Абсорбция нитрозных газов водой

Фаза абсорбции нитрозных газов

В производстве нитратов целлюлозы на тех фазах, где в наличии азотная кислота (приготовление рабочей

кислотной смеси, нитрация, рекуперация кислот, регенерация отработанной кислотной смеси) выделяется значительное количество паров азотной кислоты, оксидов азота, уносится некоторое количество серной кислоты. В результате образуются так называемые нитрозные газы, имеющие примерный состав: 95 – 96,5 % паров азотной кислоты; 2,5 – 4,0 % окислов азота и 0,65 – 0,95 % паров серной кислоты [1].

Нитрозные газы улавливаются с помощью вытяжной системы и направляются на фазу абсорбции. Назначение этой фазы, с одной стороны, устранить потери ценных продуктов, с другой – снизить выброс вредных веществ в атмосферу. Пары азотной кислоты и оксиды азота из газовой среды обычно извлекаются водой или разбавленной азотной кислотой; для этого нитрозные газы направляются в поглотительные аппараты, где происходит конденсация паров азотной кислоты, а также окисление оксидов азота и их абсорбция водой.

Оксиды азота, поступающие на фазу абсорбции, имеют различную степень окисления. Из всех содержащихся в нитрозных газах оксидов азота в виде NO, NO₂, N₂O₄ и N₂O₃ только NO не может реагировать с водой, и, чтобы перевести оксид азота в азотную кислоту, он должен быть окислен до диоксида.

При поглощении диоксида и тетраоксида азота образуется одинаковое количество азотной и азотистой кислот [9]. Поэтому практически не имеет значения, реагирует с водой диоксид или тетраоксид. Учитывая незначительное количество триоксида азота в нитрозных газах, все технологические расчеты проводятся по уравнению

Как видно из этого уравнения, только 2/3 поглощаемого диоксида азота идет на образование азотной кислоты, а 1/3 выделяется в виде монооксида азота.

Образовавшийся монооксид азота для дальнейшей переработки должен быть окислен кислородом в газовой фазе до диоксида азота по уравнению

Получающийся вновь диоксид азота опять реагирует с водой, превращаясь на 2/3 в азотную кислоту, а выделившийся монооксид снова должен быть окислен.

Таким образом, весь процесс поглощения распадается на ряд последовательно протекающих реакций окисления NO в NO₂ и образования азотной кислоты из NO₂. Абсолютно полное поглощение нитрозных газов не достигается. Нельзя все количество NO₂ превратить в азотную кислоту, как бы много циклов поглощения ни было предусмотрено, т.к. в каждом цикле всегда 1/3 оксидов азота будет выделяться в виде NO в газовую фазу.

Расчеты показывают [8], что в поглотительной системе должно окисляться монооксида в 1,5 раза больше исходного количества, а поэтому в нитрозных газах, поступающих на поглощение, обычно недостаточно кислорода для превращения всех оксидов азота в азотную кислоту. Подачу и регулирование содержания кислорода в газе производят за счет ввода в поглотительную систему атмосферного воздуха в результате создания в установке разрежения.

Оптимальная концентрация кислорода в нитрозных газах для наибольшей скорости окисления монооксида азота считается 6,9 %, однако при практическом осуществлении процесса поглощения оксидов азота существенным является не достижение максимальной скорости реакции, а проведение ее в поглотительной системе с наименьшим объемом.

При степени поглощения выше 96 % удельный объем поглотительной системы резко увеличивается, поэтому на практике не стремятся к полному поглощению оксидов азота, а степень превращения их в азотную кислоту ограничивают 95 – 96 %.

Поглощение нитрозных газов обычно ведется в насадочных колоннах аппаратах, получивших название поглотительных башен. Это достаточно большие сооружения, имеющие диаметр 2 – 6 м и высоту 10 – 30 м. В нижней части башни расположена мощная колосниковая решетка, на которой почти на всю высоту башни загружается насадка в виде, как правило, керамических колец (кольца Рашига).

Из условия равновесного состояния, которое наступает между диоксидом азота и водным раствором азотной кислоты, следует, что чем выше концентрация NO₂ в нитрозных газах и чем ниже концентрация кислоты, тем выше степень поглощения NO₂. Ввиду этого для более полного поглощения окислов азота осуществляется противоток газов и кислоты в несколько ступеней. Поэтому система для абсорбции натрозных газов состоит из нескольких поглотительных башен, соединенных последовательно друг с другом.

Каждая башня имеет свою циркуляционную систему, состоящую из насоса, холодильника и трубопроводов с запорной арматурой.

Циркуляционная система забирает жидкую фазу, стекающую в нижнюю часть башни, охлаждает ее, подает в верхнюю часть на орошение насадка. Необходимость охлаждения связана с тем, что реакции окисления монооксида азота и образования из диоксида азота азотной кислоты являются экзотермическими, т.е. протекают с выделением тепла.

Нитрозные газы под действием создаваемого в системе разрежения поступают в первую башню, затем во вторую и т.д. Разрежение в системе создается воздуходувкой, которая отсасывает газы из последней башни через каплеуловитель и подает их в трубу для рассеивания в атмосфере.

Жидкая фаза в виде азотной кислоты движется противотоком, перетекая за счет уклона из последней башни в предпоследнюю и т.д., вытекая из первой башни в хранилище в виде азотной кислоты с массовой долей 48 – 50 %, которая подается на фазу регенерации для концентрирования. В первую башню из напорного бака поступает вода.

Таким образом, наименьшую концентрацию кислота имеет в последней башне, и по мере перетекания из башни в башню навстречу движению нитрозных газов ее концентрация повышается. На практике абсорбционная установка, как правило, состоит из 6 – 8 поглотительных башен.

Наряду с насадочными поглотительными башнями в производстве нитратов целлюлозы применяются вихревые и другого типа абсорберы [9].

Действие вихревого абсорбера основано на принципе вихревого взаимодействия фаз, который обеспечивает высокую степень турбулизации фаз и высокоразвитую поверхность контакта. Вихревой абсорбер менее металлоемок, включает меньшее количество вспомогательного оборудования, но уступает поглотительным башням по энергетическим затратам.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Абсорбция — нитрозный газ

Абсорбция нитрозных газов при атмосферном давлении идет в 6 — 8 башнях с насадкой из колец Рашига. Практически указанные выше две стадии разделить нельзя, так как в каждой башне одновременно происходят абсорбция NO2 водой с образованием кислоты, выделение при этом в газовую фазу NO и окисление NO в NO2 кислородом, содержащимся в нитрозном газе. [1]

Абсорбция нитрозных газов под давлением осуществляется в барботажных колоннах с тарелками колпачкового или ситчатого типа. Так, при переработке нитрозных газов, поступающих в абсорбционное отделение на получение кислоты под атмосферным давлением, при абсорбции на 90 — 92 % требуется удельный объем — 22 м3 / т HNO3 в сутки, при абсорбции на 96 % — около 50 м3 / т HNO3 в сутки: при абсорбции на 97 % удельный объем увеличивается до 70 м3 / т HNO3 в сутки. Поэтому при производстве азотной кислоты под атмосферным давлением абсорбируется только 90 — 92 % нитрозных газов от поступающего количества оксидов ( кислая абсорбция), а остальное количество поглощается щелочными растворами и получаются нитрит-нитратные растворы натрия или кальция. Добавление в абсорбционную систему 250 м3 кислорода на 1 т HNO3 позволяет уменьшить удельный абсорбционный объем в два раза. [2]

Абсорбция нитрозных газов водой и образование азотнсй кислоты производится в трех абсорбционных башнях 14, наполненных насадкой. [3]

Абсорбцию нитрозных газов известковым молоком осуществляют аналогично абсорбции этих газов растворами соды ( см. стр. Абсорбентом является циркулирующий раствор, в котором поддерживают избыточную щелочность до 30 г / л, добавляя к нему известковое молоко, содержащее 100 — 130 г / л СаО, или сухую известь, что позволяет получать более концентрированный щелок. [4]

Абсорбцию нитрозных газов известковым молоком осуществляют в башнях циркулирующим раствором, в котором поддерживают избыточную щелочность до 30 г / л добавкой к нему известкового молока, содержащего 100 — 130 г / л СаО или сухой извести, что позволяет получать более концентрированный щелок. Из хвостовых газов улавливается не менее 92 % окислов азота. [5]

Абсорбцию нитрозных газов под давлением осуществляют в барботажной колонне с тарелками колпачкового или ситчатого типа по принципу противотока — снизу поступает газ, а сверху — вода или конденсат. К колонне применима модель смешения но жидкой фазе и вытеснения по газу. [6]

Абсорбцию нитрозных газов известковым молоком осуществляют в башнях циркулирующим раствором, в котором поддерживают избыточную щелочность до 30 г / л добавкой к нему известкового молока, содержащего 100 — 130 г / л СаО или сухой извести, что позволяет получать более концентрированный щелок. Из хвостовых газов улавливается не менее 92 % окислов азота. [7]

