Окисление аммиака

При окислении аммиака кроме основной реакции (37) могут протекать параллельные побочные процессы (38, 39).

  • 4NH3 + 5О2 = 4NO + 6Н2О + Q4
  • 4NH3 + ЗО2 = 2N2 + 6Н2О + Q5
  • 4NH3 + 6NO = 5N2 + 6H2O + Q6

и последовательная реакция

2NO = N2 + О2

Поэтому одной из проблем увеличения выхода азотной кислоты является создание такого катализатора, который бы действовал избирательно на основную реакцию, мало влияя на побочные реакции. В производстве азотной кислоты в качестве катализаторов используются платиноидные катализаторы (платиновые,

платино-родиевые и платино-палладии 81-92%).

OjjNH,

Рисунок 10 - Зависимость выхода оксида азота (II) от соотношения О2:

NH3

вытеснить из нее аммиак. Тогда его

-родиевые сплавы с содержанием платины

Основная реакция - очень быстрая и протекает во внешнедиффузионной области, причем процесс лимитируется диффузией кислорода к поверхности катализатора. Это обусловливает повышенную по сравнению кислородом концентрацию аммиака на поверхности катализатора и повышение удельного веса побочных реакций неполного окисления с образованием азота и закиси азота. Поэтому необходим значительный избыток кислорода у поверхности, чтобы окисление будет более глубоким до NO.

Влияние соотношения Ог: NH3 в потоке на выход NO показано на рисунке 10.

При соотношении О2 : NH3 более 1,8 селективность по NO достигает постоянной максимальной величины, близкой к 100 % и далее практически не меняется.

При выборе соотношения О2 : NH3 руководствуются зависимостью выхода NO от этого соотношения, связанной с лимитированием процесса диффузией кислорода к поверхности катализатора. Оптимальными значениями О2 : NH3 является величина 1,8 - 2,0, что соответствует содержанию аммиака в аммиачновоздушной смеси 9,5 - 10,5 (об. %). Следует учитывать, что при обычной температуре смесь аммиака с воздухом взрывается в интервале 16-27 (об. %), а при увеличении температуры и давления предел взрываемости расширяется.

Высокая селективность катализаторов позволяет в условиях оптимальных давлений, температур и соотношения О2 : NH3 достигать 97 - 98 % выхода NO при практически полной конверсии аммиака. Поскольку NO при увеличении времени контактирования может далее разлагаться на элементарные N2 и Ог, то за время контакта выбирается то минимальное время, при котором достигается практически полная конверсия и которое обеспечивает минимальный объем реактора в условиях практически полного превращения NH3. Это время составляет (1 -2)1(У' с.

Давление является фактором ускорения процесса, так как является движущей силой внешней диффузии. Вместе с тем, с ростом давления наблюдается снижение выхода оксида азота (II). Поэтому давление является оптимальной величиной, сочетающей взаимно противоположные требования увеличения производительности и уменьшения габаритов установки и повышение выхода NO. Следует также иметь в виду, что при повышении давления существенно возрастает унос мельчайших частиц платины с газами, что удорожает товарную кислоту, т.к. платина имеет высокую стоимость, а процесс ее улавливания из нитрозных газов после контактного аппарата весьма сложен и не обеспечивает полноту компенсации потерь. На современных установках большой мощности оптимум давления составляет 0,4 - 0,7 МПа.

Широкое распространение получил разработанный в России процесс под давлением 0,73 МПа (рисунок 11).

1 - воздушный компрессор, 2 - система окисления аммиака; 3 - система абсорбции нитрозных газов

Рисунок 11 - Получение азотной кислоты под давлением 0,73 МПа

Данное давление выбрано из условий оптимальности химикотехнологической системы в целом. Увеличение давления значительно улучшает абсорбцию оксида азота (IV) водой: вместо 6-8 абсорбционных колонн, используемых при атмосферном давлении, при 0,7 МПа достаточно одной колонны. Уменьшаются габариты остального оборудования.

При повышенном давлении можно создать энерготехнологическую систему, замкнутую по энергетике. Последние разработки - схема при двух давлениях (система АК-72) (рисунок 12).

Воздух

1 - воздушный компрессор, 2 - система окисления аммиака, 3 - компрессор нитрозных газов, 4 - система абсорбции нитрозных газов

Рисунок 12 - Система АК-72 в синтезе азотной кислоты

Окисление аммиака проводят при 0,4 - 0,45 МПа, затем нитрозный газ сжимают до 1 - 1,2 МПа перед абсорбцией. Очевидно, что условия для основных процессов - окисления и абсорбции - лучше, чем при едином давлении, хотя это требует использования специального компрессора, работающего с нитрозным (сильно корродирующим) газом (при едином давлении используют только воздушный компрессор).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >