лекции / 12-15

Энерготехнология в производстве HNO3

•Газы после абсорбции находятся под повышенным давлением, потенциал которого можно использовать в газовой турбине для привода воздушного компрессора. Но энергии отходящих газов как рабочего тела турбины не достаточно для сжатия воздуха до давления на входе в систему. Во-первых, имеют место потери на преодоление гидравлического сопротивления в аппаратах и трубопроводах, и отходящие газы имеют давление несколько меньшее, чем на входе. Во-вторых, объем отходящего газа также меньше - почти весь кислород расходуется на образование продукта. Энергию рабочего тела можно увеличить, если его нагреть. Для этого в технологическую систему вводят энергетический узел - горелку природного газа.

•Сжатый газ с повышенной энергией подается в газовую турбину, которая находится на одном валу с компрессором для сжатия воздуха перед его смешением с аммиаком.

Р

Г

ХТС

Аммиак

СН4

Азотная

кислота

Очистка отходящего газа от оксидов азота (высокотемпературная каталитическая)

•Реактор каталитической очистки при использовании природного газа в качестве восстановителя устанавливают в системе после энергетического узла, так как высокая температура (700–750 0С) позволяет провести процесс восстановления оксидов азота:

CH4 + 2NO2 = N2 + 2H2O + CO2

горение природного газа CH4 + 2O2 = 2H2O + CO2

Недостатки метода высокотемпературной очистки:

Большой расход природного газа, высокая температура, выбросы парникового газа.

Селективная каталитическая очистка отходящего газа

• 4NH3+ 3NO2 = 3,5N2 + 6H2O

Преимущества метода: низкая температура 250 0С, снижение расхода природного газа, улучшение экологии, уменьшение себестоимости азотной кислоты, увеличение срока службы газовой турбины.

ОХТ лекция 15

ХТС производства аммиака

Применение NH3

ПРОИЗВОДСТВО АММИАКА

Химическая схема

включает следующие реакции:

•паровая конверсия метана CH4 + H2O CO + 3H2-Qр;

•воздушная конверсия метана СН4 +1/2О2 →СО + Н2+ Qp

Все реакции каталитические.

Функциональная схема производства

1- очистка природного газа от серосодержащих соединений, которые являются каталитическими ядами, 2-паровая и воздушная конверсия природного газа, 3-конверсия СО,

4-очистка азотоводородной смеси от оксидов углерода,

5-синтез аммиака.

Очистка природного газа от серосодержащих соединений

Природный газ содержит примеси серосодержащих соединений - меркаптаны (RSH), сероуглерод (CS2), сульфиды (R2S), сероводород (H2S) и др. Кроме того, газ одорируют - добавляют этилмеркаптан, обладающий сильным запахом- в целях безопасности. Содержание серы не велико, в среднем - несколько десятков мг/м3. Но сера в любом виде отравляет катализаторы, используемые в производстве аммиака. Ее содержание не должно превышать 0,5 мг S/м3.

Есть эффективный способ очистки –сорбционной, сорбент на основе оксида цинка. Но он поглощает в основном сероводород. Поэтому все серосодержащие соединения сначала "приводят" в одно состояние - их гидрируют до сероводорода:

RSH + H2 = H2S + RH; C4H4S + 4H2 = H2S + C4H10; CS2 + 4H2 = 2H2S + CH4 и т.д.

Водород для гидрирования в составе азотоводородной смеси имеется в производстве аммиака.

Выходящий из реактора гидрирования 2 газ содержит серу только в виде H2S и направляется в адсорбер, в котором и происходит собственно очистка газа. Технологическая схема сероочистки

показана на рис.1. 1

Поглотитель сероводорода - оксид цинка

ZnO:

ZnO + H2S = ZnS + H2O.

Процесс описывается моделью «сжимающееся» ядро. Лимитирующая стадия –внутренняя диффузия. Форма сорбента – полые цилиндры с тонкими стенками.