Производство разбавленной hno3

Схема производства включает 5 основных стадий.

Очищенные от примесей NH₃ и воздух смешивается и направляется на стадию окисления NH₃. Нитрозные газы после окисления NH₃, разогретые за счет теплоты реакции, подвергаются охлаждению в котле-катализаторе с выработкой технологического пара и в холодильнике, где происходит частичное окисление NO до NO₂. Дальнейшее окисление его происходит одновременно с образованием HNO₃ в процессе абсорбции NO₂ водой. Окисление NO производится при низких температурах.

Отходящие газы, содержащие остаток NO₂, не вступившего в реакцию, очищаются раствором карбоната натрия (Na₂CO₃), после чего выбрасывается в атмосферу.

Оптимальные условия для первой стадии: высокая температура и относительно низкое давление. Для второй стадии: низкая температура и высокое давление.

Поскольку определяющим параметром является давление, все методы производства разбавленной HNO₃ можно разделить на три группы:

1. При атмосферном давлении;

2. При повышенном давлении;

3. Комбинированный – с двумя ступенями давления (окисление NH₃ осуществляют при атмосферном давлении, переработку оксидов N в кислоту – при повышенном давлении).

Таблица 1 – Характеристика технологических схем производства HNO₃

NH3→ NO→ NO2→ HNO3	Тип системы	Степень превращения	Особенности процесса
Давление на всех стадиях Р = 0,1 МПа	1	0,90	Большой абсорбционный объем, необходимость улавливания NO2
Давление на всех стадиях Р > 0,1 МПа	2	0,98	Высокие потери катализатора
Давление на 1-ой стадии: Р = 0,1 Мпа Давление на 2-ой стадии: Р > 0,1 МПа	3	0,96-0,98	Устранены недостатки 1 и 2 типов систем

Установки, работающие при атмосферном давлении, потеряли свою актуальность вследствие:

1. Малой производительности;

2. Громоздкости аппаратурного оформления;

3. Значительных потерь NH₃;

4. Малой степени абсорбции;

5. Необходимости в дорогостоящей очистке отходящих газов.

В настоящее время в промышленности в основном используют два метода производства разбавленной HNO₃: при повышенном давлении (в США) и комбинированный (используется в большинстве европейских стран).

Рассмотрим технологическую схему производства разбавленной hno3 под высоким давлением (0,8-1,0 мПа)

Атмосферный воздух после очистки в фильтре сжимается в трубокомпрессорной установке до заданного давления. При этом он нагревается при температуре 110-120°С. Газообразный NH₃, полученный испарением жидкого продукта в испарителе, смешивается с воздухом в смесителе. Полученная аммиачно-воздушная смесь, содержащая 10-12% (об.) NH₃, после очистки в фильтре поступает в контактный аппарат.

Контактный аппарат d=1,6-2,0 м выполнен в виде двух соединенных частей: верхней – конусообразной и нижней – цилиндрической, между которыми расположены катализаторные сетки. В нижней части контактного аппарата находится котел-утилизатор, где температура нагретых газов после католизаторных сеток понижается от 900°С до 170°С. В результате охлаждения около 40% NO окиляется до NO₂. В доокислителе степень окисления NO достигает 85%. После охлаждения в холодильнике-конденсаторе и отделения сконденсировавшейся HNO₃ в сепараторе нитрозные газы поступают в нижнюю часть абсорбционнолй колонны. Туда же направляются сконденсировавшаяся HNO₃, а сверху подается вода.

Абсорбционная колонна барботажного типа d=3,2 м снабжена сетчатыми тарелками, между которыми расположены змеевики, охлаждаемые водой, для обеспечения необходимого теплового режима абсорбции.

На выходе из абсорбционной колонны концентрация HNO₃ достигает 55-58% (по массе). В продувочной колонне из HNO₃ удаляется растворенный NO₂ барботированием подогретого воздуха, что позволяет снизить содержание NO₂ в HNO₃ с 1,0 до 0,2% (об). Отбеленная HNO₃ поступает на склад, а воздух, отходящий из продувочной колонны, направляется в абсорбционную колонну для поглощения оксидов азота.

Отходящие из абсорбционной колонны хвостовые газы, содержащие до 0,1% (об.) NO₂, нагреваются в поточном устройстве до 390-450°С и поступают в реактор каталитической очистки. Очищенный от оксидов азотные газы направляются в трубокомпрессорную установку 4, сжимающую воздух, оттуда, пройдя котел-утилизатор, выбрасываются в атмосферу.

В реакторе очистки над катализатором, состоящим из Pd на оксиде алюминия, при 760°С протекают реакции восстановления оксидов озота водородом, получаемым конверсией CH₄. Каталитическая очистка отходящих газов позволяет снизить содержание в них NO₂ с 0,3 до 0,002 % (об).