Технология азотной кислоты

ПЛАН ЛЕКЦИИ

Лекция 12

Оксидами алюминия, кремния и титана

Оксидами щелочных и щелочноземельных металлов, а также

Катализаторм синтеза аммиака является железо, промотированное

И азот, получаемый из воздуха криогенным способом

Исходным сырьем является водород, получаемый из синтез-газа,

На процессы при низком, среднем и высоком давлениях

Промышленные технологии ситнтеза аммиака подразделяются

ВЫВОДЫ

Сырьем для азотной ки­слоты, как и для других азотосодержащих продуктов, служит аммиак.

Синтез азотной кислоты в соответствии с типом химико-технологической системы является сложным, односторонним, гетерогенно-каталитическим процессом с выделением тепла, т.е. с отрицательной

энтальпией и с диффузионным торможением

Химическая схема синтеза:

В условиях абсорбции диоксида азота водой возможно самовосстановление (самоокисление) оксидов азота:

Суммарная реакция

Известны три ХТС получения азотной кислоты:

• под атмосферным давлением,

• под повышенным давлением

• комбинированные, в которых окисление аммиака проводят под атмосферным давлением, окисление оксида азота до диоксида и хемосорбцию диоксида водой под повышенным давлением.

Современные производства азотной кислоты работают под повышенным давлением, так как, несмотря на меньшие расхо­ды платины, установки под атмосферным давлением требуют больших капиталовложений вследствие малой их производи­тельности и применения дорогостоящей и не слишком эффек­тивной утилизации отходящих газов, содержащих N0, т.е. при существенных потерях аммиака. Установки, работающие при по­вышенном давлении, и комбинированные работают по принци­пу энерготехнологических систем, в них энергию отходящих га­зов и теплоту реакции окисления аммиака используют для сжа­тия синтез-газа, а также для получения технологического пара.

На рис. представлена технологическая схема получения разбавленной азотной кислоты под давлением 7,3 МПа.

Атмосферный воздух после очистки поступает в компрессор 3, приводимый в движение газовой турбиной 4, где он сжимается до давления 0,73 МПа и нагревается до 135 °С.

Далее он поступает в подогреватель воздуха 5, где его температура поднимается до 250 °С за счет теплоты выходящих из окислителя нитрозных газов 10.

В смесителе 7 воздух смешивается с газообразным аммиаком, поступающим из испарителя аммиака 6.

Аммиачно-воздушную смесь направляют в контактный аппарат 8, где при температуре 900 °С на катализаторе, представляющем собой сплав платины (93%), палладия (4%) и родия (3%), происходит окисление аммиака.

Катализатор выполнен в виде сеток из проволоки диаметром 0,06-0,09 мм, имеющих 1024 отверстия в 1 см². Для создания определенной продолжительности контактирования сетки скре­пляют в виде пакета, который устанавливают в контактном ап­парате.

Нитрозные газы поступают в котел-утилизатор 9, где охлаждаются до необходимой температуры и где образуется пар.

Далее газы поступают в окислитель 10, в котором монооксид окисляется в диоксид оставшимся в смеси кислородом.

Охлажденные в подогревателе воздуха 5, подогревателе хвостовых газов 13 и холодильнике-конденсаторе 12 до температуры около 45 °С нитрозные газы поступают в абсорбционную колонну 11, орошаемую противоточной водой.

Полученная азотная кислота (концентрацией 60-62%) самотеком поступает в отдувочную колонну 12, где с помощью горячего воздуха из петролеума (HNO3NO2) происходит отделение N02, которые направляются в абсорбционную колонну.

Хвостовые газы, пройдя систему каталитической очистки от оксидов азота восстановлением их аммиаком до элементного азота, выбрасываются в атмосферу

Катализатор выполнен в виде сеток из платиновой проволоки диаметром 0,06-0,09 мм, имеющих 1024 отверстия в 1 см2.

