту (IV), охолодження нітрозного газу до температури не більше 200°С, охолодження нітрозного газу в холодильниках-конденсаторах до температури не більше 65°С з конденсацією водяної пари з утворенням азотної кислоти та абсорбцію оксидів азоту водою з одержанням продукційної азотної кислоти в абсорбційній колоні в присутності азотної кислоти, утвореної в результаті конденсації водяної пари в холодильниках-конденсаторах, який відрізняється тим, що нітрозний газ після його охолодження в холодильниках-конденсаторах додатково пропускають через окислювач з насадкою, в якому окислення оксиду азоту (II) до оксиду азоту (IV) здійснюють в гомогенно-гетерогенній системі "газ-твердетіло", а потім подають на абсорбцію оксидів азоту в абсорбційну колону. 2. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що об'єм насадки в окислювачі становить 20-70% від об'єму окислювача. Запропонована корисна модель відноситься до технології виробництва неконцентрованої азотної кислоти і може бути використана у виробництві азотної кислоти з нітрозних газів. Відомий спосіб виробництва азотної кислоти з нітрозних газів, який включає наступні стадії: - каталітичне окислення аміаку киснем повітря до оксиду азоту з утворенням нітрозного газу; - охолодження нітрозного газу в котліутилізаторі; - гомогенне окислення оксиду азоту (II) до оксиду азоту (IV); - охолодження нітрозного газу в теплообмінниках до температури 170°С; - рідинне окислення оксиду азоту (II) нітрозного газу азотною кислотою з концентрацією 40,050,0% мас. при температурі 90-120°С в окислювачі з насадкою з одночасним розкисленням азотної кислоти до 10-30%мас; - конденсацію реакційної вологи в холодильнику-конденсаторі з додаванням повітря з утворенням розчину азотної кислоти з концентрацією 40,0-50,0% мас. і направленням її на стадію рідинного доокислення оксиду азоту (II) нітрозного газу; - абсорбції оксидів азоту водою в присутності розкисленої азотної кислоти, що утворилася на стадії рідинного окислення оксиду азоту (2) азотною кислотою з одержанням продущійної азотної кислоти. [1]. Відомий спосіб забезпечує одержання продукційної азотної кислоти концентрації 50-70% мас. та низьким (0,08% об.) вмістом оксидів азоту в „хвостових" газах після абсорбційної колони. Недоліком відомого способу є його недостатня економічність і складність обумовлені рідинним окисленням оксиду азоту (II) до оксиду азоту (IV) азотною кислотою, наявністю додаткового холодильника-конденсатора а також циркуляційного контуру азотної кислоти з холодильника ІП 7759 конденсатора в окислювач з насадкою і далі в абсорбційну колону Крім того, в процесі рідинного окислення азотною кислотою оксиду азоту (II) до оксиду азоту (IV) на стадії конденсації реакційної вологи в холодильнику-конденсаторі з введенням додаткового повітря йде часткова втрата оксиду азоту (IV) з утворюваним розчином азотної кислоти і утворення вторинного оксиду азоту (II) за реакцією (1), що зменшує окисленість нітрозного газу та концентрацію оксидів азоту в нітрозному газі на вході в абсорбційну колону 3NO2+H2O=2HNO3+NO+Q2 (1) Це викликає необхідність роботи нижньої зони колони абсорбції в режимі відновлення кислоти і потребує або збільшення КІЛЬКОСТІ тарілок в колоні для досягнення низької (0,08% об) концентрації оксидів азоту в „хвостовому" газі, що виходить з колони абсорбції, або зниження концентрації продукційної азотної кислоти чи збільшення концентрації оксидів азоту в „хвостовому" газі при одній і тій же КІЛЬКОСТІ тарілок в колоні Найбільш близьким по технічній суті та досягаемому результату до заявленого способу є спосіб виробництва азотної кислоти, що включає каталітичне окислення аміаку киснем повітря до оксиду азоту (II) з утворенням нітрозного газу, охолодження нітрозного газу до