зміст

ВСТУП 7

1 Обґрунтування та вибір способу виробництва 9

2 Характеристика продукції, сировини, допоміжних матеріалів, енергетичних носіїв 14

3 Фізико-хімічні основи вибраного методу виробництва 19

4 Опис технологічного процесу 22

4.1 Абсорбція оксидів азоту 22

4.2 Селективне очищення хвостових газів від залишкових оксидів азоту 22

4.3 Рекуперація енергії тиску і теплоти очищених хвостових газів 23

5 Розрахунок матеріального балансу 25

67378,34 28

100 28

83771,4 28

100 28

67365,23 28

100 28

83771,5 28

100 28

Розрахунок витратних коефіцієнтів 28

6 Енергетичні (теплові) розрахунки 30

Висновки 33

Список використаної літератури 34

ВСТУП

Виробництво нітратної кислоти має технологічну схему без рецикла, тому гази в повно­му обсязі скидаються в атмосферу. Таким чином, вузол очищення «хвостових» газів у виробництві нітратної кислоти має велике значення, так як він повинен забезпечувати екологічну безпеку виробництва відповідно до сучасних вимог.

Компонентами шкідливих викидів у виробництві нітратної кислоти є оксиди азоту (II, IV), сумарну концентрацію яких позначають NO_x і оксид азоту (I) – N₂O. Оксиди азоту (II, IV) надають шкідливий фізіологічний вплив вже при об’ємній частці, що перевищує 0,005%. Оксид азоту (I) - потужний пар­никовий і озоноруйнуючий газ. Тому пошук шляхів зменшення викидів оксидів азоту, включаючи N₂О, є актуальним і необхідним.

Неухильне зростання виробництва нітратної кис­лоти тісно пов’язано із збільшенням об’єму викидних газів, а, отже, із збільшенням кількості оксидів азоту, що викидаються в атмосферу. Оксиди азоту дуже небезпечні для будь-яких живих організмів. Деякі рос­лини ушкоджуються вже через 1 годину перебування в атмосфері, 1мг оксидів, що містить, в 1м³ повітря. Оксиди азоту викликають роздратування слизистої оболонки дихальних шляхів, погіршення постачання тканин киснем і інші небажані наслідки.

Хвостові гази виробництва нітратної кислоти містять після абсорбційних колон від 0,05 до 0,2% оксидів азоту, які на санітарні вимоги без додаткового очищення заборонено викидати в атмосферу.

Одним з найбільш реальних способів утилізації оксидів азоту, забезпечуючи санітарні норми вмісту оксидів азоту в приземному шарі атмосфери після розсіювання їх з вихлопної труби, є метод високотемпературного каталітичного очищення викидного газу застосовуючи метан (природий газ) як відновник. Процесу забезпечується використанням алюмопаладієвого каталізатору (АПК-2).

1 Обґрунтування та вибір способу виробництва

Азотна кислота є одним з основних продуктів для отримання біль­шості азотовмісних речовин, в тому числі: мінеральних добрив; вибухових речовин; майже усіх видів нітратів та ряду інших технічних солей. Азотна кислота застосовується в органічному синтезі; у ракетній техніці; як окис- нювач у різних процесах; в багатьох інших галузях народного господарст­ва.

Процес виробництва неконцентрованої азотної кислоти контактним окисненням аміаку складається з двох основних стадій: одержання оксиду азоту (II) і переробки його на азотну кислоту. На останній стадії перебігає процес окиснення N0 до вищих оксидів азоту з подальшим поглинанням їх водою. Ступінь абсорбції складає 99,0 – 99,5%. У газі, що надходить з абсорбційної колони міститься 0,08-0,12% (об.) оксидів азоту.

Оксиди азоту відносять до помірно небезпечних газів (третій клас небезпеки). В робочих зонах ГДК оксидів азоту в перерахунку на NO₂, становить 2 мг/м³ , а в приземному шарі середньодобова ГДК складає 0,085 мг/м³ .

Вміст оксидів азоту на виході з абсорбційної колони значно перевищує санітарні норми. Тому в промисловій практиці застосовуються методи каталітичного відновлення оксидів азоту природним газом чи аміаком до молекулярного азоту та води. Умовно по температурам відновлення процеси поділяють на високотемпературні (більше 500^oC) та низькотемпературні (менше 500^oC).

Високотемпературне каталітичне відновлення викидних газів - відновлення оксидів азоту при­родними та іншими паливними газами. В якості відновників використовують: водень, азотоводневу суміш, оксид вуглецю (ІІ), природний, нафтовий, коксовий гази, пари гасу, мазуту та інше. Практичне застосування в промисловості знайшов природний газ, вміст сірки в якому не повинен перевищувати 20 мг/м³.

З використанням природного газу під час відновлення перебігають такі реакції:

2O₂ + СН₄ = СО₂ + 2Н₂О + 890,36 кДж; (1.1)

2NO₂ + СН₄ = 2N₂ + СO₂ + Н₂O + 957,36 кДж; (1.2)

4NО + СН₄ = 2N₂ + СO₂ + 2Н₂O+1251,16. (1.3)

Метан вступає в реакцію, в першу чергу, з киснем та тільки після по­вного перебігу реакції відбувається його взаємодія з оксидами азоту.

