RU2009996C1 - Method of producing nitric acid - Google Patents
Method of producing nitric acid Download PDFInfo
- Publication number
- RU2009996C1 RU2009996C1 SU4940327A RU2009996C1 RU 2009996 C1 RU2009996 C1 RU 2009996C1 SU 4940327 A SU4940327 A SU 4940327A RU 2009996 C1 RU2009996 C1 RU 2009996C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- oxygen
- ammonia
- gases
- circulating
- nitric acid
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Treating Waste Gases (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области производства неконцентрированной азотной кислоты с использованием кислорода. The invention relates to the field of production of non-concentrated nitric acid using oxygen.
Производство азотной кислоты базируется на окислении аммиака кислородом по реакции
4 NH3 + 5 O2 = 4 NO + 6 H2O, окислении NO в NO2 кислородом по реакции
2 NO + O2 = 2 NO2 и поглощении NO2 водой с образованием HNO3 по суммарной реакции
4 NO2 + O2 + 2 H2O = 4 HNO3
Источником кислорода обычно служит атмосферный воздух. Вследствие этого после поглощения окислов азота водой в атмосферу выбрасывается значительное количество выхлопного газа, состоящего из азота (95-96% по объему), кислорода (2,5-4% по объему) и паров воды. Этот выхлопной газ загрязнен остатками окислов азота в количестве 0,01-0,2 об. % в зависимости от глубины абсорбции. При применении высокотемпературной каталитической очистки выхлопных газов от окислов азота с помощью природного газа по реакциям:
CH4 + 2 NO2 = CO2 + N2 + 2 H2O
CH4 + 4 NO = CO2 + 2 N2 + H2O
4 CH4 + 6 NO2 = 4 CO + 3 N2 + 8 H20 или селективной с помощью аммиака по реакциям:
8 NH3 + 6 NO2 = 7 N2 + 12 H2O
4 NH3 + 6 NO = 5 N2 + 6 H2O остаточное содержание окислов азота в выхлопных газах может быть доведено до 0,005 об. % , однако они при очистке, как следует из приведенных реакций, будут дополнительно загрязняться или окисью углерода в количестве до 0,14 об. % или аммиаком до 0,01 об. % .The production of nitric acid is based on the oxidation of ammonia by oxygen by reaction
4 NH 3 + 5 O 2 = 4 NO + 6 H 2 O, oxidation of NO to NO 2 by oxygen according to the reaction
2 NO + O 2 = 2 NO 2 and the absorption of NO 2 by water with the formation of HNO 3 according to the total reaction
4 NO 2 + O 2 + 2 H 2 O = 4 HNO 3
The source of oxygen is usually atmospheric air. As a result, after the absorption of nitrogen oxides by water, a significant amount of exhaust gas is emitted into the atmosphere, consisting of nitrogen (95-96% by volume), oxygen (2.5-4% by volume) and water vapor. This exhaust gas is contaminated with residues of nitrogen oxides in an amount of 0.01-0.2 vol. % depending on the depth of absorption. When applying high-temperature catalytic purification of exhaust gases from nitrogen oxides using natural gas by the reactions:
CH 4 + 2 NO 2 = CO 2 + N 2 + 2 H 2 O
CH 4 + 4 NO = CO 2 + 2 N 2 + H 2 O
4 CH 4 + 6 NO 2 = 4 CO + 3 N 2 + 8 H 2 0 or selective using ammonia according to the reactions:
8 NH 3 + 6 NO 2 = 7 N 2 + 12 H 2 O
4 NH 3 + 6 NO = 5 N 2 + 6 H 2 O the residual content of nitrogen oxides in the exhaust gases can be brought up to 0.005 vol. %, however, when cleaning, as follows from the above reactions, they will be further contaminated with carbon monoxide in an amount up to 0.14 vol. % or ammonia up to 0.01 vol. %
На 1 т HNO3 расходуется 724-726 нм3 02, а в атмосферу выбрасывается 3180-3380 нм3 выхлопных газов, содержащих 95-96% N2, 2,5-3,6% О2.724-726
На современных предприятиях мощности по производству азотной кислоты достигают 1,0 мин. т/год и более, следовательно, количество выхлопных газов составляет 3,2 млрд. м3 в год, выброс окислов азота с ними > 330 т NO2, 660 т СО или 240 т NH3.At modern enterprises, nitric acid production capacities reach 1.0 min. t / year and more, therefore, the amount of exhaust gases is 3.2 billion m 3 per year, the emission of nitrogen oxides with them> 330 t NO 2 , 660 t CO or 240 t NH 3 .
Поэтому, несмотря на глубокую очистку выхлопных газов от окислов азота, проблема снижения выбросов окислов азота и др. вредных веществ (CO- NH3) из азотнокислых производств сохраняется.Therefore, despite the deep purification of exhaust gases from nitrogen oxides, the problem of reducing emissions of nitrogen oxides and other harmful substances (CO-NH 3 ) from nitric acid plants remains.