температури не більше 290°С, гомогенне окислення оксиду азоту (II) нітрозного газу до оксиду азоту (IV), охолодження нітрозного газу до температури не більше 200°С, охолодження нітрозного газу в холодильниках-конденсаторах до температури не більше 65°С з конденсацією водяної пари з утворенням азотної кислоти та абсорбцію оксидів азоту водою з одержанням продукційної азотної кислоти в абсорбційній колоні в присутності азотної кислоти, утвореної в результаті конденсації водяної пари в холодильниках-конденсаторах [2] Недоліком способу є низька концентрація азотної кислоти та високий вміст оксидів азоту в газі, що виходить з абсорбційної колони, які в промислових умовах знаходяться в межах, ВІДПОВІДНО 58% мас HNO2, та 0,11% об (NO2 та N0) в „хвостовому" газі, що виходить В літню пору року концентрація оксидів азоту в „хвостовому" газі сягає до 0,15% об Основною причиною високого вмісту оксидів азоту в газі, що виходить із абсорбційної колони в способі-прототипі є низька окисленість нітрозного газу, що подається в абсорбційну колону, і відсутність оптимального співвідношення процесів окислення і кислотоутворення по висоті колони Низька окисленнють нітрозного газу на вході в абсорбційну колону обумовлює роботу нижньої частини колони (перших 3-х - 5-ти тарілок по ходу нітрозного газу) в режимі рідинного доокислення оксиду азоту (II) азотною кислотою, що зменшує чистий абсорбційний об'єм колони Підвищення окисленності нітрозного газу на вході в абсорбційну колону і прискорення процесу окислення оксиду азоту по висоті колони має значний вплив як на підвищення концентрації продукційної азотної кислоти, так і для збільшення ступеню використання сировини, і для зниження концентрації оксидів азоту у газі, що виходить з абсорбційної колони В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення відомого способу виробництва азотної кислоти, в якому, шляхом введення додаткової стадії процесу та умовами виконання цієї стадії, забезпечується можливість збільшення окисленності нітрозного газу на вході в абсорбційну колону та інтенсифікації масообмінних процесів в абсорбційній колоні Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі виробництва азотної кислоти, що включає каталітичне окислення аміаку киснем повітря до оксиду азоту (II) з утворенням нітрозного газу, охолодження нітрозного газу до температури не більше 290°С, гомогенне окислення оксиду азоту (II) нітрозного газу до оксиду азоту (IV), охолодження нітрозного газу до температури не більше 200°С, охолодження нітрозного газу в холодильниках-конденсаторах до температури не більше 65°С з конденсацією водяної пари з утворенням азотної кислоти та абсорбцію оксидів азоту водою з одержанням продукційної азотної кислоти в абсорбційній колоні в присутності азотної кислоти, утвореної в результаті конденсації водяної пари в холодильниках-конденсаторах, згідно із запропонованим способом, нітрозний газ після його охолодження в холодильниках-конденсаторах додатково пропускають через окислювач з насадкою в якому окислення оксиду азоту (II) до оксиду азоту (IV) здійснюють в гомогенно-гетерогенній системі „газтверде тіло" а потім подають на абсорбцію оксидів азоту в абсорбційну колону Поставлена задача вирішується тим, що об'єм насадки в окислювачі становить 20-70% об'єму окислювача В порівнянні зі способом-прототипом запропонований спосіб дозволяє підвищити окисленнють нітрозного газу на вході в абсорбційну колону з 7779% до 93-95%, що дає можливість інтенсифікувати масообмінні процеси в колоні, підвищити концентрацію продукційної азотної кислоти до 59-65% мас і забезпечити концентрацію оксидів азоту на виході із колони не більше 0,08% об Крім того, використовуючи різну ступінь заповненості об'єму окислювача насадкою, забезпечується можливість регулювання окисленності нітрозного газу на вході в колону і залежно від окисленності газу регулювати концентрацію продукційної азотної кислоти та вміст оксидів азоту на виході з колони абсорбції Перевагою запропонованого способу є його простота, технологічність та економічність В порівнянні з аналогом [1] запропонований спосіб забезпечує досягнення таких же високих показників як і в способі [1] але значно простішим та економічним методом Крім того, запропонований спосіб дозволяє уникнути зниження окисленості нітрозного газу, яке має місце в способі [1] на вході в колону абсорбції Новими суттєвими ознаками запропонованого способу є - додаткове окислення оксиду азоту (II) до оксиду азоту (IV), яке здійснюють безпосередньо на вході нітрозного газу в абсорбційну колону шляхом пропускання нітрозного газу через окислювач заповнений насадкою, завдяки чому досягається розвинута поверхня контакту поміж двома фазами газом і твердим тілом насадки, 7759 - додаткове окислення здійснюють в гомогенно-гетерогенній системі „газ-тверде тіло" без додаткового дозування повітря за рахунок кисню, який є складовою частиною нітрозного газу. Причому, насадка використовується не тільки як фактор забезпечення високої питомої поверхні, але й як спосіб регулювання гідродинаміки в окислювачі за рахунок вільного від насадки об'єму окислювача, тобто інтенсифікація процесу окислення проходить за рахунок окислення на поверхні і за рахунок гомогенного окислення у вільному об'ємі, яке прискорюється F-фактором (F=W. P, де W - лінійна швидкість газу, а Р - тиск газу) і забезпечує сталість гідродинаміки в окислювачі. Змінюючи ступінь заповненості окислювача насадкою забезпечується можливість досягнення заданої загальної окисленності нітрозного газу при мінімальному об'ємі насадки та в межах допустимого підвищення опору; - додаткове окислення здійснюють при температурі нітрозного газу не вище 65°С, що забезпечує практично повне протікання реакції окислення оксиду азоту (II) в оксид азоту (IV) в бік утворення оксиду азоту (IV). Відомо [3], що при температурі яка є нижчою за 150°С рівновага цієї реакції зміщується вправо, тобто в бік утворення оксиду азоту (IV): 2NO+O2=2NO2+112,ЗкДж (2) Експериментальними дослідженнями установлено тип насадки, оптимальний її об'єм та лінійну швидкість газу для підвищення окисленності нітрозного газу як під атмосферним тиском, так і в умовах підвищеного тиску до 1 Мпа, і використання підготовленого таким чином газу для здійснення процесу абсорбції оксидів азоту. Установлено позитивну дію підвищеної таким чином окисленості нітрозного газу на зміну масообмінних процесів в нижній зоні колони за рахунок практично повного виключення доокислення оксиду азоту (II) азотною кислотою в нижній зоні колони. Цей фактор дозволяє збільшити чистий абсорбційний об'єм колони на 3-5 тарілок і підвищити таким чином загальну окисленість газу по висоті колони та збільшити ступінь абсорбції до 99,8-99,9% і, як наслідок, зменшити концентрацію оксидів азоту на виході газу з абсорбційної колони. В запропонованому способі може бути використаний різний тип насадки: кільця Рашига, кільця Паля, сідла Берля, сідла енталокс, спіралі із металевої стрічки, спіралі із металевої проволоки та інше. Технічний результат заявленого способу заключається в підвищенні окисленності нітрозного газу, можливості регулювання цієї окисленності та інтенсифікації масообмінних процесів в абсорбційній колоні. Запропонований спосіб включає наступні стадії: - каталітичне окислення аміаку киснем повітря до оксиду азоту (II) з утворенням нітрозного газу; - охолодження нітрозного газу в котліутилізаторі до температури не більше 290°С; - гомогенне окислення оксиду азоту (II) нітрозного газу до оксиду азоту (IV) киснем, який