Викидні гази, що містять 2÷4 % об. кисню та залишки оксидів азоту (NО+NO₂), попередньо підігрівають гарячими нітрозними газами до 670 К, потім змішують з природним газом, щоб забезпечити при перебігу реакції температуру 973-1070 К. Як каталізатор застосовують паладований оксид алюмінію, платину на носії та хромонікелевий каталізатор АПК – 2 (AI₂O₃ с 2% Pd) Температура запалювання суміші (2,5÷2,6 % об. O₂ та 1,6÷1,7 % об. СН₄) на паладієвому каталізаторі складає 400 К. Для досягнення залишковох концентрації оксидів азоту в межах 0,002-0,008% (об.) підтримують 10% - вий надлишок природного газу від стехіометричного. Цей спосіб використовується в системах, що працюють під тиском.

Витрата метану на каталітичну очистку викидних газів азотонокислотних виробництв складає 120÷130 м³/т НNO₃, втрати паладію - 0,05 г/т HNO₃.

Гази, що мають після контактного реактора температуру 973 К, пря­мують для розширення в газову турбіну або у паровий котел для отриман­ня пари.

Недоліком цього методу очистки викидних газів від оксидів азоту є поява в них водню та оксиду вуглецю (II) — не менш шкідливого газу, ніж оксиди азоту. Потрібне точне регулювання кількості метану залежно від кількості NO та NO₂ у викидному газі.

Більш перспективним та надійним методом є метод каталітичного відновлення оксидів азоту у викидних газах за допомогою аміаку – високотемпературний метод. Незва­жаючи на те, що аміак дорожчий за метан, він витрачається тільки на від­новлення оксидів азоту та при знижених температурах не реагує з киснем, тому витрата аміаку є значно меншою, ніж метану. В цьому полягає основ­на різниця між методами очистки газу від оксидів азоту за допомогою амі­аку від методу очистки газу за допомогою природного газу.

Відновлення оксидів азоту проходить в основному до молекулярного азоту:

4NH₃ + 6NO = 5N₂ + 6H₂O + 1810,6 кДж (1.4)

8NH₃ + 6NO₂ = 7N₂ + 12H₂O + 2734 кДж (1.5)

Однак в залежності від типу каталізатора можливе також відновлення NO2 і NO до оксиду азоту (І) і окиснення аміаку киснем до N2 і N2O:

2NH₃ + 8NO = 5N₂O + 3H₂O + 945,6 кДж (1.6)

4NH₃ + 4O₂ = 2N₂O + 6H₂O + 1104,4 кДж (1.7)

4NH₃ + 3O₂ = 2N₂ + 6H₂O + 1268,8 кДж (1.8)

В результаті досліджень було виявлено, що частка реакцій (1.6) та (1.7) на каталізаторах промислових типів при дотриманні заданих технологічних умов є невеликою.

Селективна взаємодія аміаку тільки з оксидами азоту забезпечує низькотемпературне (200-350 ^оС) протікання процесу. Монооксид і діоксид азоту реагують з аміаком з однаковою швидкістю. Присутній кисень проявляє активізуючу дію на реакцію утворення азоту.

В якості каталізаторів селективного відновлення оксидів азоту випробувані різні метали, оксиди металів, шпінелі. Високу активність проявляють оксиди мангану, ванадію, заліза, хрому, міді і кобальту.

У схемах виробництва розбавленої азотної кислоти, що працюють під тиском 0,716 МПа використовують алюмованадієвий каталізатор АВК-10М (V₂O₅ нанесеному на Al₂O₃).

Таке сполучення процесу відновлення NО аміаком в присутності ки­сню дозволяє перетворити оксид азоту (II) та надлишковий аміак на еле­ментарний азот.

До недоліків цього виду очистки відносять труднощі з точним дозування невеликих кількостей аміаку в газ після абсорбційної колони і рівномірний розподіл його в газовому потоці, а також утворення в трубопроводах після очистки нітрит – нітратів амонію. Для виключення можливості утворення солей температуру газів, що викидаються в атмосферу після рекуперацій них турбін, підтримують вище 180 – 200^оС.

На даний момент проводяться інтенсивні дослідження методів очистки вихлопних газів від оксидів азоту, що дозволяють не тільки знешкодити вихлопні гази, але і підвищити ступінь використання зв’язаного азоту. В якості окисників оксидів азоту запропоновані озон, пероксид водню, перманганат калію та інші рідкі окисники.

Є дані про перспективність поглинання оксидів азоту органічними розчинниками. В якості поглиначів рекомендовані водні розчини ацетату натрію, диметилсульфоксиду, трибутилфосфату.

Також цікавою є очистка газів на цеолітах. Так, висококремнеземні цеоліти характеризуються значною ємністю і довгий час можуть зберігати високу працездатність. Розробляються нові перспективні способи очистки газів від оксидів азоту, що ґрунтуються на застосуванні комплексних металоорганічних каталізаторів в розчині.

Незважаючи на всі новітні дослідження та експерименти в сфері очистки викидних газів від оксидів азоту, найоптимальнішим методом з технологічної і економічної точки зору являється низькотемпературна каталітична очистка викидних газів, що ґрунтується на відновленні оксидів азоту аміаком до елементарного азоту. Цей метод дозволяє зменшити витрати аміаку на відновлення в порівнянні з витратою метану у високотемпературному методі. З застосуванням відповідного каталізатора аміак витрачається тільки на відновлення оксидів азоту.