Во много раз уменьшить количество выхлопных газов можно при использовании вместо воздуха технического кислорода с концентрацией 95-99,5% О2, производимого в современных воздухоразделительных установках.The amount of exhaust gases can be reduced many times by using technical oxygen instead of air with a concentration of 95-99.5% O 2 produced in modern air separation plants.
Замена воздуха техническим кислородом сопряжена со значительным увеличением себестоимости азотной кислоты. Поэтому в настоящее время кислород используется также в малотоннажном производстве концентрированной окиси азота для нужд производства капролактама. Replacing air with technical oxygen is associated with a significant increase in the cost of nitric acid. Therefore, at present, oxygen is also used in the small-tonnage production of concentrated nitric oxide for the needs of caprolactam production.
Однако рост требований к экологической чистоте промышленных предприятий повышает интерес к технологии производства азотной кислоты на основе технического кислорода. However, the growing requirements for environmental cleanliness of industrial enterprises increases interest in the technology for the production of nitric acid based on technical oxygen.
Так как аммиачно-кислородные смеси взрывоопасны, и процесс окисления аммиака в смеси с кислородом требует интенсивного отвода тепла от катализатора (без отвода температура в зоне реакции может достигнуть 2800оС), разработанные способы окисления аммиака на платиновом катализаторе при температуре 850-930оС позволяют окислять аммиак только в смеси с кислородом и инертным разбавителем, причем количество инертного разбавителя велико (65-70% по объему). При использовании воздуха таким инертным разбавителем является азот. В процессе получения концентрированных окислов азота разбавителем служит водяной пар. Преимуществом такого разбавления является возможность получать концентрированный по NOх газ, соответственно резко уменьшить объем абсорбционной аппаратуры. Однако применение водяного пара в качестве разбавителя дополнительно удорожает продукцию. Поэтому в крупнотоннажном производстве неконцентрированной азотной кислоты его применение в качестве разбавителя нецелесообразно.Since the ammonia-oxygen mixture are explosive, and the process of oxidation of ammonia in a mixture with oxygen requires intensive dissipation of heat from the catalyst (without discharging the reaction zone temperature can reach 2800 ° C), developed by means of ammonia oxidation at a platinum catalyst at a temperature of 850-930 C. they allow ammonia to be oxidized only in a mixture with oxygen and an inert diluent, and the amount of inert diluent is large (65-70% by volume). When using air, nitrogen is such an inert diluent. In the process of obtaining concentrated nitrogen oxides, the diluent is water vapor. The advantage of such a dilution is the ability to obtain a concentrated NO x gas, respectively, to sharply reduce the amount of absorption equipment. However, the use of water vapor as a diluent further increases the cost of production. Therefore, in large-scale production of non-concentrated nitric acid, its use as a diluent is impractical.
Изобретение относится к технологии производства неконцентрированной азотной кислоты на основе аммиака и технического кислорода с использованием в качестве разбавителя азота, причем разбавление аммиачно-кислородной смеси осуществляется путем рециркуляции выхлопных газов, состоящих на 95-96% из азота. The invention relates to a technology for the production of non-concentrated nitric acid based on ammonia and industrial oxygen using nitrogen as a diluent, and the dilution of the ammonia-oxygen mixture is carried out by recirculation of exhaust gases consisting of 95-96% of nitrogen.
Известны изобретения, касающиеся производства неконцентрированной азотной кислоты, в которых для разбавления аммиачно-кислородной смеси применяют рециркуляцию выхлопных газов после абсорбционной колонны, т. е. после извлечения из реакционных газов окислов азота. Known inventions are related to the production of non-concentrated nitric acid, in which exhaust gas recirculation after an absorption column is used to dilute the ammonia-oxygen mixture, i.e., after the extraction of nitrogen oxides from the reaction gases.
Известен способ производства азотной кислоты из аммиака и кислородсодержащего газа, причем содержание кислорода в нем выше 30% , а выхлопной газ рециркулируется. A known method for the production of nitric acid from ammonia and an oxygen-containing gas, the oxygen content in it is above 30%, and the exhaust gas is recycled.
Количество рециркулируемого выхлопного газа колеблется от 40 до 95% в зависимости от концентрации исходного кислородсодержащего газа, так как надо обеспечить вывод из системы инертных газов (N2 и Ar), содержание кислорода в рецикловом газе не превышает 8 об. % , преимущественно менее 5 об. % .The amount of recirculated exhaust gas varies from 40 to 95% depending on the concentration of the initial oxygen-containing gas, since it is necessary to ensure the inert gases (N 2 and Ar) are removed from the system, the oxygen content in the recycle gas does not exceed 8 vol. %, mainly less than 5 vol. %
Недостатком способа является большое количество циркулирующих газов, что приводит к росту габаритов аппаратов системы при одинаковой производительности и расходу энергоресурсов на перекачку циркулирующего газа. Это связано с тем, что по прототипу содержание кислорода в циркулирующих газах принято на уровне менее 5-8 об. % , преимущественно 2,5-3,6% . The disadvantage of this method is the large number of circulating gases, which leads to an increase in the size of the apparatus of the system with the same performance and energy consumption for pumping circulating gas. This is due to the fact that, according to the prototype, the oxygen content in the circulating gases is taken at a level of less than 5-8 vol. %, mainly 2.5-3.6%.
