Окисление оксида азота (II)

Окисление оксида азота (41) - гомогенная обратимая экзотермическая реакция:

2NO + О2 2NO2 + 180,6 кДж (41)

При температурах ниже 400 К равновесие практически полностью сдвинуто в сторону образования NO2. Реакция может протекать везде - в трубопроводах, теплообменниках и в других аппаратах.

Давление значительно ускоряет реакцию. Реакция протекает не очень быстро. Потому устанавливают окислитель - полый аппарат, обеспечивающий необходимое время пребывания реакционной смеси для завершения реакции.

Реакция окисления NO - экзотермическая, поэтому необходимо дополнительное охлаждение нитрозного газа. При охлаждении конденсируется вода - ее образуется в 1,5 раза больше, чем подано аммиака. Конденсирующаяся вода будет взаимодействовать с нитрозным газом, образуя азотную кислоту. Целесообразно сократить время контакта газа с водой, поэтому используют специальный скоростной теплообменник-конденсатор. В нем образуется 30% кислота. Ее направляют в соответствующее этой концентрации сечение абсорбционной колонны.

Абсорбция оксидов азота

Все оксиды азота, за исключением NO взаимодействуют с водой с образованием азотной кислоты. Поглощение оксидов азота с водой протекает через две макростадии - физическое растворение этих газов в воде и последующее их химическое взаимодействие с водой с образованием азотной и азотистой кислот (42). Азотистая кислота является малоустойчивым соединением и распадается на азотную кислоту, оксид азота (II) и воду (43).

  • 2NO2 + Н2О = HNO3 + HNO2
  • 3HNO2 = HNO3 + 2NO + Н2О

Суммарно абсорбция представлена уравнением:

3NO2 + Н2О = 2HNO3 + NO + 73,6 кДж

отходящие газы

  • 60-% азотная кислота
  • 1- ситчатые тарелки, 2 -теплообменные элементы, 3 -брызгоотбойники

Рисунок 13 - Схема абсорбционной колонны в синтезе азотной кислоты

Взаимодействие NO2 с Н2О - реакция быстрая, так что почти достигается равновесие между HNO3 в жидкости и NO2 в газе. Последующее окисление NO (и в газовой, и в жидкой фазах) протекает медленнее. Необходимо определенное время для его завершения и пространство, где будет протекать окисление NO. Для полноты поглощения в абсорбционной колонне необходим противоток жидкой и газовой фаз. Поэтому реактор образования азотной кислоты - абсорбционная колонна (диаметром -4 м, высотой - 20 м) с переливными ситчатыми тарелками (рисунок 13). Пространство между тарелками работает как газофазный окислитель основного количества выделившегося NO. Барботаж в невысоком (на тарелке) слое жидкости обеспечивает интенсивный массообмен с газом, способствуя поглощению компонентов газовой смеси и тем самым образованию HNO3 и жидкофазному окислению NO.

Достаточно большой объем газовой фазы между тарелками позволяет достичь высоких степеней газофазного окисления NO в NO?, можно считать, что в абсорбционной колонне протекает превращение, описываемые следующим брутто-уравнением:

4NO2 + 2Н2О + О2 = 4HNO3 (45)

Для отвода избыточного тепла на тарелках установлены плоские змеевидные холодильники с циркулирующей в них водой.

Повышение давления способствует большему поглощению NO2 и увеличению концентрации образующейся кислоты: 47 - 49 % HNO3 при 1 ат, 58 % - при 7 ат, до 62 % при 11 ат.

После абсорбции отходящие газы содержат 0,1 % оксидов азота и должны быть очищены. При атмосферном давлении и низкой температуре образуется димер диоксида азота N2O4 - газ буро-желтого цвета.

Очистку газов от оксидов азота осуществляют каталитическим восстановлением их до N2 (46). Восстановителем может служить аммиак или метан (природный газ).

N2O4 + СН4 = N2 + СО2 + 2Н2О (46)

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >