Технология производства азотной кислоты
←
→
Транскрипция содержимого страницы
Если ваш браузер не отображает страницу правильно, пожалуйста, читайте содержимое страницы ниже
Технология производства
азотной кислоты
-2-
Содержание
Страница
1. Профиль деятельности компании 3
2. Технология производства азотной кислоты (АК) 4
3. Опыт компании Uhde в производстве азотной кислоты 7
4. Технология Uhde по производству азотной кислоты под 10
средним давлением
5. Технология Uhde по производству азотной кислоты под 12
высоким давлением
6. Технология Uhde по производству азотной кислоты с двумя 14
ступенями давления
7. Технология Uhde по производству азеотропной азотной 16
кислоты
8. Технология EnviNOx® компании Uhde по удалению N2O/NOx 18
из хвостовых газов
9. Типичные расходные коэффициенты 21
10. Два примера из списка референций 22
При производстве азотной кислоты смириться с неудовлетворительными решениями нельзя!
Будь ли это процесс с единым давлением или с двумя ступенями давления, компания Uhde всегда предла-
гает технологические решения, которые с одной стороны соответствуют индивидуальным нуждам
заказчика и с другой стороны отличаются эффективным использованием энергоресурсов, пониженными
выбросами в атмосферу и высоким коэффициентом готовности. Зачем же смириться с худшим?
На обложке:
Слева направо показаны производства азотной кислоты:
с 2 ступенями давления мощностью 1850 т/сут., Египет
под средним давлением мощностью 350 т/сут., Германия
под высоким давлением мощностью 210 т/сут., Таиланд
азеотропной с 2 ступенями давления мощностью
1500 т/сут., Германия
07/2010
-3- 1. Профиль деятельности компании Головной офис компании Uhde в Дортмунде, Германия На сегодняшний день немецкая компания Uhde, штат которой насчитывает около 4 500 высококвалифицированных специалистов, располагающая международной сетью филиалов и дочерних компаний, успешно завершила более 2 000 проектов по всему миру. Компания Uhde получила признание на международном уровне благодаря успешному воплощению принципа Инжиниринг с идеями, предлагая своим заказчикам экономически выгодные и высокотехнологичные решения. Профессиональные «ноу-хау», комплексный подход, инжиниринг высочайшего качества, а также безупречная пунктуальность компании – все это позволяет соответствовать постоянно возрастающим требованиям, предъявляемым к процессам и прикладным технологиям в областях химической и нефтехимической промышленности, энергосбережения и защиты окружающей среды.
-4- 2. Технология производства азотной кислоты (АК) Хотя сам химический процесс получения азотной кислоты за последние сто лет не изме- нился, темпы развития технологии, от первых установок до современных, высокопроиз- водительных, компактных и экологически чистых производств, сравнимы с темпами раз- вития автомобилестроения за тот же период. В 1838 г. Шарль Фредерик Кульманн впервые получил оксид азота окислением аммиака в присутствии платинового катализатора и азотную кислоту, при абсорбции оксидов азота водой. Однако это открытие не было поставлено на коммерческую основу, потому что аммиак был слишком дорогим сырьем для получения азотной кислоты по сравнению с чилийской селитрой, используемой в производстве в то время. По технологии Бирке- ленда-Эйда, появившейся в начале 20 века, азотная кислота получилась за счет прямого окисления азота кислородом воздуха в высоковольтной дуге. Эта технология не нашла широкого применения из-за неэффективного использования энергии. История современной технологии получения азотной кислоты начинается в 1901 году, когда Вильгельм Оствальд, создав необходимые условия для окисления аммиака, полу- чил высокий выход оксида азота. Первые установки, работающие по технологии Остваль- да, были пущены в первом десятилетии XX-го века. С тех пор в технологию было внедрено много изменений разными разработчиками. Вехами на пути усовершенствова- ния технологического процесса стали использование более крупных контактных аппара- тов окисления аммиака, плоских платинородиевых сеток вместо рулонных полос платино- вой сетки Оствальда и рекуперация реакционного тепла для получения пара или электро- энергии. Впоследствии, появление прочных, недорогих, коррозионностойких материалов из нержавеющей стали, позволило проводить абсорбцию оксидов азота водой под давле- нием, что привело к сокращению размера и стоимости абсорбционного оборудования, в то время как технический прогресс в области турбомашиностроения привел к внедрению более энергосберегающей технологии с двумя ступенями давления. С 1920 года новый способ синтеза аммиака из водорода и атмосферного азота по техно- логии Хабер-Бош способствовал сокращению затрат на сырье, что усовершенствовал, таким образом, технологию Оствальда. Сейчас практически вся азотная кислота полу- чается этим способом. Установка на фирме BP в Кёльне, Германия, с выработкой кислоты 1500 т/сут. (HNO3 100 %)
