Технологическая схема производства неконцентрированной азотной кислоты под абсолютным давлением 0,716 МПа

Производство неконцентрированной азотной кислоты под абсолютным давлением 0,716 МПа (7,30 кгс/см²) состоит из следующих стадий:

подготовка и компремирование воздуха,

подготовка газообразного аммиака,

подготовка аммиачно-воздушной смеси,

окисление аммиака и охлаждение нитрозных газов,

абсорбция окислов азота,

каталитическая низкотемпературная селективная очистка хвостовых газов от остаточных окислов азота,

рекуперация энергии давления и тепла очищенных хвостовых газов.

Для окисления аммиака используется кислород воздуха. Воздух (ВЗ) из атмосферы засасывается осевым компрессором газотурбинного агрегата ГТТ-3М через агрегатную воздухозаборную трубу в аппарат очистки воздуха, где проходит двухступенчатую очистку.

В осевом компрессоре 1А воздух сжимается до избыточного давления не более 0,25 - 0,27 МПа (2,55 - 2,75 кгс/см²) с повышением температуры до 170 -175°С. Далее воздух охлаждается оборотной водой в промежуточном воздухоохладителе 1Д до температуры не более 48°С и с избыточным давлением 0,25 МПа (2,55 кгс/см²) подается в нагнетатель 1Г, где дожимается до давления не более 0,785 МПа (8,00 кгс/см²) с повышением температуры не более 143°С. Из нагнетателя поток воздуха направляется на производство азотной кислоты и на собственные нужды ГТТ-3М.

Поток воздуха, поступающий на производство азотной кислоты, делится на несколько потоков:

- основной поток подается на окисление аммиака;

- в трубопровод нитрозных газов перед абсорбционной колонной 8;

- в продувочную колонну 12 для отдувки оксидов азота из полученной азотной кислоты.

Поток воздуха на собственные нужды ГТТ-3М разветвляется на два потока: в камеру сгорания ГТТ-3М 1В и на охлаждение ротора турбины, корпуса турбины.

Газообразный аммиак получается испарением жидкого аммиака в испарителе. Из испарителя газообразный аммиак давлением 1,03-1,13 МПа (10,51-11,53 кгс/см²) поступает в дистилляционную колонну. Дистилляционная колонна предназначена для очистки газообразного аммиака от масла, механических примесей и катализаторной пыли.

После очистки газообразный аммиак из дистилляционной колонны направляется в подогреватель, где подогревается до температуры 80-110°С водяным паром. Из подогревателя аммиак c температурой 80-110°С направляется в смеситель 2 на смешение с воздухом.

Объемная доля аммиака в аммиачно-воздушной смеси поддерживается постоянной и равной 9,5¸11,6% по объему. Верхний концентрационный предел связан с тем, что аммиачно-воздушная смесь взрывоопасна в пределах 15-27% об., нижний предел обусловлен экономическими показателями процесса.

Для окисления аммиака применяют воздух, содержание аммиака в аммиачно-воздушной смеси ограничивается содержанием кислорода в воздухе. Для проведения собственно окисления аммиака в окись азота расход кислорода определяется уравнением (1).

После смешения в смесителе 2 аммиачно-воздушная смесь проходит фильтры и с температурой 170-230°С поступает в контактный аппарат 3.

Окисление аммиака до оксида азота II происходит в контактном аппарате 3. Аммиачно-воздушная смесь с объемной долей аммиака 9,5-11,6% об. и температурой 170-230°С поступает на каталитическую систему, состоящую из 7-8 платиноидных сеток, 4-5 улавливающих сеток и слоя оксидного сотового катализатора ИК-42-1, где при температуре 870-900°С происходит окисление аммиака кислородом воздуха. Выход оксида азота (II) от объема окисляемого аммиака (степень конверсии) должен быть не менее 93,5%.

Образующиеся при окислении аммиака горячие нитрозные газы (оксид азота II (NO), азот (N₂), кислород (О₂), вода (Н₂О)) с объемной долей оксида азота (II) 9,2-10 % объемных с температурой 880°С поступают в котел - утилизатор 4.

