АБСОРБЦИОННОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВА РАЗБАВЛЕННОЙ АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ

Введение

1. Обзор промышленных методов производства и их технико- экономическая оценка
2. Характеристика сырья готового продукта
3. Физико- химические основы технологических процессов производства
4. Технологическая схема процесса
5. Материальные расчеты
6. Выбор и описание основного аппарата
7. Отходы и выбросы производства
8. Техника безопасности
9. Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

      Азотная  кислота по объему производства  занимает среди других кислот  второе место после серной  кислоты. Все возрастающий объем производства HNO3 объясняется огромным значением азотной кислоты и ее солей для народного хозяйства. Азотная кислота является одним из исходных продуктов для получения большинства азотсодержащих веществ. До 70-80% ее количества расходуется на получение минеральных удобрений. Одновременно азотная кислота применяется при получении взрывчатых веществ почти всех видов, нитратов и ряда других технических солей; в промышленности органического синтеза; в ракетной технике, как окислитель в различных процессах и во многих других отраслях народного хозяйства. Для получения удобрений потребляется как правило разбавленная азотная кислота. Основными производителями азотной кислоты являются США, Франция, ФРГ, Италия, Испания, и Англия.

    

Рис. 1 Области применения азотной кислоты

К современным тенденциям развития технологии производства азотной  кислоты 

относятся: обеспечение  наибольшей надежности конструкций  аппаратуры и машинных агрегатов; повышение  степени кислой абсорбции, а также  степени использования тепла химических реакций и к.п.д. энергии сжатых газов; увеличение скорости процесса на всех его этапах, снижение вредных выбросов в атмосферу. Кроме того существенное влияние на экономику производства оказывает мощность применяемых установок, повышение которой приводит к снижению затрат на строительство азотно-кислотных систем. Повышение мощности установок вызывает необходимость повышения давления (в особенности на стадии абсорбции). К современным тенденциям развития технологии производства азотной кислоты относятся: обеспечение наибольшей надежности конструкций аппаратуры и машинных агрегатов; повышение степени кислой абсорбции, а также степени использования тепла химических реакций и к.п.д. энергии сжатых газов; увеличение скорости процесса на всех его этапах, снижение вредных выбросов в атмосферу. 

     Важной  проблемой развития производства  азотной кислоты является повышение  ее концентрации, что позволяет  упростить методы получения аммиачной  селитры и других азотных удобрений. 

   Существенное  снижение себестоимости азотной кислоты может быть достигнуто при уменьшении потерь платинового катализатора. С этой целью проводятся испытания эффективных фильтров для улавливания платиновой пыли, испытываются катализаторы с повышенным содержанием Pd и Rh, внедряются в производство комбинированные катализаторы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Обзор промышленных  методов производства и их  технико- экономическая оценка.

 

  Азотную кислоту  в промышленности получают каталитическим  окислением аммиака кислородом  воздуха с последующей абсорбцией оксидов азота (неконцентрированная) и перегонкой 56-60 %-ной азотной кислоты в присутствии водоотнимающих средств (серной кислоты или сплава нитрата магния) и прямым синтезом (концентрированная).

В зависимости от условий  ведения производственного процесса различают типы схем:

1) Схема, работающая  под давлением 0,716 МПа.

Мощность производства азотной кислоты по схеме, работающей под давлением 0,716 МПа, определяется числом агрегатов. Мощность одного агрегата составляет 120 тыс. тгод (100%-ной азотной кислоты). Восстановление оксидов азота происходит на двухступенчатом катализаторе АПК-2 и Al2O3. Содержание оксидов азота в отходящих газах после каталитической очистки не более 0,005% (об.). Агрегаты, работающие под давлением 0,716 МПа, оснащены приборами автоматизации, позволяющими управлять процессом из ЦПУ. Эти агрегаты характеризуются высокой степенью использования энергии процессов, большой мобильностью при пуске, остановках и изменении нагрузок, большой единичной мощностью и эффективной очисткой отходящих газов от оксидов азота.

