Третья стадия получения азотной кислоты - абсорбция диоксида азота

Абсорбция протекает по схеме:

2NO₂ + H₂O HNO₃ + HNO₂ +Q (3.10)

3HNO₂ HNO₃ + 2NO + H₂O -Q (3.11)

Суммарное взаимодействие NO₂ c водой можно представить уравнением реакции:

3NO₂ + H₂O 2HNO₃ + NO +Q (3.12.)

Процесс абсорбции – гетерогенный, состоит из следующих стадий:

1). Диффузия оксидов азота из газовой фазы в жидкую.

2). Химическое взаимодействие оксидов азота с водой с образованием азотной и азотистой кислот.

3). Разложение азотистой кислоты и перенос оксида азота (II) в газовую фазу.

Лимитирующая стадия процесса – диффузия.

Скорость процесса абсорбции диоксида азота можно определить по формуле:

r = k^.F^.Δ, где Δ – движущая сила процесса, равная -

Для увеличения движущей силы процесса необходимо снижать парциальное давление диоксида азота над жидкостью (подбор поглотителя) и снижать температуру, так как процесс абсорбции диоксида азота – экзотермический.

В качестве абсорбента используют воду, так как над ее поверхностью нет паров NO₂. Процесс проводят при температуре 40⁰С, так как это температура разложения азотистой кислоты.

Для увеличения движущей силы процесса также применяют противоток.

Рис. 3.2. Схема производства азотной кислоты под давлением.

1 –фильтр воздуха, 2 –реактор каталитической очистки, 3 –топочное устройство, 4 –подогреватель метана, 5 –подогреватель аммиака, 6 –смеситель аммиака и воздуха, 7 –холодильник-конденсатор, 8 –сепаратор, 9 –абсорбционная колонна, 10 –продувочная колонна, 11 –подогреватель отходящих газов, 12 –подогреватель воздуха, 13 –сосуд для окисления нитрозных газов, 14 –контактный аппарат, 15 –котел-утилизатор, 16, 18 –двухступенчатый турбокомпрессор, 17 –газовая турбина.

Атмосферный воздух очищается в фильтре 1, последовательно сжимается в компрессорах 18 и 16 до 0,716 МПа и поступает в подогреватель воздуха 12, где нагревается до 250-270⁰С теплотой нитрозных газов. Подогретый воздух поступает в смеситель 6, куда также подают предварительно нагретый в подогревателе 5 аммиак. Затем аммиачно-воздушная смесь поступает в контактный аппарат 14, где происходит каталитическое окисление аммиака до оксида азота (II).

Конверсия аммиака протекает на платинородиевых сетках при температуре 870-900⁰С. Затем нитрозные газы поступают в котел-утилизатор 15, расположенный под контактным аппаратом. В котле за счет охлаждения нитрозных газов до 170⁰С происходит испарение химически очищенной деаэрированной воды, питающей котел-утилизатор. При этом получают пар с давлением 1,5 МПа и температурой 230⁰С, который выдается потребителю.

После котла-утилизатора нитрозные газы поступают в окислитель нитрозных газов 13. Он представляет собой полый аппарат, в верхней части которого установлен фильтр из стекловолокна для улавливания платинового катализатора. Частично окисление нитрозных газов происходит в котле-утилизаторе (40%). В окислителе нитрозные газы нагреваются до 300-335⁰. Эта теплота используется в подогревателе воздуха 12. Охлажденные в теплообменнике 12 нитрозные газы поступают для дальнейшего охлаждения в теплообменник 11. Затем нитрозные газы направляют в холодильник-конденсатор 7, охлаждаемый оборотной водой. При этом конденсируются водяные пары и образуется слабая азотная кислота. Нитрозные газы отделяют от сконденсировавшейся азотной кислоты в сепараторе 8, из которого азотную кислоту направляют в абсорбционную колонну 9 на 6-7 тарелку, а нитрозные газы – под нижнюю тарелку абсорбционной колонны. Сверху в колонну подают охлажденный паровой конденсат. Образующаяся в верхней части колонны азотная кислота низкой концентрации перетекает на нижележащие тарелки. За счет поглощения оксидов азота концентрация кислоты постепенно увеличивается и на выходе достигает 55-58%, причем содержание растворенных в ней оксидов достигает 1%. Поэтому кислота направляется в продувочную колонну 10, где подогретым воздухом из нее отдувают оксиды азота, и отбеленная азотная кислота поступает на склад. Воздух после продувочной колонны подается в нижнюю часть абсорбционной колонны 9.

Степень абсорбции оксидов азота достигает 99%. Выходящие из колонны хвостовые газы с содержанием оксидов азота до 0,11% проходят подогреватель 11 и поступают в топочное устройство (камера сжигания) 3 установки каталитической очистки. Здесь газы нагреваются за счет горения природного газа, подогретого предварительно в подогревателе 4, и направляются в реактор с двухслойным катализатором 2, где первым слоем служит оксид алюминия, с нанесенным на него палладием, вторым слоем – оксид алюминия. Очистку осуществляют при 760⁰С. Очищенные газы поступают в газовую турбину 17 и выбрасываются в атмосферу.

4 NO + CH₄ = 2N₂ + CO₂ +2H₂O

Выбрасываемые в атмосферу газы не наносят вред окружающей среде.