КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Кислород
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 твёрдых 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: 1) Жёсткость карбонатная, мэкв/кг не более 3,6 2) Содержание взвешенных веществ, мг/кг не более 50 3) Значение pH 6.5-8.5 Применяется преимущественно в производстве концентрированной азотной кислоты по методу прямого синтеза. В отдельных случаях используется для обогащения ABC при получении азотной кислоты. В настоящее время промышленное производство азотной кислоты осуществляется на основе контактного окисления синтетического аммиака. Процесс складывается из двух основных стадий: получение окиси азота и переработка её в азотную кислоту. Стадия окисления аммиака в окись азота в общем виде выражается уравнением: 4NH4 + 5O2 = 4NO + 6H2O Стадия окисления окиси азота в высшие окислы азота и переработки их в азотную кислоту может быть представлена уравнением: 2NO + O2 = 2NO2 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO Суммарную реакцию без учёта побочных реакций, проходящих с образованием элементарного азота и других соединений, можно выразить уравнением: NH3 + 2O2 = HNO3 + H2O +421.2 кдж В соответствии с последовательностью этих стадий рассмотрим технологию производства азотной кислоты. Исследования показывают, что при окислении аммиака на различных катализаторах и в зависимости от условий ведения процесса можно получить окись азота, элементарный азот и закись азота: 4NH3 + 5O2 =4NO + 6H2O +907.3 кдж 4NH3 + 4O2 = 2N20 + 6H2O +1104.9 кдж 4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O +1269.1 кдж Кроме того, возможны и другие побочные реакции, протекающие с образованием азота без участия катализатора. К таким реакциям относятся разложение окиси азота и взаимодействие аммиака с окисью азота. В газах после окисления аммиака может также находиться непрореагированный аммиак. Термодинамические расчёты изменения свободной энергии показывают, что приведённые выше основные реакции могут идти практически до конца. Таким образом, при окислении аммиака как в процессе, могущем протекать в нескольких направлениях, состав конечных продуктов будет определяться прежде всего избирательной способностью катализатора. Соответственно подбирая катализатор и условия ведения реакции, можно изменить и состав получаемых продуктов. При использовании в качестве катализатора платины выход окиси азота в интервале температур 700-8500С может достигать 97-98%. Катализаторы из платиновых сплавов являются наилучшими для избирательного окисления аммиака в окись азота.
Реакция окисления аммиака до окиси азота идёт с незначительным изменением объёма, поэтому изменение давления не оказывает существенного влияния на равновесный выход продуктов взаимодействия. Большие величины константы равновесия этой реакции свидетельствует о практической её необратимости при промышленных условиях осуществления процесса.
Платиновым катализаторам придают сетчатую форму, что позволяет применять контактные аппараты простого типа. Обычно катализаторные сетки изготавливают из проволоки диаметром 0,05-0,09 мм. Согласно ГОСТу 3193-59 для изготовления сеток применяют сплавы следующего состава: Pt+4%Pd+3.5%Rh (для контактных аппаратов, которые работают при атмосферном давлении) и Pt+7.5%Rh (для конвертеров, работающих при повышенном давлении). При окислении аммиака под атмосферном давлении устанавливают от 2 до 4 сеток (обычно 3 шт.). В аппараты, работающие под давлением 8 ат. закладывают от 16 до 18 сеток. В оптимальных условиях степень превращения аммиака в окись азота на одной сетке может достигать 86-90% на двух сетках - 95-97%, на трёх - 98%. На новых сетках высокая степень конверсии достигается не сразу, а в течении нескольких суток работы при 6000С. Процесс активации сеток при 9000С заканчивается через 8-16 часов. Поверхность платиновых сеток в процессе эксплуатации сильно разрыхляются, гладкие блестящие нити становятся губчатыми и матовыми. В результате этого сильно развивается поверхность катализатора, что приводит к повышению его активности. С течением времени разрыхление поверхности платиновых сеток приводит к их сильному разрушению и большим потерям платины. Добавление к платине родия и палладия имеет двоякое значение: во-первых, повышается активность катализатора, во-вторых, уменьшается потери катализатора.
Рис. Схема получения концентрированной азотной кислоты Схема производства азотной кислоты под давлением 0,716 Мпа (7,1 кгсм2) Одним из способов уменьшения выбросов и повышения эффективности производства аммиака является применение энерготехнологической схемы с парогазовым циклом, в котором в качестве рабочей теплоты используется не только теплота водяного пара, но и продуктов сгорания топлива. Такая схема реализована в ряде производств химической технологии. К достоинствам этого химико-технологического процесса относятся: 1) использование теплоты промежуточных реакций для сжатия сырья (рекуперация энергии); 2) возможность организовать тщательную очистку отработанных газов. Технологическая схема производства HNO3 представлена на рисунке.