Для создания определенной продолжительности контактирования сетки скрепляют в виде пакета, который устанавливают в контактном аппарате.

При окислении аммиака под давлением увеличиваются потери платинового катализатора. Поэтому окисление аммиака производят при давлении около 0,4 МПа, а окисление оксида азота - при 1,2 МПа.

Для производства взрывчатых веществ, некоторых пластических масс, красителей необходима 98%-я азотная кислота. Ее можно получить концентрированием или прямым синтезом.

В качестве водоотнимающего средства применяют 94%-ю серную кислоту или нитрат магния

•Получение 98%-й азотной кислоты проводят прямым синтезом с применением обогащения газовой фазы диоксидом азота и свободного кислорода.

•Суммарная реакция

Для проведения синтеза нужно поднять давление до 50 ат, ввести некоторый избыток диоксида азота по отношению к воде, повысить температуру до 70 -80 °С.

Технологическая схема прямого синтеза азотной кислоты

Для проведения указанных химических превращений требу­ется поднять давление до 50 ат, ввести некоторый избыток ди­оксида азота по отношению к воде, повысить температуру до 70 -80 °С.

При существовании NО₂ в системе, где присутствует вода или азотная кислота, она резко меняет свои первоначальные термодинамические параметры. При взаимодействии N0 с NОз монооксид азота окисляется азотной кислотой до диок­сида и образуется вода:

N0 + 2НN0₃ Û 2 N0₂ + 2Н₂0

Диоксид азота может быть выделен из нитрозных газов кон­денсацией или растворением. Легче его выделить из газов, по­лучаемых окислением аммиачно -кислородных смесей, содер­жащих оксиды азота, кислород, немного азота и водяной пар.

На установках, работающих под повышенным давлением, можно получить жидкий диоксид азота, направив нитрозные газы в холодильник, и получить систему, состоящую из 30 -35% НКО₃. Далее смесь из жидкого диоксида азота и воды на­правляют в автоклав, куда подают элементный кислород. Тех­нологическая схема прямого синтеза азотной кислоты представ­лена на рис. 7.10.

Нитрозные газы, поступающие из контактного аппарата, на­правляются в два водяных холодильника 1, 2. Первый - скоро­стной (прямоточный), из него конденсат подают для дальней­шего использования (содержит 2-3% НМО₃) в производстве азотной кислоты. Конденсат из второго холодильника направ­ляют в смеситель 11, а нитрозные газы - в окислительную баш­ню 3, где они окисляются содержащимся в газе кислородом до "93%, а затем в доокислительную башню 5, где окисление про­исходит концентрированной азотной кислотой,

Образовавшаяся 75%-я азотная кислота поступает в смеси­тель Ц. Из полученных в башне 5 нитрозных газов в виде ЫО₂ Диоксид азота извлекают концентрированной азотной кислотой ¹ башне 7. Для увеличения степени извлечения газ предвари­тельно охлаждают в холодильнике 6 до ~10°С. До такой же температуры охлаждают поступающую азотную кислоту.

Нитрозные газы, поступающие из контактного аппарата, направляются в два водяных холодильника 1, 2. Первый - скоростной (прямоточный), из него конденсат подают для дальнейшего использования (содержит 2-3% НМО3) в производстве азотной кислоты. Конденсат из второго холодильника направляют в смеситель 11, а нитрозные газы - в окислительную башню 3, где они окисляются содержащимся в газе кислородом до "93%, а затем в доокислительную башню 5, где окисление происходит концентрированной азотной кислотой.

Образовавшаяся 75%-я азотная кислота поступает в смеситель 11. Из полученных в башне 5 нитрозных газов в виде NО2Диоксид азота извлекают концентрированной азотной кислотой 1 башне 7. Для увеличения степени извлечения газ предварительно охлаждают в холодильнике 6 до ~10°С. До такой же температуры охлаждают поступающую азотную кислоту.