отчет по практике. Производство неконцентрированной азотной кислоты. Стадия окисления аммиака. Мощность 380 тыс тг
 Скачать 1.63 Mb.
|
 Рис.1. Схема производства азотной кислоты на агрегате АК-72: 1 – фильтр воздуха; 2 – воздушный компрессор; 3 – ресивер жидкого аммиака; 4 – испаритель аммиака; 5 – фильтр газообразного аммиака; 6, 7, 13, 22, 27, 28 – подогреватели; 8, 29 – смесители; 9 – фильтр АВС; 10 – контактный аппарат; 11 – котел-утилизатор; 12 – экономайзер; 14, 23 – холодильники-конденсаторы; 15 – промыватель газа; 16, 19, 21 – центробежные насосы; 17, 18 – теплообменники; 20 – нагнетатель нитрозных газов; 24 – абсорбер; 25 – продувочная колонна; 26 – ловушка; 30 – реактор каталитической очистки; 31 -газовая турбина; 32 – паровая турбина. Схема агрегата АК-72 приведена на рис.1, согласно которой атмосферный воздух после очистки от механических примесей на фильтрах грубой и тонкой очистки 1 засасывается осевым воздушным компрессором 2. Сжатый воздух разделяется на два потока. При этом основной поток воздуха направляется в аппараты окисления аммиака 10, а другой направляется последовательно в подогреватель газообразного аммиака 6, продувочную колонну 25, и смешивается с нитрозными газами на линии нитрозного нагнетателя 20. Жидкий аммиак поступает в ресивер 3, а затем в испаритель 4, в котором испаряется за счет теплоты циркулирующей воды. Увлажненный аммиак в фильтре 5 очищается от механических примесей и паров масла, нагревается в подогревателе 6 сжатым воздухом, а в холодное время года – дополнительно паром в теплообменнике 7. Горячий газообразный аммиак смешивается с воздухом в смесителе 8, встроенном в верхнюю часть контактного аппарата 10. Аммиак подвергается конверсии на катализаторных сетках из платинородиево-палладиевого сплава [2]. Горючие нитрозные газы охлаждаются последовательно в котле – утилизаторе 11, в экономайзере 12, подогревателе химически очищенной воды 13, холодильнике – конденсаторе 14 и промывателе 15. Промыватель 15 орошается азотной кислотой насосом 16 через холодильник 17, охлаждаемый оборотной водой, и в холодильник 18, охлаждаемый циркулирующей через испаритель жидкого аммиака 4 охлажденной водой. Из промывателя 15 40 – 45%-ная азотная кислота центробежным насосом 21 передается в абсорбционную колонну 24, орошаемую паровым конденсатом. Продукционная 60%-ная азотная кислота поступает в продувочную колонну 25, в которой при давлении 0,392 МПа из нее отдувают растворенные оксиды азота воздухом, и далее самотеком направляется в хранилище склада. Выхлопные газы из абсорбционной колонны направляются  в ловушку 27, в котором газы подвергаются для испарения мелких брызг, а затем в подогреватель 28. Нагретые выхлопные газы проходят рубашку реактора каталитической очистки 30, и смешиваются с природным газом в смесителе 29. Смесь далее поступает в реактор каталитической очистки 30, в котором на двухступенчатом катализаторе при избытке природного газа происходит процесс восстановления оксидов азота до азота с одновременным подогревом выхлопных газов до 750 – 770°С. Горячие выхлопные газы направляются на рекуперационную газовую турбину 31. Расширенные выхлопные газы из турбины поступают в подогреватель 28, в котором охлаждаются, после чего выбрасываются через выхлопную трубу в атмосферу [2]. Технологический агрегат АК-72 обеспечивает получение 60%-ной, а в зимнее время 65%-ной HNO3. Производимая кислота содержит не более 0,05% растворенных оксидов азота, 0,004% (масс.) прокаленного остатка, 10 мг/кг хлоридов (в пересчете на хлор-ион) и следы нитрата аммония. Технологическая схема АК-72М (модернизированная) В процессе эксплуатации крупнотоннажных агрегатов по схеме АК-72 выявился ряд недостатков технологической схемы агрегата и конструкции комплексного машинного агрегата ГТТ-12. Первым недостатком схемы является использование реактора каталитической очистки в период пуска агрегата в качестве камеры сгорания для подъема температуры от 480 до 650-750°С, что приводит к быстрому «старению» катализатора АПК-2. В результате старения теряется его активность при работе в окислительной среде (на воздухе), что затрудняет пуск агрегата [4]. Вторым недостатком схемы является жесткая взаимосвязь между технологией и комплексным машинным агрегатом. Она проявляется в том, что для поддержания стабильных оборотов машины необходимо стабилизировать температуру в реакторе, а это, в свою очередь, зависит от поддержания концентрации кислорода в узких пределах. Между тем в процессе эксплуатации возможны