НТР процесса:

- содержание аммиака  в АВС, % (об.) - 9,7 - 10,7

- температура, С:

АВС - 180-230

Контактирования - 890-910

- концентрация продукционной  кислоты, % (масс.) - 58-60

2) Крупнотоннажный агрегат  АК-72.

Производство разбавленной азотной кислоты в агрегате АК-72 осуществляется по комбинированному методу: окисление аммиака проводится под давлением 0,42 МПа, абсорбция оксидов азота - при 1,1 МПа.

При давлении 0,42 МПа можно  достичь высокой степени конверсии  аммиака (до 97%) и расход платины будет составлять не более 0,1-0,12 гт азотной кислоты.

Особенностью агрегата АК-72 является применение высокотемпературной  каталитической очистки выхлопных  газов от оксидов азота с помощью  природного газа и подача горячих  выхлопных газов в газовую турбину без предварительного охлаждения.

Агрегат АК-72 автоматизирован. Пуск и управление всех процессов  осуществляется через ЦПУ. При снижении к.п.д турбин высокого и низкого  давления в результате загрязнения  проточной части осевого воздушного компрессора и утечки газов через неплотности производительность агрегата снижается.

Производительность агрегата АК-72 составляет 1150 тдень.

НТР процесса:

- концентрация продукционной  кислоты, % (масс.) - 58-60

- температура контактирования, С - 840-880

- катализатор - платиноидные  сетки.

3) Крупнотоннажный модернизированный  агрегат АК-72М.

Комплексное устранение недостатков в агрегате АК-72М  достигнуто исключением из схемы  высокотемпературной каталитической очистки выхлопных газов, исключено  применение катализатора АПК-72, в котором используется дефицитный металл - палладий, выхлопные газы не содержат оксидов углерода и метана, но добавляется до 0,01% (об.) аммиака, энергозатраты снижены на 15%, но для повышения надежности и стабильности работы агрегата холодильники-конденсаторы изготовляют из титана.

На стадии конверсии  окисление аммиака проводят на платиновом катализаторе и неплатиновом катализаторе НК-2У. На стадии селективной очистки  от оксидов азота применяется  алюмомедьцинковый катализатор  АМЦ-10.

Производительность 380000 тгод, концентрация товарной азотной кислоты 60%.

Агрегат спроектирован  в 1976 г.

4) Комбинированная схема  с давлением на стадии абсорбции  0,35-0,4 МПа.

Система состоит из нескольких агрегатов мощностью 45-50 тыс.тгод (в  пересчете на 100%-ную азотную кислоту). Концентрация продукционной кислоты 47-50% (масс.). Бoльшая часть агрегатов, работающих под давлением 0,35-0,4 МПа, оснащена

установками селективной  очистки отходящих газов от оксидов  азота на ванадиевом катализаторе с  применением в качестве восстановителя аммиака.

На стадии окисления  аммиака используют платиновый катализатор, на стадии каталитической очистки - ванадиевый катализатор АВК-10М.

 По сравнению с  другими системами эта система  характеризуется приблизительно  на 40% меньшими капитальными затратами и отсутствием стадии щелочной абсорбции. К недостаткам системы относится повышенный расход электроэнергии, малая мощность агрегатов и большой расход аммиака в связи с применением низкотемпературной каталитической очистки выхлопных газов от оксидов азота.

Вывод: в связи с  вышеперечисленными достоинствами  и недостатками методов выбирается комбинированная схема с давлением  на стадии абсорбции 0,35-0,4 МПа

 

 

 

 

 

2.Характеристика  сырья готового продукта

 

Сырьем для получения азотной кислоты служат аммиак, воздух и вода.

Синтетический аммиак в большей или меньшей степени загрязнен примесями. Такими примесями являются катализаторная пыль, смазочное масло (при сжатии поршневым компрессором). Для получения чистого газообразного аммиака служат испарительные станции и дистилляционные отделения жидкого аммиака. Дальнейшая очистка осуществляется в фильтрах, состоящих из чечевицеобразных элементов, фильтрующим материалом в которых служит хлопчатобумажная замша. Тонкой очистке аммиачно–воздушная смесь подвергается в фильтре с поролитовыми трубками.

