RU2296706C1 - Method of the non-concentrated nitric acid production - Google Patents

Method of the non-concentrated nitric acid production Download PDF

Info

Publication number
RU2296706C1
RU2296706C1 RU2005130083/15A RU2005130083A RU2296706C1 RU 2296706 C1 RU2296706 C1 RU 2296706C1 RU 2005130083/15 A RU2005130083/15 A RU 2005130083/15A RU 2005130083 A RU2005130083 A RU 2005130083A RU 2296706 C1 RU2296706 C1 RU 2296706C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
exhaust gases
temperature
nitric acid
catalyst
production
Prior art date
Application number
RU2005130083/15A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Надежда Васильевна Горшкова (RU)
Надежда Васильевна Горшкова
Людмила Петровна Егорова (RU)
Людмила Петровна Егорова
Людмила Петровна Грошева (RU)
Людмила Петровна Грошева
Анатолий Петрович Лагуткин (RU)
Анатолий Петрович Лагуткин
Андрей Анатольевич Поморцев (RU)
Андрей Анатольевич Поморцев
Николай Викторович Юргенсон (RU)
Николай Викторович Юргенсон
Максим Лейбович Ферд (RU)
Максим Лейбович Ферд
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Акрон"
Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский и проектный институт азотной промышленности и продуктов органического синтеза" (ОАО "ГИАП")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Акрон", Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский и проектный институт азотной промышленности и продуктов органического синтеза" (ОАО "ГИАП") filed Critical Открытое акционерное общество "Акрон"
Priority to RU2005130083/15A priority Critical patent/RU2296706C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2296706C1 publication Critical patent/RU2296706C1/en

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02CCAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/10Capture or disposal of greenhouse gases of nitrous oxide (N2O)

Landscapes

  • Catalysts (AREA)

Abstract

FIELD: chemical industry; methods of production of the non-concentrated nitric acid.
SUBSTANCE: the invention is pertaining to the method of production of the nitric acid and may be used in chemical industry in the power-engineering operational layouts of production of the nitric acid containing the recuperation and high-temperature gas-turbine aggregate with application of the low-temperature catalytic selective purification of the exhaust gases from nitrogen oxides. The method of production of the non-concentrated nitric acid includes production of the nitrogen oxides by ammonia oxidizing, their absorption by the water, the catalytic purification of the exhaust gases after absorption by recovery of the residual nitrogen oxides by ammonia, their heating before feeding into the gaseous turbine by interaction of the methane with the oxygen on the catalytic agent ensuring decomposition of the nitrous oxide till the residual content of 5÷60 ppm. As the catalytic agent use the high-temperature manganese -alumina catalytic agent with the contents of the active component - Mn2О3 ≥ 10 mass % on the A12O3 carrier at the volumetric speed of the flow of 15000-25000 hour-1. The oxygen content in the exhaust gases after the absorption is maintained within the range of 2.9-3.5 volumetric %, the volumetric ratio of CH4/O2 at the inlet of the reactor is within the range 0.37 - 0.48. The method ensures the high level of the ecological purity of the exhaust gases, reduces the consumption of the natural gas used for heating up of the purified exhaust gases up to the temperature of no less than 730°C.
EFFECT: the invention ensures the high level of the ecological purity of the exhaust gases, reduction of the consumption of the natural gas used for heating up of the purified exhaust gases up to the temperature of no less than 730°C.
3 ex, 5 tbl

Description

Настоящее изобретение касается способа производства неконцентрированной азотной кислоты и может быть использовано в азотной промышленности, в частности, в энерготехнологических схемах производства азотной кислоты, содержащих рекуперационный высокотемпературный газотурбинный агрегат с применением низкотемпературной каталитической селективной очистки выхлопных газов от оксидов азота.The present invention relates to a method for the production of non-concentrated nitric acid and can be used in the nitrogen industry, in particular, in energy technological schemes for the production of nitric acid containing a recovery high-temperature gas-turbine unit using low-temperature catalytic selective exhaust gas purification from nitrogen oxides.

В современных энерготехнологических установках газовую смесь после очистки ее от оксидов азота подогревают для использования в качестве рабочего тела газовой турбины за счет сжигания природного газа. При существенном увеличении цен на природный газ снижение его расхода в производственных процессах весьма актуально.In modern energy-technological installations, the gas mixture is heated after purification from nitrogen oxides for use as a working fluid of a gas turbine by burning natural gas. With a significant increase in natural gas prices, a decrease in its consumption in production processes is very important.

Кроме этого, к современным тенденциям развития технологии азотной кислоты в числе других относится снижение выбросов закиси азота - третьего по значимости выбросов парникового газа. Согласно Киотскому Протоколу, закись азота (N2O) признана одним из шести парниковых газов, содержание которых в атмосфере должно сокращаться и контролироваться.In addition, the current trends in the development of nitric acid technology, among others, include the reduction of nitrous oxide emissions, the third largest greenhouse gas emission. According to the Kyoto Protocol, nitrous oxide (N 2 O) is recognized as one of six greenhouse gases, the content of which in the atmosphere should be reduced and controlled.

Известен способ производства азотной кислоты с применением способа очистки выхлопных газов от оксидов азота с одновременным их подогревом до температуры, необходимой для получения в турбине энергии, равной механической энергии на сжатие воздуха и нитрозного газа, включающий смешение выхлопного газа с природным газом, подачу газовой смеси в реактор каталитической очистки, где на двухступенчатом катализаторе, при избытке природного газа, происходит высокотемпературное восстановление оксидов азота до азота и воды (Производство азотной кислоты в агрегатах большой единичной мощности. Под ред. В.М.Олевского. М., Химия, 1985, стр.51-52; 220-222).A known method of producing nitric acid using a method of purifying exhaust gases from nitrogen oxides while heating them to the temperature necessary to obtain energy in the turbine equal to the mechanical energy for compressing air and nitrous gas, including mixing the exhaust gas with natural gas, feeding the gas mixture into catalytic treatment reactor, where on a two-stage catalyst, with an excess of natural gas, high-temperature reduction of nitrogen oxides to nitrogen and water occurs (Nitrogen production acids in aggregates of large unit capacity, edited by V. M. Olevsky. M., Chemistry, 1985, pp. 51-52; 220-222).

В качестве первой ступени используется палладированный катализатор марки АПК-2, содержащий 2 мас.% палладия (Pd), нанесенного на оксид алюминия α-Al2O3, или смесь катализаторов АПК-2 и АПЭК-0,5 (содержащего 0,5 мас.% нанесенного Pd) в соотношении (1:2). В качестве второй ступени используется оксид алюминия α-Al2O3.As the first stage, a APK-2 grade palladium catalyst is used, containing 2 wt.% Palladium (Pd) supported on α-Al 2 O 3 aluminum oxide, or a mixture of APK-2 and APEK-0.5 catalysts (containing 0.5 wt.% applied Pd) in the ratio (1: 2). As the second stage, aluminum oxide α-Al 2 O 3 is used .

Процесс восстановления оксидов азота до азота и воды протекает в среде, практически не содержащей кислорода, при исходном соотношении CH4/O2, равном 0,525:0,6. Расчетная температура выхлопного газа на входе в реактор 480°С, на выходе 770°С. Повышение температуры газовой среды происходит в основном в результате "выжигания" кислорода на первом слое катализатора. Горячие выхлопные газы направляются в качестве рабочего тела на рекуперационную газовую турбину.The process of reducing nitrogen oxides to nitrogen and water proceeds in an environment that is practically free of oxygen, with an initial ratio of CH 4 / O 2 equal to 0.525: 0.6. The calculated temperature of the exhaust gas at the inlet to the reactor is 480 ° C, at the outlet 770 ° C. An increase in the temperature of the gaseous medium occurs mainly as a result of the “burning out” of oxygen on the first catalyst bed. Hot exhaust gases are sent as a working fluid to a recovery gas turbine.

Основные недостатки этого способа:The main disadvantages of this method:

- высокая стоимость катализаторов, содержащих дорогостоящий Pd;- high cost of catalysts containing expensive Pd;

- строгое ограничение по содержанию кислорода в выхлопных газах, поступающих на очистку в каталитический реактор;- strict restriction on the oxygen content in the exhaust gases entering the catalytic reactor for purification;

- жесткая связь работы каталитического реактора и газотурбинной установки;- tight connection between the operation of the catalytic reactor and the gas turbine unit;

- наличие в очищенных газах вредных примесей - монооксида углерода до 0,15 об.% и аммиака до 0,035 об.%;- the presence in the purified gases of harmful impurities - carbon monoxide up to 0.15 vol.% and ammonia up to 0.035 vol.%;

- повышенные расходы газа-восстановителя (природного газа) на очистку из-за необходимости проведения реакции в восстановительной среде.- increased costs of reducing gas (natural gas) for cleaning due to the need for a reaction in a reducing environment.

Известен способ очистки выхлопного газа, используемый в производстве азотной кислоты, с одновременным термохимическим нагревом газового потока для его подготовки в качестве рабочего тела, включающий смешение выхлопного газа с метаном, подачу смеси на два слоя катализаторов, на которых происходит процесс восстановления оксидов азота. При этом метан или газовая смесь предварительно смешиваются с аммиаком или аммиаксодержащим газом; в качестве катализатора первого слоя используют цеолитовый катализатор, а в качестве второго слоя - никель-медь-цементный катализатор или цинк-хромовый катализатор. Термохимический нагрев осуществляют до 620-790°С [RU 2234970, 2003, B01D 53/56, B01D 53/86].A known method of purification of exhaust gas used in the production of nitric acid, with simultaneous thermochemical heating of the gas stream to prepare it as a working fluid, comprising mixing the exhaust gas with methane, supplying the mixture to two catalyst layers on which the process of reduction of nitrogen oxides takes place. In this case, methane or gas mixture is pre-mixed with ammonia or ammonia-containing gas; as a catalyst for the first layer, a zeolite catalyst is used, and as a second layer, a nickel-copper-cement catalyst or a zinc-chromium catalyst. Thermochemical heating is carried out to 620-790 ° C [RU 2234970, 2003, B01D 53/56, B01D 53/86].

Недостатки данного изобретения:The disadvantages of this invention:

- использование в качестве второго слоя никель-медь-цементных катализаторов, нестабильных при работе в окислительном режиме - при снижении отношения СН4/O2<0,5 переходит в окислительную форму, при этом резко снижается степень конверсии метана и падает температура в зоне реакции;- the use as a second layer of nickel-copper-cement catalysts, unstable when operating in the oxidizing mode - when the ratio of CH 4 / O 2 <0.5 decreases, it goes into the oxidizing form, while the degree of methane conversion decreases sharply and the temperature in the reaction zone decreases ;

- недостаточная каталитическая активность цинк-хромового катализатора в процессе эксплуатации - проверено в процессе опытных испытаний - результаты в таблице 1; механическая прочность на истирание снижается до недопустимых значений;- insufficient catalytic activity of the zinc-chromium catalyst during operation - verified in the process of pilot testing - the results in table 1; mechanical abrasion resistance is reduced to unacceptable values;

- в очищенных выхлопных газах после каталитической системы будут присутствовать СО, CH4, так как конверсия метана на предложенных катализаторах не происходит на 100%;- CO, CH 4 will be present in the purified exhaust gases after the catalytic system, since methane conversion on the proposed catalysts does not occur 100%;

- не решается вопрос снижения выбросов закиси азота;- the issue of reducing nitrous oxide emissions is not being addressed;

- подогрев газовой смеси до 620°С не является оптимальным, так как при этом недостаточно повышается мощность газовой турбины [Производство азотной кислоты в агрегатах большой единичной мощности. Под ред. В.М.Олевского. М., Химия, 1985, стр.141, 221, 224].- heating the gas mixture to 620 ° C is not optimal, since it does not increase the capacity of the gas turbine [Nitric acid production in units of large unit capacity. Ed. V.M. Olevsky. M., Chemistry, 1985, p. 141, 221, 224].

Таблица 1.
Активность цинк-хромового катализатора в процессе окисления метана при объемной скорости газов 20000 ч-1.
Table 1.
The activity of the zinc-chromium catalyst in the process of methane oxidation at a gas volumetric velocity of 20,000 h -1 .
Объемное отношение метан/кислородVolumetric ratio methane / oxygen Конверсия метана, %Methane Conversion,% Восстановленная формаRestored form Окисленная формаOxidized form исходный катализаторsource catalyst катализатор после пробега 2000 чthe catalyst after run 2000 h исходный катализаторsource catalyst катализатор после пробега 2000 чthe catalyst after run 2000 h 0,520.52 84,384.3 79,979.9 42,942.9 7,27.2 0,480.48 82,082.0 41,241.2 94,494.4 7,27.2 0,410.41 97,397.3 83,983.9 99,799.7 4,54,5

Известен способ производства азотной кислоты с применением селективной очистки выхлопных газов от оксидов азота до азота и воды на низкотемпературном алюмомедноцинковом катализаторе марки АМЦ-10 с использованием аммиака и последующим нагревом очищенных газов до требуемых температур [Производство азотной кислоты в агрегатах большой единичной мощности. Под ред. В.М.Олевского, М., Химия, 1985, стр.290-303].A known method for the production of nitric acid using selective purification of exhaust gases from nitrogen oxides to nitrogen and water on a low-temperature alumino-zinc catalyst brand AMC-10 using ammonia and subsequent heating of the purified gases to the required temperatures [Production of nitric acid in units of large unit capacity. Ed. V. M. Olevsky, M., Chemistry, 1985, pp. 290-303].

Температура в зоне каталитической реакции при данном способе очистки 280-300°С. Повышение температуры при очистке газов происходит на 10°С. Очищенный выхлопной газ нагревается от 290-310°С до температуры 760-780°С в блоке подогрева выхлопных газов БНГ-172 за счет тепла сжигания природного газа в топке радиационной части подогревателя.The temperature in the catalytic reaction zone with this purification method is 280-300 ° C. The temperature increase during gas cleaning occurs at 10 ° C. The purified exhaust gas is heated from 290-310 ° C to a temperature of 760-780 ° C in the BNG-172 exhaust gas heating unit due to the heat of natural gas burning in the furnace of the radiation part of the heater.

После реактора в газе обеспечивается содержание NOx не более 0,005%, NH3 - не более 0,01 об.%, что подтверждено практически на промышленных агрегатах.After the reactor, the gas provides a NO x content of not more than 0.005%, NH 3 not more than 0.01 vol.%, Which is confirmed practically on industrial units.

Недостатки данного способа:The disadvantages of this method:

- значительный расход природного газа в качестве топливного для нагрева очищенных газов от 290-310°С до температуры 760-780°С;- significant consumption of natural gas as fuel for heating purified gases from 290-310 ° C to a temperature of 760-780 ° C;

- значительные материальные затраты на строительство блока нагрева выхлопных газов и монтаж оборудования;- significant material costs for the construction of an exhaust gas heating unit and equipment installation;

- не решается вопрос снижения выбросов с выхлопными газами закиси азота.- the issue of reducing emissions of nitrous oxide is not resolved.

Известен способ получения азотной кислоты, включающий окисление аммиака, поглощение оксидов азота водой, отвод продукционной кислоты потребителю, подогрев отходящих газов, их селективную очистку в присутствии аммиака и рекуперацию тепла в газовой турбине [RU 2096316, 1995, С01В 21/40, B01D 53/34]. В очищенный газ после селективной очистки вводят природный газ, смесь нагревают до температуры выше 450°С и перед подачей на турбину природный газ сжигают на катализаторе.A known method of producing nitric acid, including the oxidation of ammonia, the absorption of nitrogen oxides by water, the removal of production acid to the consumer, heating the exhaust gases, their selective purification in the presence of ammonia and heat recovery in a gas turbine [RU 2096316, 1995, C01B 21/40, B01D 53 / 34]. After selective purification, natural gas is introduced into the purified gas, the mixture is heated to a temperature above 450 ° C, and before being fed to the turbine, natural gas is burned on the catalyst.

Недостатки данного способа:The disadvantages of this method:

не решается вопрос снижения выбросов закиси азота с выхлопными газами;the issue of reducing nitrous oxide emissions from exhaust gases is not being addressed;

- ввод природного газа в газовую смесь перед этапом ее подогрева от 300°С до температуры более 450°С (температура зажигания катализатора) приводит к увеличению энергозатрат.- the introduction of natural gas into the gas mixture before the stage of its heating from 300 ° C to a temperature of more than 450 ° C (ignition temperature of the catalyst) leads to an increase in energy consumption.

Известен способ получения азотной кислоты, в котором предлагается для снижения содержания закиси азота в отходящих газах увеличить время пребывания газовой смеси после окисления аммиака до 3,0 с [RU 2032612, 1989, С01В 21/26].A known method of producing nitric acid, which proposes to reduce the content of nitrous oxide in the exhaust gas to increase the residence time of the gas mixture after oxidation of ammonia to 3.0 s [RU 2032612, 1989, C01B 21/26].

Данный способ отличается от предлагаемого разложением закиси азота в «голове» технологической схемы - в отделении конверсии аммиака, за счет увеличения объема аппаратов конверсии, что неприемлемо для существующих энерготехнологических схем производства азотной кислоты.This method differs from that proposed by the decomposition of nitrous oxide in the "head" of the technological scheme - in the ammonia conversion department, due to the increase in the volume of conversion apparatuses, which is unacceptable for existing energy technological schemes for the production of nitric acid.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ получения неконцентрированной азотной кислоты, включающий получение оксидов азота, их абсорбцию водными растворами, смешение выхлопного газа с аммиаком, его очистку на алюмомедноцинковом катализаторе марки АМЦ с последующим смешением газового потока с метаном и гетерогенным окислением метана на алюмоникелевом катализаторе марки ГИАП-2. Перед смешением с метаном, очищенный выхлопной газ нагревают в трубчатой печи до 500°С [SU 1835156, 1990, С01В 21/40].The closest in technical essence and the achieved technical result is a method for producing non-concentrated nitric acid, including the production of nitrogen oxides, their absorption with aqueous solutions, mixing of exhaust gas with ammonia, its purification on an aluminum-zinc-zinc catalyst of the AMC brand, followed by mixing of the gas stream with methane and heterogeneous oxidation of methane on aluminum-nickel catalyst brand GIAP-2. Before mixing with methane, the purified exhaust gas is heated in a tube furnace to 500 ° C [SU 1835156, 1990, C01B 21/40].

Данное изобретение выбрано нами за прототип.This invention is selected by us for the prototype.

Содержание оксидов азота в предложенном способе не превышает 0,005 об.% Однако, как показали результаты проведенных нами испытаний алюмоникелевых катализаторов различных марок, в т.ч. ГИАП-3-6Н, близкого по составу и характеристикам к ГИАП-2, использование данных катализаторов для нагрева очищенной газовой смеси путем гетерогенного окисления метана не представляется возможным:The content of nitrogen oxides in the proposed method does not exceed 0.005 vol.% However, as shown by the results of our tests of aluminum-nickel catalysts of various grades, including GIAP-3-6N, which is close in composition and characteristics to GIAP-2, it is not possible to use these catalysts to heat a purified gas mixture by heterogeneous oxidation of methane:

- максимальная степень конверсии метана не превышает 91,6% при объемной скорости 10000 ч-1;- the maximum degree of methane conversion does not exceed 91.6% at a space velocity of 10,000 h -1 ;

- не достигается требуемая температура нагрева газа, необходимая для нормальной работы газотурбинной установки (730-780°С) при содержании кислорода в смеси 2,5-3,8 об.%- the required gas heating temperature is not achieved, which is necessary for the normal operation of the gas turbine unit (730-780 ° C) with an oxygen content in the mixture of 2.5-3.8 vol.%

Результаты испытаний приведены в таблице 2.The test results are shown in table 2.

Таблица 2.
Конверсия метана на алюмоникелевых катализаторах.
Table 2.
Methane conversion on nickel-aluminum catalysts.
Наименование катализатораCatalyst Name Объемная скорость газов, ч-1 Volumetric velocity of gases, h - 1 Содержание газов на входе в реактор:The gas content at the inlet to the reactor: Температура в слое катализатора, °СThe temperature in the catalyst layer, ° C Степень конверсии метана, %The degree of methane conversion,% кислород, об.%oxygen, vol.% объемное отношение метан/кислородmethane / oxygen volume ratio ГИАП-3-6НGIAP-3-6N 2500025000 2,52,5 0,510.51 560560 19,419,4 3,03.0 0,440.44 520520 5,35.3 2000020000 2,72.7 0,580.58 670670 71,071.0 3,53,5 0,470.47 700700 72,772.7 1500015,000 3,13,1 0,510.51 660660 56,156.1 3,63.6 0,460.46 660660 58,358.3 1000010,000 2,32,3 0,570.57 720720 91,691.6 3,23.2 0,460.46 640640 65,665.6 ICIICI 2000020000 2,32,3 0,530.53 570570 17,517.5 2.32.3 0,380.38 560560 4,74.7

Из-за недостижения заявленного технического результата данное изобретение не может найти практического применения.Due to the failure to achieve the claimed technical result, this invention cannot find practical application.

Кроме того, как и в предыдущих случаях, не решается вопрос снижения выбросов закиси азота.In addition, as in previous cases, the issue of reducing nitrous oxide emissions is not being addressed.

Технической задачей настоящего изобретения является разработка способа подогрева очищенных выхлопных газов до температуры 730-780°С каталитическим сжиганием горючих газов с использованием оптимального катализатора, одновременно решая вопрос снижения образовавшейся на стадии окисления аммиака закиси азота.An object of the present invention is to develop a method for heating purified exhaust gases to a temperature of 730-780 ° C by catalytic combustion of combustible gases using an optimal catalyst, while solving the problem of reducing nitrous oxide formed in the stage of ammonia oxidation.

Поставленная задача решается в способе получения неконцентрированной азотной кислоты, включающем в себя получение оксидов азота окислением аммиака, их абсорбцию водой, смешение с аммиаком выхлопных газов после абсорбции, их очистку восстановлением остаточных оксидов азота на селективном катализаторе, разогрев очищенных выхлопных газов перед рекуперационной газовой турбиной в реакторе путем взаимодействия метана с кислородом на катализаторе, при этом разогрев выхлопных газов осуществляют на высокотемпературном алюмомарганцевом катализаторе с содержанием активного компонента Mn2O3≥10 мас.% на носителе Al2O3, при объемной скорости выхлопных газов 15000-25000 час-1. Содержание кислорода в выхлопных газах после абсорбции поддерживают в диапазоне 2,9-3,5 об.%, а объемное соотношение CH4/O2 на выходе в реактор - в диапазоне 0,37-0,48.The problem is solved in a method for producing non-concentrated nitric acid, which includes the production of nitrogen oxides by oxidation of ammonia, their absorption with water, mixing of exhaust gases with ammonia after absorption, their purification by reduction of residual nitrogen oxides on a selective catalyst, heating the purified exhaust gases before the recovery gas turbine in the reactor by the interaction of methane with oxygen on the catalyst, while the exhaust gases are heated on a high-temperature alumina-manganese a catalyst with an active component content of Mn 2 O 3 ≥10 wt.% on an Al 2 O 3 support, with a volumetric rate of exhaust gases of 15000-25000 h -1 . After absorption, the oxygen content in the exhaust gases is maintained in the range of 2.9-3.5 vol.%, And the volumetric ratio of CH 4 / O 2 at the outlet to the reactor is in the range of 0.37-0.48.