Рисунок – Схема производства азотной кислоты под давлением 0,716 МПа: 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 проходит тщательную очистку в двухступенчатом фильтре 1 (первая ступень фильтра выполнена из лавсановой ткани, вторая – из ткани Петрянова). Очищенный воздух сжимают двухступенчатым воздушным компрессором. В первой ступени 18 воздух сжимают до 0,35 Мпа (3,5 кгсм2), при этом он нагревается до 165–175 °С 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 °С 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 аммиачно-воздушную смесь с содержанием NH3 не более 10% подают в контактный аппарат 14 на конверсию аммиака. Конверсия аммиака протекает на платинородиевых сетках при температуре 870–900 °С, причем степень конверсии составляет 96%. Нитрозные газы при 890–910 °С 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 °С, 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 уже в котле-утилизаторе (до 40%). В окислителе 13 степень окисления возрастает до 85%. За счет реакции окисления нитрозные газы нагреваются до 300–335 °С. Эта теплота используется в подогревателе воздуха 12. Охлажденные в теплообменнике 12 нитрозные газы поступают для дальнейшего охлаждения в теплообменник 11, где происходит снижение их температуры до 150 ºС и нагрев выхлопных (хвостовых) газов до 110–125 °С. 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-ю 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 азота 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% при температуре 35 °С проходят подогреватель 11, где нагреваются до 110–145 °С и поступают в топочное устройство (камера сжигания) 3 установки каталитической очистки. Здесь газы нагреваются до температуры 390–450 °С 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 760 °С. Очищенные газы поступают в газовую турбину 17 при температуре 690–700 °С. Энергия, вырабатываемая турбиной за счет теплоты хвостовых газов, используется для привода турбокомпрессора 18. Затем газы направляют в котел-утилизатор и экономайзер (на схеме не показаны) и выбрасывают в атмосферу. Содержание оксидов азота в очищенных выхлопных газах составляет 0,005–0,008%, содержание СО2 – 0,23%
Рис. Абсорбционная колонна для производства азотной кислоты В производстве азотной кислоты (на рис. дана расширенная за счет потоков энергоносителей схема входящих и выходящих материальных потоков этого производства) химическую энергию, освобождаемую в процессе каталитического окисления аммиака кислородом воздуха, частично утилизируют путем получения в реакторе пара.
Рис. Принципиальная схема производства азотной кислоты, дополненная потоками энергоносителей; Другим важным энерготехнологическим элементом схемы является блок каталитической нейтрализации примесных количеств оксидов азота в покидающих абсорбционную башню газах перед их сбросом в атмосферу. Поток газов из абсорбционной башни смешивают с потоком природного газа и в каталитическом реакторе осуществляют окисление метана под действием остаточного кислорода воздуха, сопровождаемое параллельным восстановлением примесей оксидов азота до молекулярного азота. Далее разогретая в реакторе и сохраняющая избыточное давление смесь газов, с целью утилизации ее энергии, перед выбросом в атмосферу расширяется в рекуперативной газовой турбине, на одном валу с которой действует компрессор, сжимающий подаваемый в агрегат воздух. На схеме турбокомпрессор не выделен в отдельный блок с внешними связями; работа турбины и компрессора относится в данном случае к внутрисистемному переносу энергии и не должна учитываться в интегральном балансе энергии производства
Концентрация полученной таким методом азотной кислоты колеблется в зависимости от технологического оформления процесса от 45 до 58 %. Основные производители азотной кислоты в РФ: 1. ОАО НАК "Азот" (Новомосковск, Тульская обл., РФ) 2. ОАО "Невинномысский азот" (Невинномысск, Ставропольский край, РФ)
3. ОАО "Азот" (Березники, Пермский край)
4. ОАО "Дорогобуж" (Смоленская обл., РФ), ОАО "Акрон" (Великий Новгород, РФ) 5. ОАО "Минудобрения" (Россошь, Воронежская обл.) 6. ООО "КЧХК им. Константинова" (Кирово-Чепецк, Кировская обл.) 7. ОАО "Азот" (Кемерово)
В 2010 г. ОАО " Азот " впервые выпустил более 1 млн тонн азотной кислоты 8. ОАО "КуйбышевАзот" (Тольятти, Самарская обл.)
Области применения азотной кислоты весьма разнообразны. Большая часть ее (до 75—80%) расходуется на производство азотных и комплексных минеральных удобрений и разнообразных нитратов, 10—15% идет на получение взрывчатых веществ и ракетного топлива, остальное количество потребляется производством красителей, органическим синтезом и в цветной металлургии (травление металлов). Азотная кислота концентрированная ГОСТ 701-89 Технические характеристики:
Применение: Кислота азотная концентрированная марки А применяется:
Кислота азотная концентрированная марки Б применяется:
Свойства: умеренно опасное вещество, сильный окислитель. При контакте со многими горючими материалами вызывает их самовозгорание. Класс опасности по степени воздействия на организм человека - 3. Транспортирование: осуществляется железнодорожным транспортом в специальных цистернах из алюминия, автомобильным транспортом в алюминиевых бочках в соответствии с правилами перевозки грузов, действующими на транспорте данного вида. Азотная кислота специальная ОСТ 113-03-265-90 Применение: применяется в качестве сырья в производстве азотных удобрений и нитросоединений. Свойства: сильный окислитель, при контакте со многими горючими материалами вызывает их самовозгорание, умеренно опасное вещество. Класс опасности 3. Транспортирование: осуществляется железнодорожным транспортом в цистернах из нержавеющей стали. Гарантийный срок хранения: 4 месяца. Технические характеристики:
Дата добавления: 2014-01-20; Просмотров: 1235; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |