SU1059023A1 - Спосіб отримання концентрованої азотної кислоти - Google Patents

SU1059023A1 SU1059023A1 SU1059023A1 SU1059023A1 SU1059023A1 SU813333395 A SU 813333395A SU 3333395 A SU3333395 A SU 3333395A SU 1059023 A1 SU1059023 A1 SU 1059023A1 Authority SU acid concentrated nitric metal oxide current density Prior art date 1981-08-17 Application number SU813333395A Other languages ​​English ( en ) Inventor Юрій Михайлович Каргін Андрій Олександрович Чичіров Олег Валентинович Паракін Євген Васильович Нікітін Андрій Петрович Томі Гаріфзянов В'ячеслав Васильович Волков Олександр Володимирович Смоленцев Володимир Петрович Добринін Підприємство П/Я В-2281 Казанський Орден Леніна та Орден Трудового Червоного Прапора Державний Університет Ім.В.І.Ульянова-Леніна a legal conclusion. 1981-08-17 Filing date 1981-08-17 Publication date 1983-12-07 1981-08-17 Application filed by Підприємства Я В-2281, Казанський Ордена Леніна І Ордену Трудового Червоного Прапора Державний Університет Ім.В.І.Ульянова-Леніна filed Critical Підприємство П/Я В-2281 1981-08-17 1983-12-07 Publication of SU1059023A1 publication Critical patent/SU1059023A1/ua

Links

Landscapes

Abstract

1.СПОСІБ ОТРИМАННЯ КОНЦЕНТРОВАНОЇ АЗОТНОЇ КИСЛОТИ-шляхом окислення азотовмісного з'єднання , от т л ч а ю щ ні з тим, що, з метою збільшення виходу кислоти і спрощення процесу, розведену азотну кислоту електрохімічно окислюють скловуглецю або металоокисних електродах на основі титану при щільності струму не більше 50 А/дм, 2. Спосіб поп,1, який відрізняється тим, що в якості металоокисних електродів використовують двоокиси рутені, свинцю і марганцю, триокис кобальту на титановій основі.

Description

Винахід відноситься до технології отримання концентрованої азотної кислоти, широко використовуваної в промьпиленности .при виробництві лаків, барвників, хімічних добрив, лікарських препаратів та інших продуктів. Відомий спосіб концентрування азотної кислоти, згідно з яким звичайною перегонкою розведеної азотної кислоти отримують дистилл т з концентрацією не вище 68,4%, так. як азотна кислота і вода утворюють азео троп складу 68,4%.HNO і 31,6% H-jO з температурою кипіння 121,9°С. Для отримання більш концентрованої азотної кислоти дистилцію провод т у присутності дегідратуючих засобів - концентрованої сірчаної кислоти, нітратів лужних металів і лужноземельних металів. Так, в сірчанокислотному способі розбавлену азотну кислоту змішують з 92,5%-ною сірчаною кислотою в масових співвідношеннях 1:4 і далі отриману суміш розганяють, получс 98%-ную азотну кислоту Щ , Недоліком цього способу влєтс необхідність дистилції та регенерації великої кількості кислот. Отримувана азотна кислота забруднена сірчаною кислотою, що несприятливо позначається на її якісних показниках. Крім того, виробництво кислоти супроводжується викидом оксидів азоту і сірки, що загрязнюють атмосферу.Найбільш близьким по технічній сутності і досягається результату до винаходу вл етс спосіб концентрування азотної кислоти прмим окисленням киснем повітря суміші розбавленої азотної кислоти з окислами азоту під тиск 50 атм , Процес одержання концентрованої азотної кислоти по цьому рпособу складається. Отримані в результаті каталітичного спалювання повітря гази, головним чином окис азоту, окислюють до можливо більш і повного перетворення в двоокис азоту, яку поглинаю концентрованою азотною кислотою. З отриманої суміші концентрованої азотної кислоти і оксидів азоту (олеуму) виділ ють і конденсують чи тую оксид азоту. Далі готовий суміші рідкого двоокису азоту з розбавленою азртною кислотою із заданими масовими співвідношеннями компонентів N0 год І7.0. Цю cfMecb під тиском 50 атм. подають в автоклав, де в присутності кисню при 70-85 відбувається окислення і утворюється концентрована азотна кислота, що містить надлишок окислів азоту. Потім слід відбілювання отриманої кислоти струмом сухого повітря, в ре-.зультаті якої отримують готову концентровану азотну кислоту і оксиди азоту, що використовуються у виробництві слабкої азотної кислоти >i , До недоліків відомого способу відноситься багатостадійність процесу, використання високих тисків (50 атм, наслідком чого влтс надмірна складність апаратурного оформлення і вибухонебезпечність. причини складного створення безперервного виробництва Крім того, застосування щодо високих температур (70-85°с) викликає великі втрати кінцевого продукту внаслідок низької температури кипіння азотної кислоти та її високої леткості, що спричиняє забруднення навколишнього середовища, негляд на використання потужних пристроїв для улову парів азотної кислоти. окислів азоту. Мета винаходу - збільшення виходу кислоти і спрощення процесу. отримані концентрованої азотної кислоти шляхом окислення азотовмісної сполуки , розведену азотну кислоту електрохімічно окислюють в діафрагмовому електролізері на анодах платини , скловуглецю або металоокисних електро цах на основі титану при щільності струму не більше 50 А/дм , При цьому в якості металу сни, свинцю і марганцю, триокис кобальту на титановій основі. Процес здійснений лабораторних умов у наступному порядку. Для концентрування кислоти використовувалася електрохімічна чійка звичайної конструкції з розділеною Jyі: пористої керамічної дйафраг мій анодним і катодним просторами. В анодне і катодне простору чейки Зс1ливают по 500 мл 47% азотної кислоти.В аноліт занурюють | електрод, виготовлений з матеріалу-і ла, стійкого в умовах анодної полизації в азотній кислоті, наприклад з платини або скловуглецю. У католіт занурюють катод, виготовлений із нержавіючої сталі. На чейку подається постійний електричний струм силою 5-50 А. Щільність анодного струму становить при цьому 5-50 А/дм. В ході електролізу аноліт та католіт охолоджують проточною водопровідною водою. Температура процесу 440-с. Підвищення температури вище J40 С небажано, так як посилюється випаровування азотної кислоти. електроліту внаслідок її високої летючості, а зниження температури нижче не дає будь-яких переваг, але вимагає застосування спеціальних заходів для охолодження чейки. Результатом електролізу вл етс концентрування азотної кислоти в анодному просторі чейки. Процес супроводжується виділенням чистого електролітичного кисню, який можна збирати і використовувати. Механізм процесу окислення азотної кислоти можна виразити схе 2NO; + H,0-2e 2HNO - /202. У катодному просторі чейки відбувається відновлення азотної кислоти, у результаті відбувається виділення оксидів азоту. Окисли відведення транспортного засобу і можуть бути використані для отримання розведеної азотної кислоти. Приклад 1.В анодне і катодне простір електрохімічної чейки заливають по 500 мл 47% азотної кислоти і піддають електролізу з використанням платинового анода. Загальний струм чейку 25Л, щільність анодного струму дорівнює при цьому 25 А/дм. Зростання концентрації азотної кислоти в анодному просторі чейки та питома витрата електроенергії на концентрування 1 кг кислоти на 1% представлені в табл. 1. Таблиця. 1

Як очевидно з табл. 1 концентрування азотної кислоти до 90% відбувається з витратою електроенергії 0,100-0,134 кВт год/кг і далі витрата електроенергії та температура різко зростають.Крім того, при концентруванні кислоти вище 90% спостерігається значне перетікання електроліту з анодного простору в катодне, що призводить до зниження виходу продукту, тобто. концентрованої азотної кислоти.

Необхідно використовувати діафрагмовий електролізер, тому що в бездіафрагменному електролізері, домогтися концентрування азотної кислоти не вдається і єдиним результатом дії електричного струму вл етс в цьому випадку деструкції азотної кислоти з утворенням оксидів азоту.

З усієї кількості використаних анодів процес концентрування азотної кислоти вдалося здійснити на платині, скловуглеці і р де металоокисних електродів | , Л такі традиційні анодні матеріали , як свинець, графіт, пірографіт , алюміній, залізо, нікель виявилися непридатними так як піддавалися в процесі електролізу сильної корозії Непридатними виявилися також аноди з таких кислотостійких металів як титан, тентал, ніобій, так як в в процесі електролізу спостерігається дуже швидке зростання напруження. що обумовлено утворенням окисної плівки п-типу на поверхні цих металів.

Експериментальні дослідження процесу електролізу водних розчинів азотної кислоти показали, що величина щільності анодного струму істотно впливає на результат.

У табл. 2 привод тс дані про . .ефективності процесу концентрування. Як очевидно з табл. 2, при щільності анодного струму понад 50 А/дм спостерігається зниження ефективності концентрування: при одному і тому ж кількості електрики, що пройшов через електролізер, концентрації азотної кислоти збільшується тим менше, чим більша величина щільності струму..При щільності анодного струму більше 60 А/дм концентрування азотної кислоти практично не відбувається. Крім того, у разі використання неплатинових анодів при щільності Анодного струму більше 50 А/дм відбувається руйнування матеріалу анода. Нижня межа використовуваної щільності анодного струму не має чіткої межі. Однак використання низьких щільностей струму Гменей 5 відповідно вимагає застосування електродів з великою площею, що економічно не вигідно.

