UA126457C2 - СПОСІБ ОДЕРЖАННЯ АЗОТНОЇ КИСЛОТИ З ТРЕТИННИМ СКОРОЧЕННЯМ ВИКИДІВ N₂O ТА NO_X - Google Patents

Abstract

У заявці описаний спосіб одержання азотної кислоти, який включає третинне скорочення викидів N2O і NOx у хвостовому газі, який відводиться зі стадії абсорбції, в ході якої хвостовий газ пропускають через послідовно включені стадія deN2O з каталізатором Fe-z і стадія deNOx з каталізатором V2O5-TiO2, у присутності газоподібного аміаку, причому температура хвостового газу на вході стадії deN2O і хвостового газу на вході стадії deNOx складає більше, ніж 400 °C.

Description

Загалом, винахід відноситься до галузі виробництва азотної кислоти. Більш конкретно, винахід відноситься до третинного скорочення викидів М2гО і МОх у процесі виробництва азотної кислоти.

Рівень техніки

Промисловий спосіб синтезу азотної кислоти грунтується на каталітичному окисненні аміаку на платино-родієвих (РІ-КІ) каталітичних сітках, з виділенням газу, який містить М2гО їі оксиди азоту (МО і МО»), і подальшою стадією абсорбції, де цей газ вступає в контакт з водою для абсорбції МО» у воді з утворенням азотної кислоти. Абсорбції М2О не відбувається. На ступені/стадії абсорбції виходить потік продукту, який містить азотну кислоту, але також і хвостовий газ, який містить М2гО і залишковий МОх (наприклад, М2гО і неконвертований МОг).

Тиск цього хвостового газу перевищує атмосферний тиск і його зазвичай розширюють у придатному детандері для регенерації енергії перед тим, як випустити в атмосферу.

МОх ії М2О є відомими забруднювачами і відповідні викиди потрапляють під суворі законодавчі обмеження. До газу, який відводиться в атмосферу, можуть пред'являтися вимоги дуже низького вмісту МОх і М2О, наприклад, такого, що не перевищує для кожного газу 100 мільйонних часток (рріт) або навіть менше. Досягнення настільки малої концентрації при видаленні цих сполук може вимагати значних витрат. Тому існує сильна зацікавленість у розробці високорентабельного способу видалення МОх і М2О з хвостового газу процесу виробництва азотної кислоти.

Позначення МОХ відноситься до так званих оксидів азоту, а саме, моноксиду азоту (МО), діоксиду азоту (МОг) і, можливо, М2гОх. Ступінь або стадія процесу зниження вмісту М2О в газі позначається деМмго, а ступінь або стадія процесу зниження вмісту МОх позначається демо».

У технології виробництва азотної кислоти, скорочення викидів М2О і/або МОх називають від "первинного" до "четвертинного", залежно від ступеня/стадії процесу одержання азотної кислоти. Скорочення викидів МгО і МОх з хвостового газу стадії абсорбції і після детандера хвостового газу називають третинним скороченням викидів. М2гО не бере участі в утворенні азотної кислоти і, тому, може бути також витягнутий на попередніх стадіях процесу. Видалення

М2О 3 газу після окиснення аміаку і перед стадією абсорбції називається вторинним скороченням викидів, у той час як заходи щодо запобігання утворенню М2гО в процесі окиснення

Зо аміаку називають первинним скороченням. Скорочення викидів М2гО і/або МО», яке здійснюється після розширення (тобто, після детандера), називають четвертинним скороченням.

Відомий процес видалення МОх і М2О з газу включає каталітичний розклад М2О на цеоліті (Бе-2), що містить залізо, зокрема, залізо обмінному каталізаторі з подальшим зниженням концентрації МОх із застосуванням селективного каталізатора (5СК - з англ. 5зеїІесіїме саїауїс гедисіоп) з використанням придатного реагента-відновника. Реагентом-відновником зазвичай є аміак.

У відомій технології зазвичай проводять стадію БСК демМмох при молярному співвідношенні

МО/МО», яке приблизно дорівнює 1, що відповідає молярному відношенню М2гО/МОх (яке також називається ступенем окиснення), яке складає приблизно 50 95. При цій умові зниження концентрації МО; із застосуванням селективного каталізатора також називають "швидким 5СВ".

Придатні каталізатори для зниження концентрації МОх із застосуванням селективного каталізатора включають каталізатори на основі М2О5-ТіО» і каталізатори Ре-7. Каталізатори Ее-7, однак, мають високу вартість і їхнє використання для 5СК МОХ спряжене зі значними витратами. Відомим каталізатором, придатним для БСК Мох і не таким дорогим, як каталізатори ГЕе-7, є каталізатор МгО5-ТіО». У каталізаторах на базі М2О5-ТіО», ТіОг є несучою основою, а М2О5 є активним компонентом. Каталізатор М2О5-ТіО» може містити додаткові компоненти, окрім МегО5 і ТіО», наприклад, УМОз. Вважається, що УМОз є промотором каталізатора, який підвищує його стабільність. Однак недоліком каталізатора на базі МгО5-ТіО» є можливе утворення МгО в ролі побічного продукту, що, очевидно, є небажаним.