Атмосферный воздух, применяемый в производстве азотной кислоты, забирается на территории завода или вблизи его. Этот воздух загрязнен газообразными примесями и пылью. Поэтому он подвергается тщательной очистке во избежание отравления катализатора окисления аммиака. Очистка воздуха осуществляется, как правило, в скруббере, орошаемом водой, затем в двухступенчатом фильтре.

 

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

 

Характеристика целевого продукта

 

Безводная азотная кислота HNO3 представляет тяжелую бесцветную жидкость, пл.1,52 (при 15 ºС), дымящую на воздухе. Она замерзает при –41 и кипит при 86 ºС. Кипение кислоты сопровождается частичным разложением:

 

4HNO3 2H2 + 4NO2 + O2 – 259,7 кДж

 

Выделяющийся диоксид азота, растворяясь в кислоте, окрашивает ее в желтый или красный (в зависимости от количества NO2) цвет. С водой азотная кислота смешивается в любых соотношениях. Выделение теплоты при разбавлении азотной кислоты водой свидетельствует об образовании гидратов (HNO3×H2O, HNO3×2H2O).

 

Азотная кислота – сильный окислитель. Металлы, за исключением Pt, Rh, Ir, Au, переводятся концентрированной азотной кислотой в соответствующие оксиды. Если последние растворимы в азотной кислоте, то образуются нитраты.

Основным сырьем для производства неконцентрированной азотной кислоты в настоящее время являются аммиак, воздух и вода. Вспомогательными материальными и энергетическими ресурсами являются катализаторы окисления аммиака и очистки выхлопных газов, природный газ, пар и электроэнергия.

Аммиак.

В обычных условиях представляет собой безцветный газ с резким запахом, хорошо растворим в воде и других растворителях, образует геми- и моногидраты. Аммиак: в обычных условиях представляет собой бесцветный газ с резким запахом, хорошо растворим в воде и других растворителях, с воздухом и кислородом образует взрывоопасные смеси.

 

Химическая формула - NH3

Молекулярный вес - 17,03

Плотность, кг м3:

Жидкий аммиак - 681

Газообразный - 770

Температура самовоспламенения - 650 С.

Температура затвердевания - 77,75 С.

Без катализатора разлагается при температуре 1000 С, с катализатором - при 300 С.

Массовая концентрация газообразного аммиака -  

не менее 99,6% 

Должен соответствовать ГОСТ 6221-90.  Наиболее типичными примесями являются вода, смазочные масла, катализаторная пыль, окалина, карбонат аммония, растворенные газы (водород, азот, метан).

 

Воздух.

Воздух: сухой воздух должен содержать (% об.): N2 - 78.1; O2 - 21.0; Ar2 - 0.9; содержание водяных паров колеблется от 0,1 до 2,8 % (об.). В районе промышленных площадок воздух загрязнен пылью различного происхождения, а также разнообразными компонентами неорганических газовых выбросов. Количество пыли в воздухе составляет 0,5 - 1,0 мгм3.

Массовая концентрация пыли (после аппарата очистки воздуха)- 

не более 7,0 мг/м3 

Должен соответствовать ГОСТ 24484.В воздухе могут присутствовать также следы SO2, NH3, CO2. В районе промышленных площадок воздух загрязнен пылью различного происхождения, а также разнообразными компонентами неорганизованных газовых выбросов (SO2, SO3, H2S, С2H2, Cl2 и др.). Количество пыли в воздухе составляет 0,5-1,0 мг/м3.

 

Вода.

Используется в производстве азотной кислоты для орошения абсорбционной колонны, для выработки пара при утилизации тепла в котлах-утилизаторах, для охлаждения реакционных аппаратов. Для абсорбции оксидов азота используют чаще всего паровой конденсат и химически очищенную воду. В некоторых схемах разрешено применять конденсат сокового пара аммиачной селитры. В любом случае вода, используемая для орошения колонн, не должна содержать свободного аммиака и твердых взвесей, содержание хлорид-иона должно быть не более 2мг/л, масла не более 1мг/л, NH4NO3-не более 0,5 г/л. Химически очищенная вода для котлов-утилизаторов должна соответствовать требованиям Гост 20995-75.

 

Техническая вода, предназначенная для отвода тепла в теплообменниках и охлаждения оборудования (оборотная вода), должна соответствовать следующим требованиям:

Жесткость карбонатная, мэкв/кг Не более 3,6

Содержание взвешенных веществ, мг/кг Не более 50

Значение pH 6,5-8,5

 

Кислород.

Применяется преимущественно в производстве концентрированной азотной кислоты по методу прямого синтеза. В отдельных случаях используется для обогащения АВС при получении неконцентрированной азотной кислоты.В настоящее время основную массу азотной кислоты производят из синтетического аммиака, получаемого на основе конверсии природного газа. Аммиак, поступающий из цеха синтеза, содержит катализаторную пыль и пары компрессорного масла, являющиеся каталитическими ядами на стадии окисления аммиака. Поэтому аммиак подвергается тщательной очистке фильтрованием через матерчатые и керамические (поролитовые) фильтры и промывкой жидким аммиаком. Аналогично очищают от механических и химических примесей воздух, который поступает в цех через заборную трубу, устанавливаемую как правило, вдали от территории предприятия. Для очистки воздуха используются орошаемые водой скрубберы и матерчатые двухступенчатые фильтры.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.Физико- химические  основы технологических процессов производства

 

В основе процесса получения разбавленной азотной кислоты из аммиака лежат следующие реакции:

1. Контактное окисление аммиака до окиси азота:

4NH3 + 5O2= 4NO +6H2O

2. Окисление окиси азота до двуокиси:

2NO + O2= 2NO2

3. Абсорбция двуокиси азота водой:

ЗNO2 + Н₂0 = 2НМО3 + N0

Выделяющаяся при этом окись азота вновь окисляется.

Контактное окисление аммиака — процесс экзотермический.

Основная реакция:

4NH3 + 5O2 = 4NO +6H2O + 946 кДж(1)

 

Наряду с основной реакцией протекают и побочные реакции (в основном параллельные) окисления аммиака до молекулярного азота и оксида азота(I):

 

4NH3 + 3O2 = 2N2 +6H2O + 1328 кДж(2)

 

4NH3 + 4O2 = 2N2O +6H2O + 1156 кДж(3)4.1. Окисление аммиака до оксида азота (II)

При окислении аммиака  кислородом воздуха на катализаторе возможно протекание следующих реакций:

4NH₃ + 50₂ = 4NO + 6Н₂0 - ΔН  ΔН=907,3 кДж       (1)

4NH₃ + 40₂ = 2N₂0 + 6Н₂0 - ΔН    ΔН = 1104,9 кДж     (2)

4NH₃ + 30₂ = 2N₂ + 6Н₂0 - ΔН  ΔН = 1269,1 кДж       (3)

а также реакция с участием образующегося оксида азота (II):

4NH₃ + 6NO = 5N₂ + 6H₂0-ΔН   ΔН = 110кДж         (4)

Все реакции практически  необратимы, поэтому направление  процесса окисления определяется соотношением скоростей реакций 1—4. Из трех основных реакций окисления аммиака (1 — 3) реакция 3 термодинамически наиболее вероятна, так как протекает с максимальным выделением тепла. Поэтому, в отсутствии катализатора окисление аммиака идет преимущественно до элементарного азота. Для ускорения целевой реакции окисления до оксида азота (II) применяют селективно действующие катализаторы, В современных установках используют платиновые катализаторы в виде пакета сеток из сплава платины с 7,5% родия, или двухступенчатые катализаторы в виде слоя таблетированной смеси оксидов железа (III) и хрома (III). Введение родия повышает механическую прочность и уменьшает потери платины за счет ее уноса током газа. Поверхность подобных катализаторов достигает 1,5 м²/м³ объема.

