7.5. Охрана окружающей среды в производстве азотной кислоты

Неуклонный рост производства азотной кислоты тесно связан с увеличением объема отходящих газов, а следовательно, с увеличением количества выбрасываемых в атмосферу оксидов азота. Оксиды азота очень опасны для любых живых организмов. Некоторые растения повреждаются уже через 1 ч пребывания в атмосфере, содержащей 1 мг оксидов в 1 м³ воздуха.

Действие оксида и диоксида азота оценивают совместно, так как в атмосфере эти газы встречаются только вместе. Оксиды азота вызывают воспаление верхних дыхательных путей, бронхит, отек легких, врожденные аномалии, сердечную недостаточность, нервные расстройства, рак.

Допустимые нормы содержания оксида и диоксида азота в воздухе соответственно составляют, мг/м³: рабочая зона – 30 и 5; ПДК_м.р – 0,6 и 0,085; ПДК_с.с –0,06 и 0,04. При совместном присутствии оксидов азота и серы проявляется эффект суммации.

Хвостовые газы производства азотной кислоты содержат после абсорбционных колонн от 0,05 до 0,2% оксидов азота, которые по санитарным требованиям без дополнительной очистки запрещено выбрасывать в атмосферу.

Радикальное решение проблемы очистки хвостовых газов – каталитическое восстановление оксидов азота горючими газами – водородом, природным газом, оксидом углерода, аммиаком. Условия проведения процесса и тип используемого катализатора определяются видом применяемого газа. Восстановление оксидов азота снижает их содержание в очищенном газе до 0,001-0,005%, что обеспечивает санитарные нормы по содержанию оксидов азота в приземном слое воздуха при мощностях производства кислоты до 1 млн. т/год, сосредоточенных в одной точке и при высоте выброса 100-150 м.

На ряде существующих производств азотной кислоты под давлением применен метод очистки, в котором восстановителем является природный газ, а в качестве катализатора используется палладий на носителе, в качестве второго слоя катализатора – носитель (оксид алюминия).

Так, в схеме производства азотной кислоты под давлением (рис.7.3) отходящие из абсорбционной колонны (хвостовые) газы, содержащие до 0,1% об. оксида азота (IV), нагреваются в топочном устройстве 13 до 390-450⁰С и поступают в реактор каталитической очистки 14. Очищенные от оксидов азота газы направляются в турбокомпрессорную установку 4, сжимающую воздух, откуда пройдя котел-утилизатор 15, выбрасываются в атмосферу. В реакторе очистки над катализатором АВК-10, состоящим из палладия на оксиде алюминия, при 760⁰С протекают реакции восстановления оксидов азота газом, полученным конверсией метана:

CH₄+0,5O₂=CO+2H₂,

2NO₂+4H₂=N₂+4H₂O,

2NO+2H₂=N₂+2H₂O,

CH₄+2NO₂=N₂+2H₂O+CO₂,

CH₄+4NO=2N₂+2H₂O+CO₂.

Метод обеспечивает снижение содержания оксидов азота в выхлопных газах до 0,005%. Теплота реакции используется для получения пара. Данный метод очистки органически связан с технологией азотной кислоты. Он нашел применение в агрегате работающем под давлением 0,716 МПа, и в агрегате АК-72.

В качестве восстановителя вместо природного газа применяют также аммиак. Этот метод характеризуется тем, что на алюмованадиевом катализаторе аммиак реагирует только с оксидами азота, т.е. обеспечивается селективное восстановление:

4NH₃+6NO=5N₂+6H₂O

8NH₃+6NO₂=7N₂+12H₂O

Одним из наиболее реальных способов утилизации оксидов азота, обеспечивающих санитарные нормы содержания оксидов азота приземном слое атмосферы после рассеивания их из выхлопной трубы, является абсорбционно-десорбционный метод, в котором используется непрерывно циркулирующий сорбент (силикагель). Разработаны способы абсорбции на молекулярных ситах, промывки кислым раствором мочевины и другими промывными жидкостями.

На современных установках получения азотной кислоты нет постоянных источников сточных вод. Эти установки потребляют большое количество оборотной охлаждающей воды. Растворы, периодически сливаемые из насосов и другого оборудования, например при проведении ремонта, собирают в приямок и нейтрализуют.