Способ получения азотной кислоты заданной концентрации на основе изобретения Аракеляна Г.Г.

 

   Азотная кислота является одной из важнейших минеральных кислот и по объему производства занимает второе место после серной кислоты. Она образует растворимые в воде соли (нитраты), обладает нитрирующим и окисляющим действием по отношению к органическим соединениям, в концентрированном виде пассивирует черные металлы. Все это обусловило широкое использование азотной кислоты в народном хозяйстве и оборонной технике.

   Предлагаемый нами способ получения водорода, оксида азота и азотной кислоты не имеет аналогов в мире. 

   На практике азотную кислоту получают путем окисления аммиака в смеси с воздухом - 11% аммиака и 89% воздуха, где 21% - кислород. Температура на сетках контактного аппарата при этом достигает 800-920°С. Происходит реакция NH3 + O2 = NO + H2O + Q. NO окисляется до NO2 за счет кислорода воздуха. Далее двуокись азота подают в туманный абсорбер и происходит реакция абсорбции NO2 + H2O = HNO+ NO + Q, т.е. поглощение оксида азота водой и образуется азотная кислота 2HNO3 + NO. Когда содержание оксида азота в конечном продукте достигает допустимой нормы, остаток переводится на очистку. После очистки все же остается оксид азота, также допустимой концентрации, остаток которого выбрасывается в атмосферу. Современные химические предприятия производят азотную кислоту несколькими схемами, но все они имеют. одну и ту же технологическую схему. В России и СНГ существуют три способа производства. 

Области применения азотной кислоты

1.  Способ комбинирования

   Конверсия (окисление аммиака и получение оксида азота) производят под атмосферным давлением, абсорбцию (поглащение оксида азота водой) под давлением 0,35 – 0,4 МПа или 3,5- 4 атмосфер. В начале процесса аммиак и воздух смешивают и получают аммиачно-воздушную смесь (АВС). Эта смесь подается в контактный аппарат диаметром 3 метра, где расположены платинородиевые катализаторные сетки общим весом 15 кг. При производстве азотной кислоты по этой схеме на получение одной тонны азотной кислоты (100%) расходуется 0,3 г. платины. В схемах большей производительности, например по схеме УКЛ-7 в контактном аппарате устанавливают 42 кг. платиновых сеток, а в схеме производства азотной кислоты по схеме АК-72 устанавливают 120 кг. платиновых сеток. На практике расход платиноидного катализатора в 2,3 раза меньше за счет проведения аффинажа, т.е. восстановления до первоначального состояния очищая от нагара.
   Аммиачно-воздушную смесь (АВС) подавая на контактный аппарат, производят реакцию образования оксида азота при температуре 800°С. Горячие газы поступают на котел утилизатор где получают пар давлением 40 атм. и температурой 450°С. На выходе котла утилизатора температура доводится до 180°С и далее газы проходят охлаждение, окисление и  поступают на абсорбционную колонну, где расположены по высоте 40 сетчатых тарелок с шагом по высоте 1 метр. Сетчатые тарелки  с диаметром отверстий на тарелках 2мм. Сверху колонны подается паровой конденсат и происходит кислотообразование. На входе оксидов азота на колонну содержание оксидов азота составляет до 8-9% от общего количества газов приходящих на абсорбционную колонну. Поскольку образование азотной кислоты происходит по реакции 2NO2 + H2О =  2НNO3 + NO, то при этом образуется две молекулы азотной кислоты и одна молекула оксида азота. Постепенное образование азотной кислоты получается кислота концентрацией до 50%. Содержание оксида азота постепенно  уменьшается до  0,4-0,6 %, от общего содержания оксидов азота и после достижения допустимого предела, остаток подают на нейтрализацию. Готовую кислоту направляют на склад.     

2.  Способ производства азотной кислоты под единым давлением 0,716 МПа

   Производительность агрегата 120 000 Т/год. Концентрация продукционной кислоты до 56 %. Всего изготовлены при  СССР 103 агрегата. Основное достоинство агрегата – это низкая себестоимость единицы продукции. Агрегаты УКЛ-7 оснащены современной автоматикой. Обслуживание агрегата простое, из-за оригинальной конструкции. Недостаток агрегата это отработанный ресурс газотурбинной установки, которая уже заменяется на современный.  

3.  Схема производства азотной кислоты с комбинированным давлением АК-72

   Производительность агрегата 1150 – 1200 т/сут. Окисление аммиака производится при давлении 0,42 МПа, абсорбция оксидов азота более 1.1 МПа. Особенностью агрегата АК-72 является применение высокотемпературной каталитической очистки выхлопных газов от оксидов азота с помощью природного газа и подача горячих выхлопных газов в газовую турбину без предварительного  охлаждения.
   В предлагаемом способе получения азотной кислоты при получении водорода, также производится реакция, при которой образуется оксид азота в промышленном объеме. Оксид азота в производстве водорода, является вторым продуктом в этой общей схеме. Схема производства построена так, чтобы производство водорода и оксида азота могли производиться параллельно, а также раздельно и независимо.   

   Почему процесс производства азотной кислоты мы называем дешевым? Потому, что в нашем случае из технологического цикла исключается процесс конверсии аммиака, а это в себестоимости составляет почти 75%.   

    Полностью исключается процесс конверсии аммиака, до всасывания компрессора. На всасывание компрессора подводится линия от водородной установки для оксида азота. Оксид азота поступает на окислитель, туда же подается воздух,  и происходит окисление оксида азота до NOx. Далее смесь подается на всасывание компрессора, После компрессора двуокись азота поступает на холодильник и далее на туманный абсорбер. Туманный абсорбер отличается тем, что абсорбируемый газ подается параллельно с диоксидом азота с низа абсорбера. 


Экспериментальная автономная передвижная  установка для  производства азотной кислоты   

Производительность -250 кг/час;
Установленная мощность – 7,5 квт/час;
Расход метана – 70 кг/час. 

Расход  воды -  340 кг/час;
Расход воздуха  - 250 м3/час;
Вентилятор  высокого давления   (ВВД) 

   В существующей абсорбционной колонне на уровне под тарелкой, устанавливаются форсунки для превращения воды в туман. Количество воды определяется  стехиометрическому составу количеству заданной концентрации азотной кислоты до 68%. После туманного абсорбера образовавшаяся азотная кислота направляется на склад.  Мы предлагаем производству азотной кислоты по схеме 0,35-0,4 МПа дать вторую жизнь.

   Данный способ получения азотной кислоты  возможен только  на основе   изобретения -  «Способа получения водородсодержащего газа в турбогенераторной установке»  Аракеляна Г.Г.