Степень поглощения зависит от температуры, давления, концентрации кислоты в поглощающем растворе. При понижении температуры и концентрации кислоты и повышении давления степень превращения NO2 растёт (рис. 14. 27):

Степень окисления NO в NO2 зависит от свободного объёма, поглощаемое количество – от поверхности контакта газа с жидкостью. Поэтому основное требование к аппаратуре для абсорбции – одновременное обеспечение максимального свободного объёма и сильно развитой поверхности контакта. [2]

4. Различные энерготехнологические системы, используемые для производства.

1) Системы, работающие при повышенном давлении.

В этих системах окисление аммиака и переработка нитрозных газов проводятся род давлением выше атмосферного. Обычно применяется давление от 4 до 9 ат.

На рис. VI-8 изображена схема установки, работающей при 7,3 ат в начале системы до 5,8 ат в конце:

Атмосферный воздух вначале очищается на суконном фильтре 1, затем промывается водой, отработанной в холодильниках установки. Очищенный воздух в первой ступени турбокомпрессора 5 сжимается до 3,53 ат и нагревается до 175 ºС, затем охлаждается в водяном холодильнике 10 до 40 ÷ 45 ºС и сжимается во второй ступени 9 до 7,3 ат, нагреваясь примерно до 125 ÷ 135 ºС.

Далее сжатый воздух расходуется на сжигание аммиака, добавляется при абсорбции, используется для отдувки оксидов азота после неё (на схеме не показано) и для сжигания газа в топках 3 и 4.

Предварительно очищенный газообразный аммиак под давлением 10 ÷ 12 ат подогревается паром в аппарате 16 до 150 ºС и поступает в смеситель 14, куда подаётся также воздух, нагретый до 270 ºС в теплообменнике 5. АВС, содержащая 10% NH3, фильтруется повторно в поролитовом фильтре 13 и поступает в конвертор 18 на каталитическое окисление.

В качестве катализатора применяют 16 сеток из платинородиевого сплава (7,5% Rh) из нити толщиной 0,09 мм с числом отверстий 1024 на 1 см2. Конверсия проводится при 800 ÷ 900 ºС, выход NO до 96%. [1] Недавно институт катализа имени Г.К.Борескова СО РАН (Новосибирск), в содружестве с ОАО "Государственный институт азотной промышленности (ГИАП)" и химическим факультетом МГУ им. М.В.Ломоносова разработал новый процесс для окисления аммиака в агрегатах получения азотной кислоты при высоком давлении. Отличительной особенностью процесса является окисление аммиака на двухступенчатой каталитической системе, состоящей из уменьшенного, по сравнению с нормой, пакета платиновых сеток и слоя оксидного катализатора сотовой структуры. Данная система может быть использована в существующих агрегатах получения азотной кислоты под давлением с минимальными изменениями в их конструкции. В данной двухступенчатой технологии смесь аммиака и воздуха сначала контактирует с пакетом из 8 ÷ 20 платиновых сеток (число сеток определяется типом агрегата), что приводит к превращению большей части аммиака в оксид азота. Вследствие окисления аммиака температура повышается до 850—900 ºС. Главная функция второй ступени -- оксидного катализатора – состоит в окислении оставшегося аммиака в оксиды азота в присутствии NO и кислорода в газовой фазе. В дополнении к каталитической функции вторая ступень также выравнивает распределение газового потока по пакету катализаторных сеток, что повышает эффективность их работы, снижает потери платины и обеспечивает большее время жизни первой ступени. [7] Тепло реакции используется в котле-утилизаторе 19 для получения перегретого пара с давлением 13 ат и температурой 230 ºС, при этом нитрозные газы должны охлаждаться до 170 ºС, однако из-за того, что при повышенном давлении происходит процесс окисления NO, температура газов на выходе не становится ниже 260 ºС.

Далее нитрозные газы проходят через полый аппарат – окислитель 17, в верхней части которого установлен фильтр для улавливания частиц платины. В нём происходит окисление NO. На выходе из аппарата степень окисления NO достигает 80%, температура газов повышается до 300 ÷ 310 ºС. Их тепло частично используется в теплообменнике 15 для подогрева воздуха, где газы охлаждаются до 175 ºС, а воздух нагревается от 110 до 270 ºС. Более глубокое использование тепла нитрозных газов невыгодно, поэтому они охлаждаются водой в погружном холодильнике до 50 ÷ 55 ºС.

В холодильнике 20 одновременно с охлаждением идёт конденсация водяных паров, образовавшихся при окислении аммиака, а также взаимодействие оксидов азота с конденсатом и частично с парами воды, что приводит к образованию азотной кислоты (примерно 52%-ная кислота в количестве до 50% от общего объёма производства). Затем кислота отделяется от газов в абсорбционную колонну 21 на тарелку с той же концентрацией, а газы поступают в нижнюю часть колонны. Иногда их подают не под 1-ю тарелку, а под 4-ю или 5-ю, а нижние 3 – 4 тарелки используются как окислительные. В процессе абсорбции газы обедняются оксидами азота, на выходе их содержание снижается до 0,1 ÷ 0,15%. Кислота на выходе имеет концентрацию 55 ÷ 56% и содержит до 1% растворённых оксидов азота, которые выдуваются воздухом при повышении температуры до 50 ÷ 55 ºС и возвращаются в колонну. На тарелках колонны установлены змеевики, в которых циркулирует вода для отвода тепла; в зависимости от времени года температура на тарелках колеблется от 35 до 45 ºС. В отходящих газах экономически оптимальное содержание кислорода 3 ÷ 3,5% (при технологическом оптимуме, равном 5,2%, имеет место перерасход энергии).

Отходящие газы содержат ядовитые оксиды азота, от которых их нужно очистить. Для этого их вначале подогревают до 370 ÷ 420 ºС за счёт теплоты сжигания природного газа. Затем в смесь добавляют определённое количество природного газа, чтобы соотношение CH4 : O2 составляло 0,62 ÷ 0,66. Смесь направляется в конвертор 2, где происходит каталитическое расщепление оксидов азота:

CH4 + 2NO2 = N2 + 2H2O + CO2

CH4 + 4NO = 2N2 + 2H2O + CO2

Чтобы начался процесс, нужно нагреть смесь до температуры зажигания, которая зависит от вида катализатора. Самая низкая температура зажигания характерна для наносного палладиевого катализатора. Другими катализаторами могут быть Rh, Ru, Co, Ni, а также смесь катализаторов, расположенных одним или двумя слоями. В двухступенчатом реакторе степень разложения оксидов азота выше, чем в одноступенчатом. В процессе эксплуатации катализатор теряет активность, поэтому следует постепенно увеличивать температуру подогрева газов с 370 до 400 ÷ 420 ºС. В результате экзотермических реакций температура газов повышается до 690 ÷ 790 ºС. Остаточная концентрация оксидов азота на выходе колеблется в пределах 0,01 ÷ 0,004%, но в газах может присутствовать некоторое количество CO.