Производство слабой азотной кислоты

Для защиты сеток контактного  аппарата поз. 3 от сплавления предусмотрена защитная блокировка, которая отключает технологическую часть агрегата УКЛ при температуре на катализаторных сетках -  950^оС.

Контактный аппарат поз. 3 установлен непосредственно на котле-утилизаторе поз. 4. В нижней части контактного аппарата встроен пароперегреватель котла-утилизатора.

Образующиеся при окислении  аммиака в контактном аппарате нитрозные газы проходят пароперегреватель и поступают в котел-утилизатор поз. 4.

На агрегате УКЛ № 1 установлен котел-утилизатор КУН 24/16, на агрегате   УКЛ   № 2 – котел-утилизатор Г-420 БПЭ.

К газотрубному барабану котла-утилизатора крепятся выходная и  поворотная камеры. Внутри выходной камеры находится входная камера, закрепленная к днищу барабана и выходному штуцеру с помощью компенсатора.

На котле-утилизаторе  КУН 24/16 и Г-420 БПЭ между входной и выходной камерами имеется байпас с регулирующим устройством для        регулирования температуры нитрозного газа после котла-утилизатора.

Нитрозные газы после пароперегревателя поступают во входную  камеру котла-утилизатора поз. 4, а затем по трубному пространству центральных трубок – в поворотную камеру, а оттуда по трубному пространству перефирийных трубок – в выходную камеру котла-утилизатора поз. 4.

Поворотная и выходная камеры, опоры котла - утилизатора  оснащены наружными паровыми змеевиками, обогреваемые паром давлением не более 1,6 МПа (16 кгс/см²).  Обогрев камер предусмотрен для равномерного прогрева стенок камер, равномерного линейного расширения корпуса камер котла, а также для избежания конденсации оксидов азота при пусках и остановках технологической части агрегата УКЛ.

В котле-утилизаторе за счет тепла нитрозных газов и охлаждения их до температуры  260-380^оС происходит испарение питательной воды. Образовавшийся пар проходит пароперегреватель контактного аппарата, и с давлением  не более 1,6 МПа (16 кгс/см²) и температурой 230-275^оС направляется в общецеховой коллектор. 

Котёл-утилизатор Г-420 БПЭ  снабжён выносным паросборником, где  пар отделяется от капель влаги на сепарационном устройстве. Уровень  воды в межтрубном пространстве котла-утилизатора поз. 4 поддерживается регулятором уровня LC-132 подачей питательной воды в котел-утилизатор.

Для поддержания нормального  водного режима котлов-утилизаторов предусмотрены непрерывные и  периодические продувки.

Вода непрерывных продувок котлов-утилизаторов поз. 4 и поз.V направляется в сепаратор непрерывных продувок поз. XVI, где за счет      вскипания воды продувок получается пар давлением не более 0,02 МПа (0,2кгс/см²), который используется в деаэраторном баке поз. VIIа, а сепарированная вода – для подогрева химически очищенной воды в теплообменнике поз. IV.

Вода периодических продувок котлов-утилизаторов поз.4 и поз.V совместно с сепарированной водой непрерывных продувок после теплообменника поз. IV или сепаратора непрерывных продувок поз. XVI  направляется в расширитель периодических продувок поз. XII, в котором происходит ее разбавление фильтрованной водой до температура не более 40^оС, после чего вода сбрасывается в промливневую канализацию.

Для защиты котла-утилизатора  от разрыва предусмотрена блокировка, которая отключает технологическую  часть агрегата при снижении уровня воды в котлах-утилизаторах КУН 24/16 и Г-420 БПЭ до минус 60 мм по     шкале прибора.  Паросъем с котла –утилизатора поз. 4 - 24т/ч.  

Нитрозные газы после котла-утилизатора поз. 4 с температурой 260-380^оС поступают в окислитель поз. 5, представляющий собой полый сосуд, в объеме которого продолжается реакция окисления оксида азота в диоксид азота:

2NO + O₂ = 2NO₂ – 125 кДж

В верхней части окислителя поз. 5 установлен фильтр для улавливания  платины. Нитрозные газы после окислителя поз. 5, проходят последовательно подогреватель  воздуха поз. 1 и  подогреватель  хвостовых газов  поз. 6. За счет нагрева  воздуха и хвостовых газов  до температуры 220-300^оС нитрозные газы охлаждаются до температуры  220-260^оС и поступают в холодильник-конденсатор поз. 7б, где охлаждаются хвостовыми газами до температуры не более 170^оС и далее поступают в холодильники-конденсаторы поз. 7 и 7а. В холодильнике-конденсаторе поз. 7б движение хвостовых и нитрозных газов организовано противотоком. Холодильник-конденсатор поз. 7б представляет собой титановый теплообменник вертикального типа, служащий для подогрева хвостовых газов после абсорбционной колонны за счет использования тепла охлажденных нитрозных газов,    тепла конденсации и теплообразования. Образующийся из нитрозных газов в межтрубном пространстве холодильника-конденсатора поз. 7б кислый       конденсат поступает на 12-ю тарелку абсорбционной колонны поз. 8. 

В холодильниках-конденсаторах  происходит их дальнейшее охлаждение оборотной водой до температуры не более 65^оС с конденсацией водяных паров, окислением оксида азота в диоксид азота и образованием азотной кислоты с массовой долей азотной кислоты не менее 40%.

Подача  оборотной воды осуществляется противотоком нитрозному   газу в холодильниках-конденсаторах  поз. 7 и 7а. После холодильников-конденсаторов  поз. 7 и 7а нитрозные газы поступают  под первую тарелку    абсорбционной  колонны поз. 8.

Азотная кислота после  холодильников-конденсаторов поз. 7 и 7а      поступает на одну из 5–ти (5,6,8,10,12) тарелок абсорбционной  колонны    поз. 8, т.е. на тарелку  с соответствующей массовой долей  азотной кислоты.

Для  доокисления оксида азота NO в диоксид азота NO₂ в коллектор нитрозных газов после подогревателя хвостовых газов поз. 6 подается добавочный воздух.

 

 

2.5. Абсорбция оксидов азота

 

Абсорбционная колонна поз. 8 представляет собой аппарат диаметром 3,2м, высотой 46,4м с 47-ю тарелками  ситчатого типа. Нитрозные газы проходят последовательно все тарелки абсорбционной колонны   поз. 8     снизу вверх.

Для орошения абсорбционной  колонны поз. 8 на 45-ю или на 46-ю тарелку подается предварительно охлажденная до температуры не более 35^оС глубокообессоленная вода. Расход глубокообессоленной воды автоматически регулируется регулятором расхода в зависимости от массовой доли азотной кислоты на выходе из продувочной колонны поз.12.

В абсорбционной колонне  происходит окончательное доокисление     оксида азота NO в диоксид азота NO₂ за счет кислорода дополнительного воздуха, вводимого в коллектор нитрозного газа после подогревателя хвостового газа поз. 6 по реакции:

 

2NO+ O₂ = 2NO₂ - 125 кДж

 

На тарелках абсорбционной колонны диоксид азота NO₂взаимодействует с водой с образованием азотной кислоты по реакции:

 

2NO₂ + H₂O = HNO₃ + HNO₂  + 116,2 кДж

 

Азотистая кислота, как неустойчивая, распадается:

 

3HNO₂ = HNO₃ + 2NO + H₂O – 75,8 кДж

Образующаяся на верхней  тарелке азотная кислота перетекает по перетокам на нижележащие тарелки, двигаясь навстречу потоку нитрозного газа. По мере поглощения диоксида азота массовая доля азотной кислоты увеличивается. На выходе из абсорбционной колонны поз. 8 массовая доля азотной кислоты в готовом продукте должна составлять не менее 58%.

Выделяющееся в процессе реакции тепло отводится оборотной  водой, проходящей по змеевикам, уложенным  на тарелках абсорбционной колонны поз. 8.

Подвод воды в змеевики выполнен секционно:

с 1 по 3 тарелку-змеевики пятирядные, с 4 по 14 – четырехрядные, с 15 по 19, 22,24,28,31 – двухрядные, с 26 по 27 – с прямыми  переточными трубами.

Отвод оборотной воды выполнен индивидуально по каждой с 1 по 31 тарелку. Оборотная вода после абсорбционной  колонны поз. 8 направляется на холодильники-конденсаторы поз. 7 и 7а.

Схемой предусмотрен непрерывный  отвод хлоридов, накапливающихся в кислоте, из тарелок абсорбционной колонны поз. 8 для предотвращения их аккумуляции и, следовательно, уменьшения их  коррозийного воздействия на материал абсорбционной колонны.

Хвостовые газы, содержащие непоглощенные оксиды азота, кислород, азот, воду, проходят сепарирующее устройство абсорбционной колонны и направляются в холодильник-конденсатор поз. 7б  и дальше в подогреватель хвостовых  газов поз. 6.

Сепарирующее устройство абсорбционной колонны, расположенное  в верхней части колонны, состоит  из слоя проволоки из нержавеющей  стали диаметром 0,3мм и предназначено  для предотвращения уноса капель азотной кислоты хвостовыми газами.

Объемная доля оксидов  азота в хвостовых газах после  абсорбционной колонны не должна превышать 0,15%.

Из куба абсорбционной  колонны поз. 8 азотная кислота  поступает в продувочную колонну  поз. 12 на верхнюю из трех тарелок  ситчатого типа.

Под нижнюю тарелку подается воздух после нагнетателя поз. Iг,  для отдувки оксидов азота, растворенных в кислоте. Расход воздуха в продувочную колонну поз. 12 регулируется вручную. Массовая доля оксидов азота, растворенных в азотной кислоте, не должна превышать 0,15%.

Азотная кислота с массовой долей азотной кислоты не менее 58% из продувочной колонны поз. 12 за счет давления в системе выдается в хранилища склада азотной кислоты корп. 744.  Уровень кислоты в   продувочной колонне поз. 12 регулируется автоматически регулятором уровня, регулирующий клапан которого установлен на линии выдачи  кислоты из продувочной колонны поз. 12.