нарушения, приводящие к изменению концентрации кислорода, например: колебания соотношения аммиак – воздух на стадии окисления аммиака;  падение степени конверсии;изменение расхода дополнительного воздуха в процессе абсорбции и др. Третьим недостатком схемы является тот факт, что высокотемпературная каталитическая очистка выхлопного газа служит источником выброса в атмосферу значительных количеств оксида углерода. Полное устранение отмеченных недостатков достигается в случае исключения из схемы высокотемпературной каталитической очистки и осуществления подогрева выхлопного газа от 50 до 760°С в подогревателе выхлопных газов. Поэтому отличием схемы АК-72М от АК-72 является замена высокотемпературного каталитического восстановления оксидов азота природным газом на палладированном катализаторе АПК-2 на низкотемпературное селективное каталитическое восстановление оксидов азота аммиаком с использованием ванадиевого катализатора АВК-10 (АВК-10М) либо алюмомедьцинкового катализатора (АМЦ-10) [4]. Преимущества такого варианта заключается в следующем: в составе ГТТ-12 сохраняется пусковой двигатель небольшой мощности; исключается применение катализатора из дефицитного драгоценного металла (палладия); выхлопные газы содержат в целом меньше вредных веществ; исключается жесткая связь работы комплексного машинного агрегата и технологии; резко упрощается пуск ГТТ-12 и агрегата в целом, так как температура газа перед турбиной может стабильно поддерживаться как при работе агрегата на воздухе, так и при переходе на производство кислоты; уменьшается на 15% расход природного газа; Учитывая перечисленные преимущества, этот вариант и был принят для модернизации агрегата АК-72.  Принципиальным отличием схемы АК-72М от АК-72 является обеспечение более глубокой абсорбции оксидов азота за счет использования в абсорбционной колонне для отвода тепла на верхних тарелках (с 13-й по 25-ю) захоложенной воды, поступающей со стадии испарения жидкого аммиака.  Увеличение полезного съема тепла нитрозных газов в схеме АК-72М требует существенного развития теплообменной поверхности, а следовательно, и металлоемкости оборудования, однако это в целом окупается в связи с подорожанием энергоресурсов. Поэтому принципиальными отличиями схемы АК-72М являются также:установка дополнительного экономайзера в составе котла-утилизатора; увеличение в 1,8 раза поверхности подогревателя деаэрированной воды; увеличение на 33% поверхности подогревателя частично обессоленной воды; исключение необходимости разделения оборотной воды на цикл высокого и низкого давления (так как верхние тарелки абсорбционной колоны охлаждаются захоложенной водой), что упрощает насосное хозяйство водооборотного цикла. В целом за счет снижения расхода природного газа, оборотной воды и увеличения выдачи пара уменьшение энергозатрат в агрегате АК-72М по сравнению с агрегатом АК-72 составило ≈ 14,5% [4]. Вывод: с связи с вышеперечисленными достоинствами и недостатками методов выбираем технологическую схему АК-72М. Рассматриваемая технологическая схема является наиболее совершенной и современной. В этой схеме обеспечиваются наиболее оптимальные условия каждой из стадий производства- окисление аммиака и переработка нитрозных газов.  Теоретические основы технологического процессаНачальной стадией производства азотной кислоты контактным способом является окисление аммиака кислородом воздуха с получением NO. Однако окисление аммиака кислородом в гомогенных условиях (без использования катализатора) невозможно получить оксиды азота. При горении его в атмосфере воздуха или кислорода образуется только молекулярный азот, что подтверждается значением ΔrG0 (298), (таб. 4,5) [4]. Таблица 4 Термодинамические характеристики веществ
Таблица 5 Энтальпия и энергии Гиббса реакции окисления аммиака
Поэтому для получения оксида азота (II) процесс должен проводиться с использованием катализатора. При каталитическом окислении аммиака помимо целевой реакции (9) [2]:
может протекать ряд побочных процессов, снижающих выход NO (10)-(16). К ним относятся реакции окисления аммиака до N2O (10) и N2 (11):
 разложение оксида азота (II) (12):
взаимодействие оксида азота (II) с аммиаком (13):
и термическое разложение аммиака (14):
В случае «проскока» аммиака через катализаторные сетки при охлаждении газа возникают условия для взаимодействия его с диоксидом азота:
Имеются данные о возможности взаимодействия оксида азота (I), образующегося по реакции (2) на платиноидных и оксидных катализаторах при температуре ниже 500°С, с аммиаком:
|