-5-
Блок-схема процесса получения азотной кислоты
Воздух Компрессия
Воздух
Аммиак Сгорание NO-газ
NO-газ
Рекуперация Избыток энергии
Хвостовой энергии
газ
NO-газ
Хвостовой
Охлаждение газа
газ
NO-газ +
кислый конденсат
Технологическая Абсорбция Азотная
вода кислота
Хвостовой газ
Очистка
хвостового газа
Азотная кислота является сильной кислотой, которая в природе существует только в
связанном виде как нитраты. Как и другие промышленные неорганические кислоты,
азотная кислота важна не сама по себе, а как один из ключевых химических
полуфабрикатов для производства промышленных товаров. На сегодняшний день
мировое производство азотной кислоты разной концентрации составляет около 55 млн. т
в год. Приблизительно 80 % этого объема используется в качестве сырья для
производства азотных минеральных удобрений, в первую очередь аммиачной селитры и
ее производных, таких как азотнокислый кальций, кальциево-аммиачная селитра и
раствор карбамида и аммиачной селитры. Остаток уходит на получение пористой
аммиачной селитры для горнодобывающей промышленности и на такие специальные
химикаты как капролактам и адипиновая кислота. Наблюдается возрастающий спрос на
азеотропную азотную кислоту (концентрации примерно 68 %), которая служит нитрующим
агентом для производства нитробензола, динитротолуола и других химикатов. Они в свою
очередь перерабатываются в ТДИ и МДИ и в конечном итоге в полиуретан. Среди целого
ряда других областей применения азотной кислоты стоит отметить ее использование в
металлургической промышленности, как травильного средства для нержавеющей стали,
и в производстве тетраоксида диазота для ракетных топлив.
-6-
Стехиометрия процесса производства азотной кислоты
1 моль
3/2 моля 1 моль
NH3 H2O H2O
5/4 моля Сгорание 1 моль
O2 NO H2O 1/2 моля
2 моля 3/4 моля 3/2 моля
O2 O2 Окисление NO2
1/2 моля
NO
1 моль Абсорбция
HNO3
Виды использования азотной кислоты
Азотная кислота
~ 80 % потребления ~ 20 % потребления
Удобрения Другие назначения
АС Нитро АС (технический) Химикаты
фосфат
КС КАН КАС СНА Капро- Адипин. Динитро- Нитро-
лактам кислота толуол бензол
AC = аммиачная селитра
КС = кальциевая селитра
КАН = кальций аммоний нитрат
КАС = карбамидо-аммиачная смесь ТДИ МДИ
СНА = сульфат нитрат аммония
ТДИ = толуолдиизоцианат
МДИ = метилендифенилдиизоцианат
Поли- Поли- Поли Поли-
амид 6 амид 6.6 уретан уретан
(мягкий ПУ) (жесткий ПУ)
-7- 3. Опыт компании Uhde в производстве азотной кислоты Уже в 1905 г. д-р Фридрих Уде, основатель компании Uhde GmbH, вместе с проф. Вильгельмом Оствальдом спроектировал и построил пилотную установку для получения азотной кислоты сгоранием аммиака в воздухе в присутствии катализатора. С момента основания компании в 1921 году было спроектировано, построено и пущено в эксплуатацию в самых разных климатических зонах около 200 установок для получения слабой и концентрированной азотной кислоты, окисления аммиака кислородом воздуха до оксидов азота и абсорбции нитрозных отходящих газов. С тех пор компания Uhde является одной из ведущих инжиниринговых компаний, занимающихся проектированием и строительством установок по получению азотной кислоты и контактных аппаратов окисления аммиака. Со временем технологические процессы постоянно совершенствовались по мере роста требований, касающихся контроля загрязнения воздушной среды и необходимости снижения затрат на энергию. Установки, спроектированные компанией Uhde, отличаются высокой надежностью, рентабельностью и длительным сроком бесперебойной работы. В настоящее время установки останавливают лишь для замены катализатора и инспек- ции оборудования. Повторные заказы от наших клиентов свидетельствуют о том, что они довольны построенными нами установками. Сегодня исключительным способом получения азотной кислоты является окисление аммиака кислородом воздуха в присутствии катализатора из благородных металлов. Катализаторы из неблагородных металлов важной роли не играют. Катализаторы, используемые в процессе, состоят из ряда платинородиевых сеток, число которых зависит от рабочего давления и конструкции контактного аппарата. Сетки сегодня в основном производятся вязанием из тонких проволок, обычно диаметром 60 или 76 мкм. Тканые сетки применяются только в некоторых специальных областях. Система сеток-уловителей платины из палладия, может быть легко установлена под платиновым катализатором. Также имеются комбинированные системы катализаторных сеток и сеток-уловителей платины. В настоящее время есть возможность производить катализаторные сетки диаметром более 5,5 м. С одним реактором окисления аммиака может производиться более 1500 т/сутки азотной кислоты. Технически возможны реакторы окисления большего размера, максимальный размер ограничивается только возможностями транспортировки и обработкой фланцев.
-8-
Азотная кислота получается в три этапа по следующим основным уравнениям реакции:
1. Сгорание аммиака
4 NH3 + 5 O2 → 4 NO + 6 H2O + 905 кДж
2. Окисление окиси азота
2 NO + O2 → 2 NO2 + 113 кДж
3. Абсорбция двуокиси азота в воде
3 NO2 + H2O → 2 HNO3 + NO + 116 кДж ∗
На практике эти три этапа могут быть реализованы по-разному, следовательно, имеется
ряд процессов получения азотной кислоты. Реакции в современных установках азотной
кислоты протекают либо под единым давлением (монодавление) либо с двумя ступенями
давления.
В группе технологических схем монодавления различают реакции, протекающие под
средним давлением, т. е. при расчетном давлении от 4 до 6 бар абс., и под высоким
давлением от 8 до 12 бар абс.
Технология с двумя ступенями давления отличается тем, что окисление аммиака
происходит под давлением ок. 4–6 бар абс., а абсорбция двуокиси азота происходит под
давлением около 10-12 бар абс.
Оптимальная технологическая схема выбирается с учетом стоимости сырья и вспомо-
гательных материалов, энергосредств, инвестиционных затрат и местных условий.
Вышеназванные технологии позволяют достичь содержания NOx в хвостовом газе менее
50 ppm, что соответствует строгим законодательным нормам защиты окружающей среды.
Кроме того, выбросы закиси азота, получаемой в качестве нежелательного побочного
продукта при окислении аммиака, могут быть снижены соответствующими методами с
применением катализаторов.
∗
Теплота реакции относится к получению кислоты концентрацией 60 % по массе.
-9-
На заднем фоне:
Сетка катализатора в аппарате окисления
аммиака кислородом воздуха
Аппарат окисления аммиака произ-
водства азотной кислоты 1924 года,
проработавшего до 1965 г. с пропуск-
ной способностью 0,1 т/сутки азота.
Раньше для достижения пропускной
способности 20 т азота в сутки
200 таких реакторов располагались
параллельно.
Производство азотной кислоты с
двумя уровнями давления и двумя
аппаратами окисления аммиака
мощностью 1850 т/сут. HNO3
(100 %), что равна загрузке 430 т
в сутки по азоту (Абу-Кир,
Египет).
- 10 -
4. Технология Uhde по производству азотной кислоты под средним
давлением
По этой технологии воздух, необходимый для
горения аммиака, поступает от неохлаждае-
мого, воздушного компрессора. Может приме-
няться либо блок компрессоров, расположен-
ных на одном валу, либо блок компрессоров с
компактным редуктором и интегрированной
турбиной хвостового газа.
Рабочее давление зависит от макс. достигае-
мого с помощью неохлаждаемого компрес-
сора конечного давления, т. е. 4–5 бар абс.
при применении центробежных компрессоров
и 5-6 бар абс. при применении осевых.
На установке с одним аппаратом окисления
аммиака и одной абсорбционной колонной
могут быть получены до 500 т/сутки азотной
кислоты (100 % HNO3). Давление процесса
позволяет достичь производительности до
1000 т в сутки при наличии второй абсорб-
ционной колонны.
Технологическая схема с использованием
среднего давления рекомендуется, если прио-
ритетным является максимальное энергосбе-
режение. Воздушный компрессор обычно
имеет привод от турбодетандера хвостового
Производство АК под средним давлением газа и паровой турбины, работающей на паре,
на ф-ме SKW в Виттенберге, Германия, полученном в установке. Если пар требуется
мощностью 350 т/сутки (HNO3 100 %).
для других целей, то комплект компрессоров
Аппарат окисления аммиака рассчитан на может иметь привод от высоковольтного
мощность, равную 500 т/сут. (HNO3 100 %)
асинхронного или синхронного двигателя
и снабжает существующее производство
концентрированной АК нитрозными газами. вместо паровой турбины, чтобы весь полу-
ченный пар мог быть выведен из установки.
