3.1.1. Стадия нейтрализации Технологическая схема стадии нейтрализации по I-ому варианту

Нейтрализация азотной кислоты газообразным аммиаком в аппаратах ИТН поз. Р-3/1,2, донейтрализация и введение в донейтрализатор поз. Р-4 одной из кондиционирующих добавок (раствора аммонизированного нитрата кальция, раствора нитрата магния).

Азотная кислота с массовой долей 58-60 % и давлением 0,5 – 0,6 МПа подается центробежным насосом из цеха азотной кислоты, проходит через фильтр, где происходит улавливание механических примесей, и далее распределяется на два подогревателя поз. Т-2/1,2, в которых подогревается до температуры 75 – 90°С паром вторичного вскипания, и направляется в аппараты ИТН поз. Р-3/1,2.

Газообразный аммиак давлением не менее 0,18 МПа поступает в цех из межцеховой сети, проходит через отделитель-испаритель жидкого аммиака поз. Х-37 (ИВ 676202), предназначенный для отделения масла и испарения капель жидкого аммиака из газообразного.

Отделитель-испаритель жидкого аммиака поз. Х-37 снабжен внутренним змеевиком, обогреваемым паром Р = 0,8 МПа. Далее газообразный аммиак поступает в подогреватель поз. Т-1 (ИВ 676204). Перед подачей аммиака в подогреватель поз. Т-1 газообразный аммиак редуцируется регулирующим клапаном до давления не менее 0,15 МПа.

В подогревателе поз. Т-1 газообразный аммиак подогревается до температуры 120 – 180°С паровым конденсатом Р = 1,2 – 1,4 МПа и температурой 191 – 197^оС, поступающим из межтрубного пространства выпарного аппарата поз. Т-10/1 (Т-10/2) и подогревателя воздуха поз. Т-11/1 (Т-11/2) через пароувлажнитель поз. Х-42.

Отделитель-испаритель аммиака поз. Х-37, подогреватель газообразного аммиака поз. Т-1 и трубопроводы Л-1, Л-3а, Л-4, Л-25, Л-26 (ИВ 676201 – 676208), работают под избыточным давлением и являются источниками выделения аммиака, попадающего в атмосферу через неплотности оборудования (неорганизованный ИЗА 6762).

После подогревателя поз. Т-1 газообразный аммиак распределяется на два аппарата ИТН поз. Р-3/1,2 (ИВ 011001, 011002).

Процесс нейтрализации азотной кислоты газообразным аммиаком является необратимой реакцией:

N Н₃ + НNО₃ NН₄NО₃ + Q кДж,

которая в обычных условиях протекает без образования побочных продуктов и с выделением тепла (144,9 кДж/моль при взаимодействии 100 % исходных продуктов).

В принятой схеме для процесса нейтрализации применяется азотная кислота с массовой долей 58-60 %, поэтому тепловой эффект этой реакции соответственно уменьшается на суммарную величину теплоты разбавления азотной кислоты и теплоты растворения аммиачной селитры.

Выделяющееся тепло в процессе нейтрализации используется на испарение большей части воды из образующегося раствора аммиачной селитры, т.е. на его концентрирование.

Процесс нейтрализации азотной кислоты с массовой долей 58-60 % газообразным аммиаком осуществляется в двух параллельно работающих ИТН поз. Р-3/1,2 под давлением 0,004 МПа, близким к атмосферному, с получением раствора аммиачной селитры с массовой долей NН₄NО₃ не менее 89 % и температурой 148 – 165°С.

Аппарат ИТН состоит из двух частей: реакционной и сепарационной.

В реакционной части аппарата ИТН расположен реакционный стакан, обеспечивающий время пребывания реагентов в реакционной зоне 0,5-1 секунд.

В нижней части реакционный стакан имеет отверстия, выше отверстий размещен кольцевой барботёр газообразного аммиака. Скорость истечения аммиака в отверстиях барботера 30 – 50 м/с.

Выше барботера газообразного аммиака расположен кольцевой барботер азотной кислоты (расстояние между барботерами 600 мм) с равномерно расположенными отверстиями в нижней части кольца. Диаметр отверстий 1,5 мм, общее их число 2150, что обеспечивает скорость истечения азотной кислоты из отверстий барботера 2 – 3 м/с.

Верхняя часть реакционного стакана заканчивается диффузором с завихрителем, обеспечивающим постепенное нарастание массы парожидкостной смеси на выходе из стакана, тем самым предотвращая возникновение гидроударов и разделение последних на соковый пар и раствор аммиачной селитры.

В сепарационной части аппарата ИТН расположены колпачковые тарелки. На верхнюю 4-ю (считая снизу) тарелку подается частично обессоленная вода или паровой конденсат, который последовательно проходит 4-ю, 3-ю, 2-ю, 1-ю тарелки и обеспечивает отмывку сокового пара, образующегося при испарении кипящего раствора аммиачной селитры в аппаратах ИТН, от брызг раствора аммиачной селитры, а также улавливание газообразного аммиака.

Частично обессоленная вода подается из емкости поз. Е-45 центробежным насосом поз. Н-41. Расход парового конденсата или обессоленной воды – до 5 м³/ч.

В аппаратах ИТН поддерживается слабокислый режим с массовой концентрацией азотной кислоты в растворе аммиачной селитры 1– 4 г/дм³.

С нижней (первой) промывной тарелки образовавшийся раствор аммиачной селитры поступает по трубопроводу на смешение в реакционную часть аппарата ИТН.

При контакте сокового пара с паровым конденсатом или частично-обессоленной водой на промывных тарелках тепло перегрева снимается, соковый пар становится насыщенным и выходит из сепарационной части ИТН с температурой 100 – 110°С.

Массовая концентрация свободной кислоты в соковом паре поддерживается в пределах 1-4 г/дм³.

На выходе раствора и сокового пара из аппарата ИТН поз. Р-3/1,2 осуществляется автоматический контроль уровня pH. Анализные точки (ИВ 102201) являются источником выделения аммиака, выбрасываемого в атмосферу системой общеобменной вытяжной вентиляцией с механическим побуждением (ИЗА 1022 - труба).

Соковый пар из аппаратов ИТН поз. Р-3/1,2 направляется в промывной скруббер поз. Х-29 для насыщения сухого воздуха, выходящего из гранбашни.

Раствор аммиачной селитры из аппарата ИТН поз. Р-3/1,2 поступает в донейтрализатор поз. Р-4 (ИВ 011006). В донейтрализатор поз. Р-4 подается одна из кондиционирующих добавок (аммонизированный раствор нитрата кальция или нитрата магния). Раствор аммонизированного нитрата кальция с массовой долей 40-45 % подается из емкости поз. Е-49/1,2 центробежным насосом поз. Н-48/1,2 или Н-52, Н-54. Раствор нитрата магния с массовой долей 30-40 % подается из емкости поз. Е-1А, Е-1Б, Е-1В центробежным насосом поз. Н-48/1,2 или Н-52, Н-54.

При введении в донейтрализатор поз. Р-4 раствора аммонизированного нитрата кальция, объемный расход газообразного аммиака 30 – 100 м³/ч, расход раствора нитрата кальция с массовой долей Са(NО₃)₂ 40-45 % 800 – 2000 кг/ч.

При введении в донейтрализатор поз. Р-4 раствора нитрата магния, объемный расход газообразного аммиака 30 – 100 м³/ч, расход раствора нитрата магния с массовой долей Mg(NO₃)₂ 30-40 % 1000 – 3000 кг/ч.

Из донейтрализатора поз. Р-4 раствор аммиачной селитры поступает в контрольный донейтрализатор поз. Р-4 «А» (ИВ 011007).

Для поддержания щелочной среды в контрольный донейтрализатор подведен газообразный аммиак.

Массовая доля компонентов раствора аммиачной селитры после донейтрализаторов поз. Р-4 и Р-4 «А»:

- массовая доля нитрата аммония (NН₄NО₃) – не менее 89 %;

- массовая доля нитрата кальция в пересчете на СаО – 0,2-0,5 % или

- массовая доля нитрата магния в пересчете на МgО – 0,35 - 0,5 %;

- массовая концентрация свободного аммиака – 0,1-0,5 г/дм³.

Избыточный аммиак из донейтрализаторов поз. Р-4, Р-4 «А» направляется в скруббер-нейтрализатор поз. Х-86.

Внутри скруббера-нейтрализатора поз. Х-86 имеется насадка, которая выполнена из металлических колец. Насадка скруббера-нейтрализатора орошается закисленным раствором аммиачной селитры с массовой концентрацией НNО₃ 10 – 20 г/дм³, подаваемым из бака поз. Е-20 (ИВ 011903, 011904) центробежным насосом поз. Н-21/1,2 (ИВ 611601, 611602) через фильтр поз. Ф-19/1,2. Расход раствора 4 – 10 м³/ч.

Для поглощения избыточного аммиака, кроме закисленного раствора аммиачной селитры, в скруббер-нейтрализатор дозируется азотная кислота. Расход азотной кислоты 0,2 – 0,5 м³/ч. Соковый пар из скруббера-нейтрализатора поз. Х-86 направляется в промывной скруббер поз. Х-29. В скруббер-нейтрализатор поз. Х-86 выведены воздушники: от донейтрализаторов поз. Р-4, Р-4 «А», гидрозатвора-донейтрализатора поз. Р-13 (ИВ 011009) и дренажного бака поз. Е-6 (ИВ 011012).

Предусмотрена переработка раствора аммиачной селитры из хранилищ поз. Е-8, Е-34 (ИВ 011901, 011902). Раствор в количестве 4-10 м³/ч через фильтр поз. Ф-75 центробежным насосом поз. Н-9/1,2 (ИВ 611603, 611604) по перемычке (от линии Л-19(1) в линию Л-552) подается в подогреватель поз. Т-94/1,2 или поз. Т-94/3,4.

Раствор аммиачной селитры, поступающий на переработку, должен быть щелочным. Для поддержания щелочной среды в хранилищах для раствора аммиачной селитры поз. Е-8, Е-34 осуществляется подача газообразного аммиака в эти хранилища через барботер. Объемный расход аммиака 2-60 м³/ч

. Трубопровод от линии Л-3 до хранилища для раствора аммиачной селитры поз. Е-8 (ИВ 676209) работает под избыточным давлением и является источниками выделения аммиака, попадающего в атмосферу через неплотности оборудования (неорганизованный ИЗА 6762).

В подогревателях поз. Т-94/1-4 раствор аммиачной селитры подогревается до температуры 148 – 165^оС.