Утилизации азотной кислоты и оксидов азота - Производство нитратной кислоты АК-72. Анализ стадий переработки оксидов азота в HNO3

Запасы этих растворов, несоответствующих показателям качества, исчисляются сотнями тысяч тонн и дальнейшее их хранение становится очень опасным для окружающей среды. В связи с чем явилось целесообразным разработать технологию, позволяющую переработать скопившиеся йодсодержащие растворы и получить при этом необходимые и полезные для Украины продукты. Утилизация некондиционных растворов сводится к извлечению остродефицитного и дорогого йода и получению жидких оксидов азота для производства концентрированной азотной кислоты и водного раствора HNO3 для производства аммиачной селитры или других минеральных удобрений.

Йодсодержащие растворы HNO3-N2O4-H2O могут быть утилизированы несколькими способами: разбавлением водой или слабой азотной кислотой с подачей и без подачи воздуха в реактор; извлечением йода с помощью нитрата кальция или нитрата калия; ректификацией.

Первый способ является самым простым и доступным в аппаратурном оформлении. Изучение процессов взаимодействия исходных компонентов и абсорбции образующихся при этом нитрозных газов применительно к существующим параметрам промышленного агрегата показало, что кислородные соединения йода превращаются в молекулярный йод, который полностью удаляется с отходящими газами, если подавать воздух в зону реакции для интенсификации процесса десорбции оксидов азота и йода. Присутствие йода в отходящих газах может привести к образованию взрывоопасного йодистого азота на стадии каталитической очистки с использованием аммиака. Кроме того, этот способ не позволяет извлекать и затем использовать дефицитный йод.

Возможность извлечения йода появляется при разбавлении йодсодержащих растворов без подачи воздуха в реактор. Исследования процесса выделения йода из растворов в твердую фазу, его растворимости в водных растворах азотной кислоты и кинетики испарения йода позволили установить оптимальные технологические параметры.

В процессе разбавления исходного раствора водой протекает реакция кислотообразования и выделяющийся оксид азота(II) восстанавливает молекулярный йод из его кислородных соединений, что благоприятно влияет на процесс выделения его из жидкой фазы. Растворимость йода понижается с ростом концентрации азотной кислоты до 70% и уменьшением температуры. Минимальная растворимость (0,01-0,03%г/л) соответствует температурам 0-20 0С и концентрациям азотной кислоты 65-70%. Благодаря низкой растворимости йода в азотной кислоте данной концентрации происходит его кристаллизация. Определены условия осаждения и фильтрации кристаллического йода: полное извлечение достигается на фильтрующем элементе с диаметром пор не более 5? 10-6 м.

Оставшиеся в разбавленной азотной кислоте йод и оксиды азота испаряют, а затем поглощают концентрированной азотной кислотой, которую возвращают в начало процесса. Экспериментально показано, что полное выделение йода из водного раствора азотной кислоты и оксидов азота происходит при концентрациях HNO3 ниже 80%.

В концентрированной азотной кислоте, не содержащей оксидов азота, йод находится исключительно в виде кислородных соединений, которые при испарении остаются в жидкой фазе. Свойство концентрированной азотной кислоты окислять йод до нелетучих кислородных соединений целесообразно использовать для его поглощения из нитрозных газов, образующихся при взаимодействии перерабатываемых растворов с водой. Исследование процесса абсорбции нитрозных газов водными растворами азотной кислоты показало, что степень извлечения йода повышается с ростом концентрации азотной кислоты, поверхности массообмена и времени контакта газовой и жидкой фаз.

Полное извлечение йода из нитрозных газов происходит при использовании 97-100%-ной азотной кислоты, в которой его растворимость максимальна (0,21-0,45г/л) при температурах 0-80 0С.

С учетом полученных научно-исследовательских результатов и технических решений разработана принципиальная технологическая схема переработки йодсодержащих растворов азотной кислоты и оксидов азота разбавлением их водой без подачи воздуха в реактор.

При переработке 1т йодсодержащего водного раствора азотной кислоты и оксидов азота получают 1,54т 60-%-ной азотной кислоты и 1,5кг йода. Расход концентрированной азотной кислоты для орошения отходящих газов, содержащих йод, составляет 14кг, тепла - 126000кДж.

Другим эффективным способом утилизации йодсодержащих растворов азотной кислоты и оксидов азота является предварительное извлечение из них йода с помощью нитрата кальция или нитрата калия. Физико-химические и технологические исследования позволили определить условия извлечения йода путем взаимодействия указанных растворов с твердыми солями нитратов кальция и калия с последующей фильтрацией суспензии. Существенное влияние на степень извлечения йода оказывают время взаимодействия, исходное соотношение реагентов, концентрация азотной кислоты и диаметр пор фильтрующего элемента. Полное извлечение йода достигается при взаимодействии реагентов в течение 30-40 часов с последующей фильтрацией суспензии на фильтрующем элементе с диаметром пор не более 3? 10-6 м.

При утилизации 1т йодсодержащего раствора по разработанной технологической схеме получают 0,26т жидких оксидов азота, 0,73т 90-95%-ной азотной кислоты и 5,24кг твердого йодсодержащего отхода. Расход нитратов кальция и калия составляет 3-4кг, затраты тепла - 336000кДж.

Наиболее перспективным способом переработки некондиционных продуктов является способ ректификации йодсодержащих растворов азот-ной кислоты и оксидов азота, при котором в кубовом отходе получают водный раствор азотной и йодноватой кислот и затем отделяют кристаллы йодноватой кислоты методом упаривания. Осуществление такого технологического процесса и получение результатов представляет значительный научный и практический интерес для экономики Украины.

В целях реализации процесса ректификации были изучены фазовые равновесия в системах HNO3 - H2O - HIO3 и HNO3 - H2O - N2O4 - I2 - HIO3 и установлено влияние компонентов, находящихся в жидкой фазе, на содержание йода в парах. На основании равновесных данных системы HNO3 - H2O - N2O4 - I2 - HIO3 рассчитаны числа теоретических тарелок ректификационной колонки при различных флегмовых числах и установлено их оптимальное значение. Технологические исследования позволили определить допустимые линейные скорости паров и плотности орошения при заданном температурном режиме по высоте колонки, а также рассчитать высоту, эквивалентную теоретической тарелке. Полученные данные по фазовому равновесию жидкость - пар системы HNO3 - H2O - HIO3 , кинетике выделения йода и растворимости HIO3 в водных растворах азотной кислоты были использованы для разработки конструкции выпарного аппарата и расчета его размеров.

При переработке 1т йодсодержащего раствора методом ректификации получают 0,26т жидких оксидов азота, 0,73т 90-95%-ной азотной кислоты и 10.4кг твердого йодсодержащего отхода. Расход кальцинированной соды составляет 1,3кг, затраты тепла - 1080000кДж.

Похожие статьи




Утилизации азотной кислоты и оксидов азота - Производство нитратной кислоты АК-72. Анализ стадий переработки оксидов азота в HNO3

Предыдущая | Следующая