Технология неконцентрированной азотной кислоты
азота и росту
скорости реакции. В интервале 700-10000С выход NO может быть доведен до 95-
98%. Время контактирования при повышении температуры от 650-до 9000С
сокращается примерно в пять раз (от 5*10-4 до 1,1*10-4сек).
Необходимый температурный режим процесса может поддерживаться за
счет тепла реакций окисления. Для сухой аммиачно-воздушной смеси,
содержащей 10% NH3, при степени конверсии 96% теоретическое повышение
температуры газа составляет примерно 7050С или около 700С на каждый процент
аммиака в исходной смеси. Применяя аммиачно-воздушную смесь, содержащую
9,5% аммиака, можно за счет теплового эффекта реакции достигнуть
температуры порядка 6000С, для еще большего повышения температуры конверсии
необходим предварительный подогрев воздуха или аммиачно-воздушной смеси.
Следует учитывать, что подогревать аммиачно-воздушную смесь можно только до
температуры не выше 150-2000С при температуре греющего газа не более 4000С.
В противном случае возможна диссоциация аммиака или его гомогенное
окисление с образованием элементарного азота.
Верхний предел повышения температуры контактного окисления аммиака
определяется потерями платинового катализатора. Если до 9200С потери
платины в какой-то мере компенсируются ростом активности катализатора, то
выше этой температуры рост потерь катализатора значительно опережает
увеличение скорости реакции.
Согласно заводским данным, оптимальная температура конверсии
аммиака под атмосферным давлением составляет около 8000С; на установках,
работающих под давлением 9 ат, она равна 870-9000С.
Давление. Применение повышенного давления при получении разбавленной
азотной кислоты в основном связано со стремлением увеличить скорость
окисления окиси азота и переработки образующейся двуокиси азота в азотную
кислоту.
Термодинамические расчеты показывают, что и при повышенном давлении
равновесный выход NO близок к 100%. Однако высокая степень контактирования
в этом случае достигается лишь при большом количестве катализаторных сеток
и более высокой температуре.
За последнее время в промышленных условиях на многослойных
катализаторах при тщательной очистке газов и температуре 9000С удалось
довести степень конверсии аммиака до 96%. При выборе оптимального давления
следует иметь в виду, что повышение давления приводит к росту потерь
платины. Это объясняется увеличением температуры катализа, применением
многослойных сеток и усилением их механического разрушения под действием
большой скорости газа.
3. Содержание аммиака в смеси. Для окисления аммиака обычно
применяют воздух, поэтому содержание аммиака в смеси определяется
содержанием кислорода в воздухе. При стехиометрическом отношении
О2:NH3=1,25 (содержание аммиака в смеси с воздухом составляет 14,4%) выход
окиси азота не значителен. Для увеличения выхода NO требуется некоторый
избыток кислорода, следовательно содержание аммиака в смеси должно быть
меньше 14,4%. В заводской практике содержание аммиака в смеси поддерживают
в пределах 9,5-11,5%, что соответствует отношению O2:NH3=2(1,7.
Суммарная реакция, определяющая потребность в кислороде при
переработке аммиака в азотную кислоту
NH3+2O2=HNO3+H2O
дает отношение O2:NH3=2, что соответствует содержанию аммиака в исходной
смеси, равному 9,5%. Это говорит о том, что увеличение концентрации аммиака
в смеси выше 9,5% в конечном итоге в конечном итоге не приведет к росту
концентрации NO, так как в этом случае в адсорбционную систему придется
вводить дополнительный воздух.
Если в качестве исходных реагентов применять аммиачно-кислородную
смесь, то в соответствии с уравнением суммарной реакции можно было бы
увеличить концентрацию в ней аммиака до 33,3%. Однако применение высоких
концентраций аммиака затруднено тем, что подобные смеси взрывчаты.
4. Влияние примесей. Платиновые сплавы чувствительны к примесям,
содержащимся в аммиачно воздушной смеси. В присутствии 0,0002% фосфористого
водорода в газовой смеси степень конверсии аммиака снижается до 80%. Менее
сильными контактными ядами являются сероводород, ацетилен, хлор, пары
смазочных масел,. пыль, содержащая окислы железа, окись кальция, песок и
др.
Предварительная очистка газов увеличивает продолжительность работы
катализатора. Однако со временем катализатор постепенно отравляется и выход
NO снижается. Для удаления ядов и загрязнений сетки периодически
регенерируют посредством обработки их 10-15% раствором соляной кислоты.
5. Время контактирования. Оптимальное время контактирования определяется
скоростью окисления аммиака. Чаще всего скорость окисления определяют как
количество окисленного аммиака (кг) на единицу поверхности (м2) в сутки
(напряженность катализатора). Продолжительность соприкосновения газа с
катализатором, или время контактирования определяют по уравнению
t=Vсв/W
где t - время пребывания газа в катализаторной зоне, сек;
Vсв - свободный объем катализатора, м3;
W - объемная скорость в условиях контактирования м3*сек-1.
Максимальная степень превращения аммиака в окись азота достигается
при вполне определенном времени контакта газа с катализатором. Оптимальным
временем контактирования следует считать не то, при котором достигается
максимальный выход NO, а несколько меньшее, так как экономически выгодно
работать при большей производительности даже за счет снижения выхода
продукта. В практических условиях время контакта аммиака с катализатором
колеблется в пределах 1-2*10-4сек.
6. Смешение аммиака с воздухом. Полная однородность аммиачно-
воздушной смеси, поступающей в зону контактирования, является одним из
основных условий получения высокого выхода окиси азота. Хорошее смешение
газов имеет большое значение не только для обеспечения высокой степени
контактирования, но и предохраняет от опасности взрыва. Конструкция и объем
смесителя должны в полной мере обеспечивать хорошее перемешивание газа и
исключать проскок аммиака отдельными струями на катализатор.
Оптимальные условия окисления окиси азота:
Зависимость константы равновесия реакции 2NO+O2=2NO2 (+26,92 ккал)
от температуры выражается уравнением: lgK= lg((PNO2*PO2)/PNO2)=-
5749/T+1,751lgT-0,0005T+2,839. При понижении температуры и повышении
давления газа равновесие реакции смещается вправо. При температурах ниже
2000С и давлении 1 ат окисление окиси азота может осуществляться почти на
100%, так что в этих условиях реакцию можно рассматривать как необратимую,
протекающую в сторону образования азота. При температурах выше 7000С
происходит почти полная диссоциация NO2 на окись азота и кислород.
Оптимальные условия абсорбции окислов азота при получении
разбавленной азотной кислоты:
1. Температура. Все реакции, протекающие в абсорбционной системе,
за исключением разложения азотистой кислоты, сопровождаются выделением
тепла, поэтому их равновесие смещается вправо при понижении температуры.
Благодаря этому понижение температуры способствует увеличению концентрации
продукционной кислоты. Кроме того, понижение температуры благоприятно
сказывается и на производительности системы, так как при этом увеличивается
скорость окисления NO. Снижение температуры с 40 до 00С позволяет увеличить
производительность установки в два раза.
На практике температуру абсорбции поддерживают в пределах 20-400С.
Дальнейшее понижение температуры хотя и благоприятно сказывается на
процесс, но в то же время приводит к повышению энергетических затрат и
увеличению количества растворенных в азотной кислоте окислов азота, которые
с водой не взаимодействуют, и в конечном итоге, теряются.
2. Давление. Повышение давления даже в небольшой мере позволяет
значительно ускорить процесс образования HNO3 и сократить реакционный
объем. Также повышение давления позволяет увеличить степень поглощения
окислов азота. Для систем, работающих под атмосферным давлением, она
составляет 93-97%, при давлении 8 ат -96-99%. В промышленности нашли
применение установки, в которых абсорбция окислов азота проводится под
различными давлениями: 1; 1,2; 1,7; 3,5; 4; 5; 7; 9 ат.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА И АППАРАТУРНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ.
Методы производства разбавленной азотной кислоты могут быть
подразделены на три основные группы: производство под атмосферным
давлением, производство под повышенным давлением и комбинированные методы
производства азотной кислоты (окисление аммиака производится под
атмосферным давлением, абсорбция под повышенным давлением).
На рис.1 представлена схема получения разбавленной азотной кислоты
под атмосферным давлением.
Для очистки от посторонних газов и механических загрязнений воздух
промывается водой в скруббере, фильтруется через матерчатые фильтры и
совместно с аммиаком подается в систему вентилятором, в улите которого
происходит смешение воздуха и аммиака в нужном соотношении. До поступления
на катализатор газовую смесь еще раз фильтруют через поролитовый или
картонный фильтр, размещенные в верхней части контактного аппарата.
Контактный аппарат монтируется непосредственно на котле-утилизаторе. На
выходе из котла-утилизатора температура нитрозных газов снижается с 800 до
1600С. Дальнейшее охлаждение нитрозных газов производится в двух
последовательно включенных водяных
| |  скачать работу |
Технология неконцентрированной азотной кислоты |