є складовою частиною нітрозного газу; - охолодження нітрозного газу в теплообмінниках до температури не більше 200°С; - охолодження нітрозного газу в холодильниках-конденсаторах до температури не більше 65°С з конденсацією водяної пари з утворенням розчину азотної кислоти; - окислення оксиду азоту (II) до оксиду азоту (IV) в гомогенно-гетерогенній системі „газ-тверде тіло" яке здійснюють шляхом пропускання нітрозного газу через окислювач з насадкою; - абсорбцію оксидів азоту водою з одержанням продукційної азотної кислоти в абсорбційній колоні в присутності розчину азотної кислоти, утвореної в результаті конденсації водяної пари в холодильниках-конденсаторах. Причому, об'єм насадки в окислювачі регулюють залежно від заданої окисленності нітрозного газу, яку потрібно отримати на вході в колону абсорбції, але в оптимальних умовах об'єм насадки має бути не менше 20% і не більше 70% від об'єму окислювача. Запропонований спосіб пояснюється конкретним прикладом здійснення способу виробництва азотної кислоти та кресленням. Попередньо, перед здійсненням способу визначають концентрацію кислоти і відповідно з нею окисленість нітрозного газу, яку необхідно отримати на виході з окислювача (на вході в колону), необхідний об'єм насадки та ступінь заповнення окислювача насадкою. Наприклад, необхідно отримати кислоту з концентрацією 62-63% мас. З допомогою діаграми, яка характеризує залежність концентрації кислоти від окисленості нітрозного газу перед абсорбцією, знаходимо, що в цьому випадку окисленість нітрозного газу повинна бути в межах 90-93%. Розраховуємо також, що об'єм насадки з поверхнею 110м1 повинен бути 3,0м3 а ступінь заповненості окислювача - 30%. Заповнюємо окислювач насадкою. Приклад: 50 тисяч м3/год. нітрозного газу під тиском 0,60,7Мпа з температурою 55-65°С, концентрацією оксидів азоту 5,0-5,5% об., окисленістю 70-75%, концентрацією кисню 4,0-5,0% об., залишок - азот, подають в окислювач 1, об'єм якого на 30% заповнений насадкою в кількості 3,0м 3 із кілець Рашига з питомою поверхнею 110м-1. В окислювачі 1 (див. Фіг.) при лінійній швидкості газу 0,3м/с проходить процес гомогенногетерогенного окислення оксиду азоту (II) в оксид азоту (IV) в системі „газ-тверде тіло". На виході з окислювача (на вході в колону абсорбції) отримують нітрозний газ із заданою окисленістю 90-93%. Далі нітрозний газ подають під першу тарілку абсорбційної колони 2. Воду (конденсат) в абсорбційну колону 2 подають з температурою 28-30°С на 47 тарілку в кількості 5,0-6,0м /год. На 8-Ю тарілку подают 12т/год 45-47%-ної азотної кислоти із холодильників-конденсаторів. Під першу тарілку колони 2 подають також Ютис.м /год повітря під тиском 0,9Мпа, із них Зтис.м3/год - продувне повітря з продувної колони 3. Воду в змієвики на тарілках подають з температурою 27-30°С. З куба колони 2 виводять 25т/год 62-63%-ної продукційної азотної кислоти, яку направляють в продувну колону 3, куди подають Зтис. м3/год. повітря. Продукційну азотну кислоту виводять з куба продувної 7759 колони 3 Повітря з верху продувної колони 3 направляють в абсорбційну колону 2. Концентрація оксидів азоту на виході з абсорбційної колони 2 становить 0,08% об. Джерела інформації, прийняти до уваги при експертизі: 1. UA. Патент №50857,СО 1В21/40, опубл. 15.11.2002р. Бюл.№11, 2002р. 8 2. Общая химическая технология, под редакцией проф. И.П.Мухленкова.ч.Н, М.Высшая школа, 1977г., с.61-62. Эпрототип). 3. Общая химическая технология под редакцией проф. И.П.Мухленкова.ч.И, М.Высшая школа, 1977г., с.57. ваде (конденсат! Фіг. Комп'ютерна верстка Н Лисенко Підписне Тираж 28 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул Урицького, 45, м Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Глазунова, 1, м. Київ - 4 2 , 01601