RU2151736C1 - Nitric acid production process - Google Patents
Nitric acid production process Download PDFInfo
- Publication number
- RU2151736C1 RU2151736C1 RU98118836/12A RU98118836A RU2151736C1 RU 2151736 C1 RU2151736 C1 RU 2151736C1 RU 98118836/12 A RU98118836/12 A RU 98118836/12A RU 98118836 A RU98118836 A RU 98118836A RU 2151736 C1 RU2151736 C1 RU 2151736C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nitrogen
- acid
- oxides
- nitric acid
- absorption
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к химической технологии и касается способа производства неконцентрированной азотной кислоты (НАК). The invention relates to chemical technology and relates to a method for the production of non-concentrated nitric acid (NAC).
Широко известен и применяется в промышленности способ получения НАК, основанный на поглощении водой оксидов азота (NOx), полученных конверсией аммиака воздухом. Он включает стадии: окисление аммиака кислородом воздуха на катализаторе при температуре 800 - 900oC, рекуперацию тепла нитрозных газов (НГ), чаще всего в котлах-утилизаторах с получением пара, выделение реакционной воды, абсорбцию NOx с получением азотной кислоты и очистку выхлопных газов (ВГ) от оксидов азота.A method for producing NAC based on the absorption of nitrogen oxides (NOx) obtained by the conversion of ammonia by air is widely known and used in industry. It includes the stages: oxidation of ammonia with atmospheric oxygen at a temperature of 800 - 900 o C, heat recovery of nitrous gases (NG), most often in waste heat boilers to produce steam, evolution of reaction water, absorption of NOx to produce nitric acid and purification of exhaust gases (SH) from nitrogen oxides.
Недостатками традиционного способа получения азотной кислоты являются: высокие сырьевые, капитальные и эксплуатационные затраты; значительные выбросы вредных веществ в атмосферу (производство аммиака + азотной кислоты). The disadvantages of the traditional method of producing nitric acid are: high raw materials, capital and operating costs; significant emissions of harmful substances into the atmosphere (production of ammonia + nitric acid).
Наиболее близким по технологической сущности и достигаемому эффекту является способ производства азотной кислоты из N2 и O2 с помощью плазмы под давлением 10 атм (см. "Технология азотной кислоты" В.И.Атрощенко, С.И.Каргин. М., Химия, 1970, с. 30, рис. 1 - 2).The closest in technological essence and the achieved effect is a method for the production of nitric acid from N 2 and O 2 using plasma under a pressure of 10 atm (see. "Technology of nitric acid" V.I. Atroshchenko, S.I. Kargin. M., Chemistry , 1970, p. 30, Fig. 1 - 2).
В качестве сырья используется смесь N2 и O2. Процесс проводится в плазме при температурах 3000 K (1827oC) путем ввода части НГ, охлажденных до 475 K (202oC).As a raw material, a mixture of N 2 and O 2 is used . The process is carried out in plasma at temperatures of 3000 K (1827 o C) by introducing part of the NG, cooled to 475 K (202 o C).
Основная часть НГ с температурой 202oC проходит холодильник и направляется в абсорбционную колонну, где получается азотная кислота за счет поглощения NOx водой.The main part of NG with a temperature of 202 o C passes the refrigerator and goes to the absorption column, where nitric acid is obtained due to the absorption of NOx by water.
Выхлопные газы (после частичной продувки) смешиваются со свежей смесью воздуха и кислорода и после подогрева до 1727oC направляются в плазмотрон.The exhaust gases (after partial purging) are mixed with a fresh mixture of air and oxygen and after heating to 1727 o C are sent to the plasma torch.
Эта схема не реализована в промышленности. Недостатками ее являются очень высокие температуры окисления, достижение которых требует значительных количеств энергии, низкие концентрации оксидов азота в НГ, большое количество специальной аппаратуры, требуется также кислород. По расчету на 1 т HNO3 мнг необходимо затратить 4120 квт.ч энергии и 398 м3 кислорода.This scheme is not implemented in industry. Its disadvantages are very high oxidation temperatures, the achievement of which requires significant amounts of energy, low concentrations of nitrogen oxides in NG, a large number of special equipment, oxygen is also required. According to the calculation for 1 t of HNO 3 mng, it is necessary to spend 4120 kWh of energy and 398 m 3 of oxygen.
Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности процесса за счет сокращения сырьевых, энергетических и капитальных затрат, а также значительного снижения выбросов вредных веществ в атмосферу. The aim of the invention is to increase the efficiency of the process by reducing raw materials, energy and capital costs, as well as significantly reducing emissions of harmful substances into the atmosphere.
Согласно изобретению цель достигается тем, что предложен принципиально новый способ производства азотной кислоты, основанный на использовании нитрозных газов, полученных прямым каталитическим окислением молекулярного азота при относительно низких технологических температурах. According to the invention, the goal is achieved by the fact that a fundamentally new method for the production of nitric acid is proposed, based on the use of nitrous gases obtained by direct catalytic oxidation of molecular nitrogen at relatively low technological temperatures.
Новизна способа состоит в том, что процесс окисления азота осуществляется кислородными соединениями азота на катализаторах при температурах 850 - 450oC под давлением, близком к атмосферному, а абсорбцию оксидов азота проводят при повышенном давлении; образующуюся в абсорбционной колонне азотную кислоту частично используют в качестве окислителя азота, подавая ее в реактор с потоком газа, содержащим кислород, а энергию, необходимую для процесса окисления азота, подводят с потоком выхлопных газов, содержащих оксиды азота и подогретых сторонним энергоносителем.The novelty of the method is that the process of nitrogen oxidation is carried out by oxygen compounds of nitrogen on the catalysts at temperatures of 850 - 450 o C under atmospheric pressure, and the absorption of nitrogen oxides is carried out at elevated pressure; The nitric acid formed in the absorption column is partially used as a nitrogen oxidizer, feeding it to the reactor with a gas stream containing oxygen, and the energy necessary for the nitrogen oxidation process is supplied with the exhaust gas stream containing nitrogen oxides and heated by an external energy source.
Процесс окисления азота ведут при скоростях газа от 0,1 до 2,0 м/с, абсорбцию оксидов азота осуществляют при давлениях 3 - 30 атм и получают азотную кислоту концентрацией 55 - 75 вес.%, а продукцию выдают в виде HNO концентрацией до 68,4%. The process of nitrogen oxidation is carried out at gas velocities from 0.1 to 2.0 m / s, the absorption of nitrogen oxides is carried out at pressures of 3-30 atm, and nitric acid is obtained with a concentration of 55 - 75 wt.%, And the products are discharged as HNO with a concentration of up to 68 ,4%.
В качестве катализаторов процесса окисления используют сплавы платины с металлами платиновой группы или катализаторы на основе оксидов железа, алюминия, циркония, кобальта с добавками других тугоплавких оксидов, причем используемые катализаторы могут располагаться в несколько слоев. As catalysts for the oxidation process, alloys of platinum with platinum group metals or catalysts based on oxides of iron, aluminum, zirconium, cobalt with the addition of other refractory oxides are used, and the catalysts used can be arranged in several layers.
Способ позволяет получать концентрированную азотную кислоту и производить в том или ином виде оксиды азота на сторону. The method allows to obtain concentrated nitric acid and produce in one form or another nitrogen oxides to the side.
В первом случае получаемую в абсорбционной колонне кислоту концентрацией выше 70 вес. % дополнительно разгоняют, получая в отгоне концентрированную кислоту, а оставшуюся в кубе колонны кислоту концентрацией, близкой к азеатропной, используют в качестве окислителя в основной схеме. In the first case, the acid obtained in the absorption column with a concentration above 70 wt. % is additionally dispersed, getting concentrated acid in the distillate, and the acid remaining in the bottom of the column with a concentration close to azeatropic is used as an oxidizing agent in the main scheme.
Во втором случае оксиды азота в количествах, получаемых за счет окисления молекулярного азота, выводятся из схемы и перерабатываются в другие соединения связанного азота, например, соли азотной и азотистой кислот, а получаемая в абсорбционной колонне азотная кислота используется только как окислитель молекулярного азота. In the second case, nitrogen oxides in amounts obtained due to the oxidation of molecular nitrogen are removed from the scheme and processed into other bound nitrogen compounds, for example, salts of nitric and nitrous acids, and the nitric acid obtained in the absorption column is used only as an oxidizing agent of molecular nitrogen.
Для успешного осуществления процесса выполняются следующие условия:
- окислитель, пары азотной кислоты и оксиды азота должны подаваться на катализатор в строго определенном количестве, в заданных условиях по температуре, концентрациям компонентов и скоростям газа;
- из абсорбционной колонны через теплообменник-подогреватель в реактор должно отводиться такое количество выхлопных (нитрозных) газов, которое обеспечит создание на полках реактора заданного температурного режима, обусловленного количеством подаваемого окислителя и температурой подогрева выхлопных газов;
- концентрация кислоты из абсорбционной колонны может изменяться от 55 до 75% HNO3 вес. и даже ваше, но концентрация кислоты продукционной должна быть 60 - 68,4% HNO3;
- кислота, подаваемая из абсорбционной колонны в насытитель (или, минуя его, прямо в реактор) может подогреваться в теплообменнике до температуры 150oC при строгом ограничении времени пребывания ее в зоне высоких температур.For the successful implementation of the process, the following conditions are met:
- oxidizing agent, nitric acid fumes and nitrogen oxides must be supplied to the catalyst in a strictly defined quantity, under specified conditions, in terms of temperature, component concentrations and gas velocities;
- from the absorption column through the heat exchanger-heater, the amount of exhaust (nitrous) gases must be discharged into the reactor, which will ensure the creation of a predetermined temperature regime on the shelves of the reactor, due to the amount of oxidant supplied and the temperature of heating the exhaust gases;
- the concentration of acid from the absorption column can vary from 55 to 75% HNO 3 weight. and even yours, but the concentration of production acid should be 60 - 68.4% HNO 3 ;
- the acid supplied from the absorption column to the saturator (or bypassing it directly into the reactor) can be heated in a heat exchanger to a temperature of 150 o C while strictly limiting its residence time in the high temperature zone.
Технологическая схема представлена на чертеже:
поз. 1 - воздуходувка;
поз. 2 - насытитель воздуха парами азотной кислоты и воды. Образование потока ПКГС;
поз. 3 - теплообменник для подогрева ПКГС нитрозными газами (НГ) после реактора (по. 4);
поз. 4 - реактор, в котором на катализаторе проводится реакция окисления молекулярного азота;
поз. 5, 16 - паровые котлы;
поз. 6 - подогреватель кислоты, поступающей в насытитель (поз. 2);
поз. 7 - промыватель НГ. В виде слабой кислоты выделяются пары воды;
поз. 8 - турбокомпрессор с газовой турбиной. Предназначен для сжатия НГ и рекуперации энергии ВГ;
поз. 9 - окислитель оксида азота 11 кислородом. Тепло реакции используется для подогрева циркулирующих выхлопных газов (ЦВГ) перед подачей в подогреватель (поз. 15);
поз. 10, 14 - сатурационный цикл, предназначенный для насыщения ВГ парами воды перед расширением их в турбине;
поз. 11 - насос;
поз. 12 - холодильник-конденсатор. Предназначен для охлаждения НГ и выделения из них паров и аэрозолей водяных паров перед поступлением НГ в абсорбционную колонну (поз. 13);
поз. 13 - абсорбционная колонна, используется для поглощения оксидов азота водой и получения раствора азотной кислоты;
поз. 15 - подогреватель ЦВГ сторонним теплоносителем. Нагретые до 800 - 900oC ЦВГ переносят тепловую энергию в реактор (поз. 4), где она используется в процессе окисления азота.The technological scheme is presented in the drawing:
pos. 1 - blower;
pos. 2 - air saturator in pairs of nitric acid and water. PCGS flow formation;
pos. 3 - a heat exchanger for heating PCGS with nitrous gases (NG) after the reactor (item 4);
pos. 4 - a reactor in which the oxidation of molecular nitrogen is carried out on the catalyst;
pos. 5, 16 - steam boilers;
pos. 6 - heater of the acid entering the saturator (item 2);
pos. 7 - NG washer. In the form of a weak acid, water vapor is released;
pos. 8 - turbocharger with a gas turbine. Designed for compression of NG and recovery of energy of SH;
pos. 9 - an oxidizing agent of nitric oxide 11 with oxygen. Reaction heat is used to heat circulating exhaust gases (CVG) before being fed to the heater (pos. 15);
pos. 10, 14 - saturation cycle, designed to saturate the SH with water vapor before expanding them in the turbine;
pos. 11 - pump;
pos. 12 - refrigerator-condenser. Designed for cooling NG and the release of vapors and aerosols of water vapor from them before the NG enters the absorption column (item 13);
pos. 13 - absorption column, is used to absorb nitrogen oxides with water and obtain a solution of nitric acid;
pos. 15 - heater CVG third-party coolant. Heated to 800 - 900 o C CVG transfer thermal energy to the reactor (item 4), where it is used in the process of nitrogen oxidation.
Предлагаемый способ производства НАК имеет фактически два рецикла:
- газовый цикл, когда ЦВГ возвращается в реактор, используясь при этом как переносчик энергии и источник сырья - азота;
- газожидкостной цикл, в котором образующаяся в колонне (поз. 13) азотная кислота подается в виде ПКГС в реактор (поз. 4) и используется как окислитель азота. В результате реакции на моль паров кислоты из азота (N2) образуется моль оксидов азота (NOx) (см. реак. 1). Оксиды азота в колонне (поз. 13) вновь превращаются в азотную кислоту. При этом часть кислоты, образовавшейся за счет оксидов азота, получившихся за счет раскисления и разложения кислоты (см. реак. 1, 2), возвращается в цикл. Та часть, которая образовалась из оксидов азота, полученных из азота, выводится как продукционная.The proposed method for the production of NAC has in fact two recycles:
- gas cycle, when the CVG returns to the reactor, being used as an energy carrier and a source of raw materials - nitrogen;
- a gas-liquid cycle in which the nitric acid formed in the column (pos. 13) is supplied as PCGS to the reactor (pos. 4) and is used as an oxidizing agent. As a result of the reaction to a mole of acid vapor from nitrogen (N 2 ), a mole of nitrogen oxides (NOx) is formed (see reaction 1). The nitrogen oxides in the column (key 13) are again converted to nitric acid. At the same time, part of the acid formed due to nitrogen oxides obtained by deoxidation and decomposition of the acid (see
Процесс осуществляется следующим образом. The process is as follows.
В насытитель (поз. 2) воздуходувкой (поз. 1) подается воздух, а в верхнюю часть его - подогретая кислота из абсорбционной колонны и, подаваемая насосом (поз. 11), циркулирующая из нижней части насытителя. Воздух, проходя через слои кислоты, находящейся на тарелках насытителя, насыщается парами кислоты и воды - образуется парокислотогазовая смесь (ПКГС). Она может также содержать небольшие количества оксидов азота. Ее состав определяется концентрацией кислоты, температурой раствора, в меньшей мере количеством пропускаемого воздуха. Air is supplied to the saturator (pos. 2) by a blower (pos. 1), and heated acid from the absorption column is supplied to its upper part and supplied by the pump (pos. 11), circulating from the bottom of the saturator. Air passing through layers of acid located on the saturator plates is saturated with acid and water vapors — a vapor-gas mixture (PCGS) is formed. It may also contain small amounts of nitrogen oxides. Its composition is determined by the concentration of acid, the temperature of the solution, at least the amount of air passed through.
Количество оксидов азота в ПКГС зависит в основном от технологических решений на стадии абсорбции. The amount of nitrogen oxides in PCGS mainly depends on technological solutions at the absorption stage.
Воздух, подаваемый в насытитель (поз. 2), может быть заменен на другой газ, содержащий азот и кислород. The air supplied to the saturator (item 2) can be replaced with another gas containing nitrogen and oxygen.
Полученная ПКГС подогревается в теплообменнике (поз. 3) н/газами до температуры 250 - 300oC и вводится в реактор перед слоями катализатора (поз. 4). Здесь она смешивается с циркулирующими выхлопными газами (ЦВГ), несущими энергию. При температуре порядка 600 - 700oC полученная смесь газов проходит катализатор, где протекает реакция окисления азота.The obtained PCGS is heated in a heat exchanger (item 3) with n / gases to a temperature of 250 - 300 o C and introduced into the reactor in front of the catalyst beds (item 4). Here it mixes with circulating exhaust gases (CVG) that carry energy. At a temperature of the order of 600 - 700 o C, the resulting gas mixture passes the catalyst, where the nitrogen oxidation reaction proceeds.
Например, реакция 1:
2HNO3+N2=3NO+NO2+H2O-355 кДж. (1)
В зависимости от технологических условий степень превращения паров кислоты по реакции (1) составляет от 30 до 90%. Оставшиеся пары кислоты разлагаются по реакции (2):
4HNO3=4NO2+2H2O+O2-191,0 кДж. (2)
Получаемый по реакции (1) оксид азота II (NO) по реакции (3) может окисляться кислородом до двуокиси азота (NO2)
2NO+O2=2NO2+113,9 кДж. (3)
Реакция (3) является равновесной и протекает с достаточно высокой скоростью в гомогенных условиях. Поэтому состав газа на выходе будет определяться температурой в слое катализатора, составом исходного газа, временем контакта с катализатором и порозностью слоя последнего.For example, reaction 1:
2HNO 3 + N 2 = 3NO + NO 2 + H 2 O-355 kJ. (1)
Depending on the technological conditions, the degree of conversion of acid vapor by reaction (1) is from 30 to 90%. The remaining acid pairs decompose by reaction (2):
4HNO 3 = 4NO 2 + 2H 2 O + O 2 -191.0 kJ. (2)
Obtained by reaction (1) nitric oxide II (NO) by reaction (3) can be oxidized with oxygen to nitrogen dioxide (NO 2 )
2NO + O 2 = 2NO 2 +113.9 kJ. (3)
Reaction (3) is equilibrium and proceeds at a fairly high rate under homogeneous conditions. Therefore, the composition of the gas at the outlet will be determined by the temperature in the catalyst layer, the composition of the source gas, the contact time with the catalyst and the porosity of the layer of the latter.
Температура нитрозных газов за счет протекания реакций (1) и (2) понижается до 450 - 550oC.The temperature of nitrous gases due to the course of reactions (1) and (2) decreases to 450 - 550 o C.
Для увеличения степени переработки азота (увеличения выхода оксидов азота) целесообразно катализатор размещать в реакторе (поз. 4) в несколько слоев. В этом случае перед каждым новым слоем дополнительно вводятся окислитель (ПКГС) и энергоноситель (ЦВГ) с целью повышения температуры смеси до 600 - 650oC. При многослойной системе размещения катализатора могут быть применены другие способы подведения энергии. Это дает возможность повышать содержание оксидов азота в нитрозных газах по крайней мере до 20 - 25 об.% NOx.To increase the degree of nitrogen processing (increase the yield of nitrogen oxides), it is advisable to place the catalyst in the reactor (item 4) in several layers. In this case, an oxidizing agent (PCGS) and an energy carrier (CVG) are additionally introduced in front of each new layer in order to increase the temperature of the mixture to 600 - 650 o C. With a multilayer catalyst placement system, other methods of energy supply can be applied. This makes it possible to increase the content of nitrogen oxides in nitrous gases to at least 20-25% vol. NOx.
Выходящие из реактора (поз. 4) газы последовательно проходят котел-утилизатор (поз. 5), подогреватель ПКГС (поз. 3) и подогреватель кислоты (поз. 6). В этих аппаратах энергия НГ используется для получения пара и подогрева ПКГС и кислоты, поступающей в насытитель (поз. 2). Затем НГ при температуре 100oC направляются в промыватель (поз. 7), где из них в виде слабой NHO3 выделяются реакционная вода и пары ее, поступающие с ПКВС.The gases leaving the reactor (pos. 4) pass sequentially through a waste heat boiler (pos. 5), a PCGS heater (pos. 3), and an acid heater (pos. 6). In these devices, NG energy is used to produce steam and heat PCGS and acid entering the saturator (item 2). Then NG at a temperature of 100 o C are sent to the washer (item 7), where from them in the form of weak NHO 3 reaction water and its vapors coming from PCVS are released.
В данной схеме в отличие от действующих схем концентрация кислоты в конденсате промывателя (в равных условиях) может быть выше, т.к. концентрация NOx в н/м3 больше обычной.In this scheme, unlike the existing schemes, the acid concentration in the washer condensate (under equal conditions) may be higher, because the concentration of NOx in n / m 3 more than usual.
При необходимости (например, получение в абсорбционной колонне (поз. 13) кислоты высокой концентрации) может производиться орошение промывателя (поз. 7) циркулирующей кислотой. If necessary (for example, obtaining high concentration acid in the absorption column (pos. 13)), the washer can be irrigated (pos. 7) with circulating acid.
Из промывателя (поз. 7) НГ поступают на всас турбокомпрессора (поз. 8), где сжимаются до давления абсорбции. При работе реактора (поз. 4) под атмосферным давлением здесь в НГ должен подаваться весь необходимый для кислотообразования воздух (при работе реактора (поз. 4) под давлением необходимый кислород вводится в виде воздуха через насытитель (поз. 2)). From the washer (pos. 7), NGs enter the turbocharger inlet (pos. 8), where they are compressed to the absorption pressure. When the reactor is operating (pos. 4) under atmospheric pressure, all the air necessary for acid formation should be supplied to the NG (when the reactor (pos. 4) is working under pressure, the necessary oxygen is introduced in the form of air through the saturator (pos. 2)).
После компрессора (поз. 8) НГ направляются в окислитель-теплообменник (поз. 9), в котором тепло интенсивно протекающей реакции 3 окисления оксида азота 11 используется для подогрева ЦВГ. After the compressor (pos. 8), the NGs are sent to the oxidizing-heat exchanger (pos. 9), in which the heat of the intensively proceeding
Последующая утилизация энергии НГ производится в сатурационной системе: подогреватель (поз. 10) и сатуратор (поз. 14). Она предназначена для насыщения ВГ парами воды перед расширением их в турбине с целью получения дополнительной энергии. Subsequent utilization of NG energy is performed in a saturation system: a heater (pos. 10) and a saturator (pos. 14). It is designed to saturate the SH with water vapor before expanding them in the turbine in order to obtain additional energy.
Дальнейшая подготовка НГ к абсорбции, в зависимости от заданной концентрации кислоты и давления в системе, может производиться различными путями. Further preparation of NG for absorption, depending on a given acid concentration and pressure in the system, can be done in various ways.
Целесообразно охлаждение НГ и дальнейшее выделение паров и аэрозолей воды производить в прямоточных холодильниках-конденсаторах, причем в схеме агрегата устанавливать два аппарата и первый по ходу газа использовать для подогрева кислоты, направленной из колонны (поз. 13) в насытитель (поз. 2) (на схеме не указано). It is advisable to cool NG and further release water vapors and aerosols in once-through condenser coolers, moreover, install two devices in the unit circuit and use the first one along the gas to heat the acid directed from the column (pos. 13) to the saturator (pos. 2) ( not shown on the diagram).
При получении кислоты концентрацией выше 65% HNO3 с целью более полного выделения воды из НГ и повышения степени окисления NO холодильник перед колонной разумно заменять на промыватель НГ кислотой из колонны (поз. 13).When obtaining an acid with a concentration above 65% HNO 3 in order to more fully isolate water from NG and increase the oxidation state of NO, it is reasonable to replace the refrigerator in front of the column with an NG washer with acid from the column (item 13).
Из холодильников (поз. 12) газы направляются в абсорбционную колонну (поз. 13), где поглощаются водой с образованием азотной кислоты. На соответствующую тарелку колонны передается и конденсат из холодильников (поз. 12) и промывателя (поз. 7). From the refrigerators (pos. 12), gases are sent to the absorption column (pos. 13), where they are absorbed by water to form nitric acid. Condensate from the refrigerators (pos. 12) and the washer (pos. 7) is also transferred to the appropriate plate of the column.
Принципиально новым техническим решением является отвод основного количества выхлопных газов не из головы колонны, а из зоны замедленного кислотообразования (где содержание оксидов азота в газах составляет 0,8 - 1,2 об. %) и использование их в качестве носителя энергии - они подогреваются до 300 - 350oC в окислителе-подогревателе (поз. 9), затем в подогревателе (поз. 15) и вводятся в реактор (поз. 4). Именно за счет энергии, приносимой этими газами, проводится эндотермическая реакция окисления азота (реакции (1) и (2)).A fundamentally new technical solution is the removal of the main amount of exhaust gases not from the column head, but from the zone of slow acid formation (where the content of nitrogen oxides in the gases is 0.8 - 1.2 vol.%) And their use as an energy carrier - they are heated to 300 - 350 o C in the oxidizer-heater (pos. 9), then in the heater (pos. 15) and introduced into the reactor (pos. 4). It is due to the energy brought by these gases that the endothermic oxidation of nitrogen is carried out (reactions (1) and (2)).
