Теоретические основы производства

ОПИСАНИЕ ВЫБРАННОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

Наибольшее распространение получила схема производства концентрированной азотной кислоты, в которой окисление аммиака проводят при атмосферном давлении, а абсорбцию оксидов азота — под давлением 0,343 МПа (рисунок 2). Отделение конверсии аммиака в этой схеме оформлено так же, как и в схеме производства разбавленной азотной кислоты под давлением 0,343 МПа.

В холодильнике-промывателе из нитрозных газов выделяется часть реакционной воды, Далее газы, содержащие 11,7% (об.) оксидов азота, при температуре 45—50 °С поступают на линию всасывания турбокомпрессора 1, где сжимаются до 0,412 МПа и нагреваются до 280—290 °С. Во всасывающий патрубок турбокомпрессора вводится также дополнительный воздух из атмосферы.
После турбокомпрессора сжатые иитрозные газы направляются в окис­литель 2, где происходит окисление оксида азота (II) до NО₂ и нагревание нитрозных газов до 320—340 °С. Тепло нитрозных газов используется для подогрева хвостовых газов в подогревателе 3 от 35 до 250—270 °С. При этом нитрозные газы охлаждаются до 110—130 °С.
Из подогревателя 3 нитрозные газы поступают в газовый холодильник 4_У где охлаждаются водой до 60—65 °С, а затем вместе с образовавшейся раз­бавленной азотной кислотой направляются в окислительную колонну 5, где оставшийся оксид азота (II) окисляется кислородом, содержащимся и нитрозных газах, до NО₂.
Для отвода тепла реакции окисления на тарелках окислительной колон- ты установлены охлаждающие змеевики. Если требуемая охлаждающая по­верхность равна 500 м², змеевики устанавливают на 1-й—26-й тарелках и в яшх подается вода, если охлаждающая поверхность — 360 м², в змеевики нижних тарелок (1—9) подается вода, а в змеевики верхних (11—25)—рассол.
На 21-ю тарелку окислительной колонны подается 60—65%-ная азотная жислота из зоны промывки нитроолеумной колонны 6.
Рисунок 1. Схема производства концентрированной азотной кислоты методом прямого синтеза при абсорбции оксидов азота под давлением 0,343 МПа:
1 - турбокомпрессор с рекуперационной газовой турбиной; 2 - окислитель; 3 - подогреватель хвостовых газов; 4 - газовый холодильник; 5 - Контактный аппарат; 6 - нитроолеумная колонна; 1, 11 - напорные баки иитроолеума и автоклавной кислоты; 8 - отбелочная колонна; 9 - головной холодильник; 10 - конденсатор оксидов азота; 12 - ловушка; 13 -рессивер; 14 - автоклав; 15, 21 - насосы; 16, 18, 23 - сборники жидких оксидов азота, концентрированной и неконцентрированиой азотной кислоты; 17 - мешалка сырой смеси; 19 - змеевиковый холодильник; 20,22 - холодильники рассольные; 24 - смеситель; 25 - реактор каталитической очистки
Из окислительной колонны окисленные на 98—99% нитрозные газы по­ступают в нижиюю часть нитроолеумной колонны 6 в зону доокнслеиня и охлаждения. Для доокнслеиня используется концентрированная азотная кис­лота. Газы охлаждаются до 0°С рассолом, проходящим по змеевикам, кото­рые установлены на тарелках зоны доокнслеиня, а затем направляются в зону нитроолеумной абсорбции. На орошение зоны нитроолеумной абсорбции н зоны доокнслеиня подается концентрированная азотная кислота, охлажден­ная в рассольном холодильнике 20.
Ннтроолеум, содержащий 35—40% N₂0₄ и образующийся при поглоще­нии окснда азота (IV) концентрированной азотной кислотой, под давлением в нитроолеумной колонне поступает далее в напорный бак 7. Тепло погло- щеиия NO2 концентрированной азотной кислотой отводится рассолом, прохо­дящим по змеевикам, которые расположены иа 8-й—21-й тарелках зоны иит- роолеумной абсорбции. Нитрозный газ нз зоны нитроолеумной абсорбции направляется в верх­нюю промывную зону нитроолеумной колонны, где промывается кислым кон­денсатом или конденсатом водяного пара. Прн промывке происходит погло* щенне паров кислоты с образованием 60—65%-иой азотной кислоты, которая самотеком поступает иа 21-ю тарелку окислительной колонны.
Очистка хвостовых газов от оксидов азота аналогична очистке, приме­няемой в системах, разбавленной азотной кислоты прд давлением 0,343 МПа. Выходящие из колонны хвостовые газы подогреваются до 250—270 °С в подогревателе 3 за счет тепла иитрозиых газов, поступающих из турбоком­прессора, и направляются в смеситель 24, где смешиваются с подогретым до 90—110°С газообразным аммиаком. Смесь хвостовых газов и аммиака поступает в реактор 25. Здесь иа ванадиевом катализаторе АВК-10 проте­кает реакция восстаиовлеиия оксидов азота аммиаком до элементного азота. Из реактора очищенные газы через рекуперациоииую газовую турбину посту­пают в выхлопную трубу.
Азотная кислота из окислительной колонны 5 (концентрация 45—60%) и зоны доокислеиия иитроолеумиой колоииы 6 (концентрация 70—80%) поступает в сборник 23, откуда через рассольный холодильник 22 направля­ется в мешалку сырой смеси 17 или иа склад разбавленной азотной кислоты.
Нитроолеум и автоклавная кислота из иапориых емкостей 7 и 11 пода­ется в отбелочную колоииу 8 тарельчато-каскадиого типа, в которой про­исходит отгоика оксидов азота путем нагревания раствора водяным паром в двух иижиих царгах. Отбеленная азотная кислота (ие ниже 98%), содержащая ие более 0,3% оксидов азота, при температуре ие выше 85 °С из нижией части отбелочной колоииы поступает в змеевиковый холодильник 19, где охлаждается водой до 35—40 °С, затем она направляется в сборник коицеитрироваииой азотной кислоты 18, из которого иасосом 21 выдается иа склад готовой продукции; часть кислоты через рассольный холодильник 20 подается в иитроолеумиую колоииу 6. Газообразные оксиды азота из верхней части отбелочйой колоииы 8 поступают в головной холодильник 9, охлаждаемый водой (реже рассолом), в котором конденсируются пары кислоты и часть оксидов. Конденсат из головного холодильника возвращается в отбелочную колоииу в виде флегмы. После головного холодильника оксиды азота конденсируются в рассольном конденсаторе 10 и направляются в сборник 16 ив мешалку для приготов­ления сырой смеси, а иескоидеисировавшиеся газы подаются иа линию всасывания турбокомпрессора L В мешалке 17 из жидких оксидов азота и поступающей в иее через рассольный холодильник 22 разбавленной азотной кислоты готовится сырая смесь, которую иасосом высокого давления 15 непрерывно подают в автоклав 14. Здесь сырая смесь обрабатывается кислородом под давлением 4,905 МПа. Кислород через рессивер 13 поступает в реакци­онное пространство автоклава под иижнюю тарелку насадки и в кольцевое пространство автоклава между корпусом и реакционным стаканом для урав­нивании давлений. Процесс автоклавной обработки ведут при температуре около 80°С. По­лученная 98%-ная автоклавная кислота, содержащая до 23—27% растворен­ных оксидов азота, непрерывно выдается из автоклава в сборник 11, откуда поступает в отбелочную колонну 8. Продувочные газы в ловушке 12 отделяются от брызг азотной кислоты. Кислота из ловушки возвращается в автоклав.
Основное технологическое оборудование. окислительная колонна представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат, изготовленный нз нержавеющей стали Х18Н9Т, диаметром 3000 мм и высотой 46400 мм. На­садка колоииы состоит из 40 ситчатых тарелок, в которых имеются отверстия диаметром 2 мм, расположенные в шахматном порядке с шагом 9 мм.
Р исунок-2. Контактный аппарат
Контактный аппарат (рисунок 2). Диаметр Верхней наружной цилиндрической части аппарата 2200 мм. Внутри этой части установлен ко­нус, переходящий внизу в цилиндр диаметром 1850 мм, ниже которого уста­новлена кассета с 12 платиноидными сетками. В месте перехода внутреннего коиуса в цилиндр расположены газораспределительные сетки.
Платиноидные сетки опираются на колосники, уложенные, на кирпичные своды. Полный диаметр платиновых сеток 1700 мм, рабочий диаметр — 1650 мм. В нижней цилиндрической части расположен пароперегреватель. Общая высота аппарата 7810 мм.