На установке такого типа можно получить либо один сорт азотной кислоты максимальной
концентрацией 65 % или два сорта азотной кислоты разных концентраций, т. е. 60 % или
65 %, а абсорбционным способом содержание NOx в хвостовом газе может быть
доведено менее чем до 500 ppm.
Содержание NOx затем должно быть дальше уменьшено до уровня норм с помощью
селективного каталитического восстановления хвостовых газов в присутствии катали-
затора из неблагородного металла и при использовании аммиака как восстановителя.
Технология производства азотной кислоты под средним давлением характеризуется
высоким выходом по азоту, составляющим примерно 95,7 или 95,2 % при очистке
хвостового газа, а также низким расходом платины и большим количеством отводимого
пара.
В результате низкой тепловой нагрузки реактора сгорания катализаторные сетки следует
заменять раз в 6 месяцев.Паровая
турбина
- 11 -
Технологическая схема производства азотной кислоты под средним давлением
Первичный воздух
Хвостовой
газ
Перегретый
пар
ТХГ Питательная
Пар ВД Пар ВД вода котла
(ПВ котла)
NО газ
ПТ Хвостовой газ
Аммиак (газообразн.) Технологич.
Охлажд. вода
вода
Воздух Конденсат Вторичный Охлажд.
вода
воздух
ВК
Паровая
турбина
ПВ котла
ПВ котла
Пар НД Охлажд. ПВ котла ПВ котла
вода Охлажд.
Охлажд. вода
вода
Охлажд.
вода Охлажд.
вода Кислый Продукт -
Аммиак (жидкий) конденсат азотная кислота
Аммиачная
вода
1 Реактор
ТХГ = турбина хвостового газа 2 Холодильник технологического газа
3 Нагреватель хвостового газа 3
ПТ = паровая турбина
4 Экономайзер
ВК = воздушный компрессор 5 Холодильник-конденсатор и подогре-
ватель питательной воды
6 Абсорбционная колонна
7 Колонна отделения попутных газов
8 Нагреватели хвостового газа 1 и 2
9 Реактор хвостового газа
10 Испаритель и перегреватель аммиака
11 Конденсатор турбинного пара- 12 -
5. Технология Uhde по производству азотной кислоты под высоким
давлением
По схеме высокого давления технологический воздух компримируется до конечного дав-
ления 8–12 бар абс. с помощью центробежного многоступенчатого компрессора с проме-
жуточной секцией охлаждения. Предпочтительным является блок компрессоров с ком-
пактным редуктором, но альтернативно может применяться блок компрессоров на одном
валу.
Применение высокого давления позволяет использовать одну абсорбционную колонну, а
также оборудование и трубопроводы меньшего размера.
Благодаря компактному расположению оборудования корпус для размещения машин и
агрегата сгорания аммиака имеет небольшой размер, но все хорошо доступно для
техобслуживания. Такой тип установки рекомендуется, если важным моментом является
быстрая окупаемость.
Два производства АК под
высоким давлением:
(слева:)
Установка на ф-ме «Thai
Nitrate Company» в Районге,
Таиланд, мощностью
210 т/сут. HNO3 (100 %)
(справа:)
Установка на ф-ме
«Enaex S. A.», Мехильонес,
Чили, мощностью
925 т/сут. HNO3 (100 %)
Данная технология может быть использована при мощности от 100 т/сутки до 1000 т/сутки
(100 % HNO3). Получаемая концентрация азотной кислоты составляет до 67 % - что
немного выше, чем при применении технологии среднего давления. Также возможно
получить два или более потоков продукции с разной концентрацией.
Компрессор может иметь привод от паровой турбины или электродвигателя.
Концентрация NOx в хвостовом газе может быть сокращена до менее чем 200 ppm исклю-
чительно за счет абсорбции. Более низкой концентрации NOx можно добиться, подклю-
чив дополнительную каталитическую очистку хвостовых газов. Выход по азоту, достигае-
мый в технологии высокого давления, составляет примерно 94,5 %.
При мощностях менее 100 т/сутки более низкие капиталовложения могут быть предпочти-
тельнее, чем оптимальная рекуперация энергии. В таких случаях Uhde может предложить
более упрощенную технологическую схему, без турбин хвостового газа и паровых турбин,
без нагрева хвостового газа после стадии абсорбции. Специальные конструктивные
решения для стадии охлаждения технологического газа, конденсатора и колонны
отделения попутных газов позволяют еще более сократить затраты.
