Производство азотной кислоты: основное сырье, технологическая схема производства

Сырьём для производства HNO₃ являются аммиак, воздух, химически очищенная или обессоленная вода. Так же в производстве азотной кислоты используется природный газ – в качестве восстанавливающего агента для очистки выхлопных газов, или в качестве энергоносителя. Аммиак для производства азотной кислоты очищается от масла, железа, которые являются катализаторными ядами. Воздух и аммиачно-воздушная смесь очищаются от пыли.

На ЗМУ производство азотной кислоты организовано на агрегатах УКЛ-7, мощность каждого агрегата – 14,8 тонн мнг в час, и на агрегатах АК-72, мощность каждого агрегата 47,5 тонн мнг в час.

Стадии процесса получения азотной кислоты одинаковы:

- подготовка газообразного аммиака;

- подготовка сжатого воздуха;

- получение аммиачно-воздушной смеси и окисление аммиака;

- охлаждение полученных нитрозных газов (НГ);

- абсорбция окислов азота из НГ;

- каталитическая очистка хвостовых газов после абсорбционной колонны;

- рекуперация энергии ОХГ (очищенных хвостовых газов).

Отличие схемы в том, что на агрегатах АК-72 процессы окисления аммиака и абсорбции окислов азота протекают под различными давлениями.

Дело в том, что процесс окисления аммиака протекает лучше под низким давлением, а процесс абсорбции – под более высоким (упомянуть принцип Ле Ша Телье).

Реакции окисления аммиака и абсорбции окислов азота следующие:

Окисление аммиака:

4 NH₃ + 5 O₂ = 4 NO + 6 H₂O + 216,7 ккал/г-моль (1) основная реакция, 92,5 %.

4 NH₃ + 4 O₂ = 2 N₂O + 6 H₂O + 263,0 ккал/г-моль (2) побочная реакция

4 NH₃ + 3 O₂ = 2 N₂ + 6 H₂O + 303,1 ккал/г-моль (3) побочная реакция

Объём при реакции увеличивается, надо вести процесс под меньшим давлением, удалять продукты реакции. Помогать системе.

Абсорбция окислов азота.

2 NO + O₂ = 2 NO₂ + 29,5 ккал/г-моль (1)

2 NO₂ + H₂O = HNO₃ + HNO₂ + 27,3 ккал/г-моль (2)

3 HNO₂ = HNO₃ + 2 NO + H₂O – 18,13 ккал/г-моль (3)

Объём при рекции уменьшается, процесс надо вести под более высоким давлением.

Так же под более высоким давлением надо вести процесс синтеза аммиака:

N₂ + 3H₂ = 2 NH₃

В реакции синтеза аммиака так же объём уменьшается.

Поэтому для улучшения процессов окисления аммиака и абсорбции окислов азота, на более современных агрегатах АК-72 процессы проводят под различным давлением. Вначале – окисление аммиака под давлением от 2,5 до 3,5 кгс/см² Окисление аммиака осуществляется на платиновом катализаторе в контактных аппаратах по реакциям (1÷3).

Далее следует охлаждение НГ, которое последовательно осуществляется в котлах - утилизаторах, ряде теплообменников. Отвод сконденсировавшейся при этом азотной кислоты осуществляется на одну из тарелок абсорбционной колонны Затем – сжатие НГ до давления от 8 до 11 кгс/см², охлаждение НГ после сжатия и абсорбция оксидов азота. Очистка хвостовых газов от оксидов азота осуществляется на агрегатах АК-72 помощи природного газа:

CH4	+	0,5 О2	=	СО	+	2 Н2	+	Q	(1)
2 NO	+	2 H2	=	N2	+	2 H2O	+	Q	(2)
2 NO2	+	4 H2	=	N2	+	4 H2O	+	Q	(3)
2 CO	+	O2	=	2 CO2			+	Q	(4)
2 H2	+	O2	=	2 H2O			+	Q	(5)

Смешение аммиака с воздухом здесь осуществляется в отдельном аппарате – смесителе, чистота которого должна гарантировать невозможность самопроизвольного окисления аммиака на стенках аппарата и трубопровода. Охлаждение НГ осуществляется в котле – утилизаторе и теплообменниках – подогревателях хвостовых газов и холодильниках-конденсаторах. Сконденсировавшаяся в холодильниках-конденсаторах азотная кислота поступает на одну из тарелок абсорбционной колонны.

Абсорбция диоксида азота происходит в колонне очищенной водой, причем степень абсорбции достигает 99%, а содержание оксидов азота в выхлопных газах до 0,11%.

Очисттка хвостовых газов после абсорбционной колонны осуществляется при температуре ~ 260ºС на алюмо-ванадиевом катализаторе путём восстановления водородом. По реакциям:

4 NH₃ + 6 NO = 5 N₂ + 6 H₂O + Q

8 NH₃ + 6 NO₂ = 7 N₂ + 12 H₂O + Q

на поверхности алюмованадиевого катализатора так же происходит дожиг непрореагировавшего аммиака по реакции: 4 NH₃ + 3 O₂ = 2 N₂ + 6 H₂O + Q