Целью изобретения является уменьшение количества циркулирующих газов и расхода энергии на его сжатие, увеличение выработки пара и снижение расхода аммиака за счет интенсификации процесса окисления NO в NO2 и абсорбции окислов азота водой.The aim of the invention is to reduce the amount of circulating gases and the energy consumption for its compression, increase steam production and reduce the consumption of ammonia due to the intensification of the oxidation of NO to NO 2 and the absorption of nitrogen oxides by water.
Согласно цели изобретения предлагается способ получения азотной кислоты окисление аммиака кислородом, включающий циркуляцию выхлопных газов. According to the purpose of the invention, a method for producing nitric acid, the oxidation of ammonia with oxygen, comprising the circulation of exhaust gases.
Новизна способа состоит в том, что содержание кислорода в циркулирующих газах поддерживают в пределах 10-60 об. % температуру смеси аммиака, кислорода и циркулирующих газов на выходе в реактор окисления аммиака поддерживают в пределах 160-170оС, часть циркулирующих выхлопных газов направляют на отдувку продукционной азотной кислоты от растворенных окислов азота, причем отбор этой части газов от общего потока производят до ввода в цикл всего количества кислорода, необходимого по балансу для процесса производства азотной кислоты, циркулирующие газы перед смешением с аммиаком и кислородом подвергают каталитической очистке от окислов азота, часть циркулирующих газов на отдувку азотной кислоты отбирают из верхней части абсорбционной колонны.The novelty of the method is that the oxygen content in the circulating gases is maintained in the range of 10-60 vol. Temperature% mixture of ammonia, oxygen and circulating the gases at the outlet in an ammonia oxidation reactor is maintained within 160-170 ° C, part of the exhaust gas fed to the circulating stripping productional nitric acid from the dissolved nitrogen oxides, wherein the selection of that part of the total flow of gases to produce I in the cycle of the total amount of oxygen necessary for the balance for the process of nitric acid production, the circulating gases are subjected to catalytic purification from nitrogen oxides before mixing with ammonia and oxygen, part of the qi kuliruyuschih stripping gas to nitric acid is withdrawn from the top of the absorption column.
Кроме того, целью изобретения является уменьшение количества циркулирующих газов. In addition, the aim of the invention is to reduce the amount of circulating gases.
Это достигается рядом приемов, основным из которых является увеличение содержания кислорода в циркулирующих газах выше 10 об. % . This is achieved by a number of methods, the main of which is an increase in the oxygen content in the circulating gases above 10 vol. %
Исследованы варианты с повышением содержания кислорода в циркулирующих газах до 60 об. % при использовании технического кислорода. The options with increasing oxygen content in circulating gases up to 60 vol. % when using technical oxygen.
Все примеры приведены для случаев применения кислорода с концентрацией 95 и 99,5 О2 (остальное азот и аргон), т. е. такого, какой производится в отечественных установках разделения воздуха. Может быть использован технический кислород с другой концентрацией O2, промежуточной между 95 и 99,5% . Применение кислорода с более низкой концентрацией нежелательно, так как резко растет расход кислорода и количество выхлопных газов, выбрасываемых в атмосферу.All examples are given for cases of using oxygen with a concentration of 95 and 99.5 O 2 (the rest is nitrogen and argon), i.e., that which is produced in domestic air separation plants. Technical oxygen with a different concentration of O 2 intermediate between 95 and 99.5% can be used. The use of oxygen with a lower concentration is undesirable, since oxygen consumption and the amount of exhaust gases emitted into the atmosphere increase sharply.
Результаты представлены на фиг. 1. Как следует из графика, с ростом содержания кислорода в циркулирующих газах для всех концентраций исходного технического кислорода (95-99,5% ) количество циркулирующих газов уменьшается. Например, при содержании кислорода в циркулирующих газах 50% их количество, которое подлежит сжатию в нагнетателе нитрозных газов, по сравнению с прототипом, т. е. при содержании О2 не более 8 об. % , уменьшается на 7-10% . Соответственно уменьшается расход энергии на сжатие газов (фиг. 2).The results are shown in FIG. 1. As follows from the graph, with an increase in the oxygen content in the circulating gases for all concentrations of the initial technical oxygen (95-99.5%), the amount of circulating gases decreases. For example, when the oxygen content in the circulating gases is 50%, their amount, which is to be compressed in the supercharger of nitrous gases, in comparison with the prototype, that is, when the content of O 2 is not more than 8 vol. % decreases by 7-10%. Accordingly, the energy consumption for gas compression is reduced (Fig. 2).
Также целью изобретения является увеличение выработки пара, онa достигаeтся тем же приемом - увеличением содержания кислорода в циркулирующих газах. Another objective of the invention is to increase the production of steam, it is achieved by the same method - an increase in the oxygen content in the circulating gases.
Это связано с тем, что с ростом концентрации кислорода в циркулирующих газах интенсифицируется процесс окисления NO в NO2, вследствие этого в зоне отвода тепла нитрозных газов, "котел-утилизатор-теплообменник подогрева выхлопных газов - экономайзер (880-200оС) " увеличивается доля тепла окисления NO в NO2 на выработку пара.This is due to the fact that with an increase in the concentration of oxygen in the circulating gases, the process of oxidation of NO to NO 2 is intensified, as a result of this, in the heat removal zone of nitrous gases, the "waste heat boiler-exhaust heat exchanger-economizer (880-200 о С)" increases the proportion of heat of oxidation of NO to NO 2 on steam production.
Зависимость выработки пара на 1 т NHO3 от содержания кислорода в нитрозных газах показана на фиг. 3.The dependence of steam production per 1 ton of NHO 3 on the oxygen content in nitrous gases is shown in FIG. 3.
Одновременно уменьшается отвод тепла нитрозных газов охлаждающей водой. At the same time, heat dissipation of nitrous gases by cooling water is reduced.
Эффект от уменьшения расхода энергии на сжатие циркулирующих газов проявляется в уменьшении расхода пара на приводную паровую турбину. The effect of reducing the energy consumption on the compression of the circulating gases is manifested in a decrease in the flow of steam to the drive steam turbine.
Складываясь, оба эффекта дают существенное увеличение отвода пара в качестве побочного продукта, что показано на фиг. 4. Adding up, both effects give a significant increase in steam removal as a by-product, as shown in FIG. 4.
При прочих равных условиях, увеличение содержания кислорода в циркулирующих газах за счет интенсификации процесса окисления NO в NO2способствует более глубокой абсорбции окислов азота водой (см. табл. 1) и, следовательно, уменьшению расхода аммиака.Other things being equal, an increase in the oxygen content in the circulating gases due to the intensification of the process of oxidation of NO to NO 2 contributes to a deeper absorption of nitrogen oxides by water (see Table 1) and, consequently, to a decrease in the consumption of ammonia.
Увеличение содержания кислорода в циркулирующем газе приводит к некоторому увеличению расхода кислорода на 1 т HNO3, поскольку увеличиваются потери кислорода с продувочными газами.An increase in the oxygen content in the circulating gas leads to a slight increase in the oxygen consumption per 1 ton of HNO 3 , since oxygen losses with the purge gases increase.
Увеличение количества продувочных газов и расхода кислорода в зависимости от содержания кислорода в циркулирующих газах показаны на фиг. 5 и 6. An increase in the amount of purge gases and oxygen consumption depending on the oxygen content in the circulating gases is shown in FIG. 5 and 6.
Однако в совокупности экономия аммиака и, особенно, энергоресурсов преобладает по стоимости по сравнению с увеличением расхода кислорода, снижение себестоимости продукции показано на фиг. 7 и 8. However, in the aggregate, the savings in ammonia and, especially, energy resources prevail in cost compared with an increase in oxygen consumption; a decrease in the cost of production is shown in FIG. 7 and 8.
Как следует из этих графиков для любой концентрации исходного кислорода (95-99,5% О2), минимум себестоимости соответствует концентрации кислорода в циркулирующих газах в диапазоне 30-50 об. % , в диапазоне 50-60 об. % себестоимость остается на одном уровне. При снижении O2 в газе ниже 30 об. % (до 10% и особенно 2,5% О2) увеличение себестоимости продукта становится существенным. Однако в определенных условиях снижение расхода кислорода может превалировать над другими соображениями, поэтому по изобретению нижняя граница оптимального содержания кислорода в циркулирующих газах принята 10% , верхняя - 60% , определена, как следует из фиг. 7 и 8, вследствие того, что увеличение концентрации кислорода выше 60 % в циркулирующих газах не приводит к уменьшению себестоимости продукции, но приводит к увеличению расхода кислорода, особенно при применении 95% -ного кислорода (см. фиг. 6).As follows from these graphs for any initial oxygen concentration (95-99.5% O 2 ), the minimum cost price corresponds to the oxygen concentration in the circulating gases in the range of 30-50 vol. %, in the range of 50-60 vol. % cost remains at the same level. With a decrease in O 2 in the gas below 30 vol. % (up to 10% and especially 2.5% O 2 ) the increase in the cost of the product becomes significant. However, under certain conditions, a decrease in oxygen consumption may prevail over other considerations; therefore, according to the invention, the lower limit of the optimal oxygen content in the circulating gases is taken to be 10%, the upper one - 60%, determined as follows from FIG. 7 and 8, due to the fact that an increase in oxygen concentration above 60% in circulating gases does not lead to a decrease in the cost of production, but leads to an increase in oxygen consumption, especially when using 95% oxygen (see Fig. 6).
Преимущественно содержание кислорода в циркулирующем газе должно поддерживаться в пределах 30-50 об. % . Advantageously, the oxygen content in the circulating gas should be maintained within the range of 30-50 vol. %
Поставленным целям служат и другие дополнительные признаки. The set goals are also served by other additional features.
Одним из них является установление оптимальной температуры смеси аммиака, кислорода и циркулирующих газов на входе в реактор окисления аммиака. One of them is to establish the optimal temperature of a mixture of ammonia, oxygen and circulating gases at the entrance to the ammonia oxidation reactor.
В современных установках на стадии окисления аммиака применяют давление 3-10 атм, соответственно температура процесса на платиновых сетках 850-930оС. При этом температуру аммиачно-воздушной смеси на входе в реактор принимают 200-230оС, что позволяет поддерживать содержание аммиака в смеси 9,5-10,0 об. % и обеспечивать оптимальное отношение кислорода к аммиаку в смеси на уровне 1,8-1,9.In modern installations, a pressure of 3-10 atm is used at the stage of ammonia oxidation, respectively, the process temperature on platinum grids is 850-930 о С. At that, the temperature of the ammonia-air mixture at the inlet to the reactor is taken to be 200-230 о С, which allows maintaining the ammonia content in mixtures 9.5-10.0 vol. % and provide the optimal ratio of oxygen to ammonia in the mixture at the level of 1.8-1.9.
В способах с использованием кислорода вместо воздуха, когда содержание кислорода в исходной смеси велико, можно поднимать содержание аммиака в смеси и выше, до 11,0% , и соответственно снизить температуру исходной смеси ниже 200оС. Повышение содержания аммиака в исходной смеси снижает объем циркулирующего газа.In the methods using oxygen instead of air when the oxygen content in the initial mixture is large, it is possible to raise the content of ammonia in the mixture and above, and 11.0%, respectively, and reduce the temperature of the initial mixture below 200 ° C. Increasing the content of ammonia in the feed reduces the amount of circulating gas.
По предлагаемому способу оптимальная температура исходной смеси принята 160-170оС.According to the proposed method, the optimal temperature of the initial mixture adopted 160-170 about C.
На фиг. 1 количество циркулирующего газа для всех вариантов определено, исходя из температуры исходной смеси на входе 160оС.In FIG. 1 the amount of circulating gas for all options is determined based on the temperature of the initial mixture at the inlet 160 about C.
Оптимальная температура 150-170оС определена на основании следующих технологических особенностей процесса.The optimum temperature of 150-170 about With determined on the basis of the following technological features of the process.
Даже при глубокой абсорбции окислов азота водой на выходе из адсорбционной колонны в циркулирующих газах содержатся остатки окислов азота и паров азотной кислоты. Even with deep absorption of nitrogen oxides by water, residues of nitrogen oxides and nitric acid vapor are contained in the circulating gases at the outlet of the adsorption column.
При смешении с аммиаком и кислородом в смесителе газов перед реактором окисления аммиака не исключено образование нитрит-нитратных солей вследствие взаимодействия аммиака с окислами азота и парами азотной кислоты. Однако если поддерживать температуру смеси на уровне 160-170оС, то отложение этих солей в смесителе исключается вследствие того, что нитрит аммония разлагается при температуре выше 140оС, а нитрат аммония плавится при этой температуре.When mixed with ammonia and oxygen in a gas mixer in front of the ammonia oxidation reactor, the formation of nitrite-nitrate salts is not ruled out due to the interaction of ammonia with nitrogen oxides and nitric acid fumes. However, if the mixture to maintain the temperature at 160-170 C, the deposition of these salts in the mixer is eliminated because the ammonium nitrite is decomposed at temperatures above 140 ° C, and the ammonium nitrate is melted at this temperature.
Снижать температуру смеси ниже 160оС нежелательно из-за условий безопасности процесса, а повышать выше 170оС - нецелесообразно, так как это приводит к увеличению объема циркулирующих газов, поскольку содержание NH3 в смеси снижается, чтобы обеспечить ту же температуру на катализаторных сетках.Reduce the temperature of the mixture below 160 ° C is undesirable due to process safety conditions and increase above 170 ° C - is impractical because it leads to an increase in the circulating gases because the content of NH 3 in the mixture is reduced to provide the same temperature in the catalyst meshes .
Следующим приемом является ввод в систему всего количества кислорода, необходимого по балансу для получения HNO3, в точке после отбора части циркулирующих газов на отдувку продукционной кислоты от окислов азота.The next technique is to introduce into the system the total amount of oxygen necessary for the balance to produce HNO 3 , at the point after taking part of the circulating gases to blow off the production acid from nitrogen oxides.
Этот прием полезен, так как увеличивается доля кислорода в газе, проходящем через реактор окисления аммиака. Поскольку объемная теплоемкость кислорода выше, чем у азота и особенно аргона, то при прочих равных условиях (состав исходного технического кислорода, содержание кислорода в циркулирующихи газах, температура процесса окисления аммиака) дополнительно уменьшается объем циркулирующих газов. This technique is useful because the proportion of oxygen in the gas passing through the ammonia oxidation reactor increases. Since the volumetric heat capacity of oxygen is higher than that of nitrogen and especially argon, ceteris paribus (the composition of the initial technical oxygen, the oxygen content in the circulating gases, the temperature of the ammonia oxidation process), the volume of circulating gases decreases further.