Утворення М2гО на стадії деМмОх на каталізаторі МгО5-ТіО» в присутності аміаку і кисню відбувається, загалом, завдяки таким реакціям: 2МНз -- 2МО ж О2-з. М2О -- Ма - ЗНО (1) 2МНз я 202 -». М2О « ЗНО (2)

З рівня техніки відомо, що БСК демо» на каталізаторі М2гО5-ТІО» повинна здійснюватися при відносно низькій температурі, меншій, ніж 400 "С, і більш переважно, меншій, ніж 350 "С, з тим, щоб запобігти небажаному утворенню М2гО. У деяких випадках, однак, для цього може знадобитися додаткова стадія охолодження газу пропусканням його через теплообмінник, що збільшить витрати і призведе до значного падіння тиску газу. Небажане утворення М2гО може бути скомпенсоване збільшенням кількості каталізатора демоО»х, що, однак, зазвичай є 60 неприйнятним через зростання витрат.

Існуючі на сьогодні переважні варіанти виконання вимог щодо максимально допустимих викидів М2гО і МОх у виробництві азотної кислоти включають такі.

Першим можливим способом є третинне скорочення викидів М2О і МО», які містяться у хвостовому газі, за допомогою каталітичного розкладу М2гО на каталізаторі Ее-7, з подальшим зниженням концентрації МОх з використанням селективного каталізатора (5СК), який також може здійснюватись на Ре-7 каталізаторі з аміаком у ролі реагента-відновника. Розклад. М2гО переважно проводять при температурі вищій, ніж 400 "С, наприклад, 450 "С, а подальше 5СК

МО; на цеоліті, що містить залізо, може проводитись при приблизно тій же температурі, завдяки чому не потрібне охолодження між двома стадіями. Ця технологія, однак, вимагає великої кількості дорогого Ее-7 каталізатора.

Другим можливим способом є третинне скорочення викидів М2О на каталізаторі Ре-72 при високій температурі, яка перевищує 400 "С, з подальшим проміжним охолодженням газу, і ЗСК

МОХ на каталізаторі на основі М2гО5-ТіО» при низькій температурі, наприклад, меншій, ніж 350 "С, і більш переважно, меншій, ніж 300 "С. Здійснення зниження концентрації з використанням селективного каталізатора М2О5-ТіО: (ЗСК) при низькій температурі вважається переважним, тому що дозволяє досягти максимальної вибірковості видалення МОх і уникнути формування

М2гО. З іншого боку, попереднє скорочення викидів М2О повинне було проводитися при високій температурі більшій, ніж 400 "С, для одержання прийнятної ефективності. Тому така технологія вимагає проміжного охолодження між стадіями де-М2О і де-МОх в спеціальному теплообміннику.

Проміжне охолодження вимагає значних капіталовкладень і великого падіння тиску. Падіння тиску призводить до зниження регенерації енергії в детандері хвостового газу, що знаходиться далі. Ще одним недоліком цього технічного рішення є те, що відносно низька температура на стадії і де-МОх тягне за собою нижчу вихідну температуру детандера хвостового газу, що може сприяти утворенню нітрату амонію в детандері з відповідними проблемами безпеки.

Інший можливий спосіб грунтується на вторинному каталітичному розкладі М2О при високій температурі і відносно низькому тиску після стадії окиснення аміаку, з використанням відомих каталізаторів вторинного ОемМго, що знаходяться в тій же установці окиснення аміаку (реакторі- спалювачі). Ця технологія може бути об'єднана з третинним 5СК МОх на каталізаторі МгО5-ТіО».

Недолік цього способу полягає в тому, що жорсткі обмеження на перепад тиску вимагають,

Зо щоб відношення висоти до діаметра (аспектне відношення) вторинного шару каталізатора складало менше, ніж 0,1, зазвичай менше, ніж 0,03. Обмеження на перепад тиску обумовлені механічною міцністю обладнання, яка утримує каталізатор, і витратою енергії на створення тиску.

Великий перепад тиску створював би напружений стан на стінках шару каталізатора і конструктивній підкладці шару каталізатора, які працюють у важких температурних умовах, зазвичай при температурах від 800 "С до 1000 "С.

Додатковий перепад тиску також вимагав би більше енергії для створення тиску.

Збільшений перепад тиску на каталізаторі міг би або збільшити енергію стиснення повітря, спрямованого в реактор-спалювач, або енергію стиснення МО;х, або те й інше. Дуже низьке відношення висоти до діаметра, однак, породжує проблему неправильного розподілу потоку реагенту в шарі каталізатора і наявність потоків, які обходять шар каталізатора, що призводить до просочування неконвертованого М2гО. Іншою причиною шунтування каталізатора є система герметизації кошика каталізатора щодо реактора-спалювача. Для компенсації втрат ефективності, пов'язаних з розподілом і шунтуванням, потрібне було би значне збільшення об'єму каталізатора або послідовне включення декількох каталітичних шарів. Те й інше вимагає великих витрат, створює додаткові перепади тиску і збільшує габарити обладнання.

Іншим недоліком цього способу, відповідно до рівня техніки, є те, що вторинний каталізатор має порівняно короткий термін служби, тобто, каталізатор втрачає активність в частині розкладу

М2О за відносно короткий період часу (наприклад, 1-2 роки). Старіння каталізатора може відбуватися через жорсткі умови роботи (наприклад, високу робочу температуру) каталізатора.

Втрата активності призводить з часом до збільшення просочування М2гО. Тому прагнути до досягнення низьких викидів таким способом небажано.

З урахуванням усього сказаного вище, зрозуміло, що зберігається потреба у створенні ефективного і рентабельного способу скорочення вмісту М2гО і МОх у відхідному газі процесу виробництва азотної кислоти.

У ЕР 1515791 розкривається спосіб зниження вмісту М2О і МОХ в газі, при здійсненні якого газ пропускають над послідовно розташованими двома шарами каталізатора Ре-7, додаючи між ними агент/реагент-відновник.

У ЕР 2576019 розкривається спосіб зниження вмісту М2О і МО» в газі, при здійсненні якого бо знижують вміст М2О на стадії деМм2гО з каталізатором Ре-72 при температурі від 400 до 650 "С,

охолоджують відхідний після стадії ЧеМм2О газовий потік до температури нижчої, ніж 400 "с, знижують вміст МОх в охолодженому газі на стадії ЗеМОх з використанням каталізатора М2О5-

ТіО» і в присутності реагента-відновника, доданого після стадії демМго.

У МО 2017/072332 розкривається спосіб і установка для видалення МО; і М2О з газу, який проходить через першу стадію демо», стадія демего і потім другу стадію дФемМох.

Розкриття винаходу

Даний винахід спрямований на усунення зазначених недоліків. У винаході переслідується мета створення способу скорочення викидів М2гО і МОх при виробництві азотної кислоти, що забезпечує дуже низьке вироблення М2О і МОх при малій потребі в дорогому каталізаторі і/або великих капітальних витратах на обладнання.

Це завдання вирішується в способі виробництва азотної кислоти, який включає стадію каталітичного окиснення аміаку з одержанням технологічного газу, який містить оксиди азоту та

М2О, і стадію абсорбції цього технологічного газу з водою, з одержанням потоку продукту, який містить азотну кислоту, і потік хвостового газу, який містить МО;х і М2О, причому вміст МО; і М2гО у цьому потоці газу знижується на стадіях: пропускання потоку газу через першу стадію демго, який містить цеолітовий каталізатор, що містить залізо, для розкладу М2О, з одержанням потоку відхідного газу зі зниженим вмістом М2О, пропускання відхідного потоку стадії щдеМм2О через другу стадію демоОх, який містить каталізатор М2О5-ТіО», у присутності газоподібного аміаку в ролі реагента-відновника, який відрізняється тим, що: а) потоки газу на вході першої стадії і на вході другої стадії, які містять М2гО і МОх, мають температуру більшу, ніж 400 "С, і виконується принаймні одна з таких умов: 61) потік газу, який містить М2О і МОХ, перед його введенням на першу стадію має молярний вміст МОх менший, ніж 1000 ррт; 62) потік газу, який містить М2О і МОХ, перед його введенням на першу стадію має молярний вміст Оо менший, ніж 4 9о; 63) молярне відношення аміаку порівняно з МО; на вході другої стадії складає від 0,9 до 1,1.

Цеолітом, що містить залізо, переважно є залізообмінний цеоліт.

Зо Відхідний потік хвостового газу з абсорбера направляється безпосередньо на першу стадію демМго без будь-якої попередньої стадії видалення МО», тобто, без проходження стадії ЧемМох.

Каталізатором на основі цеоліту, що містить залізо, переважно є будь-який з: МЕЇ, ВЕА,

РЕК, МОК, ГАЇ, МЕЇГ. або їхня комбінація. Переважно каталізатором на основі цеоліта, що містить залізо, є каталізатор типу Ге-25М-5.

Винахід грунтується на виявленому ефекті нейтралізації небажаного утворення М2гО на каталізаторі М2О5-ТІО:2 в присутності аміаку і кисню при температурі вищій, ніж 400 "С, при виконанні принаймні одного і переважно двох або всіх наведених вище умов 61), 62) і 63).

У переважних варіантах виконання, вищенаведена умова 61) додатково забезпечує, що потік газу, який містить МОх і МгО, перед подачею на першу стадію, має молярний вміст МОх менший, ніж 750 ррт, і переважно менший, ніж 500 ррт.

У переважних варіантах виконання, вищенаведена умова 62) додатково забезпечує, що потік газу, який містить МОх і М2О, перед подачею на першу стадію, має молярний вміст О2 менший, ніж З 96, переважно молярний вміст О2 складає від 1 95 до 2,8 б.

У переважних варіантах виконання вищенаведена умова 63) додатково забезпечує те, що відношення молярного вмісту аміаку порівняно з МОх на вході другої стадії складає від 0,95 до 1,05, переважно дорівнює 1 або приблизно 1. В особливо переважних варіантах виконання, це відношення трохи менше, ніж 1. Наприклад, у переважних варіантах виконання, це відношення складає від 0,95 до 0,99.

Переважно вищенаведена умова а) забезпечує, що потоки газу, які містять М2гО і МОх, мають температуру, яка дорівнює або перевищує 415 "С, переважно дорівнює або перевищує 430 "С, на вході першої стадії (стадії ЧеМ2г0О) і на вході другої стадії (стадії деМОх).

Відповідно, як перший, так і другий шари каталізатора працюють при температурі, яка дорівнює або перевищує 415 "С, переважно дорівнює або перевищує 430 "С.

Реакції, які відбуваються на стадії деМ2О і стадії демМмОх, є екзотермічними і, тому, температура газу може збільшуватися від входу до виходу в кожній стадії. У переважному варіанті виконання, кожний із цих стадій в ЗдеМм2О і деМмОх має максимальну температуру газу, яка складає принаймні 415 "С, переважно принаймні 430 "С.

У найбільш переважному варіанті виконання, відхідний потік першої стадії не піддається проміжному охолодженню в проміжній стадії охолодження між двома шарами каталізатора. 60 Відповідно, відхідний потік першої стадії подається безпосередньо на другу стадію без проходження через охолоджувальний пристрій, наприклад, теплообмінник.

У переважних варіантах виконання стадія абсорбції проходить при відносно високому тиску.

Переважно тиск абсорбції дорівнює або перевищує б бар, більш переважно дорівнює або перевищує 9 бар і ще більш переважно дорівнює або перевищує 11 бар. Стадії демго і адаеМмоОх проводяться загалом при такому ж тиску, що й абсорбція, виняток складає падіння тиску.

Перевага такого високого тиску абсорбції полягає в тому, що високий тиск сприяє абсорбції

М2О у воді, що призводить до низького вмісту залишкового МОх у хвостовому газі. Таким чином, згаданий вище високий тиск абсорбції (який дорівнює або перевищує 6 бар і переважно 9 або 11 бар) сприяє виконанню умови 61).

Іншою важливою особливістю винаходу є температура, яка перевищує 400 "С і переважно приблизно 430 "С на двох стадіях, зокрема, на стадії деМмОх з використанням каталізатора М2гО5-

ТіО». При цій температурі, ефективність і об'ємна витрата при проведенні стадії дем2о на каталізаторі Ре-72 відповідає вимогам промислового застосування. Висока температура роботи стадії деМОх, в комбінації з однією або більше з наведених вище умов 61), 62) і 63), гарантує, що: ї) потрібний дуже невеликий додатковий об'єм каталізатора для стадії деМм2о, або не потрібен зовсім, щоб скомпенсувати формування М2О на стадії демо»; ії) скорочення викидів

МОХ досягається з прийнятною для промисловості кількістю деМмоОх каталізатора в другому шарі каталізатора.

До інших особливостей винаходу відноситься те, що при виконанні умови 62) виходить відносно мала кількість двохатомного кисню на першій стадії, і те, що виконання умови 63) дозволяє одержати відносно низьку кількість аміаку на другій стадії.

В існуючих технологіях, робота шарів каталізатора при зниженні концентрації МОх з використанням селективного каталізатора (5СК) відбувається при деякому надлишку аміаку.

Крім того, у відомому способі виробництва азотної кислоти абсорбція зазвичай відбувається при надлишку О2 для забезпечення окиснення МО до Моз і утворення азотної кислоти, і також для підтримки стадії окиснення поблизу переважної величини приблизно 50 95. Як було показано вище, в існуючих технологіях наполегливо пропонується проводити стадію аемМмОх з каталізатором М2О5-ТіО» при описаних вище умовах і при температурі 300-350 "С.

У даному винаході було виявлено, що підвищена швидкість реакції завдяки більш високій

Зо температурі (2400 "С) компенсує відсутність надлишку аміаку і відхилення від ідеальної стадії окиснення на стадії ЗеМмОх. З іншого боку, висока температура сприятлива для проведення попередньої стадії деМмго. Відсутність теплообмінника між двома стадіями вигідна як з точки зору витрат, так і втрат тиску.

У переважному варіанті виконання, у способі відповідно до винаходу виконуються всі описані вище умови б1, 62 і 63. Цим забезпечується взаємопідсилювальний ефект в придушенні утворення М2гО на другої стадії.

У деяких варіантах виконання винаходу, утворення побічного продукту М2гО обмежене рівнем нижчим, ніж 30 ррт, зазвичай, нижчим, ніж 15 ррт.

Ще однією перевагою роботи при високій температурі є менший ризик утворення відкладень нітрату амонію на виході детандера, завдяки більш високій температурі на вході і, отже, більш високій температурі на виході детандера хвостового газу, що підвищує безпеку.

Іншою перевагою винаходу є комбінація високої температури і високого тиску на стадії скорочення викидів, що дозволяє регенерувати більше енергії в детандері хвостового газу і, в такий спосіб, забезпечити менше енергоспоживання всього процесу виробництва азотної кислоти.

На стадії деМм2о може використовуватися один або більше шар(-ів) каталізатора. Також і на стадії ЧеМмОх може використовуватись один або більше шар(-ів) каталізатора. У деяких варіантах виконання, один або більше шарів на стадії ЧдеМм2го і один або більше шарів на стадії демоОх розташовуються в загальному резервуарі високого тиску. У деяких варіантах, один або більше шарів на стадії ЗеМм2О розташовується в першому резервуарі високого тиску, а один або більше шарів стадії ЧЗеМОх розташовується в другому резервуарі високого тиску.

Один або більше шарів на стадії деМм2О і один або більше шарів на стадії деМмоОх є переважно шарами з радіальним потоком, тобто, газ, який містить М2О і МОх, перетинає їх, загалом, радіальним потоком.

Шаром каталізатора для деМмг2О може бути ущільнений шар гранул, який переважно має радіальну конструкцію. Радіальна конструкція є переважною, оскільки вона забезпечує менший перепад тиску.

Перевагою використання демего в третинній позиції є те, що просочування повз каталізатора (з відповідним просочуванням непрореагованого М2О) може бути зведене до мінімуму або бо практично виключене. У разі осьового шару, каталізатор може завантажуватися прямо в резервуар, і обхідні потоки можуть бути виключені. У разі радіальної конструкції, каталізатор завантажується в кошик, який вкладається в резервуар реактора. У цьому випадку, обхідний потік може бути зведений до мінімуму або практично виключений за допомогою ущільнення між кошиком каталізатора і резервуаром, який зазвичай являє собою кільцеве ущільнення.

Використання ущільнень з малим обхідним потоком є переважним, оскільки резервуари для системи третинного скорочення викидів мають подовжену форму, а значить, і відносно невеликий діаметр, тому площа поперечного перерізу, через який може проникнути обхідний потік, є малою і, відповідно, є малим або мізерним цей обхідний потік.

Спосіб відповідно до винаходу може додатково включати вторинну стадію/ступінь каталітичного розкладання М2О, основану на придатному каталізаторі для вторинного демго.

Цим каталізатором для вторинного дЗеМм2о може бути монолітний каталізатор або гранульований каталізатор. Гранульований каталізатор зазвичай є більш переважним через меншу вартість.

Відповідно, скорочення викидів М2О і МОх може включати використання вторинної стадії демго в комбінації з третинними стадіями демго і демо».

Переважно вторинна стадія деМм2О використовують тільки для часткового скорочення викидів МгО, переважно скорочення меншого, ніж 90 945 М2О, більш переважно меншого, ніж 80 95, щодо кількості на вході цієї стадії.

Переважний варіант виконання має ряд переваг, перерахованих нижче. Першою перевагою є те, що неправильний розподіл потоків, які обходять вторинний каталізатор, що призводить до просочування М2О із вторинної стадії деМм2оО, безпосередньо не призводить до емісії М2гО з установки/процесу, оскільки М2О, що просочився, видаляється на третинній стадії ЗеМох.

Друга перевага полягає в тому, що кількість каталізатора на вторинній стадії ЧФЗеМм2оО може бути радикально зменшена, і шар каталізатора цієї вторинної стадії деМм2О може бути використаний з високою об'ємною витратою. Крім того, об'єм каталізатора для двох скорочень викидів МгО може бути оптимізований завдяки синергії, зі зниженням кількості встановленого обладнання і капітальних вкладень порівняно з розділеними системами.

Третьою перевагою є менше падіння тиску на вторинному шарі каталізатора, що призводить до зниження енергоспоживання.

Четвертою перевагою є те, що третинна стадія деМм2О буде компенсувати старіння

Зо вторинного каталізатора, в такий спосіб, покращуючи здатність системи в цілому довго забезпечувати низькі викиди М2О.

П'ятою перевагою є менший об'єм вторинного каталізатора, який можна простіше розмістити в реакторі-спалювачі, розташованому після стадії окиснення аміаку (сітки з РІ-НН).

Сказане вище показує, що винахід дозволяє одержувати низькі рівні викидів МОх і М2О зі збереженням високої рентабельності.

У даному винаході також пропонується установка для виробництва азотної кислоти, яка включає принаймні реактор для каталітичного окиснення аміаку і абсорбер для одержання азотної кислоти, в якому виробляється потік продукту, який містить азотну кислоту і хвостовий газ, який містить М2О і МОх, а також систему третинного скорочення викидів для скорочення викидів М2О і МО; із хвостового газу, відповідно до описаного вище способу, яка включає: послідовно розташовані принаймні один перший шар каталізатора для розкладу МО і принаймні один другий шар каталізатора для селективного зниження концентрації МОх; причому принаймні один перший шар каталізатора містить цеолітовий каталізатор, що містить залізо; і принаймні один другий шар каталізатора містить каталізатор на основі МгО5- ГО»; принаймні один пристрій для введення аміаку між принаймні одним першим шаром каталізатора і принаймні одним другим шаром каталізатора так, що селективне зниження концентрації МОх здійснюється в присутності аміаку в ролі реагенту-відновника, з'єднання, пристосоване для передачі відхідного газу принаймні одного першого шару каталізатора у принаймні один другий шар каталізатора, що не має теплообмінника для охолодження цього газу.

Відхідний газ принаймні одного першого шару каталізатора (шар демМ2О) направляється безпосередньо в принаймні один другий шар каталізатора (шар демо») без стадії охолодження.

Відповідно, запропонована у винаході система не містить охолоджувального пристрою, встановленого між принаймні одним першим шаром і принаймні одним другим шаром.

Перший шар(-и) і другий шар(-и) переважно встановлюються в єдиному резервуарі високого тиску. Переважний варіант виконання містить один шар демМго і один шар демо», розташовані в одному резервуарі високого тиску.

Відповідно до різних варіантів виконання винаходу, система може включати будь-яку бо комбінацію шарів каталізатора осьового потоку з шарами радіального потоку.

У деяких переважних варіантах виконання після деМм2О шару каталізатора радіального потоку розташовується шар демох каталізатора радіального потоку. Ці два шари радіального потоку можуть бути розташовані концентрично один навколо іншого, або можуть бути співвісно розташовані по вертикалі один над іншим всередині загального резервуара високого тиску. В інших варіантах виконання, шар де-М2О і/або шар де-МОх є шарами осьового потоку. У деяких варіантах виконання, шар осьового потоку об'єднаний із шаром радіального потоку. Наприклад, у деяких варіантах виконання, після шару ЗеМм2О осьового потоку розташований шар демМмох радіального потоку, або після шару деМм2О радіального потоку розташований шар аемох осьового потоку.

У деяких випадках також може використовуватися вторинна стадія демМ2го, у комбінації з третинною системою відповідно до винаходу.

Крім того, в даному винаході пропонується спосіб модернізації існуючої установки для виробництва азотної кислоти з метою скорочення викидів. Спосіб може бути застосований для існуючої установки, яка вже містить друга стадія (деМмОх стадія на основі М2гО5-ТіОг). У цьому випадку, спосіб включає додавання стадії дем2оО на основі каталізатора Ре-7 без проміжного охолодження, і переважно також вторинна стадія демМм2О. Що стосується установки для виробництва азотної кислоти, перевагою способу є те, що викиди М2О можуть бути досягнуті також і при малому об'ємі вторинного каталізатора, а значить спрощується його розміщення в існуючому реакторі-спалювачі.

Короткий опис креслень

Нижче винахід більш детально розглянутий з посиланням на додану фігуру, на якій представлена спрощена блок-схема установки для здійснення способу синтезу азотної кислоти, відповідно до варіанта виконання даного винаходу.

Детальний опис здійснення винаходу

На фігурі ілюструється спосіб/установка 1 для синтезу азотної кислоти, де використовується винахід для третинного скорочення викидів М2гО і МОх, які містяться у хвостовому газі, який відводиться з абсорбера.

Основне обладнання установки 1 включає: реактор 2 для каталітичного окиснення аміаку, першу стадію/ступінь З дем2о, охолоджувач 4, абсорбційну колону 5, теплообмінник 6, другу стадію/ступінь 7 демМго, стадію/ступінь 8 демо; і детандер 9 газу. Реактор 2 і перша стадія З демМгО зазвичай включені до складу єдиного агрегату (реактора-спалювача).

Перша стадія З деМм2О знаходиться на вторинній позиції відповідно до класифікації, що використовується в галузі виробництва азотної кислоти, оскільки вона поміщається після окисника 2 аміаку, але перед абсорбером 5. Друга стадія 7 деМм2о знаходиться на третинній позиції, розташовуючись після абсорбера 5 і перед детандером 9.

Перша стадія З деМм2О містить шар каталізатора, виконаний з придатного вторинного каталізатора.

Друга стадія 7 аемМм2О містить шар каталізатора, виконаний з каталізатора на основі залізообмінних цеолітів. Стадія 8 деМОх містить шар каталізатора, виконаний з каталізатора на основі М2гО5-ТІО». Каталітичний шар другої стадії 7 деМ2о і каталітичний шар стадії 8 демох можуть бути розміщені в одному резервуарі високого тиску.

Цими каталізаторами можуть бути структуровані (конструктивно оформлені) каталізатори (наприклад, каталізатор, нанесений або впроваджений на монолітну підкладку, наприклад, основу із сотовою структурою), або гранульовані каталізатори, згідно з іншими варіантами виконання. Будь-який або обидва каталізатори для демго і деМмоОх можуть бути структурованими каталізаторами.

Перевага структурованого каталізатора полягає в тому, що він має більшу корисну площу поперечного перерізу для проходження газу, ніж гранульований каталізатор, завдяки чому характеризується меншим падінням тиску навіть у разі осьового потоку. Осьовий потік означає перебіг у напрямку головної осі шару каталізатора, наприклад, вертикальної осі в разі шару каталізатора, розташованого у вертикальному реакторі.

Потік 10 аміаку і повітряний потік 11 змішуються із формуванням вхідного потоку 12 реактора/окисника 2 аміаку, в якому аміак піддається каталітичному окисненню до моноксиду азоту (МО) на платинових каталітичних сітках. У ролі побічного продукту окиснення аміаку до

МО утворюється невелика кількість закису азоту (МгО). Частина моноксиду азоту в присутності кисню повітря окиснюється далі до діоксиду азоту (МОг) або динітротетроксиду (М2гО4). При цьому реактор 2 виробляє газовий потік 13, який містить М2О і МОх. У цьому випадку, МОх сукупно позначає МО, МОг і М2Ох.

Газовий потік 13 подається на перша стадія З демМго, де деяка кількість М2О піддається бо каталітичному розкладу на каталізаторі на основі залізообмінного цеоліту з утворенням газового потоку 14 зі зниженим вмістом МгО. Кількість М2О, піддана розкладу на цій стадії 3, переважно не перевищує 90 95, більш переважно не більша, ніж 80 95 М2О, що міститься в потоці 13.

Вторинна стадія З деМм2о є опціональною особливістю даного винаходу. У деяких варіантах виконання, відхідний потік З з реактора 2, можливо, після охолодження, направляється безпосередньо в абсорбер 5.

Потік 14 охолоджується в теплообміннику 4, перетворюючись у потік 15, і далі надходить в абсорбційну колону 5. Усередині абсорбційної колони 5, МОх принаймні частково абсорбується у воді з утворенням продукту 16, який містить азотну кислоту. Зазвичай, абсорбційна колона 5 являє собою тарілчасту або насадкову колону.

В абсорбційній колоні 5 також утворюється хвостовий газ 17, який складається загалом із азоту і містить невеликі кількості кисню, М2О і залишкові кількості МОх.

Хвостовий газ піддається попередньому нагріванню в теплообміннику б до температури приблизно 430 "С, після чого подається в друга стадія 7 демМ2оО по лінії 18 передачі. Тут відбувається каталітичний розклад М2О на залізообмінних цеолітах з одержанням відхідного потоку 19 зі зниженим вмістом М2гО.

У відхідний потік 19 зі зниженим вмістом М2О додається аміак 20 у ролі реагента-відновника, з одержанням вхідного потоку 21 стадії 8 деМмОх. Всередині стадії 8, відбувається каталітичне відновлення МОх з одержанням очищеного газу 22 з низьким вмістом МОх і М2О.

Очищений газ 22 розширюється в детандері 9 до атмосферного тиску зі здійсненням роботи.

Одержана в детандері 9 енергія може бути використана, наприклад, для приведення в дію компресорів установки для одержання азотної кислоти (не показані).

Вихлопний газ 23 випускається в атмосферу. Цей вихлопний газ 23 зазвичай містить менше, ніж 50 рртм МО, і менше, ніж 50 рртм МОХ.

Приклад 1

Наведені нижче дані (див. табл. 1) були одержані для третинного скорочення викидів Мо і

МОХ в установці для одержання азотної кислоти, з хвостового газу, відведеного з абсорбера, з використанням стадії деМ2О на основі Ре-цеоліту з подальшою стадією демо» з каталізатором на основі М2гО5-ТІО». Газ попередньо нагрівався перед стадією дем2го. Аміак додавався в ролі реагента-відновника перед стадією демо».

Зо

Таблиця 1

Одержаний відхідний хвостовий газ після стадії деМОх має концентрацію М2О меншу, ніж 50 ррітм (скорочення викидів більше, ніж 9695), і концентрацію МОх меншу, ніж 50 рртм (скорочення викидів більше, ніж 95 95), де позначення рріпми відповідає числу мільйонних частин за об'ємом.

Приклад 2 (порівняльний приклад для переважного варіанта виконання винаходу з вторинним скороченням викидів).

Існуюча система скорочення викидів включає вторинну ЮМемМ2го (засновану на відомому вторинному каталізаторі) і третинну демо», засновану на каталізаторі М2О5-Тіо».

Вторинне скорочення викидів, призначене для 95 95 зниження викидів М2О і яке має на вході вміст М2О, який дорівнює 1200 ррт, теоретично могли би забезпечувати залишковий рівень

М2О, який дорівнює 60 ррт, при відсутності потоку, який проходить навколо каталізатора.

Зазвичай можна очікувати, що витрата потоку, який обходить вторинний каталізатор, складає принаймні 5 95 вхідної витрати. М2О в обхідному потоці не піддається скороченню. У результаті, концентрація залишкового М2О в газі після системи вторинного скорочення викидів (включно з обхідним потоком) складає 120 ррт.

Потік піддається обробці в наступних секціях відомої установки одержання азотної кислоти і виходить з абсорбера у вигляді хвостового газу, який обробляється в деМмОх.

Оемох не скорочує концентрацію М2гО, який викидається в атмосферу.

У даному винаході, газ з абсорбера піддається подальшому третинному деМм2О вище по потоку щодо аемос;, завдяки чому в ньому досягається більш низький рівень М2О.

Claims (18)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Спосіб одержання азотної кислоти, який включає стадію каталітичного окиснення аміаку з одержанням технологічного газу, який містить оксиди азоту МОх і М2О, і стадію абсорбції вказаного технологічного газу за допомогою води з одержанням продуктового потоку, який містить азотну кислоту, і потоку (18) хвостового газу, який містить МО; і М2О, причому вміст МО, і М2О в потоці (18) газу зменшується за допомогою: пропускання вказаного потоку газу, без будь-якої попередньої стадії видалення МОх, через першу стадію (7) деМгО, яка використовує каталізатор на основі цеоліту, що містить залізо, для розкладу МгО, з одержанням відхідного потоку (19) газу зі зниженим вмістом Мего; і пропускання відхідного потоку стадії ЗдеМм2О через другу стадію (8) дДеМОх, яка використовує каталізатор М2О5-ТіО», у присутності газоподібного аміаку в ролі реагенту-відновника, який відрізняється тим, що: а) потоки газу на вході першої стадії і на вході другої стадії, які містять М2гО і МОх, мають температуру, більше ніж 400 "С, і дотримується принаймні одна з таких умов: 61) потік газу, який містить М2гО і МОХ, перед його введенням на першу стадію має молярний вміст МОх менше ніж 1000 частин на мільйон (ррт); 62) потік газу, який містить М2гО і МОХ, перед його введенням на першу стадію має молярний вміст Оо менше ніж 4 965; 63) молярне відношення аміаку до МО; на вході до другої стадії складає від 0,9 до 1,1.