Выхлопные газы из верхней части колонны (поз. 13) с содержанием сотых долей процентов NOx проходят сатуратор (поз. 14), где насыщаются водяным паром, и через турбину (поз. 15) выбрасываются в атмосферу. Exhaust gases from the upper part of the column (pos. 13) containing hundredths of a percent of NOx pass through a saturator (pos. 14), where they are saturated with water vapor and are released into the atmosphere through a turbine (pos. 15).
Подогрев ЦВГ до 800 - 850oC производится в теплообменнике (поз. 15) за счет сжигания природного газа. Газы горения используют для получения пара в котле (поз. 16).Heated CVG to 800 - 850 o C is carried out in a heat exchanger (item 15) by burning natural gas. Combustion gases are used to produce steam in the boiler (key 16).
В вопросе утилизации тепла, порядка подачи газовых потоков, аппаратурного оформления стадии переработки НГ возможны любые другие варианты, Например, можно ВГ подвергать селективной каталитической очистке, подогревать их перед подачей в турбину (поз. 8) в теплообменнике, устанавливаемом вместо котла (поз. 16), или в теплообменнике (поз. 9), или в теплообменнике (поз. 10), отказавшись от сатурации. Возможны и другие варианты, не затрагивающие основные, определяющие процесс, технологические решения. Any other options are possible regarding heat recovery, the procedure for supplying gas streams, and the hardware design of the NG processing stage. For example, it is possible to subject the SH to selective catalytic cleaning, to heat them before feeding them to the turbine (pos. 8) in a heat exchanger installed instead of the boiler (pos. 16 ), or in the heat exchanger (pos. 9), or in the heat exchanger (pos. 10), refusing saturation. There are other options that do not affect the basic, determining the process, technological solutions.
Процесс изучался на лабораторных и опытных установках. Отработки технологии его производились на реконструированном контактном аппарате (КА) агрегата производства азотной кислоты, работающем под давлением 1/3,5 атм, производительностью 5,6 т/час. The process was studied in laboratory and pilot plants. Testing of its technology was carried out on the reconstructed contact apparatus (KA) of the nitric acid production unit, operating under a pressure of 1 / 3.5 atm, with a capacity of 5.6 t / h.
Лабораторная установка имела реактор из кварцего стекла, он мог иметь 2 слоя катализатора. The laboratory setup had a quartz glass reactor; it could have 2 catalyst beds.
Основной поток газа подавался сверху, дополнительный поток газа мог вводиться непосредственно перед каждым слоем катализатора. Оба потока могли нести окислитель. Заданная температура слоя катализатора поддерживалась внешним обогревом. The main gas stream was supplied from above; an additional gas stream could be introduced directly in front of each catalyst bed. Both streams could carry an oxidizing agent. The set temperature of the catalyst layer was maintained by external heating.
Аналогична была собрана и опытная установка с той разницей, что аппараты на ней изготовлялись из металла и она могла работать до давления 10 атм. Нагрузка по газу максимально могла составлять 1000 л/час. A pilot installation was also assembled with the difference that the apparatuses on it were made of metal and it could operate up to a pressure of 10 atm. The gas load could be as high as 1000 l / h.
На реконструированном промышленном КА был принят тот же принцип, только для процесса окисления азота использовалась энергия НГ, поступающих с 1-й ступени катализатора. At the reconstructed industrial spacecraft, the same principle was adopted, only the energy of NGs from the first stage of the catalyst was used for the nitrogen oxidation process.
Содержание соединений азота определялось химическим анализом во всех подводящих газовых потоках, а также после катализатора. The content of nitrogen compounds was determined by chemical analysis in all incoming gas flows, as well as after the catalyst.
На основании расхода газовых потоков и реальных объемов соединений связанного азота, вычисленных по химическому анализу, на компьютере рассчитывались материальный баланс КА (процесса, по объемам) и степень полезного использования вводимых паров NHO3 (объемное количество окисленного азота)
Пример 1. На лабораторной установке под атмосферным давлением подавался газовый поток в количестве 350 л/ч (норм.усл.), содержащий до 18% кислорода, около 6% паров воды, 3% паров азотной кислоты, остальное - азот (N2).Based on the flow of gas flows and the actual volumes of bound nitrogen compounds calculated by chemical analysis, the material balance of the spacecraft (process, volume) and the degree of useful use of the introduced NHO 3 vapor (volumetric amount of oxidized nitrogen) were calculated on a computer.
Example 1. At a laboratory installation under atmospheric pressure, a gas stream was supplied in an amount of 350 l / h (normal condition) containing up to 18% oxygen, about 6% water vapor, 3% nitric acid vapor, the rest was nitrogen (N 2 ) .
Боковой поток не подавался. Объемная скорость газа составляла 25 тыс. час-1. Температура в слое катализатора 580 - 600oC.Lateral flow was not supplied. The gas volumetric velocity was 25 thousand hour -1 . The temperature in the catalyst layer 580 - 600 o C.
