Окисление окиси азота и переработка нитрозных газов в азотную кислоту - Производство нитратной кислоты АК-72. Анализ стадий переработки оксидов азота в HNO3

Полимеризация двуокиси азота. Переработка нитрозных газов в азотную кислоту обычно происходит при температурах от О до 50 °С. В этих условиях двуокись азота в чистом виде практически не существует, часть ее всегда нолимеризуется в четырех окись азота

NO увеличивается в 1,5 раза. Наряду с положительным влиянием понижения температуры оно оказывает также отрицательное действие, так как увеличивается растворимость N0 в кислоте, и эта растворенная двуокись азота не взаимодействует с водой. Чем выше концентрация кислоты, тем больше растворимость в ней NOj. Практически установлено, что процесс переработки нитрозных газов в азотную кислоту целесообразно проводить при 20--35 °С.? ?Удельный абсорбционный объем. Процесс переработки нитрозных газов в азотную кислоту проводится в колоннах с насадкой из колец Рашига (на установках, работающих при атмосферном давлении) или в колоннах с тарельчатой насадкой (при повышенном давлении). Такая абсорбционная аппаратура отличается большими размерами и высокой стоимостью, поэтому важно, чтобы с единицы объема системы получали как можно больше кислоты. Абсорбционная система характеризуется удельным абсорбционный объемом. Внутренний геометрический объем абсорбционной системы, отнесенный к 1 т азотной кислоты, получаемой в сутки, принято называть удельным объемом. Чем меньше удельный абсорбционный объем системы, тем интенсивнее работает абсорбционная аппаратура.?В отличие от систем, работающих при атмосферном давлении, в системах, работающих под повышенным давлением, окисление аммиака и переработка нитрозных газов в азотную кислоту проводятся под давлением от 4 до 9 кгс/см (0,4--0,9 МН/м ). При переработке нитрозных газов в азотную кислоту необходима N02, но по мере ее превращения в азотную кислоту количество.?Как видно, процесс получения азотной кислоты протекает через ряд последовательных стадий. Реакция (VII, 2) описывает первую стадию -- окисление аммиака. Образующиеся при этом газы, в состав которых входит окись азота, называют нитрозными газами. Вторая стадия описывается реакциями (VII, 3) и (VII, 4) -- переработка нитрозных газов в азотную кислоту.?

?Переработка нитрозных газов в азотную кислоту. Реакции (VII, 3) и (VII, 4) протекают в одном и том же реакционном аппарате. Образовавшаяся по реакции (VII, 4) окись азота вновь окисляется до NO2, которая поглощается водой (реакция VII, 4), и т. д. Реакция (VII, 3)--самая медленная среди всех реакций, которые протекают при переработке нитрозных газов следовательно, от нее зависит общая скорость процесса. Исходя из этого необходимо определить условия, при которых будет интенсивно протекать окисление N0 в NO2, и таким образом обеспечить высокую скорость переработки нитрозных газов.?

Рассмотрение равновесия и кинетики реакций приводит к заключению о необходимости осуществлять переработку нитрозных газов в азотную кислоту припониженных температурах. Единственной реакцией, на которую понижение температуры влияет отрицательно, является эндотермическая реакция разложения азотистой кислоты. Однако эта реакция и при пониженных температурах не контролирует всего процесса получения азотной кислоты. Все остальные реакции, протекающие при переработке окиси азота в азотную кислоту, являются экзотермическими, и при понижении температуры равновесие их смещается в сторону, благоприятную для образования азотной кислоты.?

В отличие от систем, работающих при атмосферном давлении, в описанных ниже системах окисление аммиака и переработка нитрозных газов в азотную кислоту проводятся под давлением выше?

При понижении температуры на 10 °С скорость реакции поглощения NO2 возрастает примерно в 1,5 раза, а скорость окисления N0 увеличивается в 1,15 раза. Наряду с положительным влиянием понижения температуры оно оказывает также отрицательное действие -- увеличивается растворимость NO2 в кислоте, и эта растворенная часть двуокиси азота не взаимодействует с водой. Чем выше концентрация кислоты, тем больше растворимость в ней NO2- Практически установлено, что процесс переработки нитрозных газов в азотную кислоту целесообразно проводить в интервале 20--35 °С.?

Процесс переработки нитрозных газов в азотную кислоту проводится в колоннах с насадкой из колец Рашига (на установках, работающих под атмосферным давлением) или в колоннах с тарельчатой насадкой (в системах с применением повышенного давления). Эта абсорбционная аппаратура имеет большие размеры и стоит очень дорого, поэтому важно, чтобы с единицы объема системы получалось как можно больше кислоты. В качестве характеристики абсорбционной системы применяется понятие удельный абсорбционный объем.?

Тепло, выделяющееся в колонне при переработке нитрозных газов в азотную кислоту, отводится водой, циркулирующей в змеевиках, которые размещены на тарелках. Продукционная 58--60%-ная азотная кислота отбирается из колонны через автоматический клапан 19.?

При наличии на некоторых заводах отбросного кислорода он может быть эффективно использован на установках для получения разбавленной азотной кислоты. Такой кислород можно добавлять к воздуху, поступающему на смещение с аммиаком, или подавать в абсорбционную систему вместо дополнительного воздуха. В первом случае вводимый кислород участвует в реакциях окисления аммиака и окиси азота и интенсифицирует как процесс конверсии аммиака, так и процесс переработки нитрозных газов в азотную кислоту. Во втором случае добавочный кислород принимает участие только в реакции окислении окиси азота и интенсифицирует лишь работу абсорбционной системы.?

Известно, что при обычной температуре и давлении не выше 8--9 ат в процессе переработки нитрозных газов в азотную кислоту реакцией, определяющей скорость процесса, является реакция окисления N0 ?

Таким образом, замену азота кислородом можно производить до полного вытеснения кислородом, при этом скорость-химического процесса будет возрастать, в чем и заключается сущность химического влияния добавочного кислорода. Концентрацию же аммиака в обычных системах нельзя поддерживать выше определенной величины это и обусловливает средний объем нитрозных газов, который с некоторого момента становится постоянным и не зависит от дальнейшего обогащения воздуха кислородом. Этот фактор ограничивает физическое влияние добавочного кислорода на объем аппаратуры, в которой проводится переработка нитрозных газов в азотную кислоту.?

Рассмотрение равновесия и кинетики реакций приводит к заключению о необходимости осуществлять переработку нитрозных газов в азотную кислоту припониженных температурах. Единственной реакцией.

Поглотительная колонна для переработки нитрозных газов в азотную кислоту в комбинированной системе работает в условиях, которые мало отличаются (за исключением состава газа) от таковых в системах повышенного давления. Парциальное давление окислов азота на входе в поглотительную колонну в условиях комбинированной системы на 0,1--0,2 ата выше, чем в колонне, работающей на установках под повышенным давлением. Вследствие этого концентрация продукционной кислоты на комбинированных установках достигает 60--62%. Кроме того, производительность колонны на 25--30% выше, чем на установках повышенного давления.

Переработка нитрозных газов в азотную кислоту включает ряд реакций. Все они хорошо изучены, что позволяет проектировать технологические процессы, опираясь на физико-химические данные.?

Процессы непрерывной адсорбции в аппаратах с кипящими и движущимися слоями адсорбента нашли широкое применение при переработке технических углеводородных газов, которые служат источником получения непредельных углеводородов. Удается эффективно выделять отдельные чистые компоненты из смесей газов, разделять исходные газы на фракции и полученные фракции на отдельные компоненты. Наряду с этим процессы непрерывной адсорбции получили также распространение в технологии связанного азота при обогащении нитрозных газов производства азотной кислоты, а также при выделении азота, водорода, хлористого водорода, двуокиси углерода и других газов во многих процессах. В настоящей главе рассматриваются основные случаи применения непрерывного адсорбционного метода для указанных целей.?

Пример. Рассчитать количество воздуха, которое следует добавить к нитрозному газу, поступающему на абсорбцию, чтобы содержание кислорода в выхлопном газе было 5% для обеспечения высокой скорости окисления N0, а следовательно, и переработки окислов азота в азотную кислоту. Состав нитрозного газа после окисления аммиака (в кг-мол) ?

Пример. Нитрозный газ после контактного аппарата отдает часть своего тепла в котле-утилизаторе и теплообменнике (для подогрева аммиачно-воздушной смеси). Для дальнейшей переработки окислов азота в азотную кислоту необходимо охладить газ и выделить из него конденсацией основное количество воды.

Первая стадия процесса (конверсия аммиака) одинакова как для получения разбавленной, так и для получения концентрированной кислоты, вторая стадия(переработка нитрозных газов) отличается рядом особенностей. Решающее значение при выборе параметров той или иной технологической схемы имеет выбор оптимального давления на каждой из стадий процесса. В производстве азотной кислоты повышение давления существенно интенсифицирует химические реакции на всех стадиях процесса, способствует эффективности теплообмена, позволяет использовать более совершенные массообменные устройства, уменьшает размеры аппаратуры и коммуникаций и, в конечном итоге, позволяет снизить капитальные расходы.

Метод нитрования окислами азота, который начал разрабатываться еще в 70-х годах прошлого столетия, приобрел актуальное значение лишь с 1910--1915 гг. в связи с освоением химической промышленностью синтетических методов получения азотной кислоты из атмосферного азота через окислы азота. Начиная с этого периода, проблема использования окислов азота (нитрозных газов) для нитрования органических соединений привлекает усиленное внимание исследователей, которые посвящают ей значительное число работ. Это объясняется главным образом тем, что метод нитрования окислами азота обладает определенным техническим преимуществом перед обычно принятыми методами нитрования азотной кислотой и нитрующими смесями, так как при его применении устраняется необходимость в переработке окислов азота в азотную кислоту (как известно, синтез азотной кислоты из окислов азота представляет собой довольно сложный процесс и состоит в окислении кислородом низших окислов азота до азотного ангидрида в присутствии воды и получении, таким образом, слабой азотной кислоты, которая затем концентрируется при помощи И 2804).

Похожие статьи




Окисление окиси азота и переработка нитрозных газов в азотную кислоту - Производство нитратной кислоты АК-72. Анализ стадий переработки оксидов азота в HNO3

Предыдущая | Следующая