Применение предложенного катализатора:The use of the proposed catalyst:

- позволяет снизить расход природного газа для подогрева очищенных выхлопных газов;- allows to reduce the consumption of natural gas for heating purified exhaust gases;

- позволяет снизить материальные затраты при переводе агрегата на селективную очистку;- allows to reduce material costs when transferring the unit to selective cleaning;

- исключает использование дорогостоящих металлов платиновой группы в системе нагрева выхлопных газов;- eliminates the use of expensive platinum group metals in the exhaust gas heating system;

- обеспечивает нагрев очищенных выхлопных газов до температуры не менее 730°С;- provides heating of the purified exhaust gases to a temperature of at least 730 ° C;

- обеспечивает степень окисления метана 94-99% в окислительном режиме (при отношении CH4/O2, равном 0,37-0,48) при температуре начала реакции не выше 510°С, объемной скорости 15000-25000 час-1, концентрации O2 в газовой смеси 2,9-3,5 об.%;- provides a degree of oxidation of methane of 94-99% in the oxidative mode (with a ratio of CH 4 / O 2 equal to 0.37-0.48) at a temperature of the onset of reaction not higher than 510 ° C, a space velocity of 15000-25000 h -1 , concentration O 2 in the gas mixture of 2.9-3.5 vol.%;

- обеспечивает остаточное содержание в выхлопных газах CH4 - 0,04-0,1 об.%, CO<0,0005 об.%, H2 - не более 0,03 об.%;- provides a residual content in the exhaust gases of CH 4 - 0.04-0.1 vol.%, CO <0.0005 vol.%, H 2 - not more than 0.03 vol.%;

- обеспечивает разрушение образовавшейся на стадии окисления аммиака закиси азота, результаты приведены в таблице 3;- provides the destruction of nitrous oxide formed at the stage of ammonia oxidation, the results are shown in table 3;

- обеспечивает разложение остаточного аммиака, содержащегося в газе после селективной очистки.- provides decomposition of residual ammonia contained in the gas after selective purification.

Таблица 3.
Содержание N2O в газах до и после алюмомарганцевого катализатора.
Table 3.
The content of N 2 O in the gases before and after the alumina-manganese catalyst.
№ опытаExperience number Температура в слое катализатора, °СThe temperature in the catalyst layer, ° C На входе в реактор:At the entrance to the reactor: Содержание закиси азота:Nitrous oxide content: кислород, об.%oxygen, vol.% объемное отношение метан/кислородmethane / oxygen volume ratio до реактора,
ppm
to the reactor
ppm
после реактора, ppmafter the reactor, ppm
1one 780780 3,53,5 0,370.37 28,528.5 0,90.9 22 760760 2,92.9 0.40.4 580580 1212 33 765765 3,23.2 0,40.4 13601360 3535

Данный катализатор обладает высокой термостойкостью - до 900°С. Устойчив к действию оксидов азота, которые могут поступать на катализатор в случае проскока неочищенных выхлопных газов.This catalyst has high heat resistance - up to 900 ° C. Resistant to nitrogen oxides, which can enter the catalyst in case of leakage of untreated exhaust gases.

В присутствии NOx не снижается эффективность реакции окисления метана на катализаторе и не повышается температура инициирования процесса (480-510°С).In the presence of NO x, the efficiency of the methane oxidation reaction on the catalyst does not decrease and the process initiation temperature does not increase (480-510 ° С).

Нижний предел содержания кислорода 2,9% определен из условий устойчивого нагрева выхлопных газов от 490-510°С до 760°С с сохранением окислительного режима.The lower limit of oxygen content of 2.9% is determined from the conditions of stable heating of exhaust gases from 490-510 ° C to 760 ° C while maintaining the oxidative state.

Верхний предел 3,5 об.% определен из условия нагрева выхлопных газов от 480°С до 780°С в окислительном режиме, чтобы содержание CO в выбрасываемых в атмосферу выхлопных газах был не более 0,01 об.%.The upper limit of 3.5 vol.% Is determined from the condition of heating the exhaust gases from 480 ° C to 780 ° C in the oxidative mode, so that the CO content in the exhaust gases emitted into the atmosphere is not more than 0.01 vol.%.

Диапазон объемных отношений обусловлен активностью катализатора: CH4/O2 - 0,37 относится к начальному периоду работы, 0,48 - к концу эксплуатации катализатора.The range of volume ratios is determined by the activity of the catalyst: CH 4 / O 2 - 0.37 refers to the initial period of operation, 0.48 - to the end of catalyst operation.

Показатели работы предлагаемого катализатора в окислительной среде без присутствия NOx и NH3 в газах, что соответствует режиму при пуске агрегата азотной кислоты, приведены в таблице 4.The performance of the proposed catalyst in an oxidizing environment without the presence of NO x and NH 3 in gases, which corresponds to the mode when starting the nitric acid aggregate, are shown in table 4.

Таблица №4.
Конверсия метана на алюмомарганцевом катализаторе в окислительной среде без присутствия в газовом потоке NOx и NH3, при объемной скорости 20000 ч-1.
Table No. 4.
Methane conversion on an alumina-manganese catalyst in an oxidizing medium without the presence of NO x and NH 3 in the gas stream at a space velocity of 20,000 h -1 .
Газовый поток на входе в реактор:Reactor inlet gas stream: Температура в слое катализатора, °СThe temperature in the catalyst layer, ° C Степень конверсии метана, %The degree of methane conversion,% кислород, об.%oxygen, vol.% объемное отношение метан/кислородmethane / oxygen volume ratio температура, °Сtemperature, ° С 3,93.9 0,440.44 490490 760760 85,685.6 3,93.9 0,390.39 490490 790790 95,395.3 3,53,5 0,430.43 500500 780780 98,898.8 3,73,7 0,400.40 505505 780780 98,998.9 3,353.35 0,460.46 510510 830830 99,699.6

Показатели работы катализатора в окислительной среде в присутствии в выхлопных газах NOx и NH3, соответствующие номинальному режиму при выработке азотной кислоты и селективной очистке, приведены в таблице 5.The performance of the catalyst in an oxidizing environment in the presence of NO x and NH 3 in the exhaust gas, corresponding to the nominal mode during the production of nitric acid and selective purification, are shown in table 5.

Таблица №5.
Конверсия метана на алюмомарганцевом катализаторе в окислительной среде в присутствии в газовом потоке NOx - 0,12 об.% и NH3 - 0,02 об.%, при объемной скорости 20000 ч-1.
Table No. 5.
Methane conversion on an alumina-manganese catalyst in an oxidizing medium in the presence of NO x 0.12 vol% and NH 3 0.02 vol% in a gas stream at a space velocity of 20,000 h -1 .
Газовый поток на входе в реактор:Reactor inlet gas stream: Температура в слое катализатора, °СThe temperature in the catalyst layer, ° C Степень конверсии метана, %The degree of methane conversion,% кислород, об.%oxygen, vol.% объемное отношение метан/кислородmethane / oxygen volume ratio температура, °Сtemperature, ° С 3,13,1 0,450.45 495495 780780 94,794.7 3,53,5 0,410.41 490490 770770 94,094.0 3,53,5 0,380.38 500500 800800 97,297.2 3,23.2 0,390.39 500500 800800 96,596.5 3,23.2 0,440.44 495495 805805 95,795.7

Примеры осуществления изобретения.Examples of carrying out the invention.

Пример 1. Аммиак окисляют кислородом воздуха в контактных аппаратах под давлением 0,35 МПа. Нитрозные газы после охлаждения, конденсации водяных паров и отделения образовавшейся 40-47%-ной азотной кислоты, сжимают в нагнетателе до давления 1,0 МПа. Абсорбцию оксидов азота осуществляют путем их поглощения водой с образованием 58-60% азотной кислоты.Example 1. Ammonia is oxidized with atmospheric oxygen in contact devices under a pressure of 0.35 MPa. Nitrous gases, after cooling, condensation of water vapor and separation of the resulting 40-47% nitric acid, are compressed in a supercharger to a pressure of 1.0 MPa. The absorption of nitrogen oxides is carried out by their absorption with water with the formation of 58-60% nitric acid.

Выхлопные газы после абсорбции, содержащие 0,1% оксидов азота, 2,9% кислорода, до 0,2% закиси азота нагревают до 290°С.After absorption, the exhaust gases containing 0.1% nitrogen oxides, 2.9% oxygen, and 0.2% nitrous oxide are heated to 290 ° C.

Нагретые выхлопные газы смешивают с газообразным аммиаком в объемном соотношении NH3:NOx - 1,05:1 от стехиометрии и направляют в реактор каталитической очистки.Heated exhaust gases are mixed with gaseous ammonia in a volume ratio of NH 3 : NO x - 1.05: 1 from stoichiometry and sent to a catalytic purification reactor.

Очищенные выхлопные газы после селективной очистки содержат не более 0,005 об.% NOx и NH3. Далее их нагревают до 510°С в подогревателе, смешивают с метаном в объемном отношении метана и кислорода в выхлопных газах CH4/O2=0,48 и направляют в каталитический реактор, где в результате взаимодействия метана и кислорода на катализаторе происходит нагрев выхлопных газов до 730°С.Purified exhaust gases after selective purification contain not more than 0.005 vol.% NO x and NH 3 . Then they are heated to 510 ° C in a preheater, mixed with methane in a volumetric ratio of methane and oxygen in the exhaust gas CH 4 / O 2 = 0.48 and sent to a catalytic reactor, where the exhaust gas is heated by the interaction of methane and oxygen on the catalyst up to 730 ° C.

В качестве катализатора используется высокотемпературный алюмомарганцевый катализатор с содержанием активного компонента Mn2O3 11,8 мас.% на носителе Al2O3, который загружается в реактор в количестве, соответствующем объемной скорости выхлопных газов 15000 час-1.As a catalyst, a high-temperature alumina-manganese catalyst is used with an active component content of Mn 2 O 3 of 11.8 wt.% On an Al 2 O 3 support, which is loaded into the reactor in an amount corresponding to an exhaust gas velocity of 15,000 h −1 .

В процессе нагрева выхлопных газов до 730°С в окислительной среде избыток аммиака окисляется до азота, закись азота разлагается до остаточного содержания 0,006 об.% или 60 ppm также с образованием азота, а СО образуется в незначительных количествах - <0,0005 об.%, чем обеспечивается низкое суммарное содержание вредных веществ в газах, выбрасываемых в атмосферу.In the process of heating exhaust gases to 730 ° C in an oxidizing environment, excess ammonia is oxidized to nitrogen, nitrous oxide decomposes to a residual content of 0.006 vol.% Or 60 ppm also with the formation of nitrogen, and CO is formed in insignificant amounts - <0,0005 vol.% This ensures a low total content of harmful substances in the gases emitted into the atmosphere.

Горячие выхлопные газы из реактора направляются на рекуперационную газовую турбину, где при расширении до атмосферного давления охлаждаются до 380°С.Hot exhaust gases from the reactor are sent to a recovery gas turbine, where when expanded to atmospheric pressure, they are cooled to 380 ° C.

Затем они охлаждаются до 200°С в подогревателе выхлопных газов после абсорбции, нагревая в смеси с топочными газами из трубчатого подогревателя газы до 290°С.Then they are cooled to 200 ° C in the exhaust gas heater after absorption, heating the gases to 290 ° C in a mixture with flue gases from the tubular heater.

После охлаждения очищенные выхлопные газы выбрасываются в атмосферу.After cooling, the cleaned exhaust gases are emitted into the atmosphere.

Пример 2. Отличается от примера 1 следующим. Выхлопные газы после абсорбции с содержанием 0,08% оксидов азота, 3,2% кислорода, до 0,2% закиси азота нагревают до 280°С. Далее, как в примере 1, нагретые выхлопные газы смешивают с аммиаком и направляют на очистку. Очищенные выхлопные газы после селективной очистки с содержанием не более 0,005 об.% NOx и NH3 нагревают до 495°С в подогревателе, смешивают с метаном в объемном отношении СН4/O2=0,42 и направляют в каталитический реактор, где в результате взаимодействия метана и кислорода на катализаторе происходит нагрев очищенных выхлопных газов до 760°С.Example 2. It differs from example 1 as follows. After absorption with the content of 0.08% nitrogen oxides, 3.2% oxygen, up to 0.2% nitrous oxide, the exhaust gases are heated to 280 ° C. Further, as in example 1, the heated exhaust gases are mixed with ammonia and sent for purification. Purified exhaust gases after selective purification with a content of not more than 0.005 vol.% NO x and NH 3 are heated to 495 ° C in a heater, mixed with methane in a volume ratio of CH 4 / O 2 = 0.42 and sent to a catalytic reactor, where As a result of the interaction of methane and oxygen on the catalyst, the purified exhaust gases are heated to 760 ° C.

Высокотемпературный алюмомарганцевый катализатор загружается в реактор в количестве, соответствующем объемной скорости 20000 ч-1.The high-temperature alumina-manganese catalyst is loaded into the reactor in an amount corresponding to a space velocity of 20,000 h -1 .

При нагреве выхлопных газов до 760°С в окислительной среде избыток аммиака окисляется до азота, закись азота разлагается до остаточного содержания 0,0005 об.% или 5 ppm, CO образуется <0,0005 об.%, чем обеспечивается низкое суммарное содержание вредных веществ в газах, выбрасываемых в атмосферу.When the exhaust gases are heated to 760 ° C in an oxidizing environment, excess ammonia is oxidized to nitrogen, nitrous oxide decomposes to a residual content of 0.0005 vol.% Or 5 ppm, CO is formed <0.0005 vol.%, Which ensures a low total content of harmful substances in gases released into the atmosphere.

Горячие выхлопные газы из реактора, расширяясь до атмосферного давления в рекуперационной газовой турбине, охлаждаются до 400°С и далее охлаждаются до 220°С в подогревателе, нагревая до 280°С в смеси с топочными газами из трубчатого подогревателя выхлопные газы после абсорбции. Охлажденные очищенные выхлопные газы выбрасываются в атмосферу.Hot exhaust gases from the reactor, expanding to atmospheric pressure in a recovery gas turbine, are cooled to 400 ° C and then cooled to 220 ° C in a heater, heating to 280 ° C in a mixture with flue gases from a tube heater after absorption. Cooled cleaned exhaust gases are emitted into the atmosphere.

Пример 3. Отличается от примера 2 составом выхлопных газов после абсорбции оксидов азота, температурой подогрева, отношением CH4/O2. Выхлопные газы после абсорбции с содержанием 0,06% оксидов азота, 3,5% кислорода, до 0,2% закиси азота нагревают до 280°С, смешивают с аммиаком, как в примере 2, и направляют на очистку. Очищенные выхлопные газы после селективной очистки с содержанием не более 0,005 об.% NOx и NH3 нагревают до 480°С в подогревателе, смешивают с метаном в объемном отношении СН4/O2=0,37 и направляют в каталитический реактор, где в результате взаимодействия метана и кислорода на катализаторе происходит нагрев очищенных выхлопных газов до 780°С.Example 3. It differs from example 2 in the composition of the exhaust gases after the absorption of nitrogen oxides, heating temperature, the ratio of CH 4 / O 2 . After absorption with the content of 0.06% nitrogen oxides, 3.5% oxygen, up to 0.2% nitrous oxide, the exhaust gases are heated to 280 ° C, mixed with ammonia, as in example 2, and sent for purification. Purified exhaust gases after selective purification with a content of not more than 0.005 vol.% NO x and NH 3 are heated to 480 ° C in a heater, mixed with methane in a volume ratio of CH 4 / O 2 = 0.37 and sent to a catalytic reactor, where as a result of the interaction of methane and oxygen on the catalyst, the purified exhaust gases are heated to 780 ° C.

Высокотемпературный алюмомарганцевый катализатор загружается в реактор в количестве, соответствующем объемной скорости газов 25000 ч-1.The high-temperature alumina-manganese catalyst is loaded into the reactor in an amount corresponding to a space velocity of gases of 25,000 h -1 .

При нагреве выхлопных газов до 780°С в окислительной среде избыток аммиака окисляется до азота, закись азота разлагается до остаточного содержания 0,0005 об.% или 5 ppm, CO образуется в незначительных количествах - <0,0005 об.%, чем обеспечивается низкое суммарное содержание вредных веществ в газах, выбрасываемых в атмосферу.When the exhaust gases are heated to 780 ° C in an oxidizing environment, excess ammonia is oxidized to nitrogen, nitrous oxide decomposes to a residual content of 0.0005 vol.% Or 5 ppm, CO is formed in insignificant amounts - <0.0005 vol.%, Which ensures low the total content of harmful substances in the gases emitted into the atmosphere.

Горячие выхлопные газы охлаждаются в рекуперационной газовой турбине до 370°С и далее охлаждаются до 200°С в подогревателе, нагревая до 280°С в смеси с топочными газами из трубчатого подогревателя выхлопные газы после абсорбции. Охлажденные очищенные выхлопные газы выбрасываются в атмосферу.Hot exhaust gases are cooled in a recovery gas turbine to 370 ° C and then cooled to 200 ° C in a heater, heating to 280 ° C in a mixture with flue gases from a tubular heater the exhaust gases after absorption. Cooled cleaned exhaust gases are emitted into the atmosphere.