Рабочее давление при этой технологии зависит от макс. допустимого содержания NOx в
хвостовом газе. Если предусмотренный предел содержания NOx составляет менее
200 ppm, то давление должно составлять минимум 7 бар абс. в зависимости от темпера-
туры охлаждающей воды.- 13 -
При необходимости можно еще снизить выбросы NOx до уровня менее 50 ppm за счет
включения в технологическую схему каталитической очистки хвостового газа. Uhde также
предлагает подобный процесс без испарения аммиака и утилизации тепла для
рекуперации кислоты из хвостового газа в таких установках как, н-р, установки по
получению адипиновой кислоты.
Технологическая схема производства азотной кислоты под высоким давлением
Отходящий
газ Вторичный воздух
Первич- Пар НД
Перегретый
ный пар
воздух
ТОГ
Питательная
Пар ВД Пар ВД вода котла
(ПВ котла)
ПТ NО газ Отходящий
Аммиак газ
Охлажд. (газообразный) Технологич.
вода вода
Конденсат
Воздух Охлажд.
вода
ПB котла
ВК
ПB котла
Охлажд.
вода
Пар НД Охлажд. ПВ котла ПВ котла
Охлажд. вода Охлажд.
вода вода
Охлажд.
Охлажд. вода
вода
Охлажд.
вода Кислый
Аммиак (жидкий) конденсат Продукт - азотная
Аммиачная
вода кислота
ТХГ = турбина хвостового газа 1 Реактор
2 Холодильник технологического газа
ПТ = паровая турбина 3 Нагреватель хвостового газа 3
ВК = воздушный компрессор 4 Экономайзер
5 Холодильник-конденсатор и подогре-
ватель питательной воды
6 Абсорбционная колонна
7 Колонна отделения попутных газов
8 Нагреватели хвостового газа 1 и 2
9 Реактор хвостового газа
10 Испаритель и перегреватель аммиака
11 Конденсатор турбинного пара
12 Промежуточный воздухоохладитель- 14 -
6. Технология Uhde по производству азотной кислоты с 2 ступенями
давления
Технология с 2 ступенями давления была разработана в соответствии с самыми высоки-
ми требованиями по защите окружающей среды. В данном процессе технологический
воздух сжимается до конечного давления 4-6 бар абс.
Газы сгорания из контактного аппарата охлаждаются в ряду последовательных тепло-
обменников с получением пара и подогревом хвостового газа, который затем сжимается
до 10–12 бар абс. в компрессоре NOx.
2 производства АК по технологии
с двумя ступенями давления:
слева:
на ф-ме «Abu Qir Fertilisers &
Chemical Ind. Co.» в Абу-Кире,
Египет, мощностью 1850 т/сут.
HNO3 (100 %), концентрация NOx
в хвостовом газе - менее 50 ppm
за счет каталитической очистки.
справа:
на ф-ме «Agrolinz Melamine Inter-
national» в Линце, Австрия, мощн.
1000 т/сут. HNO3 (100 %), концен-
трация NOx - менее 10 ppm за
счет агрегата «EnviNOx®» Uhde.
Конечное давление выбирается из расчета обеспечения оптимальной работы секции
абсорбции для того, чтобы достичь требуемого содержания NOx в хвостовом газе и чтобы
обеспечить компрессор с приводом от паровой турбины достаточным количеством пара
из холодильника технологического газа. При этом необходимо, чтобы всегда имелся
небольшой избыток пара для обеспечения стабильных условий работы.
Как альтернативный привод компрессора может служить высоковольтный асинхронный
или синхронный электродвигатель, а полученный пар может быть использован для других
целей. Технология с двумя ступенями давления экономично объединяет преимущества
низкого давления в секции окисления и высокого давления в секции абсорбции. По такой
схеме на одной линии могут быть получены до 1500 т/сутки азотной кислоты (100 %).
Используемые машины могут быть расположены на одном валу или состоять из
компрессора с компактным редуктором с интегрированными ступенями сжатия возду-
ха/NOx и расширения хвостового воздуха. Расположение на одном валу рекомендуется
при производительности от 1100 до 2200 т/сут. или при необходимости в отводе больших
количеств энергии. При производительности выше 1500 т/сут. следует только преду-
смотреть два аппарата окисления аммиака и два холодильника технологического газа.
Выход по азоту установок такого типа составляет более 96 % с содержанием NOx в
неочищенном хвостовом газе менее 150 ppm (по объему). При необходимости можно
получить концентрацию NOx менее 50 ppm методом селективного каталитического
восстановления в присутствии катализатора из неблагородного металла и аммиака в
качестве восстановительного агента.
Концентрация полученной кислоты может составлять более 68 %. (См. также главу 7
«Технология Uhde по производству азеотропной азотной кислоты».) Возможны и два или
более потока продукции с разной концентрацией. Кроме того, при необходимости, в такой- 15 -
установке могут быть переработаны потоки слабой азотной кислоты (разной концен-
трации), поступающей от других производств.
Благодаря низкой тепловой нагрузке аппарата окисления аммиака, сетки катализатора
могут использоваться 6 или 8 месяцев до их частичной или полной замены.
Технологическая схема производства азотной кислоты с 2 ступенями давления
Вторичный воздух
Первичный 1 6
воздух
Пере-
грет.
пар
Охлажд.
ПB вода
котла
2 7 9
Воздух Хвостовой Пар
ВК газ ВД
NО газ Хвостовой газ
ТХГ
Технологич.
вода
ПТ 3
Охлажд.
Аммиак вода
К
(газообразн.)
NOx
14 10 4 8
Пар Конденсат
ВД Хвостов. ПB
газ ПB котла
Пар НД Охлажд.
котла
вода
Охлажд. ПB
вода Пар НД котла
Охлажд. 12
11 5 13
вода
Аммиачная Кислый
Аммиак (жидкий) вода конденсат Продукт -
азотная
кислота
1 Реактор
ТХГ = турбина хвостового газа
2 Холодильник технологического газа
ПТ = паровая турбина 3 Нагреватель хвостового газа 3
4 Экономайзер
ВК = воздушный компрессор
5 Холодильник-конденсатор 1 и подогре-
К NOx = компрессор NOx ватель питательной воды
6 Нагреватель хвостового газа 2
7 Холодильник-конденсатор 2
8 Абсорбционная колонна
9 Нагреватель хвостового газа 1
10 Реактор хвостового газа
11 Испаритель и перегреватель аммиака
12 Испаритель аммиака
13 Колонна отделения попутных газов
14 Конденсатор турбинного пара- 16 -
7. Технология Uhde по производству азеотропной азотной кислоты
Азеотропная азотная кислота с повышенной концентрацией
68 % по массе может заменять концентрированную азотную
кислоту в определенных областях применения таких, как,
например, нитрирование.
Учитывая повышенный спрос на рынке, Uhde разработала
усовершенствованный процесс непрерывного получения
азеотропной азотной кислоты без образования в качестве
побочного продукта слабой азотной кислоты. Основная
технологическая схема – это расширенная технология с
2 ступенями давления. Важным фактором при получении
азеотропной кислоты, кроме обеспечения достаточного
давления на стадиях абсорбции и охлаждения, является
общий баланс воды в системе. Кроме того, соотношение
тетраоксида диазота и оксида азота в технологическом газе
на входе абсорбционной колонны должно находиться в
равновесии с необходимой концентрацией кислоты.
Производство азеотропной АК Для достижения общего водного баланса в некоторых пунк-
1500 т/сутки HNO3 (100 %) на тах схемы следует удалять воду, поступающую с приточ-
ф-ме BP в Кёльне, Германия.
ным воздухом, всасываемым воздушным компрессором.
Необходимые меры зависят от климатических условий, в основном от влажности и темпе-
ратуры воздуха. При экстремальных климатических условиях рекомендуется предусмо-
треть дополнительный холодильник-конденсатор воздуха с частичным использованием
захоложенной воды. Обычно в технологии Uhde по производству АК с 2 ступенями давле-
ния испаритель аммиака связан с дополнительным контуром захоложенной воды, в кото-
ром в значительной мере тепло испарения аммиака, особенно в секции абсорбции,
используется для достижения необходимой концентрации кислоты и содержания NOx на
выходе абсорбции. Также может быть предусмотрена внешняя стадия захоложенной
воды, но это дорогое и энергоемкое решение, которое Uhde выбрала бы лишь в том
случае, если все другие меры оказались бы недостаточными.
Конструкция абсорбционной колонны особенно важна при производстве азеотропной АК.
С помощью усовершенствованной компьютерной программы компания Uhde может про-
гнозировать пределы концентрации кислоты, тепловые нагрузки, содержание NOx в
хвостовом газе, и т. д.
Необходимо также упомянуть о другом важном этапе
данной технологии – секции сушки вторичного воздуха,
которая служит для удаления нитрозных газов из сырой
кислоты, на выходе стадии абсорбции. При этом готовая
кислота разбавляется за счет влаги вторичного воздуха.
Водяной пар, содержащийся во вторичном воздухе, абсор-
бируется малым циркуляционным потоком готовой
кислоты в специальной секции сушки колонны удаления
попутных газов. Все вышесказанное показывает, что Uhde
в состоянии предлагать решения по получению азеотроп-
ной азотной кислоты, соответствующие индивидуальным
потребностям заказчиков.
Производство 1150 т/сутки азеотропной HNO3 (100 %) на ф-ме
«Namhae Chemical Corporation» (оператор - компания «HU-CHEMS»), в
Йосу, Южная Корея.- 17 -
Показанное в качестве примера оборудование полностью интегрировано в концепцию
блока компрессоров с компактным редуктором, которая применима при производитель-
ностях до 1100 т/сутки. А при более высокой производительности используется блок
компрессоров на одном валу согласно схеме на странице 15. Давление от первой ступени
воздушного компрессора способствует окислению аммиака, а конечное давление от
компрессора NOx ускоряет абсорбцию и образование азеотропной кислоты.
Технологическая схема установки азеотропной азотной кислоты
(опцион)
Вторичный воздух
Охлажд. Первичный
вода воздух
Пере-
грет.
Аммиачн. пар
вода Хвостовой Охлажд.
газ ПB вода
котла
ВК Пар
ВД
NО газ Хвостовой
ТОГ газ
Аммиак
Воздух (газообразн.) Технологич.
Пар ВД вода
ПТ Охлажд.
вода
Охлажд.
вода
ПB
К котла
NOx Конденсат
Пар НД
Хвостов. газ ПB котла Охлажд.
Охлажд. вода
вода
ПB
Пар НД котла
Охлажд.
вода
Аммиак (жидкий)
Аммиачн. вода
Кислый конденсат Продукт -
азотная
кислота
1 Реактор
2 Холодильник технологического газа
ТХГ = турбина хвостового газа
3 Нагреватель хвостового газа 3
ПТ = паровая турбина 4 Экономайзер
5 Холодильник-конденсатор 1 и подогреватель
ВК = воздушный компрессор питательной воды
6 Нагреватель хвостового газа 2
К NOx = компрессор NOx 7 Холодильник-конденсатор 2
8 Абсорбционная колонна
9 Нагреватель хвостового газа 1
10 Реактор хвостового газа
11 Испаритель и перегреватель аммиака
12 Испаритель аммиака
13 Колонна отделения попутных газов
14 Конденсатор турбинного пара
15 Воздушный конденсатор (опцион)- 18 - 8. Технология «EnviNOx®» Uhde по удалению N2O/NOx из хвостовых газов При окислении аммиака в контактном аппарате в качестве нежелательного побочного продукта образуется закись азота N2O, получившая название «веселящий газ». В зави- симости от эффективности окисления за счет этого газа теряется ок. 1-2 % подаваемого аммиака, такое же количество теряется при образовании азота. Закись азота проходит через всю установку азотной кислоты в неизменном виде и выбрасывается в атмосферу вместе с хвостовым газом. Долгое время на выбросы закиси азота не обращали внимания, но теперь законодательные органы всерьез обеспокоены проблемой выбро- сов, поскольку закись азота является парниковым газом, который приблизительно в 300 раз активнее, чем двуокись углерода, и также способствует разрушению озонового слоя. Компания Uhde своевременно учла эти тенденции и разработала катализатор и техно- логию по уменьшению выбросов в атмосферу закиси азота из установок азотной кислоты. Дополнительным преимуществом является то, что одновременно снижаются выбросы и оксида и диоксида азота (NОx). Процесс «EnviNOx®» протекает в реакторе хвостовых газов, установленном прямо перед турбиной хвостового газа. Uhde разработала варианты технологии, учитывающие температурную специфику разных производств азотной кислоты. Вариант с разложением закиси азота особенно рекомендуется при температуре хвостового газа свыше 420 °C . По данному варианту в первом слое катализатора закись азота разлагается до азота и кислорода по следующему уравнению N2O → N2 + ½ O2 + 82 кДж Затем хвостовые газы перемешиваются с аммиаком до поступления во второй слой, где NOx каталитически восстанавливается до водяного пара и азота: 4 NO + 4 NH3 + O2 → 4 N2 + 6 H2O + 1628 кДж 3 NO2 + 4 NH3 → 7/2 N2 + 6 H2O + 1367 кДж В этом слое закись азота еще дальше удаляется. Решение компании Uhde для очистки хвостовых газов более низкой температуры бази- руется на принципе каталитического восстановления закиси азота углеводородами, например, природным газом, который совмещается с восстановлением NOx аммиаком. В большинстве случаев удаление N2O и NOx может осуществляться параллельно в едином слое катализатора. Образующийся при использовании углеводородов как восстано- вителей парниковый газ диоксид углерода по количеству незначительный по сравнению с уровнем сокращения выбросов ПГ, который достигается удалением закиси азота. По обоим вариантам технологии «EnviNOx®» хвостовые газы выводятся из реактора с существенно пониженной концентрацией N2O. Кроме того, выходные концентрации NOx намного ниже, чем на выходе традиционного агрегата DeNOx. В результате дымовые газы – бесцветны. Имеется возможность удалить только NОx (без N2O), что может применяться для очистки хвостовых газов с температурой примерно 200-500°С. Агрегаты «EnviNOx®» компании «Uhde» одинаково подходят и для реконструкции имею- щихся установок, и для строительства новых, потому что, как последнее звено тех- нологической цепи, они не связаны с производством азотной кислоты или промежуточ- ного NO-газа, т. е. исключается вероятность потери или загрязнения продукта.
- 19 - Реактор «EnviNOx®» компании Uhde на фирме «AMI Agrolinz Melamine International» в Линце, Австрия, производительностью - 1000 т/сутки HNO3 (100 %) Более подробное описание технологии содержится в буклете «Технология «EnviNOx®» для безвыбросного производства азотной кислоты»
- 20 -
Технологическая схема секции очистки хвостового газа установки по производству
азотной кислоты с реактором «EnviNOx®»
Хвостовой Хвостовой
газ газ
2
Технологическая Турбина
вода хвостового
Охлаждающая газа
вода
Аммиак (газ)
1 3
NО газ Охлаждающая вода
Азотная кислота
Технологическая схема секции очистки хвостового газа установки по производству
азотной кислоты с реактором «EnviNOx®» (для газа с более низкой температурой)
Хвостовой газ
Хвостовой
газ
Аммиак (газ)
Технологическая Углеводород
вода
Турбина
Охлаждающая хвостового
вода газа
Охлаждающая
NО газ вода
1 Абсорбционная колонна
2 Нагреватель хвостового газа
3 Реактор «EnviNOx®»
Азотная кислота- 21 -
9. Типичные расходные коэффициенты
Используемая Технология Технология Технология с
технология среднего высокого двумя ступенями
давления давления давления
Рабочее давление Pабс. 5,8 бар 10,0 бар 4,6 / 12,0 бар
Аммиак 284,0 кг 286,0 кг 282,0 кг
Электроэнергия 9,0 кВт 13,0 кВт 8,5 кВт
Платина, 0,15 г 0,26 г 0,13 г
первичные потери
потери при рекуперации 0,04 г 0,08 г 0,03 г
Охлаждающая вода 100,0 т 130,0 т 105,0 т
(Δт = 10 К)
включая воду для конденсатора
паровой турбины
Технологическая вода 0,3 т 0,3 т 0,3 т
Греющий пар НД 0,05 т 0,20 т 0,05 т
8 бар, насыщенный
Избыточный пар ВД 0,76 т 0,55 т 0,65 т
40 бар, 450°С
Таблица: Сравнение типичных расходных коэффициентов на тонну азотной кислоты (100 %)
для установок, оснащенных компрессором с приводом от паровой турбины и блоком
компрессоров на одном валу, при содержании NOx в хвостовом газе менее 50 ppm.
Установка с двумя ступенями давления
мощностью 870 т/сутки HNO3 (100 %)
в г. Дональдсонвиль, Луизиана, США.- 22 - 10. Два примера из списка референций Производство АК с двумя ступенями давления на фирме BASF, Антверпен, Бельгия. Производительности: 550 и 2 х 945 т/сутки HNO3 (100 %) Концентрация NOx в хвостовом газе - менее 100 ppm в результате каталитической очистки. 3Д модель в системе PDMS строящегося в Пойнт-Лизасе, Тринидад, нефтехимического комплекса, для которого компания Uhde поставляет технологические установки по производству азотной кислоты, аммиачной селитры и карбамидо-аммиачной смеси. Мощность - 1518 т/сутки HNO3 (100 %) Концентрация NOx в хвостовом газе - менее 50 ppm в результате каталитической очистки.
- 23 -
Контакты:
Uhde GmbH ОOО «Уде»
Friedrich-Uhde-Str. 2 Московский офис
44141 Dortmund ул. Усачева, д. 33/2
Германия 119048 Москва
Тел.: +49 (6196) 205-1634 Тел.: (499) 940-03-12
Факс: (499) 940-03-10
Факс: +49 (6196) 205-1654
E-mail: vladimir.mishin@thyssenkrupp.com
E-mail: Beate.Becker@thyssenkrupp.com
или на нашем сайте в интернете:
www.uhde.euВы также можете почитать