В пределах предложенного способа циркулирующий газ перед подачей его на смешение с аммиаком и кислородом может быть очищен от остатков окислов азота и следов азотной кислоты при помощи каталитической очистки, преимущественно селективной с использованием в качестве восстановителя аммиака. Within the framework of the proposed method, the circulating gas can be purified from residues of nitrogen oxides and traces of nitric acid before catalyzing it with ammonia and oxygen by means of catalytic purification, mainly selective using ammonia as a reducing agent.
Как и для обычных систем, применение каталитической очистки особенно целесообразно в схемах с низким давлением в системе, когда трудно обеспечить глубокую адсорбцию окислов азота. As for conventional systems, the use of catalytic purification is especially advisable in schemes with low pressure in the system, when it is difficult to provide deep adsorption of nitrogen oxides.
В этой связи полезен предлагаемый прием (для систем с одним давлением) по отбору части циркулирующего газа на отдувку продукционной кислоты из верхней части абсорбционной колонны, так как эта часть газов не требует глубокой очистки от окислов азот; применение этого приема позволяет увеличить время пребывания остальной части циркулирующего газа в абсорбционной колонне и несколько повысить поглощение остатков окислов азота из нее в абсорбционной колонне. In this regard, the proposed technique (for systems with one pressure) is useful in selecting a portion of the circulating gas to blow off production acid from the upper part of the absorption column, since this part of the gases does not require deep purification from nitrogen oxides; the application of this technique allows to increase the residence time of the rest of the circulating gas in the absorption column and to slightly increase the absorption of residual nitrogen oxides from it in the absorption column.
Основная новизна способа и его существенное отличие от аналогов заключается в том, что содержание кислорода в циркулирующих газах, состоящих из смеси кислорода, азота, аргона и водяных паров, поддерживается в пределах 10-60 об. % , преимущественно 30-50 об. % . The main novelty of the method and its significant difference from analogues is that the oxygen content in the circulating gases, consisting of a mixture of oxygen, nitrogen, argon and water vapor, is maintained in the range of 10-60 vol. %, mainly 30-50 vol. %
Обладают новизной и существенным отличием от аналогов технические решения по поддержанию температуры смеси аммиака, кислорода и циркулирующих газов перед реактором окисления аммиака в пределах 160-170оС с соответствующим повышением содержания аммиака в смеси при прочих равных условиях, а также по вводу всего кислорода, нужного для процесса, после отбора части циркулирующих газов на отдувку продукционной кислоты из окислов азота.Are new and significant difference from analogues technical solutions for maintaining the temperature a mixture of ammonia, oxygen and circulating gas before the ammonia oxidation reactor in the range 160-170 C with a corresponding increase in the ammonia content in the mixture under otherwise equal conditions, and for writing all the oxygen required for the process, after taking part of the circulating gases to blow off the production acid from nitrogen oxides.
Приведенные технические решения обладают признаком "существенные отличия" по отношению к прототипу, аналогам и другим неизвестным способам получения неконцентрированной азотной кислоты. The above technical solutions have the sign of "significant differences" in relation to the prototype, analogues and other unknown methods for producing non-concentrated nitric acid.
Осуществление способа по изобретению представлено на фиг. 9, где: 1 - линия газообразного аммиака; 2 - смеситель; 3 - реактор окисления аммиака; 4 - линия кислорода; 5 - компрессор кислорода; 6 - смеситель; 7 - линия смеси кислорода и выхлопного газа; 8 - котел-утилизатор; 9 - линия нитрозных газов; 10 - блок теплообменников; 11 - реактор каталитической очистки; 12 - газовая турбина; 13 - нагнетатель нитрозных газов; 14 - абсорбционная колонна; 15, 16, 19 - линии циркулирующих газов; 17 - отдувочная колонна; 18 - линия азотной кислоты; 20 - выхлоп продувочного газа в атмосферу; 21 - линия выдачи перегретого пара; 22 - линия питательной воды; 23 - линия оборотной воды. The implementation of the method according to the invention is shown in FIG. 9, where: 1 - line of gaseous ammonia; 2 - mixer; 3 - ammonia oxidation reactor; 4 - line of oxygen; 5 - oxygen compressor; 6 - mixer; 7 is a line of a mixture of oxygen and exhaust gas; 8 - waste heat boiler; 9 - line of nitrous gases; 10 - block heat exchangers; 11 - catalytic treatment reactor; 12 - gas turbine; 13 - a supercharger of nitrous gases; 14 - absorption column; 15, 16, 19 - lines of circulating gases; 17 - stripping column; 18 - line of nitric acid; 20 - purge gas exhaust into the atmosphere; 21 - line issuing superheated steam; 22 - feed water line; 23 - line of recycled water.
На рисунке показаны пунктиром линии и аппараты, которые относятся к отдельным подпунктам осуществления способа. The figure shows the dashed lines and apparatuses that relate to individual sub-items of the method.
Газообразный аммиак по линии 1 поступает во встроенный смеситель 2, в котором смешивается со смесью кислорода и циркулирующего выхлопного газа, поступающей по линии 7 из смесителя 6. Технический 95-99,5% -ный кислород поступает из блока разделения воздуха по линии 4, сжимается в компрессоре 5 до давления, соответствующего принятому на стадии окисления аммиака. Циркулирующий газ поступает в смеситель 6 по линии 15 из абсорбционной колонны 14; предварительно он нагревается в теплообменных блоках 10 до нужной температуры, преимущественно до 250-300оС при наличии в схемах с рекуперативной газовой турбиной 12 или селективной каталитической очисткой циркулирующих газов от окислов азота в реакторе 11.Ammonia gas through
Рекуперативная газовая турбина устанавливается в схемах с двумя давлениями, когда давление на стадии абсорбции значительно больше давления на стадии окисления аммиака. Реактор каталитической очистки 11 устанавливается в тех случаях, когда предпочитают в абсорбционной колонне 14 не добиваться глубокой абсорбции окислов азота или это трудно достичь при низком давлении в системе. В схемах с одним давлением и без каталитической очистки циркулирующий газ нагревается в теплообменном блоке 10 до 160-170оС.The regenerative gas turbine is installed in two-pressure circuits when the pressure in the absorption stage is much higher than the pressure in the ammonia oxidation stage. The
Нитрозный газ из реактора окисления аммиака 3 после охлаждения в котле-утилизаторе 8, теплообменных блоках 10, сжатия в нагнетателе 13 поступает в абсорбционную колонну 14, в которой поглощаются окислы азота с получением азотной кислоты нужной концентрации. Циркулирующий газ отводится из колонны по линии 15 и направляется на смешение с кислородом и аммиаком. Nitrous gas from
Часть циркулирующего газа (10-15% от общего потока) направляется по линии 16 в отдувочную колонну 17 для отдувки продукционной кислоты от растворимых окислов азота. Так как в точке отбора выхлопной газ может иметь температуру 160-170оС, то эта часть газа предварительно охлаждается до более низкой температуры.Part of the circulating gas (10-15% of the total flow) is sent via
По линии 19, показанной пунктиром, отбирается циркулирующий газ для отдувки окислов азота в колонне 17 в одном из вариантов осуществления способа. Продувка осуществляется по линии 20; количество продувочного газа предопределено концентрацией исходного технического кислорода, степенью конверсии аммиака и содержанием кислорода в циркулирующем газе, продувка обеспечивает вывод азота и аргона из системы и постоянный состав циркулирующих газов. A
Примеры осуществления способа. Examples of the method.
Способ по изобретению может быть осуществлен по различным вариантам технологической схемы (одно или два давления в системе), с различным уровнем давления в смесителе, с каталитической очисткой циркуляционных газов и без нее. The method according to the invention can be carried out according to various variants of the technological scheme (one or two pressures in the system), with different levels of pressure in the mixer, with and without catalytic purification of circulating gases.
Примеры осуществления способа даны для наиболее распространенной схемы с давлением на стадии окисления аммиака 4-5 атм, на стадии абсорбции 10-15 атм. Examples of the method are given for the most common scheme with pressure at the stage of ammonia oxidation of 4-5 atm, at the absorption stage of 10-15 atm.
Соответственно в примерах температура процесса окисления аммиака принята 880оС (оптимальная для давления около 5 атм) температура смеси аммиака, кислорода и циркулирующих газов - 160оС, степень конверсии аммиака - 96% .Accordingly, in the examples the ammonia oxidation process temperature adopted 880 ° C (the optimum pressure of about 5 atm) temperature of the mixture of ammonia, oxygen and circulating gases - 160 ° C, the degree of conversion of ammonia - 96%.
Данные материального баланса на 1 т НNO3 приведены в табл. 2.The material balance data for 1 t of НNO 3 are given in table. 2.
Экономическая эффективность способа по изобретению определена только по отношению к прототипу, поскольку базового производства азотной кислоты с применением в качестве сырья технического кислорода в настоящее время нет, а принимать в качестве базового производства по обычной схеме с применением воздуха нельзя, так как применение кислорода приводит к увеличению себестоимости азотной кислоты по сравнению с обычным процессом с использованием воздуха; предпосылкой для применения такого способа являются только соображения экологического порядка из-за многократного снижения выброса NOx в атмосферу.The economic efficiency of the method according to the invention is determined only in relation to the prototype, since there is currently no basic production of nitric acid using technical oxygen as a raw material, and it is impossible to accept as a basic production according to the usual scheme using air, since the use of oxygen leads to an increase the cost of nitric acid compared to a conventional process using air; The prerequisite for the application of this method is only environmental considerations due to the multiple reduction in the emission of NO x into the atmosphere.
Методики расчета экономической эффективности предотвращенного ущерба от уменьшения сброса NOx в атмосферу нет.There are no methods for calculating the economic efficiency of the prevented damage from reducing the discharge of NO x into the atmosphere.
Как отмечалось, экономический эффект по сравнению с прототипом определяется, в основном, эффективностью повышения содержания кислорода в циркулирующих газах, способствуют этому и другие приемы изобретения. As noted, the economic effect in comparison with the prototype is determined mainly by the efficiency of increasing the oxygen content in the circulating gases, and other methods of the invention contribute to this.
На фиг. 7 и 8 представлены результаты расчетов себестоимости 1 т HNO3 в ценах на энергоресурсы на 1991 г. , на фиг. 7 - в ценах Кемеровского ПО "Азот", на фиг. 8 - в ценах Куйбышевского ПО "Азот". Кривая 1 соответствует использованию 99,5% -ного кислорода 0,5% Ar, кривая 2 - 95% -ного О2, 3% Ar, 2% N2.In FIG. 7 and 8 show the results of calculating the cost of 1 ton of HNO 3 in energy prices for 1991, and FIG. 7 - in the prices of the Kemerovo Production Association "Nitrogen", in FIG. 8 - in the prices of the Kuibyshev Production Association "Nitrogen".
Из расчетов следует, что при содержании кислорода в циркулирующей смеси 30-50 об. % (по изобретению) себестоимость 1 т HNO3снижается по сравнению с процессом по прототипу (содержание О2 в циркулирующих газах 2,5-8 об. % ) в среднем на 0,9 руб. на 1 т для варианта использования 99,5% -ного кислорода и на ≈ 1,0 руб. для варианта использования 95% -ного кислорода.From the calculations it follows that when the oxygen content in the circulating mixture is 30-50 vol. % (according to the invention) the cost of 1 ton of HNO 3 is reduced compared with the process of the prototype (the content of O 2 in the circulating gases of 2.5-8 vol.%) by an average of 0.9 rubles. 1 ton for the use of 99.5% oxygen and ≈ 1.0 rubles. for the use of 95% oxygen.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4940327 RU2009996C1 (en) | 1991-05-31 | 1991-05-31 | Method of producing nitric acid |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4940327 RU2009996C1 (en) | 1991-05-31 | 1991-05-31 | Method of producing nitric acid |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009996C1 true RU2009996C1 (en) | 1994-03-30 |
Family
ID=21576681
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU4940327 RU2009996C1 (en) | 1991-05-31 | 1991-05-31 | Method of producing nitric acid |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2009996C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2580919C2 (en) * | 2011-05-16 | 2016-04-10 | Дзе Юниверсити Оф Сидней | Complex method for obtaining ammonium nitrate |
| CN116354320A (en) * | 2016-09-19 | 2023-06-30 | 斯塔米卡邦有限公司 | Apparatus and method for producing nitric acid |
-
1991
- 1991-05-31 RU SU4940327 patent/RU2009996C1/en active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2580919C2 (en) * | 2011-05-16 | 2016-04-10 | Дзе Юниверсити Оф Сидней | Complex method for obtaining ammonium nitrate |
| CN116354320A (en) * | 2016-09-19 | 2023-06-30 | 斯塔米卡邦有限公司 | Apparatus and method for producing nitric acid |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3991167A (en) | Process for lowering nitrogen oxides in effluent gases | |
| KR20000052536A (en) | Method for production of nitric acid | |
| CN103987443B (en) | The nitric acid production improved | |
| KR100622167B1 (en) | High productivity process to produce maleic anhydride from n-butane | |
| US3927182A (en) | Process for making nitric acid by the ammonia oxidation-nitric oxide oxidation-water absorption method | |
| KR100319437B1 (en) | Direct oxygen injection in nitric acid production | |
| CN101947405B (en) | Method for circularly absorbing NOX and SO3 in nitrified tail gas by using sulfuric acid | |
| US3671194A (en) | Sulfur dioxide conversion | |
| Uriarte | Nitrous oxide (N2O)—Waste to value | |
| US3716625A (en) | Process for the production of nitric acid with a concentration of over 70 percent by weight | |
| CN213416274U (en) | Coal fired power plant thermochemical water splitting hydrogen production coupling ozone denitration device | |
| RU2009996C1 (en) | Method of producing nitric acid | |
| EP1448294B1 (en) | Method of treating a regeneration gas from s-zorb process | |
| JPH1029809A (en) | Production method of nitric acid and plant therefor | |
| CA1069675A (en) | Nitrogen oxide conversion process | |
| US4049777A (en) | Method of waste gas treatment | |
| CN115155277A (en) | Method for reducing nitrogen oxides in tail gas in nitrate production | |
| EP0379307B1 (en) | Process for removing SOx from a gaseous mixture | |
| CN100540117C (en) | Nitric acid tail gas processing method | |
| US4276277A (en) | Manufacture of concentrated nitric acid | |
| CN111821837A (en) | Method for removing nitrogen oxides from an exhaust gas stream | |
| CN217829533U (en) | System for reducing nitrogen oxides in tail gas | |
| EP0863843B1 (en) | Nitric acid production and recycle | |
| CN1425487A (en) | Method for single stage circulation absorbing nitrogen oxide intail gas by dilute nitric acid | |
| RU2069173C1 (en) | Method of sodium nitrite production |