2. Спосіб за п. 1, в якому виконання умови 61 означає, що потік газу, який містить МОх і М2О, перед його подачею на першу стадію має молярний вміст МОх менше ніж 750 ррт і переважно Зо менше ніж 500 ррт.

3. Спосіб за п. 1 або 2, в якому виконання умови 62 означає, що потік газу, який містить МО,» і М2гО, перед його подачею на першу стадію має молярний вміст Ог2 менше ніж З 95.

4. Спосіб за будь-яким із попередніх пунктів, в якому виконання умови 63 означає, що молярне відношення аміаку до МОх на вході до другої стадії складає від 0,95 до 1,05, переважно З5 дорівнює 1 або приблизно 1.

5. Спосіб за будь-яким із попередніх пунктів, в якому виконуються принаймні дві і переважно всі зумовб1,621563.

6. Спосіб за будь-яким із попередніх пунктів, в якому виконання умови а означає, що обидва потоки газу на вході до першої і другої стадій мають температуру, яка дорівнює або перевищує 415 "С, переважно дорівнює або перевищує 430 "С.

7. Спосіб за будь-яким із попередніх пунктів, в якому відхідний потік (19) першої стадії не піддають проміжному охолодженню на стадії проміжного охолодження перед подачею на другу стадію.

8. Спосіб за будь-яким із попередніх пунктів, в якому додають аміак (20) до відхідного потоку першої стадії перед подачею на другу стадію.

9. Спосіб за будь-яким із попередніх пунктів, в якому на другій стадії утворюється менше ніж 30 ррт побічного продукту М2О.

10. Спосіб за будь-яким із попередніх пунктів, в якому на першій і/або другій стадії використовують один або більше шарів каталізатора радіального потоку. БО

11. Спосіб за п. 10, в якому один або більше шарів каталізатора першої стадії і один або більше шарів каталізатора другої стадії розміщують в одному резервуарі, або в двох роздільних резервуарах, для першої і другої стадій, відповідно.

12. Спосіб за будь-яким із попередніх пунктів, в якому стадію абсорбції виконують при тиску абсорбції, який дорівнює або перевищує 6 бар, переважно дорівнює або перевищує 9 барі більш переважно дорівнює або перевищує 11 бар.

13. Спосіб за будь-яким із попередніх пунктів, який додатково включає стадію зниження вмісту М2О в технологічному газі, який одержується при каталітичному окисненні аміаку, перед стадією абсорбції.

14. Спосіб за п. 13, в якому стадія зниження вмісту М2О в технологічному газі включає бо каталітичний розклад М2О.

15. Установка для одержання азотної кислоти, яка включає принаймні реактор для каталітичного окиснення аміаку і абсорбер для одержання азотної кислоти, який забезпечує одержання потоку продукту, який містить азотну кислоту, і хвостовий газ, який містить М2О і МО», причому установка містить систему третинного скорочення викидів М2О і МОх у хвостовому газі способом за будь-яким із попередніх пунктів, який включає: послідовно розташовані принаймні один перший шар каталізатора для розкладу МО і принаймні один другий шар каталізатора для селективного зниження концентрації МОх, де вказаний принаймні один перший шар каталізатора містить каталізатор на основі цеоліту, що містить залізо, а вказаний принаймні один другий шар каталізатора містить каталізатор М2гО5- Тіб», причому забезпечується одержання принаймні одним шаром каталізатора для розкладу М2О відхідного потоку хвостового газу з абсорбера без будь-якого попереднього видалення Мох; принаймні один пристрій для подачі аміаку між принаймні одним першим шаром каталізатора і принаймні одним другим шаром каталізатора так, що селективне зниження концентрації МОх здійснюється в присутності аміаку в ролі реагенту-відновника, з'єднання, яке забезпечує подачу потоку відхідного газу принаймні одного першого шару каталізатора в принаймні один другий шар каталізатора без використання теплообмінника для охолодження газу.

16. Установка за п. 15, в якій вказані принаймні один перший шар каталізатора і принаймні один другий шар каталізатора розміщені в єдиному резервуарі високого тиску.

17. Установка за п. 15 або 16, в якій принаймні одним першим шаром каталізатора і/або принаймні одним другим шаром каталізатора є шар з осьовим потоком і структурованим каталізатором, нанесеним або впровадженим на монолітну підкладку, переважно основу зі стільниковою структурою.

18. Спосіб модернізації установки для одержання азотної кислоти, яка включає третинну стадію демМОх для скорочення викидів МОх з використанням каталізатора М2О5-ТіО», при здійсненні якого: додають третинну стадію деМм2О з каталізатором Ре-7 для розкладу М2О, встановлюючи цю додану стадію демго перед стадією демо; і без використання пристрою охолодження газу між доданою стадією демго і стадією дФемМмох; опціонально, додають вторинну стадію демго з придатним каталізатором вторинної демего, причому на доданій третинній стадії деМм2О одержують відхідний потік хвостового газу з абсорбера установки для одержання азотної кислоти без будь-якого попереднього видалення

МОХ. 2 З 8 З ма у С і 16 я м ОХИСНЕННЯ -ї дем2о ; ! ві АБСОРБЦІЯ і я сені НЕ юю в 13 14 15 ше 7 до Ки в ї р- 18 чеМмо Шу; 20 7 З - 19 -2 : : 22.23 ци й ЗЕРСЬ.