В процессе работы поверхность  катализатора разрушается и частицы  его уносятся с потоком газа. Эррозия катализатора тем больше, чем выше температура, давление и объемная скорость газа, проходящего через катализатор. Для систем, работающих под высоким давлением, унос катализатора составляет 0,3—0,4 г на 1 тонну азотной кислоты. Реакции окисления аммиака сопровождаются значительной убылью свободной энергии. Реакции (1) - (3) практически необратимы, об этом говорят константы равновесия этих реакций в интервале температур 500 - 1000 оС, так как эти константы значительно больше констант обратимых реакций (10-2 - 102). При увеличении температуры до 1000 оС значение констант падает на несколько порядков (так как реакции экзотермические), но даже при 1000 оС реакции (1) - (3) практически полностью смещены в сторону продуктов реакции. Поскольку все реакции протекают с выделением тепла и увеличением объёма, то в соответствии с принципом Ле-Шателье нам не удастся с помощью варьирования температуры и давления сильно сдвинуть главную реакции в правую сторону не сдвигая туда же и побочные реакции. Увеличение концентрации кислорода тоже не позволит селективно сместить равновесие основной реакции.

   Итак, окисление аммиака процесс сложный, и, значит, выбор условий проведения процесса определяется необходимостью направить взаимодействие исходных веществ по пути образования оксида азота (II).

     В соответствии с вышесказанным единственным путем получения больших выходов NO является увеличение скорости основной реакции по отношению к побочным. В соответствии с уравнением Аррениуса увеличение константы скорости можно добиться с помощью увеличения температуры или уменьшения энергии активации реакции. Константа скорости будет быстрее расти у тех реакций, у которых больше энергия активации.

 

Снижению энергии активации  способствует применение катализаторов. В нашем случае нужны катализаторы активно адсорбирующие на своей поверхности кислород, так как окисление аммиака до оксида азота (II) в объёме даже при высоких температурах не происходит.

 

Катализаторы, применяемые  для окисления аммиака, должны обладать избирательными свойствами, т.е. ускорять только одну из всех возможных реакций, а именно реакцию (1) окисления аммиака  до оксида азота(II). Наиболее селективным  и активным катализатором данной реакции оказался платиноидный катализатор, представляющий собой сплав платины с палладием и родием.

1. Температура. Повышение температуры способствует увеличению скорости реакций и коэффициента диффузии аммиака в смеси и, поэтому, является наиболее эффективным средством, увеличения скорости процесса, протекающего преимущественно в диффузионной области. Температура оказывает наибольшее влияние на выход оксида азота(II). Зависимость выхода NO от температуры на платиновом катализаторе показана на рис.1. При повышении температуры выход NO возрастает, причем существует оптимальная температура (для чистой платины 900-920 С), при которой достигается максимальный выход.

Рис. 2 Зависимость выхода NO и N₂  

выхода NO        от температуры                               

Большое значение имеет температура  зажигания катализатора, которая  зависит от состава катализатора и в меньшей степени от состава  аммиачно-воздушной смеси. На платине  реакция окисления аммиака начинается при 195 °С. Особенностью окисления является то, что сначала происходит так называемое мягкое окисление аммиака до молекулярного азота. Заметное количество оксида азота(II) начинает появляться при 300 °С. С ростом температуры выход оксида азота(II) растет, достигая максимального значения 96% на чистой платине и 99% на сплавах Pt–Pd–Rh. Проведение процесса при высоких температурах помимо увеличения выхода оксида азота(II) имеет и другие преимущества: растет скорость реакции окисления аммиака и уменьшается время контактирования. Так, при повышении температуры с 650 до 900 °С время контактирования сокращается с 5·10-4 до 1,1·10-4 c. Но при повышении температуры увеличиваются потери дорогостоящей платины, т.е. ухудшаются экономические показатели процесса. Повышение температуры с 780 до 850 °С, приводит к увеличению прямых потерь катализатора почти вдвое. При выборе температуры конверсии необходимо также учитывать наличие примесей в аммиачно-воздушной смеси. Температура должна быть тем выше, чем больше примесей содержится в исходной смеси.

2.Давление. Повышение давления ускоряет процесс окисления аммиака за счет увеличения концентрации реагентов и производительности катализатора, что позволяет сократить размеры аппаратуры. С ростом давления наблюдается снижение выхода оксида азота(II). Поэтому проектирование и сооружение установок с использованием повышенного давления на стадии конверсии аммиака сдерживались. Вместе с тем использование высокого давления при окислении аммиака позволяет повысить производительность агрегата, уменьшить размеры аппаратов. Этот факт в связи со стремлением к увеличению единичной мощности агрегатов приобретает все большее значение. На современных крупных агрегатах производства азотной кислоты процесс окисления аммиака осуществляется под давлением 0,41– 0,73 МПа.

Основным условием получения высоких выходов NO под давлением выше атмосферного являются повышение температуры и времени контактирования (увеличение числа сеток).

Повышением давления в процессе конверсии можно увеличить линейную скорость газа и интенсивность катализатора, что в свою очередь связано с увеличением числа катализаторных сеток. Очевидно, что такие параметры, как давление, линейная скорость газа, интенсивность катализатора, тесно связаны между собой и при выборе режима окисления для получения высокого выхода NO должны подбираться с особой тщательностью.

3.Время контактирования. Скорость каталитического окисления аммиака до оксида азота (II) весьма высока. За десятитысячные доли секунды степень превращения составляет 0,9 7— 0,98 дол. ед. при атмосферном давлении и 0,98—0,96 при давлении 0,8—1,0 МПа. Время контактирования может быть рассчитано из формулы:

         (8)

где: V_k — объем катализатора, определяемый в случае платинового катализатора числом сеток в пакете, W — объемная скорость АмВС. Время контактирования зависит от природы катализатора и составляет; для платиновых катализаторов 10^-4 - 10^-5с, для окисных катализаторов около

Рис. 4.3. Зависимость выхода оксида  Рис. 4.4. Зависимость выхода оксида

азота (II) от давления Т₁<T₂<T₃.  азота (II) и азота от времени

контактирования.

Оптимальный режим процесса на этой стадии должен обеспечить селективность  окисления аммиака, минимальные  потери катализатора вследствие его  уноса и автотермичность процесса.

 4.Катализаторы. Превосходство платины по активности и селективности над всеми другими видами катализаторов было показано в 1902 г. Оствальдом. Характерно, что активность к реакции окисления аммиака проявляет подавляющее большинство металлов и их соединений, но высокий выход NO (выше 90%) обеспечивают очень немногие из них.

Обладая высокой активностью  и селективностью, платина имеет  низкую температуру зажигания ~200 °С, хорошую пластичность, тягучесть. Недостаток платины – ее быстрое разрушение при высоких температурах под  воздействием больших скоростных потоков реагентов и катал изаторных ядов. Это приводит к потерям дорогостоящего катализатора и снижению выхода NO, что и явилось причиной поисков каталитически активных сплавов платины с другими металлами.

Используемые для контактного  окисления NH3 катализаторы изготавливают в виде сеток. Такая форма катализатора удобна в эксплуатации, связана с минимальными затратами металла, позволяет применять наиболее простои и удобный в эксплуатации тип контактного аппарата. В России применяются сетки из проволоки диаметром 0,09 мм (ГОСТ 3193-74), размер стороны ячейки 0,22 мм, число ячеек на 1 см длины – 32, на 1 см2 – 1024.

Платинородиевые (ГИАП-1) и платинородиевопалладиевые (сплав  № 5) катализаторы весьма чувствительны  к ряду примесей, которые содержатся в аммиаке и воздухе. К таким примесям относятся гидриды фосфора и мышьяка, фтор и его соединения, дихлорэтан, минеральные масла, ацетилен, диоксид серы, сероводород и др. Наиболее сильными ядами катализатора являются соединения серы и фтора. Примеси заметно снижают селективность катализатора, способствуют увеличению потерь платины.

5. Окисление оксида азота (II)

Нитрозные газы, полученные при окислении аммиака, содержат оксид азота(II), азот, кислород и пары воды. При переработке нитрозных  газов в азотную кислоту необходимо окислить оксид азота(II) до диоксида. Реакция окисления обратима,

 

2NO + O2 Û 2NO2 + 124 кДж

 

протекает с уменьшением  объема и сопровождается выделением теплоты. Следовательно, в соответствии с принципом Ле Шателье, снижение температуры и повышение давления способствуют смещению равновесия реакции  вправо, т.е. в сторону образования NO2. При более высокой температуре равновесие смещается в левую сторону и при температуре выше 700 °С образования диоксида азота практически не происходит. В связи с этим в горячих нитрозных газах, выходящих из контактного аппарата, NO2 отсутствует, и для его получения газовую смесь необходимо охладить до температуры ниже 100 °С.

Как видно из уравнения  для константы равновесия при  повышении парциального давления кислорода  парциальное давление оксида азота(IV) также увеличится так как от общего давления константа равновесия зависит очень мало.

Окисление оксида азота(II) – самая медленная стадия производства азотной кислоты.

Реакция окисления NO в NO2 ускоряется при понижении температуры, а с повышением температуры замедляется  почти до полного прекращения. Таким образом, уменьшение скорости окисления оксида азота в диоксид с повышением температуры можно объяснить сильным снижением концентрации димера.

 

 

 

4. Технологическая  схема процесса

 

Сырьем служит недорогой  и легко доступный синтетический аммиак, который при оптимально подобранных параметрах практически весь идет на получение монооксида азота; реакция протекает необратимо и быстро и не требует рециклов. Применение повышенного давления способствует уменьшению размеров аппаратов и увеличению производительности, но при этом увеличивается температура и количество сеток катализатора. Для обеспечения выхода оксида азота более 98% при давлениях 0,41 – 0,71 МПа необходима температура выше 950 єС, зато время контактирования становится менее 1,1×10-4 с, а скорость газа более 160 л/мин. Вообще, повышение температуры способствует увеличению выхода, но это приводит к большим прямым потерям дорогостоящего катализатора.

Поскольку окисление  оксида азота (II) протекает при низких температурах смесь охлаждается водой, которая, превращаясь в пар, идет на технологические нужды, а это экономически выгодно. Абсорбция диоксида азота происходит в колонне очищенной водой, причем степень абсорбции достигает 99%, а содержание оксидов азота в выхлопных газах до 0,11%.

В 1960-ых годах разработан агрегат по производству азотной  кислоты мощностью 120 тыс. т/год под  давлением 0,716 МПа с использованием высокотемпературной каталитической очистки выхлопных газов, выпускающий  продукцию в виде 53–58% -ной HNO3. Технологическая схема этого производства в упрощенном варианте представлена на рисунке 2.

Атмосферный воздух проходит тщательную очистку в двухступенчатом  фильтре 1. Очищенный воздух сжимают  двухступенчатым воздушным компрессором. В первой ступени 18 воздух сжимают  до 0,35 МПа, при этом он нагревается до 165–175 єС за счет адиабатического сжатия. После охлаждения воздух направляют на вторую ступень сжатия 16, где его давление возрастает до 0,716 МПа.

Основной поток воздуха  после сжатия нагревают в подогревателе  воздуха 12 до 250–270 єС теплотой нитрозных газов и подают на смешение с аммиаком в смеситель 6.

Газообразный аммиак, полученный путем испарения жидкого  аммиака, после очистки от влаги, масла и катализаторной пыли через  подогреватель 5 при температуре 150 С также направляют в смеситель 6. Смеситель совмещен в одном аппарате с поролитовым фильтром. После очистки АВС с содержанием NH3 не более 10% подают в контактный аппарат 14 на конверсию аммиака.

Конверсия аммиака протекает  на платинородиевых сетках при температуре 870-900 єС, причем степень конверсии составляет 96%. Нитрозные газы при 890–910 єС поступают в котел-утилизатор 15, расположенный под контактным аппаратом. В котле за счет охлаждения нитрозных газов до 170 С происходит испарение химически очищенной деаэрированной воды, питающей котел-утилизатор; при этом получают пар с давлением 1,5 МПа и температурой 230 єС, который выдается потребителю.