Неотдутая неконцентрированная  азотная кислота после абсорбционной  колонны поз. 8 поступает в сборник-сепаратор  кислоты поз. 13.  Из сборника-сепаратора поз. 13 неотдутая азотная кислота за счет давления в системе   выдается в цех АГ-1 .

Уровень в сборнике-сепараторе поз. 13 регулируется автоматически  регулятором уровня, регулирующий клапан которого установлен на линии выдачи кислоты в цех АГ-1.

При подготовке оборудования к ремонту дренирование кислоты из аппаратов и трубопроводов осуществляется в дренажный бак кислоты поз. 18, откуда погружным насосом поз. 18а кислота выдается в хранилища склада кислоты корп. 744.

Проливы азотной  кислоты  собираются в приямке сточных вод   поз. 24, откуда предусмотрена откачка кислых вод насосом поз. 24а в хранилище  № 5 склада корп. 744. или после  разбавления   водой,  откачиваются по линии промышленно-грязной канализации  на перекачку   № 1 в цех НОПС.

Так же предусмотрено поступление  в промгрязную   канализацию  продувок оборотной воды ВОЦ-9, оборотная  вода с воздушек  холодильников-конденсаторов поз. 7 и 7а, охлаждающая вода с холодильника отбора проб  питательной воды.

В дренажный приямок поступает  и пожарохозяйственная вода из ванн самопомощи.

 

2.6. Каталитическая очистка хвостовых газов от оксидов азота и рекуперация энергии хвостовых газов

 

Хвостовые газы после абсорбционной  колонны поз. 8 направляются в холодильник-конденсатор  поз.7б, представляющий собой   вертикальный теплообменник  по трубному пространству которого  проходят хвостовые газы, по межтрубному – нитрозные газы. За счет охлаждения нитрозных  газов  хвостовые газы нагреваются до температуры 140-180^оС и направляются в подогреватель хвостовых газов поз.6, представляющий собой  горизонтальный теплообменник по трубному пространству которого проходят нитрозные газы а по межтрубному – хвостовые газ.

За счет охлаждения нитрозных  газов хвостовые газы нагреваются  до температуры 220-300 ^оС и направляются в реактор селективной каталитической очистки  поз. 10.

Нагретые хвостовые газы, смешиваясь с восстановительным  реагентом – газообразным аммиаком, поступают в реактор селективной очистки  поз. 10, где на алюмованадиевом катализаторе АВК-10М происходит   восстановление оксидов азота по реакциям:

 

6NO + NH₃ <  = > 5N₂ + 6H₂O + 1807.5 кДж

 

6NO₂ + 8NH_3< =  >  7N₂ + 12H₂O + 2732,1 кДж

 

4NH₃ + 3O₂  < =  > 2N₂ + 6H₂O + 1267,6 кДж

Газообразный аммиак подается непосредственно в газопровод хвостовых газов перед реактором селективной очистки поз. 10.

Для равномерного распределения  газообразного аммиака по  потоку хвостового газа предусмотрен струйный смеситель, встроенный в трубопровод хвостового газа и представляющий собой два торообразных  кольца, соединенных между собой трубой.

Объемный расход аммиака, подаваемого на очистку, исходя из  соотношения  NH₃ : NОх = 0,95:1,2 должен составлять не более 80 м³/ч.

Реактор селективной очистки  поз. 10 представляет собой   вертикальный цилиндрический аппарат со сферическими днищами,  имеющий одну полку на которую загружен катализатор АВК-10М.

Очищенные хвостовые газы после реактора селективной очистки  поступают на окончательный подогрев до температуры не более 700^оС в универсальную камеру сгорания турбины   поз. Iв.

Подогрев очищенных хвостовых  газов осуществляется прямым  контактом с топочными газами, получаемыми при сжигании природного газа в токе воздуха. Объемный расход природного газа,  подаваемого на горение, составляет 850-1300 м³/ч

Для обеспечения полноты  сгорания природного газа в универсальную  камеру сгорания турбины поз. Iв подается воздух с объемным расходом 12000-15000 м³/ч, что обеспечивает соотношение газ: воздух = 1 : (11-15).

С целью минимизации содержания в выхлопных газах оксидов  азота и монооксида углерода в  линию воздуха перед камерой сгорания предусмотрена подача пара в количестве до 1,5 т/ч.

Универсальная камера сгорания турбины поз. Iв состоит из жаровой  трубы и наружного корпуса. В  жаровой трубе  происходит сгорание природного газа с воздухом.

На выходе из камеры сгорания топочные газы смешиваются с  очищенными хвостовыми газами, поступающими по межкорпусному   пространству. Температура газовой смеси после камеры сгорания составляет не более 700^оС.

И в универсальной камере сгорания  турбины Iв, и в газоходе до газовой турбины поз. Iа в гомогенной газовой фазе происходит окисление аммиака до молекулярного азота по реакции:

 

4NH₃ + 3O₂   =  2N₂ + 6H₂O + 1267,6 кДж