Таким образом, способ производства неконцентрированной азотной кислоты по настоящему изобретению обеспечивает более высокий уровень экологической чистоты выхлопных газов по сравнению с существующими способами, включающими высокотемпературный нагрев выхлопных газов.Thus, the method of producing non-concentrated nitric acid of the present invention provides a higher level of environmental cleanliness of the exhaust gases compared to existing methods involving high-temperature heating of the exhaust gases.

Claims (1)

Способ получения неконцентрированной азотной кислоты, включающий получение оксидов азота окислением аммиака, их абсорбцию водой, смешение с аммиаком выхлопных газов после абсорбции, их очистку восстановлением остаточных оксидов азота на селективном катализаторе, разогрев очищенных выхлопных газов перед рекуперационной газовой турбиной в реакторе путем взаимодействия метана с кислородом на катализаторе, отличающийся тем, что разогрев выхлопных газов осуществляют на высокотемпературном алюмомарганцевом катализаторе с содержанием активного компонента Mn2O3≥10 мас.% на носителе Al2O3 при объемной скорости выхлопных газов 15000-25000 ч-1, при этом содержание кислорода в выхлопных газах после абсорбции поддерживают в диапазоне 2,9-3,5 об.%, а объемное соотношение CH4/O2 на входе в реактор - в диапазоне 0,37-0,48.A method for producing non-concentrated nitric acid, including the production of nitrogen oxides by oxidation of ammonia, their absorption with water, mixing with exhaust ammonia after absorption, their purification by reduction of residual nitrogen oxides on a selective catalyst, heating the purified exhaust gases before the recovery gas turbine in the reactor by reacting methane with oxygen on the catalyst, characterized in that the heating of the exhaust gases is carried out on a high temperature alumina-manganese catalyst with a content su- component Mn 2 O 3 ≥10 wt.% of the supported Al 2 O 3 at a space velocity of exhaust gas 15,000-25,000 h -1, the content of oxygen in the exhaust gas after the absorption is maintained in the range of about 2.9-3.5. %, and the volumetric ratio of CH 4 / O 2 at the inlet to the reactor is in the range of 0.37-0.48.
RU2005130083/15A 2005-09-29 2005-09-29 Method of the non-concentrated nitric acid production RU2296706C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005130083/15A RU2296706C1 (en) 2005-09-29 2005-09-29 Method of the non-concentrated nitric acid production

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005130083/15A RU2296706C1 (en) 2005-09-29 2005-09-29 Method of the non-concentrated nitric acid production

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2296706C1 true RU2296706C1 (en) 2007-04-10

Family

ID=38000285

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005130083/15A RU2296706C1 (en) 2005-09-29 2005-09-29 Method of the non-concentrated nitric acid production

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2296706C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2646643C2 (en) * 2013-03-14 2018-03-06 Тюссенкрупп Индастриал Солюшнс Аг Method for oxidising ammonia and system suitable therefor

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2646643C2 (en) * 2013-03-14 2018-03-06 Тюссенкрупп Индастриал Солюшнс Аг Method for oxidising ammonia and system suitable therefor
US10414654B2 (en) 2013-03-14 2019-09-17 Thyssenkrupp Industrial Solutions Ag Method for oxidizing ammonia and system suitable therefor
US11820653B2 (en) 2013-03-14 2023-11-21 Thyssenkrupp Industrial Solutions Ag Method for oxidizing ammonia and system suitable therefor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6185129B2 (en) Reducing emissions from mobile pollution sources by on-board carbon dioxide conversion to fuel
RU2502883C2 (en) Method of processing nox components and electric power generation system
CN101384335B (en) Reduction of co and nox in regenerator flue gas
US20060150635A1 (en) System for catalytic combustion
JP4247204B2 (en) Decomposition method of low concentration methane
BR112013005816B1 (en) CATALYST, METHOD FOR GENERATING HEAT FOR SOOT REMOVAL AND REDUCING NH3 EXHAUST IN AN EXHAUST SYSTEM, AND EXHAUST TREATMENT SYSTEM
AU629834B2 (en) Method for lowering the content of oxides of nitrogen in flue gases
JP2012532750A (en) Flue gas denitration process and equipment
CA2728257C (en) Reduction of co and nox in full burn regenerator flue gas
US20130156672A1 (en) Process for removing nitrous oxide from a gas stream
US20170246589A1 (en) Process for removing nitrous oxide from a gas stream
FI92980C (en) Process for removing nitrogen oxides from turbine exhaust gases
US5087431A (en) Catalytic decomposition of cyanuric acid and use of product to reduce nitrogen oxide emissions
WO2000076637A1 (en) Method for removing nitrogen oxides from an oxygen-containing gas stream
US20170246590A1 (en) Process for removing nitrous oxide from a gas stream
RU2296706C1 (en) Method of the non-concentrated nitric acid production
EP0510189A1 (en) Conversion of formaldehyde and nitrogen to a gaseous product and use of gaseous product in reduction of nitrogen oxide in effluent gases
KR102261448B1 (en) Preparing Method of Ru and Ir Based Catalysts for Reducing NOx Using Non-chloride Precursor
KR20240120796A (en) Nozzle for simultaneous supply of ammonia-based reducing agent and hydrogen gas and Method for supplying a reducing agent for removing nitrogen oxides
KR20230062088A (en) Simultaneous process of removing nitrogen oxides in flue gas and producing high-purity hydrogen
CN115734815A (en) Catalytic oxidation of carbon black exhaust gas
JP2022187305A (en) Nitrous oxide purification system and nitrous oxide purification method using the same
RU2026812C1 (en) Non-concentrated nitric acid obtaining method
AU2003264182A1 (en) A system for catalytic combustion
JPH06114265A (en) Exhaust gas purifying material and exhaust gas purifying method

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150930