Таким чином, запропонований спосіб проведений на невеликих кількостях кислоти зі зміною всіх опрел гапих процес показників. При цьому встановлено, що пропонований спосіб дозволяє без застосування високого тиску на досить простій технологічній апаратурі отримувати чисту азотну кислоту в одну стадію. Застосування високих-температур і відсутність необхідності перегонки азотної кислоти практично виключає викид парів КИСЛОТИ і оксидів азоту в атмосферу, що сприятливо позначається на санітарних умовах навколишнього середовища. Спосіб дозволяє, крім того, отримувати чистий кисень як побічний продукт, область застосування якого різноманітна і велика. Пропонований спосіб може бути реалізований шляхом встановлення серії проточних електролізерів, що забезпечить безперервність процесу та його повну автоматизацію.

Claims ( 2 )

1. СПОСІБ ОТРИМАННЯ КОНЦЕНТРОВАНОЇ АЗОТНОЇ КИСЛОТИ·шляхом окислення азотовмісної сполуки, про т.л і ч а ю щ ий з тим, що, з метою збільшення виходу кислоти і спрощення процесу, розведену азотну кислоту електрохімічно окислюють з платини, скловуглецю або металоокисних електродах на основі титану при щільності струму не більше 50 А/дм*2.

2.Спосіб поп.1, який відрізняється тим, що в якості металоокисних електродів використовують двоокису рутенію, свинцю і марганцю, триокис кобальту на титановій основі.

SU813333395A 1981-08-17 1981-08-17 Спосіб одержання концентрованої азотної кислоти SU1059023A1 ( ru )

Priority Applications (1)

Applications Claiming Priority (1)

Publications (1)

Family

ID=20975124

Family Applications (1)

Country Status (1)

Cited By (2)

Non-Patent Citations (1)

Cited By (2)

Similar Documents

RU2151736C1 - Спосіб отримання азотної кислоти - Google Patents

Publication number RU98118836/12 UA 98118836/12 UA 98118836 UA 98118836 UA 98118836 UA 2151736 C1 UA2151736 acid oxides nitric acid absorption Prior art date 1998-10-15 Application number UA98118836/12A Інші 언어 English (en) 1998-10-15 Filing date 1998-10-15 Publication date 2000-06-27 1998-10-15 Application filed by Караваєв Михайло Іванов Юрій Анісимович filed Critical Караваєв Михайло Михайлович 1998-10-15 Priority to RU98118836/12A priority Critical patent/RU2151736C1/ua 2000-06-27 Application granted granted Critical 2000-06-27 Publication of RU2151736C3

Links

Images

Landscapes

Abstract

Винахід відноситься до хімічної технології та стосується способу виробництва оксидів азоту та неконцентрованої азотної кислоти.Спосіб полягає в тому, що процес окислення молекулярного азоту здійснюється кисневими сполуками азоту на каталізаторах при температурах 850-450 o С під тиском, близьким до атмосферного, а абсорбцію отриманих оксидів азоту проводять під підвищеним тиском, що утворюється в абсорбційній колоні азотну кислоту частково використовують як окислювача молекулярного азоту, подаючи її в реактор з потоком газу, містить азот і кисень, а теплову енергію, необхідну для процесу окислення азоту, підводять з потоком вихлопних газів, що містять оксиди азоту і підігрітих стороннім енергоносієм. Як каталізатори процесу окислення азоту використовують сплави платини з металами платинової групи або каталізатори на основі оксидів заліза, алюмінію, цирконію, кобальту з добавками інших тугоплавких оксидів, причому каталізатори можуть розташовуватися в кілька шарів. Спосіб дозволяє отримувати концентровану азотну кислоту, при цьому спосіб ефективний за техніко-економічними показниками, знижено собівартість готової продукції, знижено викиди шкідливих речовин в атмосферу. 8 з.п.ф-ли, 1 іл., 2 табл.

Description

Винахід відноситься до хімічної технології та стосується способу виробництва неконцентрованої азотної кислоти (НАК).

Широко відомий і застосовується у промисловості спосіб отримання НАК, заснований на поглинанні водою оксидів азоту (NOx), одержаних конверсією аміаку повітрям.Він включає стадії: окислення аміаку киснем повітря на каталізаторі при температурі 800 - 900 o C, рекуперацію тепла нітрозних газів (НГ), найчастіше в котлах-утилізаторах з отриманням пари, виділення реакційної води, абсорбцію NOx з отриманням азотної кислоти та очищення вих (ВГ) від оксидів азоту.

Недоліками традиційного способу одержання азотної кислоти є: високі сировинні, капітальні та експлуатаційні витрати; значні викиди шкідливих речовин, у атмосферу (виробництво аміаку + азотної кислоти).

Найбільш близьким за технологічною сутністю і досягається ефект є спосіб виробництва азотної кислоти з N₂ та O₂ за допомогою плазми під тиском 10 атм (див. "Технологія азотної кислоти" В.І.Атрощенко, С.І.Каргін. М., Хімія, 1970, с. 30, рис. 1 - 2).

Як сировина використовується суміш N₂ та O₂. Процес проводиться у плазмі при температурах 3000 K (1827 o C) шляхом введення частини НГ, охолоджених до 475 K (202 o C).