В котле-утилизаторе 4 за счет тепла нитрозных газов происходит получение перегретого пара с избыточным давлением 1,47 МПа (14,99 кгс/см²). Температура нитрозного газа после котла-утилиза-тора снижается до 260-310°С. В объеме котла частично происходит реакция окисления оксида азота II (NO) в диоксид азота (NO₂) с выделением тепла.

Нитрозные газы после котла-утилизатора поступают в подогреватель хвостовых газов II ступени где, охлаждаясь, нагревают хвостовые газы от температуры 110-150°С до 220-280°С. После подогревателя хвостовых газов II ступени 1 нитрозные газы поступают в подогреватель хвостовых газов I ступени 6, где нитрозный газ охлаждается до температуры 160-200°С за счёт подогрева хвостовых газов от 25-35°С до температуры 110-150°С. В трубопровод нитрозного газа между подогревателями хвостовых газов I и II ступени подается добавочный воздух в количестве до 6000 м³/ч для окисления оксида азота (II) в диоксид азота.

Из подогревателя хвостовых газов нитрозные газы поступают в холодильники-конденсаторы 7 и 7а, где охлаждаются оборотной водой, выходящей из абсорбционной колонны, до температуры 30-60°С.

В холодильниках-конденсаторах происходит конденсация водяных паров, окисление оксида азота (II) в диоксид азота и образование азотной кислоты концентрацией 40-50% весовых. Азотная кислота с концентрацией 40-50% направляется через фильтр для улавливания платины на одну из тарелок абсорбционной колонны 8 с соответствующей концентрацией азотной кислоты.

Нитрозный газ из холодильников-конденсаторов с температурой 30-60°С поступает под нижнюю тарелку абсорбционной колонны 8. Процесс абсорбции оксидов азота в азотную кислоту происходит в абсорбционной колонне 8 по уравнениям реакций (3.7) и (3.8).

Абсорбционная колонна представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат диметром 3,2 м и высотой 46,4 м с 47-ю ситчатыми тарелками.

На тарелках колонны расположены теплоотводящие змеевики, охлаждаемые оборотной водой. Интенсивность процессов окисления оксида азота (II) и кислотообразования максимальна в нижней части абсорбционной колонны и убывает по мере снижения концентрации оксидов азота и кислорода в нитрозном газе, то есть при прохождении газа по колонне снизу вверх. Поэтому снабжение тарелок охлаждающими змеевиками в абсорбционной колонне неодинаково. Первые три тарелки снабжены пятирядными змеевиками, последующие 11 тарелок – четырехрядными змеевиками, то есть с 4 по 14 тарелки; с 15 по 19 тарелку уложены двухрядные змеевики. Двухрядные змеевики уложены также и на 22, 24, 28 и 31 тарелках. Остальные тарелки змеевиков не имеют.

Абсорбционная колонна работает в «пенном» режиме и благодаря хорошему массообмену достигается степень абсорбции не менее 99%.

Нитрозные газы проходят последовательно через все тарелки абсорбционной колонны снизу вверх. На 46-ю тарелку абсорбционной колонны подается деминерализованная вода с температурой не более 30ºС. В деминерализованной воде, орошающей абсорбционную колонну, возможно содержание примесей хлоридов, которые взаимодействуют с азотной кислотой. Это взаимодействие протекает на тарелках колонны, где концентрация кислоты достигает 25÷35% НNO₃. В 50%-ной азотной кислоте хлориды отсутствуют. Выделяющийся хлор поглощается деминерализованной водой. Таким образом, в средней части абсорбционной колонны может происходить накопление в жидкой фазе хлоридов. Наибольшего содержания достигают эти примеси в 25÷35%-ной кислоте, что вызывает интенсивную коррозию абсорбционной колонны. Для снижения концентрации хлоридов в неконцентрированной азотной кислоте предусматривают ее отвод на склад из средней части абсорбционной колонны: с 14, 17÷19-ой тарелок. Концентрация хлоридов в неконцентрированной азотной кислоте на этих тарелках не должна превышать 500 мг/л.

Образующаяся на верхней тарелке колонны слабая азотная кислота перетекает на нижележащие тарелки, двигаясь навстречу потокам нитрозного газа.

За счет поглощения оксидов азота по мере прохождения флегмы через тарелки, концентрация кислоты увеличивается. На выходе из колонны массовая доля неконцентрированной азотной кислоты составляет не менее 58%. Полученная в колонне кислота поступает в продувочную колонну 12, в которой на тарелках ситчатого типа происходит отдувка горячим воздухом от оксидов азота, растворенных в кислоте.

Отбеленная кислота из продувочной колонны 12 за счет давления в системе выдается на склад в одно из хранилищ неконцентрированной азотной кислоты или цеха-потребители.

Выходящие из абсорбционной колонны 8 хвостовые газы (ХГ) с остаточной объемной долей окислов азота до 0,11% об. и с температурой 25-35°С, проходят в абсорбционной колонне сепарирующее устройство для отделения брызг кислоты от газа и направляются в подогреватель хвостовых газов 6, где нагреваются до температуры не менее 110-150°С за счет теплообмена с нитрозными газами, которые имеют температуру на входе 240-280°С.

Из подогревателя хвостовых газов I ступени хвостовые газы поступают в подогреватель II ступени, где нагреваются теплом нитрозных газов до температуры 220-280°С и направляются в реактор каталитической очистки 10,предварительно смешиваясь с восстановительным реагентом – газообразным аммиаком, подаваемым в реактор каталитической очистки с температурой 80-110°С.

Реактор каталитической очистки 10 представляет собой цилиндрический аппарат. На полку укладывается алюмованадиевомарганцевый катализатор АВК-10М. Газовый поток направляется сверху вниз.

В реакторе на катализаторе АВК-10М при температуре 280-300°С происходит восстановление оксидов азота аммиаком до 0,005% объемных в присутствии кислорода от 2,5 до 4,5% объемных по следующим реакциям:

4NH₃ + 6NO = 5N₂ + 6H₂O + 1807,5 кДж (3.9)

8NH₃ + 6NO₂ = 7N₂ + 12 H₂O + 2734 кДж (3.10)

Для достижения степени очистки окислов азота не ниже 96% подача аммиака должна превышать стехиометрическое количество на 30%, что при степени окисленности окислов азота в диоксид азота, равной 25-30%, соответствует 1,15 моля аммиака на 1 моль окислов азота.

Оставшийся объем избыточного аммиака окисляется кислородом по следующему уравнению реакции:

4NH₃ + 3O₂ = 2N₂ + 6H₂O + 1267 кДж (3.11)

Очищенные хвостовые газы после реактора каталитической очистки 10 поступают на окончательный подогрев до температуры 640 - 700°С в универсальную камеру сгорания турбины (УКСТ) 1В. В УКСТ и газоходе до газовой турбины в гомогенной газовой фазе происходит термическое окисление аммиака до молекулярного азота до остаточного содержания его в хвостовых газах после турбины не более 0,005% об. В УКСТ хвостовые газы смешиваются с топочными газами, подогреваются и с температурой не более 700°С поступают в газовую турбину 1Б, где тепловая и кинетическая энергия очищенного хвостового газа преобразуется в механическую энергию на валу турбины. Полученная в результате расширения газов механическая энергия затрачивается на сжатие воздуха в осевом компрессоре 1А и центробежном нагнетателе 1Г, а оставшаяся часть передается электродвигателю для выработки электроэнергии.

В газовой турбине 1Б смесь хвостового газа и топочных газов расширяется до давления 0,006 МПа (0,06 кгс/см²) и за счет совершения работы в газовой турбине происходит охлаждение потока до 410°С.

После газовой турбины смесь хвостового газа и топочных газов направляется в котел-утилизатор V, где он проходит пакет змеевикового пароперегревателя, трубы испарительной части котла, а затем две ступени экономайзера. Охлажденная таким образом до температуры не менее 185°С смесь хвостового газа и топочных газов выбрасывается в атмосферу через выхлопную трубу высотой 150 м.

Объемная доля окислов азота на выхлопной трубе составляет не более 0,005%, аммиака – не более 0,005%.

Расходные нормы по аммиаку – 296 кг/т мнг.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: