В установках такого типа степень превращения аммиака в азотную кислоту достигает 98-99%, а концентрация кислоты - 60-62%.

Основное оборудование производства азотной кислоты под повышенным давлением.

ПОДОГРЕВАТЕЛЬ ВОЗДУХА предназначен для подогрева воздуха, выходящего из нагревателя, за счет охлаждения нитрозных газов, удущих из окислительного объёма. Подогреватель выполнен из нержавеющей стали, представляет собой теплообменник с U-образными трубками.

СМЕСИТЕЛЬ И ПОРОЛИТОВЫИ ФИЛЬТР совмещены в одном аппарате. Аммиак проходит по трубкам и на выходе из них смешивается с воздухом, который поступает в межтрубное пространство и выходит через отверстия трубной решётки. Полученная аммиачно-воздушная смесь подаётся в фильтр тонкой очистки в верхней части аппарата.

КОНТАКТНЫЙ АППАРАТ, предназначенный для каталитического окисления аммиака до оксида азота, состоит из двух частей. Верхняя коническая часть размером 2200 - 1600 мм имеет внутренний конус, который обеспечивает лучшее распределение газа по сечению аппарата. Нижняя часть аппарата выполнена в виде цилиндра диаметром 2200мм с огнеупорной футеровкой. Общая высота контактного аппарата 4352мм.

ОКИСЛИТЕЛЬ, предназначенный для окисления оксида NO до оксида J\[Q2, представляет собой полый цилиндр из нержавеющей стали диаметром 3200мм, высотой 9925мм, объёмом 63 м3. В верхней части окислительного объёма между двумя сетчатыми корзинами проложен слой стекловаты для улавливания платины, уносимой нитрозными газами из контактного аппарата. С внешней стороны аппарат покрыт теплоизоляцией.

ВЕРТИКАЛЬНЫЙ КОЖУХОТРУБНЫЙ ХОЛОДИЛЬНИК-КОНДЕНСАТОР служит для конденсации азотнокислотных паров, образовавшихся в процессе окисления оксида NO. Конус аппарата для снятия температурных перенапряжений при вводе горячих нитрозных газов заключён в водяную рубашку. Нитрозные газы поступают в межтрубное пространство и выводятся из нижней части вместе с конденсатом азотной кислоты. Противотоком к газу по трубкам подаётся охлаждающая вода.

АБСОРБЦИОННАЯ КОЛОННА предназначена для абсорбции оксидов азота паровым конденсатом, поступающим на верхнюю тарелку абсорбера. Верхние тарелки с первой по пятнадцатую не имеют холодильников, на остальных 35 расположены змеевиковые холодильники, охлаждаемые оборотной водой для отвода тепла, выделяющегося при абсорбции оксидов азота.

ГАЗОВЫЙ АГРЕГАТ состоит из осевого турбокомпрессора, газовой турбины, редуктора для изменения числа оборотов, центробежного компрессора, выполняющего роль второй ступени сжатия воздуха, мотора-генератора. Мотор-генератор используется при пуске агрегата и камеры сжигания газа, работающей также при пуске агрегата. Во время нормальной работы агрегата мотор-генератор служит для выдачи избытка энергии, вырабатываемой агрегатом, во внешнюю сеть. Для охлаждения воздуха после первой ступени сжатия имеется промежуточный холодильник.

Производство концентрированной азотной кислоты

Неконцентрированную азотную кислоту можно сконцентрировать путем перегонки только до 68,4% HNO3; т.к. при этой концентрации состав азотной кислоты в парах и перегоняемой смеси одинаков, образуется так называемая азеотропная смесь. Максимальная температура кипения такой кислоты 393,05 К. Концентрированную азотную кислоту с содержанием 98% HNO3 получают двумя способами. Наиболее распространённый способ - получение азотной кислоты при помощи водоотнимающих веществ, таких, например, как серная кислота в виде купоросного масла (92-93%-ная H2SO4) и нитрат магния. Второй метод - прямой синтез из жидких оксидов азота и кислорода под давлением.

