Стадия окисления аммиака.

Первая стадия – окисление аммиака в окись азота – протекает в контактном аппарате на платиноидном катализаторе в интервале температур от 780 до 920ºС при различных давлениях (от атмосферного до 0,1 МПа).

Стадия конверсии аммиака во многом определяет показатели всего производства азотной ки-

слоты. От условий и качества ее проведения зависят расходные коэффициенты по аммиаку, вложения и потери платиноидов, энергетические возможности схемы. Поэтому исследования процесса каталитического окисления аммиака не прекращаются с момента разработки до настоящего времени.

Каталитическое окисление аммиака является очень сложным процессом и может с одинаковой степенью вероятности протекать как до целевого продукта оксида азота II, так и до молекулярного азота и оксида азота I.

В общем виде протекающие реакции описываются уравнениями:

4 NH₃+ 5 O₂ = 4 NO + 6 H₂O + 904,0 кдж (1)

4 NH₃+ 4 O₂ = 2 N₂O + 6 H₂O + 1104,4 кдж (2)

4 NH₃+ 3 O₂ = 2 N₂ + 6 H₂O + 1268,8 кдж (3)

Кроме этого, протекают реакции разложения оксида азота и аммиака до азота, взаимодействия оксида азота с аммиаком с образованием молекулярного азота.

2NO = N₂ + O₂ + 180,6 кДж

2NH₃ = N₂ + 3H₂ – 91,9 кДж.

4NH₃ + 6NO = 5N₂ + 6H₂O + 1810 кДж

При сгорании аммиака без катализатора протекает только наиболее термодинамически вероятная реакция (3).

Механизм каталитического образования оксида азота связан с адсорбцией поверхностью платины кислорода воздуха и аммиака, образованием нитрозильного комплекса O=N-Pt. Скорость взаимодействия аммиака с оксидом азота невелика по сравнению со скоростью реакционного образования оксида азота. На поверхности, покрытой кислородом, образуется оксид азота, на поверхности, не занятой кислородом, - молекулярный азот. Образование азота протекает как на катализаторе, так и в объеме после него.

При окислении аммиака состав конечных продуктов определяется в первую очередь селективным каталитическим действием катализаторов.

Особенность катализатора, обладающего избирательным действием, заключается в ускорении лишь одной из нескольких возможных реакций. Платина и ее сплавы считаются наилучшими катализаторами избирательного окисления аммиака в окись азота. На таких катализаторах при высокой температуре и атмосферном давлении в окись азота можно превратить до 99 % аммиака.

В производстве азотной кислоты платиновые катализаторы применяются в виде сеток. Такая форма катализатора удобна в эксплуатации: с минимальными затратами металла, позволяет применять наиболее простой и удобный в эксплуатации тип контактного аппарата. В отечественной промышленности тканые платиновые сетки изготавливаются из проволоки диаметром 76, 82 или 92 мкм (за рубежом - от 60 до 76 мкм) с числом отверстий на 1 см² 1024. Размер стороны ячейки 0,22 мм

Для оценки процесса окисления NHз на платиновых катализаторах приняты следующие понятия:

НАГРУЗКА - выражается в м³ аммиачно-воздушной смеси (АВС) или в кг NHз, поступающих в контактный аппарат в единицу времени.

НАПРЯЖЕННОСТЬ КАТАЛИЗАТОРА - определяется количеством NHз, окисленного на 1 м² активной поверхности сетки в единицу времени или отнесенного к 1 г катализатора в единицу времени (м³/м² сут., м³/г сек).

ПРОБЕГ - или время работы сеток - характеризует действительный срок эксплуатации катализатора от момента загрузки новых сеток до их выгрузки и измеряется в часах.

ВЛОЖЕНИЕ ПЛАТИНОИДНЫХ МЕТАЛЛОВ - масса металлов в граммах, отнесенная к суточной производительности агрегата или к количеству кислоты, выработанному за пробег катализатора (последнюю называют нормой вложения платиноидов).

ПРЯМЫЕ ПОТЕРИ ПЛАТИНОИДОВ – потери массы сеток в граммах за пробег, отнесенные к количеству выработанной кислоты в тоннах (на моногидрат).

УДЕЛЬНЫЕ ПОТЕРИ ПЛАТИНОИДОВ (безвозвратные) – потери массы сеток за пробег в граммах за вычетом количества уловленных и собранных в шламах, отнесенные к количеству выработанной кислоты в тоннах (на моногидрат).

Платиноидные катализаторы в широком интервале температур обладают высокой активностью к реакции окисления аммиака. Однако выход окиси азота в зависимости от выбранных технологических условий может сильно различаться. Основными параметрами (технологическими условиями), влияющими на данный процесс, являются: температура, давление, соотношение реагентов О₂:NН₃, линейная скорость газа, содержание аммиака в аммиачно-воздушной смеси (далее АВС), напряженность катализатора, число сеток (вложение платиноидов), чистота реакционной среды, продолжительность пробега катализатора.

Особое значение имеет качество сырья, поскольку наличие примесей в аммиаке и воздухе оказывает сильное влияние как на выход NO, так и на потери платиноидного катализатора.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: