3. Моноэтаноламиновая очистка конвертированного газа от диоксида углерода (20 б.).

Суть метода: водные растворы МЭА образуют с CO₂ карбонаты и гидрокарбонаты, которые при 100°C диссоциируют, высвобождая CO₂.

2RNH₂+H₂O ↔ (RNH₃)₂CO₃

(RNH₃)₂+H₂O+CO₂ ↔ 2RNH₃HCO₃

1 моль МЭА связывает 1 моль CO₂.

Степень карбонизации МЭА при p_атм = 0,4 – 0,5, а при 2,5 – 3 МПа = 0,6 – 0,75. Применяют ≈20% раствор МЭА, т.к. концентрированные растворы повышают коррозию аппаратуры, имеют высокую вязкость и приводят к потерям МЭА из-за его окисления.

Описание схемы – рис. 3.9.

Конвертированный газ при 2,8 МПа и 25 – 40°C поступает в абсорбер 1, оборудованный сетчатыми тарелками с барботажным слоем. Абсорбер состоит из двух секций: в нижней идёт очистка газа до 5 – 7% CO₂ груборегенерированным раствором, который, уже насытившись CO₂ в верхней секции, смешивается с потоком груборегенерованного раствора из регенератора 5. Степень карбонизации насыщенного раствора V на выходе из абсорбера – 0,65 моль CO₂ на 1 моль МЭА.

Вышедший из абсорбера насыщенный раствор разветвляется на три потока: первый (≈10%) идёт на одну из верхних тарелок регенератора. Второй (≈45%) нагревается до 90 – 95°C в теплообменнике 4 и подаётся чуть ниже. Третий поток (≈45%) нагревается до 104 – 109°C и подаётся в регенератор ещё ниже (около 18-й тарелки).

В верхней части регенератора происходит грубая регенерация раствора до содержания CO₂ 0,3 – 0,35 моль/моль МЭА. Затем раствор делится примерно пополам: одна часть идёт в межтрубное пространство теплообменника 4, охлаждается до 70°C, далее насосом 3 прокачивается через воздушный холодильник 2 и при 40°C поступает на орошение нижней секции абсорбера.

Другая часть потока через переливные трубы внутри регенератора 5 поступает в нижнюю секцию того же регенератора, где продолжает высвобождать связанный CO₂. Окончательная десорбция CO₂ из раствора МЭА происходит в кипятильнике 6, обычно обогреваемом конвертированным газом. Глубокорегенерированный раствор остывает до 70°C в теплообменнике 4 и до 40°C в воздушном холодильнике 2, после чего подается в верхнюю часть абсорбера.

В это же время парогазовая смесь выходит из абсорбера при 75 – 80°C и 0,17 МПа, охлаждается в холодильнике 2, где водяные пары конденсируются и отделяются в сепараторе, из которого отводят охлаждённый CO₂.

Из нижней части регенератора непрерывно выводится 0,5 – 1% циркулирующего раствора, который направляют в смоловыделитель 7, где при нагреве до 145°C острым паром производится отгонка МЭА от образовавшихся смолистых соединений. Пары МЭА и воды из смоловыделителя поступают в куб-регенератор.

4. Основные стадии в производстве неконцентрированной азотной кислоты и их краткая характеристика (20 б.).

Процесс производства HNO₃ состоит из трёх стадий:

• конверсия NH₃ с целью получения NO;

• окисление NO до NO₂;

• абсорбция NO₂ водой.

Сырьё для производства HNO₃, NH₃, H₂O, воздух (из-за кислорода).

Конверсия NH₃ с целью получения NO

Оксид азота (II) получаются конверсией аммиака кислородом воздуха. Среди множества реакций, протекающих при окислении NH₃, целевой является:

4NH₃+5O₂ → 4NO+6H₂O +904 кДж

Температура: 900°C.

Давление: 0,716 МПа.

Катализатор: ГИАП-1, КН-2, сплав №5.

Возможно также образование N₂O и N₂, что нежелательно. Лучшим катализатором для целевой реакции является платина (Pt) с добавками металлов платиновой группы: Pd (палладий), Rh (родий), Ru (рутений). Добавки повышают износостойкость платины.

Изготавливают катализаторы в виде сеток. Иногда в роли катализаторов второй ступени применяются Fe-Cr-катализаторы.

Окисление NO до NO₂

Полученный NO – слабореакционное соединение, не реагирующее с водой, поэтому его окисляют:

2NO+O₂ → 2NO₂ +124 кДж

Температура: 150 – 220°C.

Давление: 0,65 – 0,80 МПа.

Без катализатора.

Окисление идёт кислородом воздуха, в избытке подаваемым на реакцию конверсии NH₃. Кроме NO₂ возможно образование и других оксидов азота – N₂O₄, N₂O₃.

Абсорбция NO₂ водой

В общем виде образование 55-69%_масс. HNO₃ из различных соединений можно записать так:

3NO2+H2O = 2HNO3 N2O4+H2O = 4HNO3+2NO N2O3+H2O = 2HNO3+4NO

+15,2 кДж +101,8 кДж +136,2 кДж

Процесс идёт в абсорбере, где организован противоток газовой и жидкой фаз. Газ поступает на абсорбцию при температуре менее 30°C (для более полной абсорбции). В результате получается разбавленная HNO₃, т.к. в системе «HNO₃-H₂O» существует точка азеотропы, соответствующая концентрации HNO₃ 68,4%.

После абсорбции в газе остаётся большое количество NO_x (≈0,02%), что превышает ПДК (0,005%_об.), поэтому отходящие хвостовые газы каталитически очищают.