1 .При помощи серной кислоты (купоросного масла).

Применение водоотнимающих средств даёт возможность содержание водяных паров над кипящей смесью и увеличить содержание паров азотной кислоты, при конденсации которых получается 98%-ная HNO3.

В процессе концентрирования азотной кислоты в смеси с купоросным маслом под действием высокой температуры и частичного разложения азотной кислоты происходит образование нитрозилсерной кислоты:

N2O3 + H2SO4 = HNSO5 + Н2О

При концентрации H2SO4 ниже 75% и повышенной температуре нитрозилсерная кислота гидролизуется:

HNSO5 + Н2О = H2SO4 + HNO2

3HNO2 = HNO3 + 2NO + Н2О

При концентрации серной кислоты 57,5% нитрозилсерная кислота не образуется. Таким образом, процесс концентрирования азотной кислоты при помощи купоросного масла состоит из следующих стадий:

1) образования тройной смеси;

2) отгонки паров азотной кислоты из тройной смеси купоросного масла, азотной кислоты и воды;

3) конденсации выделившихся паров азотной кислоты;

4) удаления из концентрированной азотной кислоты растворённых в ней оксидов азота;

5) поглощения выделившихся оксидов азота при конденсации паров азотной кислоты.

Концентрирование разбавленной азотной кислоты с применением серной кислоты связано с большими затратами на упаривание отработанной серной кислоты, необходимое для её повторного использования в процессе укрепления азотной кислоты.

Применение серной кислоты в качестве водоотнимающего средства приводит к необходимости иметь цех концентрирования серной кислоты. Эта операция обходится дорого и сопряжена с выделением больших количеств вредных газов, которые гибельно действуют на окружающую природу. Облако газов, содержащих пары H2SO4, SO3, SO2, иногда простирается за пределы азотного завода.

Прямой синтез концентрированной азотной кислоты из окислов азота

Прямой синтез концентрированной азотной кислоты состоит в том, что жидкая четырёхокись азота взаимодействует с водой в присутствии газообразного кислорода под давлением 5 МПа:

2N2O4 + О2 + 2Н2О = 4HNO3 +59,5 кДж

Наиболее сложным в этом процессе является получение жидкой четырёхокиси азота; обычно её получают из нитрозных газов, образующихся при окислении аммиака. Вначале из нитрозных газов выделяют избыточную влагу, для этого газы охлаждают от 200 до 40°С. Затем окисляют содержащуюся в нитрозных газах NO до NO2 вначале кислородом воздуха в газовой фазе, а затем концентрированной азотной кислотой

2HNO3 + NO = 3NO2 + Н2О

После этого из нитрозных газов выделяют NO2 охлаждением газов до минус 15 - минус 20°С (под давлением не ниже 0,5 МПа) либо до минус 10°С и поглощением двуокиси азота концентрированной азотной кислотой (97-98% HNO3), в которой NO2 хорошо растворяется с образованием нитролеума:

nNO2 + HNO3 = HNO3·nNO2

Если в нитрозных газах присутствует 10-11% окислов азота, получают нитролеум, содержащий до 25% NO2. При нагревании такого нитролеума до 80°С получают газообразную двуокись азота, которая отделяется от азотной кислоты, а затем конденсируется и полимеризуется.

В заводских условиях конденсацию обычно осуществляют в двух последовательно соединённых холодильниках: в первом из них охлаждение производится водой, а во втором (до минус 8°С) - рассолом Са(NOз)2.

На экономические показатели процесса большое влияние оказывает давление, так как при увеличении давления уменьшается объём аппаратуры, повышается интенсивность процесса и снижается расход металла по системе в целом. Однако при этом уменьшается степень окисления аммиака и возрастает расход платины. В установках, работающих под давлением, увеличивается выход пара, что существенно снижает энергетические затраты и себестоимость азотной кислоты.