При абсорбции нитрозных газов раствором едкого кали или известковым молоком могут быть получены соответственно калиевая селитра или кальциевая селитра ( стр. [8]

Во всех случаях абсорбции нитрозных газов низкой концентрации соотношение скоростей поглощения NO2 и NO NO2 в разных методах изменяется незначительно. Чистые NO и NO2 ведут себя несколько иначе. [9]

Кальциевую селитру получают методом абсорбции хвостовых нитрозных газов известковым молоком ( стр. [10]

Поскольку процесс окисления непрерывно выделяющейся-окиси азота при абсорбции нитрозных газов к концу резко-замедляется, для полного поглощения NO2 требуется продолжительное время и большой объем аппаратуры. Так, чтобы поглощение проходило на 98 % при атмосферном давлении и начальной концентрации 9 — 10 % МОг, необходим абсорбционный объем около 100 м3 на тонну HNO3 в сутки. Для уменьшения этого объема абсорбцию водным раствором проводят только на 92 — 94 %, а остаток окислов азота поглощают щелочью, обычно раствором соды. [11]

Для отвода тепла, выделяющегося в процессе абсорбции нитрозных газов , на тарелках размещены охлаждающие змеевики из труб диаметром 38 мм, в которых циркулирует вода. [12]

Для отвода тепла, выделяющегося в процессе абсорбции нитрозных газов , на тарелках размещены охлаждающие змеевики из труб диаметром 38 / 2 5 мм, в которых циркулирует вода. [13]

Разработанный на одном из заводов способ получения азотистокислого натрия заключается в абсорбции нитрозных газов , поступающих непосредственно из контактных аппаратов, причем одновременно происходит охлаждение газов. [14]

При одновременном окислении NO и поглощении образующихся окислов азота необходимо для увеличения скорости процесса вести его в таких условиях, которые способствуют ускорению реакции окисления NO, а именно: при низкой температуре, большом свободном объеме в башне и большой доле щелочного поглощения в общем процессе абсорбции нитрозных газов . Вместе с тем самым правильным решением вопроса интенсификации щелочного поглощения окислов азота малой концентрации является проведение процесса в две отдельные последовательные стадии: окисление и поглощение. [15]

Источник

Абсорбция нитрозных газов водой

Реакции приемлемы для газов с малой степенью окисленности NO.

Наиболее доступный и эффективный поглотитель (при отсутствии в газе кислорода) — раствор FeSO₄, отход металлообрабатывающих заводов. Поглотительная способность раствора зависит от количества закисного железа, температуры и парциальной упругости оксида азота над раствором. При сравнительно низких температурах — 15-20 o С — раствор может с достаточной полнотой удалять оксид азота даже малой концентрации. Предел растворимости оксида азота — соотношение . = 1:1. Присутствие в растворе серной и азотной кислот, солей или органических добавок снижает поглотительную способность. В случае очистки газов, не содержащих кислорода, раствор закисного железа можно подвергать многократной регенерации с последующим применением для абсорбции. При этом окисление мало заметно и абсорбционные свойства раствора сохраняются длительное время.

Серная кислота используется для удаления высокоокисленных оксидов азота. Этот способ наиболее эффективен при соотношении . = 1:1. В этом случае получают нитрозилсерную кислоту:

При подогреве этой кислоты или при разбавлении ее водой наблюдается обратный процесс с выделением оксидов азота в чистом виде:

Взаимодействие жидких сорбентов с оксидами азота наиболее эффективно в температурном интервале 20-40 o С. Как правило, санитарная очистка с их помощью довольно затруднена. Поэтому при значительном содержании оксидов азота в случае производства концентрированной азотной кислоты используется двухступенчатая очистка: 1 стадия — щелочное поглощение с получением нитрит-нитратных солей; 2 стадия — каталитическая очистка с обеспечением санитарных норм.

8.4. АБСОРБЦИОННАЯ ОЧИСТКА НИТРОЗНЫХ ГАЗОВ ПРОИЗВОДСТВА КОНЦЕНТРИРОВАННОЙ АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ

Установка включает два абсорбера (рис. 8.3), заполненные кольцами Рашига. В первом абсорбере 3 оксиды азота поглощаются захо-ложенной концентрированной азотной кислотой, поступающей на орошение верхней части абсорбера из теплообменника 1 при температуре 0-10 o . Из средней части первого абсорбера кислота поступает на

Источник

2. Окисление no в no2 .

