Вопрос 23 прямой синтез концентрированной азотной кислоты

Внедрение в производство этого метода получения концентрированной азотной кислоты вызвано высокой энергоемкостью (расход тепла на упаривание ВОС) процессов концентрирования разбавленной кислоты.

В основе прямого синтеза концентрированной азотной кислоты лежит взаимодействие жидкого тетроксида азота с водой и газообразным кислородом под давлением 5 Мпа, протекающее по уравнению:

2N₂O₄(ж) + 2H₂O(ж) + O₂(г) = 4HNO₃(ж) + 59,5 кДж

Необходимое условие этого процесса – получение 100% жидкого тетроксида из нитрозного газа. Для выделения 100% диоксида азота (IV) из нитрозного газа используют его способность растворяться в концентрированной азотной кислоте с образованием нитроолеума состава HNO₃*NO₂. При последующем разложении нитроолеума образуется концентрированная азотная кислота и оксид азота (IV), сжижаемый при охлаждении в тетроксид азота

Процесс прямого синтеза концентрированной азотной кислоты включает следующие стадии:

1) Выделение тетроксида азота из нитрозного газа: 2NO+ O₂  2NO₂ N₂O₄

2) Образование азотной кислоты: 3N₂O₄ + 2H₂O  4HNO₃+ 2NO

3) Окисление монооксида азота концентрированной азотной кислотой: 2NO + 4HNO₃  6NO₂ + 2H₂O

Решающее значение в этом процессе имеет полнота сдвига равновесия при димеризации оксида азота (IV), которая определяется содержанием оксида азота (IV) в нитрозном газе, температурой и давлением.

Технологическая схема включает операции: охлаждение нитрозных газов в котле-утилизаторе и холодильнике-конденсаторе, окисление оксида азота (II) до оксида азота (IV), доокисление оксида азота (II) азотной кислотой, охлаждение нитрозных газов в рассольном холодильнике, поглощение оксида азота (IV) азотной кислотой, обезвреживание отходящих газов, выделение оксида азота (IV) из раствора в азотной кислоте (нитроолеума), охлаждение оксидов азота водой и рассолом, приготовление смеси жидкого тетроксида азота и азотной кислоты, окисление тетроксида азота кислородом до азотной кислоты, десорбция избытка тетроксида азота из азотной кислоты.

Нитрозный газ поступает в скоростной холодильник 1, где охлаждается до 40⁰С, причем из него выделяется 3% - ная азотная кислота, и затем в холодильник 2. Образовавшаяся в нем 30% - ная азотная кислота направляется в смеситель 7, а нитрозные газы в окислительную башню 3, орошаемую для охлаждения азотной кислотой. Из окислительной башни нитрозные газы поступают в доокислитель 4, орошаемой 98% - ный азотной кислотой и затем, после охлаждения до -10⁰С в рассольном холодильнике 5, в абсорбционную колонну 6 для поглощения оксида азота (IV) и получения нитроолеума. С этой целью колонна орошается 98% -ной азотной кислотой. Непоглощенные газы из верхней части колонны направляются в систему очистки выхлопных газов. Образовавшийся в абсорбционной колонне нитроолеум подается на десорбцию оксида азота (IV) в отбелочную колонну 8, куда вводится пар. Отбеленная азотная кислота концентрацией 98% охлаждается в холодильнике 10 и поступает в хранилище. Газообразные оксиды азота из отбелочной колонны охлаждаются и конденсируются в холодильнике - конденсаторе 11, охлаждаемом рассолом до – 10⁰С и поступают в смеситель 7, в котором из них и смеси кислот образуется смесь: 68 - 80% N₂O₄, 26 - 10,5% HNO₃ и 6 - 9,5% H₂O. Это смесь подается в автоклав 9, куда под давлением 5 МПа поступает кислород. Концентрированная азотная кислота отбирается из нижней части автоклава и, соединившись с нитроолеумом, из абсорбционной колонны 6 подается в отбелочную колонну 8.

Автоклав - это цилиндрический вертикальный реактор непрерывного действия диаметром 1,2 м и высотой 8,6 м, изготовленный из стали, внутри которого находится стакан из алюминия. В стакане расположена насадка из ситчатых тарелок. Смесь кислоты с жидким тетроксидом азота перетекает по тарелкам сверху вниз, а снизу под давлением подается кислород.

Абсорбционная колонна диаметром 2,4 м и высотой 27 м состоит из трех зон: доокислительной, нитроолеумной и промывной, в каждой из которых расположены тарелки. Между тарелками доокислительной и нитроолеумной зон расположены охлаждающие змеевики, поддерживающие оптимальный тепловой режим работы колонны.