Обезвреживание отходящих газов в производстве нитрила акриловой кислоты

Каталитическое окисление является наиболее рациональным методом обезвреживания отходящих газов промышленности от оксида углерода. Однако наряду с оксидом углерода в зависимости от условий конкретного производства в газах могут содержаться и другие токсичные компоненты: диоксид серы, оксиды азота, пары различных углеводородов. Кроме того, в них обычно присутствуют диоксид углерода, кислород, азот, пары воды и часто механические примеси в виде различных пылей. Некоторые из этих примесей могут быть ядами для катализаторов.

В зависимости от состава отходящих газов в промышленности применяют различные технологические схемы очистки.

На рисунке представлена схема установки каталитического обезвреживания отходящих газов в производстве нитрила акриловой кислоты. При синтезе этого продукта на основе аммиака и пропилена технологические газы отмывают от нитрила акриловой кислоты водой. Поступающие со стадии адсорбции отходящие газы содержат, в % (об.): оксида углерода – 2,3, пропилена – 0,5, пропана – 0,04, кислорода – до 3,0, инертные газы – остальное.

Рис. Схема установки каталитического обезвреживания отходящих

газов производства нитрила акриловой кислоты:

1 – воздуходувка; 2 – топка-подогреватель; 3 – реактор;

4 – котел-утилизатор; 5 – дымосос; 6 – дымовая труба

Для очистки их подают в топку-подогреватель, где нагревают до 220-250 °С (в зависимости от типа используемого катализатора) путем сжигания водимого в топку топливного газа в воздухе, нагнетаемом воздуходувкой. Расход воздуха рассчитан не только на сжигание топливного газа, но и на последующее каталитическое окисление находящихся в газах оксида углерода и углеводородов. Смесь топочных и отходящих газов с воздухом направляют в работающий в адиабатических условиях реактор. Используется шариковый катализатор ШПК-2, содержащий 0,2 % платины, нанесенной на оксид алюминия. Степень очистки достигает 98-99 %. Происходящие на катализаторе окислительные реакции экзотермичны, что приводит к сильному разогреву продуктов катализа. Конвертированные газы при температуре до 400 °С передают в котел-утилизатор, обеспечивающий производство перегретого до 380 °С водяного пара под давлением 4 МПа. Выходящие из котла-утилизатора обезвреженные газы при температуре около 200 °С дымососом через дымовую трубу эвакуируют в атмосферу.

При обработке 60 тыс. м³/ч отходящих газов расход электроэнергии составляет 500 кВт, производится пара 26,5 т/ч.

Производство оксида этилена окислением этилена

Оксид этилена (C₂H₄О) при температуре (20±5) ^oС и атмосферном

давлении находится в газообразном состоянии — легколетучая бесцветная жидкость со специфическим эфирным запахом. Температура кипения этиленоксида при 0,1 МПа равна 10,7 ^оС. Он легко растворяется в воде, спиртах и других органических растворителях. С водой оксид этилена смешивается во всех отношениях, с воздухом образует взрывчатые смеси (пределы взрываемости 3,0-80 % об.). Этиленоксид обладает инсектицидными и бактерицидными свойствами.

Будучи высокореакционным соединением, этиленоксид используется для получения большого числа важных промышленных продуктов.

При окислении этилена (эпоксидировании) протекают две конкурирующие реакции

СH₂=CH₂ + 0,5O₂ → H₂C−CH₂ и CH₂=CH₂ + 3O₂ → 2CO₂ + 2H₂O

\ /

O

Поэтому окисление этилена необходимо проводить в таких условиях, при которых соотношение скоростей этих реакций было бы экономически выгодным. Следует также учитывать, что реагенты способны образовывать взрывоопасные смеси с воздухом, пределы взрываемости по объему которых составляют 3-29 % для этилена и 3-80 % для этиленоксида.

Окисление этилена воздухом на серебряном катализаторе при температуре 220-280 ^оС под давлением 1-3 МПа в трубчатом реакторе, охлаждаемом кипящим водным конденсатом, диаметр трубок от 12 до 50 мм, длина от 3 до 7,5 м. В схеме обычно устанавливаются два последовательных реактора с промежуточной абсорбцией оксида этилена из реакционных газов первой ступени. Этим снижается дальнейшее окисление оксида до CO₂ при увеличении степени конверсии этилена.

На первой ступени осуществляется циркуляция газа, что позволяет полнее использовать этилен и кислород и снижает взрывоопасность смеси благодаря их разбавлению N₂ и CO₂.

Рис. Схема получения оксида пропилена окислением этилена

1, 4 – теплообменники; 2, 5 – реакторы; 3, 6 – абсорберы

Свежий воздух и этилен перед подачей на первую ступень окисления смешивают с циркулирующим газом этой ступени. Газ, выходящий из абсорбера 3, после компримирования до рабочего давления подогревают в теплообменнике 1 газом из реактора 2 (рис.). Смесь, поступающая в реактор 2, содержит (% об.): этилен — 4-6, кислород — 6-8, диоксид углерода — 8-10, остальное — азот и инертные примеси из исходного этилена.

При времени контакта 1-4 секунды степень превращения этилена в реакторе 2 составляет 30-40 % (при этом объемная доля этиленоксида достигает 1,5 %). Газ после дополнительного охлаждения, помимо теплообменника 1, направляют в абсорбер 3, где этиленоксид поглощается водой, на выходе из которого газ разделяют на два потока: основную часть возвращают на первую ступень окисления, а остальная идет на доокисление через теплообменник 4 в реактор 5.

Газ после реактора 5 охлаждают в теплообменнике 4 и направляют в абсорбер 6 второй ступени, где поглощается этиленоксид. Общий выход этиленоксида 60 % по этилену при селективности до 65 % и суммарной степени конверсии этилена до 90 %. Газ после абсорбера 6 выбрасывается в атмосферу.