Суммарное уравнение окисления NO в NO₂ можно записать:

Процесс обратимый, экзотермический,

Для смещения равновесия вправо благоприятно понижение температуры и повышение давления. Для увеличения степени превращения NO необходим избыток кислорода.

На самом деле механизма данного процесса сложный, процесс идет с образованием димера NO.

На первой стадии идет образование димера и равновесие быстро устанавливается:

Концентрация получаемой азотной кислоты

Технологическая схема производства азотной кислоты под давлением 0,716 МПа

1 — фильтр воздуха, 2 — реактор каталитической очистки; 3 — топочное устрой­ство: 4 — подогреватель метана; 5 — подогреватель аммиака; 6 — смеситель аммиа­ка и воздуха с поролитовым фильтром; 7 — холодильник-конденсатор; 8 — сепара­тор; 9 — абсорбционная колонна; 10 — продувочная колонна; 11 — подогреватель отходящих газов; 12 — подогреватель воздуха; 13 — сосуд для окисления нитрозных газов; 14 — контактный аппарат; 14а – катализатор; 15 — котел-утилизатор; 16, 18 — двухсту­пенчатый турбокомпрессор: 17 — газовая турбина.

Описание технологической схемы производства азотной кислоты.

Атмосферный воздух проходит очистку в фильтре 1. Очищенный воздух сжимают двухступенчатым воздушным компрессором (16,18).

Основной поток воздуха после сжатия нагревают в подогревателе воздуха 12 до 250-270 °С теплотой нитрозных газов и подают на смешение с аммиаком в смеситель 6.

Газообразный аммиак, после очистки от влаги, масла и катализаторной пыли через подогреватель 5 при температуре 150 °С также направляют в смеситель 6. После очистки аммиачно-воздушную смесь с содержанием NH₃ не более 10% подают в контактный аппарат 14 на конверсию аммиака.

Конверсия аммиака протекает на платинородиевых сетках (14 а) при температурах 870-900 ºС, причем степень конверсии составляет ≈ 96%. Нитрозные газы при 890-910 °С поступают в котел-утилизатор 15, расположенный под контактным аппаратом. В котле за счет охлаждения нитрозных газов до 170 °С происходит испарение воды, питающей котел-утилизатор; при этом получают пар с давлением 1,5 МПа и температурой 230°С.

Нитрозные газы поступают в окислитель нитрозных газов 13. Частично окисление нитрозных газов происходит уже в котле-утилизаторе (до 40%). В окислителе 13 степень окисления возрастает до 85%. За счет реакции окисления нитрозные газы нагреваются до 300-335°С. Эта теплота используется в подогревателе воздуха 12. Охлажденные в теплообменнике 12 нитрозные газы поступают в теплообменник 11, где происходит снижение их температуры до 150 °С и нагрев выхлопных (хвостовых) газов до 110-125°С. Затем нитрозные газы направляют в холодильник-конденсатор 7. При этом конденсируются водяные пары, и образуется слабая азотная кислота. Нитрозные газы отделяют от сконденсировавшейся азотной кислоты в сепараторе 8, из которого азотную кислоту направляют в адсорбционную колонну 9 на 6-7-ю тарелку, а нитрозные газы — под нижнюю тарелку абсорбционной колонны. Кислота направляется в продувочную колонну 10, а отбеленная азотная кислота поступает на склад. Воздух после продувочной колонны подается в нижнюю часть абсорбционной колонны 9.

Степень абсорбции оксидов азота достигает 99%. Выходящие из колонны хвостовые газы с содержанием оксидов азота до 0,11% при температуре 35°С проходят подогреватель 11, где нагреваются до 110-145°С и поступают в топочное устройство (камера сжигания 3 установки каталитической очистки). Здесь газы нагреваются до температуры 390-450°С за счет горения природного газа, подогретого в подогревателе 4, и направляются в реактор с двухслойным катализатором (палладий на оксиде алюминия) 2. Очистку осуществляют при 760°С. Очищенные газы поступают в газовую турбину 17 при температуре 690-700°С; энергия, вырабатываемая турбиной за счет теплоты хвостовых газов, используется для привода турбокомпрессора 18.

Содержание оксидов азота в очищенных выхлопных газах составляет 0,005-0,008 %, содержание СО₂ — 0,23%.

Данный агрегат по производству 53-58 % -ной азотной кислоты мощностью 120 тыс.т/год полностью автономен по энергии. Энергия рекуперируется в результате установки на одной оси с турбокомпрессором газовой турбины.

Источник