Основна частина НГ з температурою 202 o C проходить холодильник і прямує до абсорбційної колони, де виходить азотна кислота за рахунок поглинання NOx водою.

Вихлопні гази (після часткового продування) змішуються зі свіжою сумішшю повітря і кисню і після підігріву до 1727 o C направляються в плазмотрон.

Ця схема не реалізована у промисловості. Недоліками є дуже високі температури окислення, досягнення яких потребує значних кількостей енергії, низькі концентрації оксидів азоту в НГ, велика кількість спеціальної апаратури, потрібний також кисень. За розрахунком на 1 т HNO₃ мнг необхідно витратити 4120 квт.год енергії та 398 м 3 кисню.

Метою пропонованого винаходу є підвищення ефективності процесу за рахунок скорочення сировинних, енергетичних та капітальних витрат, а також значного зниження викидів шкідливих речовин в атмосферу.

Згідно винаходу мета досягається тим, що запропоновано принципово новий спосіб виробництва азотної кислоти, заснований на використанні нітрозних газів, одержаних прямим каталітичним окисленням молекулярного азоту при відносно низьких технологічних температурах.

Новизна способу полягає в тому, що процес окислення азоту здійснюється кисневими сполуками азоту на каталізаторах при температурах 850 - 450 o C під тиском, близьким до атмосферного, а абсорбцію оксидів азоту проводять при підвищеному тиску; азотну кислоту, що утворюється в абсорбційній колоні, частково використовують як окислювач азоту, подаючи її в реактор з потоком газу, що містить кисень, а енергію, необхідну для процесу окислення азоту, підводять з потоком вихлопних газів, що містять оксиди азоту і підігрітих стороннім енергоносієм.

Процес окислення азоту ведуть при швидкостях газу від 0,1 до 2,0 м/с, абсорбцію оксидів азоту здійснюють при тисках 3 - 30 атм і одержують азотну кислоту концентрацією 55 - 75 ваг.%, а продукцію видають у вигляді HNO концентрацією до 68 4%.

В якості каталізаторів процесу окислення використовують сплави платини з металами платинової групи або каталізатори на основі оксидів заліза, алюмінію, цирконію, кобальту з добавками інших тугоплавких оксидів, причому каталізатори, що використовуються, можуть розташовуватися в кілька шарів.

Спосіб дозволяє отримувати концентровану азотну кислоту та виробляти в тому чи іншому вигляді оксиди азоту на бік.

У першому випадку одержувану в абсорбційній колоні кислоту концентрацією вище 70 вагу. % додатково розганяють, отримуючи у відгоні концентровану кислоту, а кислоту, що залишилася в кубі колони, концентрацією, близькою до азеатропної, використовують як окислювач в основній схемі.

У другому випадку оксиди азоту в кількостях, одержуваних за рахунок окислення молекулярного азоту, виводяться зі схеми і переробляються в інші сполуки зв'язаного азоту, наприклад, солі азотної та азотистої кислот, а одержувана в абсорбційній колоні азотна кислота використовується тільки як окислювач молекулярного азоту.

Для успішного здійснення процесу виконуються такі умови:
- окислювач, пари азотної кислоти та оксиди азоту повинні подаватися на каталізатор у строго визначеній кількості, в заданих умовах за температурою, концентраціями компонентів та швидкостями газу;
- з абсорбційної колони через теплообмінник-підігрівач в реактор має відводитися така кількість вихлопних (нітрозних) газів, яка забезпечить створення на полицях реактора заданого температурного режиму, обумовленого кількістю окислювача, що подається, і температурою підігріву вихлопних газів;
- Концентрація кислоти з абсорбційної колони може змінюватися від 55 до 75% HNO₃ вага. і навіть ваше, але концентрація продукційної кислоти повинна бути 60 - 68,4% HNO₃;
- кислота, що подається з абсорбційної колони в насичувач (або, минаючи його, прямо в реактор) може підігріватися теплообміннику до температури 150 o C при строгому обмеженні часу перебування її в зоні високих температур.

Технологічна схема представлена ​​на кресленні:
поз. 1 - повітродувка;
поз. 2 - насичувач повітря парами азотної кислоти та води. Утворення потоку ПКГС;
поз.3 - теплообмінник для підігріву ПКГС нітрозними газами (НГ) після реактора (4);
поз. 4 - реактор, у якому на каталізаторі проводиться реакція окиснення молекулярного азоту;
поз. 5, 16 – парові котли;
поз. 6 - підігрівач кислоти, що надходить у насичувач (поз. 2);
поз. 7 – промивач НГ. У вигляді слабкої кислоти виділяються пари води;
поз. 8 – турбокомпресор з газовою турбіною. Призначений для стиснення НГ та рекуперації енергії ВГ;
поз. 9 - окисник оксиду азоту 11 киснем. Тепло реакції використовується для підігріву циркулюючих вихлопних газів (ЦВГ) перед подачею підігрівач (поз. 15);
поз. 10, 14 - сатураційний цикл, призначений для насичення ВГ парами води перед розширенням їх у турбіні;
поз. 11 – насос;
поз. 12 – холодильник-конденсатор. Призначений для охолодження НГ та виділення з них парів та аерозолів водяної пари перед надходженням НГ до абсорбційної колони (поз. 13);
поз. 13 - абсорбційна колона, що використовується для поглинання оксидів азоту водою та отримання розчину азотної кислоти;
поз. 15 - підігрівач ЦВГ стороннім теплоносієм. Нагріті до 800 - 900 o C ЦВГ переносять теплову енергію реактор (поз. 4), де вона використовується в процесі окислення азоту.

Пропонований спосіб виробництва НАК має фактично два рецикли:
- газовий цикл, коли ЦВГ повертається в реактор, використовуючи при цьому як переносник енергії та джерело сировини - азоту;
- газорідинний цикл, в якому азотна кислота, що утворюється в колоні (поз. 13), подається у вигляді ПКГС в реактор (поз. 4) і використовується як окислювач азоту. В результаті реакції на моль парів кислоти з азоту (N₂) утворюється моль оксидів азоту (NOx) (див. реак. 1). Оксиди азоту в колоні (поз. 13) знову перетворюються на азотну кислоту.При цьому частина кислоти, що утворилася за рахунок оксидів азоту, що виявилися за рахунок розкислення та розкладання кислоти (див. реак. 1, 2), повертається до циклу. Та частина, що утворилася з оксидів азоту, отриманих із азоту, виводиться як продукційна.

У наситник (поз. 2) повітродувкою (поз. 1) подається повітря, а у верхню частину його - підігріта кислота з абсорбційної колони і подається насосом (поз. 11), що циркулює з нижньої частини наситника. Повітря, проходячи через шари кислоти, що знаходиться на тарілках наситника, насичується парами кислоти та води - утворюється парокислотогазова суміш (ПКГС). Вона може також містити невелику кількість оксидів азоту. Її склад визначається концентрацією кислоти, температурою розчину, щонайменше кількістю повітря, що пропускається.

Повітря, що подається в насичувач (поз. 2), може бути замінений на інший газ, що містить азот та кисень.

Отримана ПКГС підігрівається у теплообміннику (поз. 3) н/газами до температури 250 - 300 o C і вводиться в реактор перед шарами каталізатора (поз. 4). Тут вона поєднується з циркулюючими вихлопними газами (ЦВГ), що несуть енергію. При температурі 600 - 700 o C отримана суміш газів проходить каталізатор, де протікає реакція окислення азоту.

Наприклад, реакція 1:
2HNO₃+N₂=3NO+NO₂+H₂O-355 кДж. (1)
Залежно від технологічних умов ступінь перетворення парів кислоти реакції (1) становить від 30 до 90%. Пари кислоти, що залишилися, розкладаються за реакцією (2):
4HNO₃=4NO₂+2H₂O+O₂-191,0 кДж. (2)
Отриманий за реакцією (1) оксид азоту II (NO) за реакцією (3) може окислюватися киснем до двоокису азоту (NO)₂)
2NO+O₂=2NO₂+113,9 кДж. (3)
Реакція (3) є рівноважною та протікає з досить високою швидкістю в гомогенних умовах. Тому склад газу на виході визначатиметься температурою у шарі каталізатора, складом вихідного газу, часом контакту з каталізатором та порізністю шару останнього.

Для збільшення ступеня переробки азоту (збільшення виходу оксидів азоту) доцільно каталізатор розміщувати в реакторі (поз. 4) кілька шарів. У цьому випадку перед кожним новим шаром додатково вводяться окислювач (ПКГС) та енергоносій (ЦВГ) з метою підвищення температури суміші до 600 - 650 o C. При багатошаровій системі розміщення каталізатора можуть бути застосовані інші способи підведення енергії. Це дозволяє підвищувати вміст оксидів азоту в нітрозних газах принаймні до 20 - 25 об.% NOx.

Гази, що виходять з реактора (поз. 4) послідовно проходять котел-утилізатор (поз. 5), підігрівач ПКГС (поз. 3) і підігрівач кислоти (поз. 6). У цих апаратах енергія НГ використовується для отримання пари та підігріву ПКГС та кислоти, що надходить у насичувач (поз. 2). Потім НГ при температурі 100 o C направляються в промивач (поз. 7), де їх у вигляді слабкої NHO₃ виділяються реакційна вода та пари її, що надходять з ПКВС.

У цій схемі на відміну діючих схем концентрація кислоти в конденсаті промивача (в рівних умовах) може бути вищою, т.к. концентрація NOx в н/м 3 більша за звичайну.

При необхідності (наприклад, одержання в абсорбційній колоні (поз. 13) кислоти високої концентрації) може здійснюватися зрошення промивача (поз. 7) циркулюючою кислотою.

З промивача (поз. 7) НГ надходять на всмоктування турбокомпресора (поз. 8), де стискаються до тиску абсорбції. Працюючи реактора (поз.4) під атмосферним тиском тут у НГ має подаватися все необхідне для кислотоутворення повітря (при роботі реактора (поз. 4) під тиском необхідний кисень вводиться у вигляді повітря через насичувач (поз. 2)).

Після компресора (поз. 8) НГ направляються в окислювач-теплообмінник (поз. 9), в якому тепло інтенсивно протікає реакції 3 окислення оксиду азоту 11 використовується для підігріву ЦВГ.

Наступна утилізація енергії НГ виробляється в сатураційній системі: підігрівач (поз. 10) та сатуратор (поз. 14). Вона призначена для насичення ВГ парами води перед розширенням їх у турбіні з метою отримання додаткової енергії.

Подальша підготовка НГ до абсорбції, залежно від заданої концентрації кислоти та тиску в системі, може проводитись різними шляхами.

Доцільно охолодження НГ та подальше виділення парів та аерозолів води проводити в прямоточних холодильниках-конденсаторах, причому у схемі агрегату встановлювати два апарати і перший по ходу газу використовувати для підігріву кислоти, спрямованої з колони (поз. 13) в насичувач (поз. 2) ( на схемі не вказано.

При отриманні кислоти концентрацією понад 65% HNO₃ з метою повнішого виділення води з НГ та підвищення ступеня окислення NO холодильник перед колоною розумно замінювати на промивач НГ кислотою з колони (поз. 13).

З холодильників (поз. 12) гази прямують до абсорбційної колони (поз. 13), де поглинаються водою з утворенням азотної кислоти. На відповідну тарілку колони передається і конденсат із холодильників (поз. 12) та промивача (поз. 7).

Принципово новим технічним рішенням є відведення основної кількості вихлопних газів не з голови колони, а із зони уповільненого кислотоутворення (де вміст оксидів азоту в газах становить 0,8 - 1,2 про.%) і використання їх як носій енергії - вони підігріваються до 300 - 350 o C в окислювачі-підігрівачі (поз. 9), потім у підігрівачі (поз. 15) і вводяться в реактор (поз. 4). Саме за рахунок енергії, що приноситься цими газами, проводиться ендотермічна реакція окиснення азоту (реакції (1) та (2)).

Вихлопні гази з верхньої частини колони (поз. 13) з вмістом сотих часток відсотків NOx проходять сатуратор (поз. 14), де насичуються водяною парою, і через турбіну (поз. 15) викидаються в атмосферу.

Підігрів ЦВГ до 800 - 850 o C проводиться у теплообміннику (поз. 15) за рахунок спалювання природного газу. Гази горіння використовують для отримання пари у котлі (поз. 16).

У питанні утилізації тепла, порядку подачі газових потоків, апаратурного оформлення стадії переробки НГ можливі будь-які інші варіанти. Наприклад, можна ВГ піддавати селективному каталітичному очищенню, підігрівати їх перед подачею в турбіну (поз. 8) в теплообміннику, що встановлюється замість котла (поз. ), або у теплообміннику (поз. 9), або у теплообміннику (поз. 10), відмовившись від сатурації. Можливі й інші варіанти, що не торкаються основних, що визначають процес, технологічні рішення.

Процес вивчався на лабораторних та досвідчених установках. Відпрацювання технології його проводилися на реконструйованому контактному апараті агрегату виробництва азотної кислоти, що працює під тиском 1/3,5 атм, продуктивністю 5,6 т/год.

Основний потік газу подавався зверху, додатковий потік газу міг вводитись безпосередньо перед кожним шаром каталізатора. Обидва потоки могли нести окислювач. Задана температура шару каталізатора підтримувалася зовнішнім обігрівом.

Аналогічно була зібрана і дослідна установка з тією різницею, що апарати на ній виготовлялися з металу, і вона могла працювати до тиску 10 атм. Навантаження газу максимально могло становити 1000 л/год.

На реконструйованому промисловому КА був прийнятий той же принцип, тільки для процесу окислення азоту використовувалася енергія НГ, що надходять з 1-го ступеня каталізатора.

Зміст сполук азоту визначалося хімічним аналізом у всіх газових потоках, що підводять, а також після каталізатора.

На підставі витрати газових потоків і реальних обсягів сполук зв'язаного азоту, обчислених за хімічним аналізом, на комп'ютері розраховувалися матеріальний баланс КА (процесу, за обсягами) і ступінь корисного використання парів NHO, що вводяться₃ (Об'ємна кількість окисленого азоту)

Приклад 1. На лабораторній установці під атмосферним тиском подавався газовий потік у кількості 350 л/год (норм.усл.), що містить до 18% кисню, близько 6% парів води, 3% парів азотної кислоти, решта - азот (N₂).

Бічний потік не подавався. Об'ємна швидкість газу становила 25 тис. година -1. Температура шарі каталізатора 580 - 600 o C.

Аналіз газу на виході з реактора показав, що він містить 4,6 об.% оксидів азоту, приріст становить 1,6 об. Розрахований матеріальний баланс досвіду показує, що з реакції (1) прореагувало 53,3% парів кислоти, інші 46,7% розклалися по реакції (2) до NO₂•H₂O та O₂.

Вимірюваної кількості закису азоту (N₂O) у газах не виявлено. Чотирьохоксид азоту у вигляді N₂O₄ при температурах досвіду практично немає.

Досвід N 9 відбиває процес на 2-му ступені каталізатора при атмосферному тиску. Він проведений у КА на промисловому агрегаті продуктивністю 5,6 т NHO₃ мнг. за годину.

У КА перед другим шаром каталізатора змішувалися два потоки газу. Зверху надходив гарячий потік газу після 1-го ступеня. Збоку вводиться потік газу, що містить окислювач при температурі 200 - 250 o C.Отримана газова суміш при температурі 700 - 750 o C надходила на 2 шар каталізатора, при виході з якого температура газу становила 570 - 600 o C.

На підставі фіксованих обсягів газових потоків та результатів хімічного аналізу вмісту сполук зв'язаного азоту в них на комп'ютері розраховувалися матеріальний баланс процесу та його показники.

Приріст сполук азоту після проходу 2-го шару каталізатора становить
1271,8 м 3 - 1160,4 м 3 = 111,4 м 3 NOx,
звідки ступінь перетворення HNO₃ по реакції (1) у даних умовах становить

У даному прикладі вміст NOx у "сухому" газі становить 11,14 об.%. Змінюючи технологічні умови, головним чином подаючи більше окислювача і повніше використовуючи підведену енергію, концентрацію оксидів азоту доводили до 18,5% (в описаних умовах експерименту).

Приклади проведення процесу на інших стадіях виробництва азотної кислоти не наводяться, т.к. вони різноманітні і здійснюються відомими та відпрацьованими у промисловості способами.

Запропонований спосіб виробництва азотної кислоти має значні переваги в порівнянні з традиційним способом виробництва НАК з аміаку, до них насамперед належать:
- для виробництва НАК використовується тільки енергія, повітря, поживна та охолодна вода, виключається використання як сировина аміаку, вартість якого становить близько 70% собівартості кислоти;
- процес проводиться за освоєних технологією температурах (850 - 450 o C), що нижче температур конверсії аміаку в існуючих виробництвах НАК;
- різко знижуються витрати повітря на тонну азотної кислоти та на порядок викид оксидів азоту в атмосферу;
- Концентрація продукційної кислоти може бути підвищена до 68,4% і при необхідності навіть вище замість звичайних 58 - 60% HNO₃;
- можливість широкої зміни продуктивності агрегату та якості продукції лише за рахунок зміни параметрів роботи наситника, реактора, співвідношення потоків циркулюючого та вихлопного газів.

Техніко-економічна опрацювання одного з варіантів агрегату виробництва НАК через оксиди азоту, одержувані за новою технологією, показала, що він ефективніший за всіма техніко-економічними показниками, ніж існуючі сучасні агрегати виробництва НАК, що використовують як сировину аміак.

Його показники такі (у% від показників аналога): енергоємність, у перерахунку на умовне паливо 88,0; питомі капітальні вкладення 38,4; те саме без урахування вкладень у виробництво аміаку 73,0; собівартість 69,4; окупність вкладень 2,9 року (проти 9,2 року в аналога).

Крім того, може бути підвищена концентрація продукційної кислоти і знижений, приблизно на 30 - 35%, викид оксидів азоту в атмосферу (тільки щодо існуючих виробництв НАК) з розрахунку на 1 т продукції

Claims ( 9 )

1. Спосіб виробництва азотної кислоти з оксидів азоту, що включає окислення молекулярного азоту при підвищених температурах, утилізацію тепла, абсорбцію отриманих оксидів азоту водою в абсорбційній колоні під тиском, який відрізняється тим, що процес окислення азоту здійснюється кисневими сполуками азоту в реакторі на каталізаторах при температурах - 450 o C під тиском, близьким до атмосферному, а абсорбцію оксидів азоту проводять під підвищеним тиском, що утворилася в абсорбційній колоні азотну кислоту частково використовують як окислювач азоту, подаючи її в реактор з потоком газу, що містить кисень, а енергію, необхідну для процесу окислення азоту, підводять з потоком вихлопних газів, містять оксиди азоту та підігрітих стороннім енергоносієм.

3. Спосіб за пп.1 і 2, який відрізняється тим, що процес окислення азоту проводять при швидкостях газу від 0,1 до 2,0 м/с у робочих умовах, переважно 0,2 - 0,5 м/с.

4. Спосіб за пп.1 - 3, який відрізняється тим, що вихлопні гази, що циркулюють, можуть містити від 0,005 до 3,0 об.% оксидів азоту.

5. Спосіб за пп.1 - 4, який відрізняється тим, що в абсорбційній колоні отримують кислоту концентрацією 55 - 75 вага.% HNO₃, а продукційну кислоту випускають концентрацією до 68,4 вага.% HNO₃.

6. Спосіб за пп.1 - 5, який відрізняється тим, що одержувану в абсорбційній колоні кислоту концентрацією вище 70 мас. окислювача в основній схемі.

7. Спосіб за пп.1 - 6, який відрізняється тим, що оксиди азоту в кількостях, одержуваних за рахунок окислення молекулярного азоту, виводяться зі схеми і переробляються в інші сполуки зв'язаного азоту, наприклад, солі азотної та азотистої кислот, а одержувана в абсорбційній колона азотна кислота використовується тільки як окислювач молекулярного азоту.

8. Спосіб за пп.1 - 7, який відрізняється тим, що як каталізаторів використовують сплав платини з металами платинової групи або каталізатори на основі оксидів заліза, алюмінію, цирконію, кобальту з добавками інших тугоплавких оксидів.

9. Спосіб за пп.1 - 8, який відрізняється тим, що каталізатори, що застосовуються, розташовуються в кілька шарів.

Priority Applications (1)

Applications Claiming Priority (1)

Publications (1)

Family

ID=20211349

Family Applications (1)

Country Status (1)

Cited By (2)

• 1998
  • 1998-10-15 UA RU98118836/12A patent/RU2151736C1/ru not_active IP Right Cessation

  Non-Patent Citations (2)

  * Cited by examiner, † Cited by third party

  Title
  АТРОЩЕНКО В.І. та ін. Технологія азотної кислоти. - М: Хімія, 1970, с. 30. *
  Довідник азотника. Вид. 2-ге. - М: Хімія, 1987, с. 73 - 75. *

  Cited By (3)

  * Cited by examiner, † Cited by third party

  Publication number	Priority date	Publication date	Assignee	Title
  US20110120880A1 (en) *	2007-08-31	2011-05-26	Junhua Jiang	Electrochemical process for preparation of nitrogen fertilizers
  US9005422B2 (en) *	2007-08-31	2015-04-14	Energy & Environmental Research Center Foundation	Electrochemical process for preparation of nitrogen fertilizers
  CN109843794A (zh) *	2016-09-23	2019-06-04	卡萨尔公司	一种生产硝酸的方法

  Similar Documents

  Publication	Publication Date	Title
  US10556796B2 (en)	2020-02-11	Plant and process for producing nitric acid
  US3953578A (en)	1976-04-27	Метод для purification of industrial flue gases
  US4087250A (en)	1978-05-02	Apparatus for removing nitric oxides from processing exhaust gases
  RU2000112163A ( ru )	2002-07-20	Спосіб та пристрій для запобігання глобальному потеплінню
  US5064625A (en)	1991-11-12	Method of removing nitrogen oxides from flue gases
  US4183906A (en)	1980-01-15	Oxygen-enrichment columnar absorption process for making nitric acid
  US4973457A (en)	1990-11-27	Метод для зменшення нітрогену oxide
  CN205867993U ( zh )	2017-01-11	一种脱硝用氣化铁固体颗粒的制备装置
  RU2151736C1 ( ru )	2000-06-27	Спосіб отримання азотної кислоти
  JPH1029809A ( ja )	1998-02-03	질산의 생산 방법 및 그 설비
  EP0148967B1 (en)	1991-04-10	Manufacturing and using nitrogen fertilizer solutions on a farm
  US4062928A (en)	1977-12-13	Process for the preparation of nitric acid
  US4049777A (en)	1977-09-20	Method of waste gas treatment
  US4276277A (en)	1981-06-30	Manufacture of concentrated nitric acid
  US3567367A (en)	1971-03-02	Method of removing nitrogen oxides from gases
  SU1402249A3 ( ru )	1988-06-07	Спосіб виділення етиленгліколу з гліколевої води
  AU2011335885B2 (en)	2013-02-14	Process for producing nitric acid
  RU2283272C2 ( ru )	2006-09-10	Спосіб отримання текучого теплоносія, що використовується як непряме джерело тепла при проведенні ендотермічних реакцій, та спосіб проведення реакцій риформінгу вуглеводнів
  US4081511A (en)	1978-03-28	Process for removing nitric oxides from processing exhaust gases
  RU2174946C1 ( ru )	2001-10-20	Спосіб виробництва азотної кислоти
  RU2127224C1 ( ru )	1999-03-10	Спосіб виробництва азотної кислоти
  US3502433A (en)	1970-03-24	Preparation of nitric acid
  RU2009996C1 ( ru )	1994-03-30	Спосіб отримання азотної кислоти
  RU2201892C2 ( ru )	2003-04-10	Спосіб отримання азотної кислоти
  SU1224258A1 ( ru )	1986-04-15	Спосіб одержання концентрованих оксидів азоту

  Legal Events

  Effective date: 20041016

  Effective date: 20081016