Анализ газа на выходе из реактора показал, что он содержит 4,6 об.% оксидов азота, прирост составляет 1,6 об.абс.%. Рассчитанный материальный баланс опыта показывает, что по реакции (1) прореагировало 53,3% паров кислоты, а остальные 46,7% разложились по реакции (2) до NO2•H2O и O2.Analysis of the gas at the outlet of the reactor showed that it contains 4.6 vol.% Nitrogen oxides, an increase of 1.6 vol.%. The calculated material balance of the experiment shows that 53.3% of acid vapor reacted by reaction (1), and the remaining 46.7% decomposed by reaction (2) to NO 2 • H 2 O and O 2 .
Измеряемого количества закиси азота (N2O) в газах не обнаружено. Четырехокись азота в виде N2O4 при температурах опыта практически не существует.No measurable nitrous oxide (N 2 O) was detected in the gases. Nitrogen tetroxide in the form of N 2 O 4 at experimental temperatures practically does not exist.
Результаты опытов приведены в табл. 1. The results of the experiments are given in table. 1.
Опыт N 9 отражает процесс на 2-й ступени катализатора при атмосферном давлении. Он проведен в КА на промышленном агрегате производительностью 5,6 т NHO3 мнг. в час.Experience No. 9 reflects the process at the 2nd stage of the catalyst at atmospheric pressure. It was carried out in a spacecraft on an industrial unit with a capacity of 5.6 tons NHO 3 mng. in hour.
В КА перед вторым слоем катализатора смешивались два потока газа. Сверху поступал горячий поток газа после 1-й ступени. Сбоку вводится поток газа, содержащий окислитель при температуре порядка 200 - 250oC. Полученная газовая смесь при температуре 700 - 750oC поступала на 2-й слой катализатора, при выходе из которого температура газа составляла 570 - 600oC.In a spacecraft, two gas flows were mixed in front of the second catalyst bed. From above, a hot gas stream entered after the 1st stage. A gas stream containing an oxidizing agent is introduced from the side at a temperature of about 200 - 250 o C. The resulting gas mixture at a temperature of 700 - 750 o C entered the 2nd catalyst layer, at the exit of which the gas temperature was 570 - 600 o C.
На основании фиксированных объемов газовых потоков и результатов химического анализа содержания соединений связанного азота в них на компьютере рассчитывались материальный баланс процесса и его показатели. Based on the fixed volumes of gas flows and the results of a chemical analysis of the content of bound nitrogen compounds in them, the material balance of the process and its indicators were calculated on a computer.
Прирост соединений азота после прохода 2-го слоя катализатора составляет
1271,8 м3 - 1160,4 м3 = 111,4 м3 NOx,
откуда степень превращения HNO3 по реакции (1) в данных условиях составляет
В данном примере содержание NOx в "сухом" газе составляет 11,14 об.%. Изменяя технологические условия, главным образом подавая большее количество окислителя и полнее используя подведенную энергию, концентрацию оксидов азота доводили до 18,5% (в описанных условиях эксперимента).The increase in nitrogen compounds after the passage of the 2nd catalyst layer is
1271.8 m 3 - 1160.4 m 3 = 111.4 m 3 NOx,
whence the degree of conversion of HNO 3 according to reaction (1) under these conditions is
In this example, the NOx content in the “dry” gas is 11.14 vol.%. Changing the technological conditions, mainly supplying a larger amount of oxidizing agent and making full use of the supplied energy, the concentration of nitrogen oxides was brought up to 18.5% (under the described experimental conditions).
Примеры проведения процесса по остальным стадиям производства азотной кислоты не приводятся, т.к. они многообразны и осуществляются известными и отработанными в промышленности способами. Examples of the process for the remaining stages of nitric acid production are not given, because they are diverse and carried out by well-known and industry-developed methods.
Предложенный способ производства азотной кислоты имеет значительные преимущества по сравнению с традиционным способом производства НАК из аммиака, к ним прежде всего относятся:
- для производства НАК используется только энергия, воздух, питательная и охлаждающая вода, исключается использование в качестве сырья аммиака, стоимость которого составляет около 70% себестоимости кислоты;
- процесс проводится при освоенных технологией температурах (850 - 450oC), что ниже температур конверсии аммиака в существующих производствах НАК;
- резко снижаются расход воздуха на тонну азотной кислоты и на порядок выброс оксидов азота в атмосферу;
- концентрация продукционной кислоты может быть повышена до 68,4% и при необходимости даже выше вместо обычных 58 - 60% HNO3;
- возможность широкого изменения производительности агрегата и качества продукции только за счет изменения параметров работы насытителя, реактора, соотношения потоков циркулирующего и выхлопного газов.The proposed method for the production of nitric acid has significant advantages compared with the traditional method for the production of NAC from ammonia, these primarily include:
- for the production of NAC, only energy, air, nutrient and cooling water are used, the use of ammonia, the cost of which is about 70% of the cost of acid, is excluded;
- the process is carried out at the temperatures mastered by the technology (850 - 450 o C), which is lower than the ammonia conversion temperatures in existing NAC facilities;
- sharply reduced air consumption per ton of nitric acid and an order of magnitude emission of nitrogen oxides into the atmosphere;
- the concentration of production acid can be increased to 68.4% and, if necessary, even higher instead of the usual 58-60% HNO 3 ;
- the possibility of a wide change in aggregate productivity and product quality only by changing the parameters of the saturator, reactor, and the ratio of circulating and exhaust gas flows.
Технико-экономическая проработка одного из вариантов агрегата производства НАК через оксиды азота, получаемые по новой технологии, показала, что он более эффективен по всем технико-экономическим показателям, чем существующие современные агрегаты производства НАК, использующие в качестве сырья аммиак. The technical and economic study of one of the options for the NAC production unit through nitrogen oxides obtained by the new technology has shown that it is more effective in all technical and economic indicators than the existing modern NAC production units using ammonia as a raw material.
Его показатели следующие (в %% от показателей аналога): энергоемкость, в пересчете на условное топливо 88,0; удельные капитальные вложения 38,4; то же без учета вложений в производство аммиака 73,0; себестоимость 69,4; окупаемость вложений 2,9 года (против 9,2 года у аналога). Its indicators are as follows (in %% of the analogue indicators): energy intensity, in terms of equivalent fuel 88.0; specific capital investments 38.4; the same without taking into account investments in ammonia production 73.0; the cost of 69.4; return on investment 2.9 years (versus 9.2 years for the analogue).
Кроме того, может быть повышена концентрация продукционной кислоты и снижен, примерно на 30 - 35%, выброс оксидов азота в атмосферу (только относительно существующих производств НАК) из расчета на 1 т продукциин In addition, the concentration of production acid can be increased and the emission of nitrogen oxides into the atmosphere (only relative to existing NAC plants) can be reduced by about 30 - 35% per 1 ton of production
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98118836/12A RU2151736C1 (en) | 1998-10-15 | 1998-10-15 | Nitric acid production process |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98118836/12A RU2151736C1 (en) | 1998-10-15 | 1998-10-15 | Nitric acid production process |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2151736C1 true RU2151736C1 (en) | 2000-06-27 |
Family
ID=20211349
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU98118836/12A RU2151736C1 (en) | 1998-10-15 | 1998-10-15 | Nitric acid production process |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2151736C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110120880A1 (en) * | 2007-08-31 | 2011-05-26 | Junhua Jiang | Electrochemical process for the preparation of nitrogen fertilizers |
| CN109843794A (en) * | 2016-09-23 | 2019-06-04 | 卡萨尔公司 | A method of producing nitric acid |
-
1998
- 1998-10-15 RU RU98118836/12A patent/RU2151736C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| АТРОЩЕНКО В.И. и др. Технология азотной кислоты. - М.: Химия, 1970, с. 30. * |
| Справочник азотчика. Изд. 2-е. - М.: Химия, 1987, с. 73 - 75. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110120880A1 (en) * | 2007-08-31 | 2011-05-26 | Junhua Jiang | Electrochemical process for the preparation of nitrogen fertilizers |
| US9005422B2 (en) * | 2007-08-31 | 2015-04-14 | Energy & Environmental Research Center Foundation | Electrochemical process for the preparation of nitrogen fertilizers |
| CN109843794A (en) * | 2016-09-23 | 2019-06-04 | 卡萨尔公司 | A method of producing nitric acid |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10988380B2 (en) | Plant and process for producing nitric acid | |
| US3953578A (en) | Method for purification of industrial flue gases | |
| US4087250A (en) | Apparatus for removing nitric oxides from processing exhaust gases | |
| US4183906A (en) | Oxygen-enrichment columnar absorption process for making nitric acid | |
| US4973457A (en) | Method for the reduction of nitrogen oxide | |
| CN205867993U (en) | Iron chloride solid particle's preparation facilities for denitration | |
| RU2151736C1 (en) | Nitric acid production process | |
| EP0148967B1 (en) | Manufacturing and using nitrogen fertilizer solutions on a farm | |
| US4062928A (en) | Process for the preparation of nitric acid | |
| EP0799794A1 (en) | Oxygen injection in nitric acid production | |
| US3489515A (en) | Production of high percentage nitric oxide | |
| US4049777A (en) | Method of waste gas treatment | |
| US4276277A (en) | Manufacture of concentrated nitric acid | |
| US3567367A (en) | Method of removing nitrogen oxides from gases | |
| SU1402249A3 (en) | Method of separating ethylene glycol from glycol water | |
| AU2011335885B2 (en) | Process for producing nitric acid | |
| RU2283272C2 (en) | Method of production of the liquid heat carrier used as the indirect source of heat at realization of the endothermal reactions and the method of realization of the reactions of reforming of the hydrocarbons | |
| US4081511A (en) | Process for removing nitric oxides from processing exhaust gases | |
| RU2174946C1 (en) | Method of preparation of nitric acid | |
| RU2127224C1 (en) | Method of producing nitric acid | |
| US3502433A (en) | Preparation of nitric acid | |
| RU2009996C1 (en) | Method of producing nitric acid | |
| RU2201892C2 (en) | Method of preparing nitric acid | |
| WO2022152608A1 (en) | A process for decomposing nitrous oxide from a gas stream | |
| SU1224258A1 (en) | Method of producing concentrated nitrogen ixides |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20041016 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20081016 |