Регенерация азотной и серной кислоты

управления процессом концентрирования серной кислоты в массобоменном

колонном аппарате путем измерения температуры на последней по ходу кислоты

ступени массообменной колонны, регулирования расхода топлива в печь по

температуре топочных газов, стабилизации расходов разбавленной серной

кислоты, воздуха в печь, температур топочных газов и концентрированной

серной кислоты, отличающейся тем, что с целью повышения качества продукта

и снижения выбросов вредных веществ в атмосферу, температуру топочных

газов, подаваемых в печь, корректируют по температуре на последней по ходу

кислоты ступени массообменной колонны.

(11) 1809774 (51) В01Д53/14, С01В21/38, С01В21/40

(22) 4913954/26 (22) 25.02.91

(72) В.А. Линев, В.И. Герасименко, А.А. Черкасов, М.П. Решетюк, Г.С.

Николаев.

(71) Производственное объединение "Куйбышевазот"

(73) Производственное объединение "Куйбышевазот"

(54)(57) Способ снижения содержания оксидов азота в хвостовых газах

производства слабой азотной кислоты, включающий абсорбцию нитрозных газов

водным раствором азотной кислоты с последующм восстановлением вводимых со

стадии абсорбции хвостовых газов, содержащих примеси оксидов азота,

аммиаком, отличающийся тем, что с целью снижения содержания вредных веществ

в хвостовых газах и расхода аммиака, водный раствор азотной кислоты, перед

абсорбцией обрабатывают озонокислородной смесью, содержащей 40-60 г. озона

на 1 м3 хвостового газа, вводимого со стадии абсорбции.

(11) 1688291 (51)5 С01В21/40

(21) 4648035/28 (22) 07.02.89

(53) 661.56

(72) А.Ф. Мараховский, Е.Н. Золотарев, В.К. Киселев, В.А. Степанов,

Н.П. Перепадья, В.В. Истомин.

(71) Харьковский Институт инженеров коммунального строительства,

Горловское производственное объединение "Стирол", кооператив "Спутник".

(54)(57) Способ переработки оксидов азота в неконцентрированной

азотной кислоте включающий их абсорбцию поглотителем, содержащим азотную

кислоту, предварительно обработанную магнитным полем напряженностью 1500-

2500 Э, отличающийся тем, что с целью увеличения степени переработки,

одновременно с магнитной обработкой осуществляется аэрирование поглотителя

воздухом или газовой смесью, содержащей 90-99% кислорода в течении 20-40

мин. При удельном расходе воздуха или газовой смеси 0,2-2,0 м3, на 1м

поглотителя в час.

Заключение

Патентные исследования по фонду изобретений показали, что тема

разрабатывалась, однако внимание разработчиков к исследуемой теме

неравномерно по годам. Пик изобретательской активности приходится на 1992

год. При разработке темы основное внимание уделялось повышению качества

готового продукта, снижению материальных затрат, улучшению технологии

процесса. Разработки касаются не только совершенствования всей

технологической схемы, но и отдельных операций производственного цикла и

оборудования для него, изменение методов управления процессом на отдельных

стадиях.

Для анализа обработано 5 изобретений, имеющих непосредственное

отношение к исследуемой теме. В них разработаны методы регенерации и

утилизации отработанной кислоты, при этом решаются задачи экологии за счет

замкнутости цикла.

1.3 Выбор и обоснование района строительства

При выборе места строительства учитывается географическое положение,

наличие полезных ископаемых, рельеф, климатические условия. Важным фактором

является также наличие водоемов для обеспечения непрерывного подвода воды,

сырья, путей сообщения для безопасной, экологичной и дешевой доставки этого

сырья и другигх полуфабрикатов от поставщиков, а также отгрузки готовой

продукции, развитой инфраструктуры, достаточная энергетическая база.

Необходимо отметить также важность хорошо развитой научной базы для

подготовки специалистов в данном производстве и наличия возможности выбора

рабочей силы с учетом технологических особенностей и параметров данного

процесса. Учитывая все вышеперечисленные факторы, выбираем для

строительства производства для регенерации отработанных кислот г. Казань,

как крупный научно-технический, учебно-производственный и сырьевой пункт.

Казань – столица Татарстана.

Татарстан находится в средней части Поволжья.

Географические и климатические данные региона.

По широте Татарстан занимает среднее положение, по долготе его

территория сдвинута ближе к Уралу. Такое положение республики определяется

умеренной континентальностью климата, что оказывает большое влияние на все

факторы природных ресурсов.

Климат в Татарстане умеренный. Средняя температура холодного периода –

14,5 ОС, теплого +19,9 ОС. Преимущественное направление ветра – северо-

западный. Относительная влажность воздуха летом µ=63%, зимой µ=86%.

Глубина замерзания грунта 16 метра. Средний снеговой покров 35 см.,

количество осадков за год 449 мм.

Город связан с железнодорожными, водными, автомобильными путями с

районами – поставщиками и потребителями. Цех по регенерации отработанных

кислот расположен в непосредственной близости от железнодорожного узла

"Станция Лагерная", что значительно облегчает доставку сырья и материалов

для перевоза в железнодорожных вагонах и цистернах. Достаточна и

энергетическая база. Электропитание идет из систем электроснабжения сети

"Татэнерго".

Вода в цехе используется для технологических целей: в теплообменниках,

для промывки оборудования. Источником воды является река Волга и

артезианский колодец.

Производство расположено в плотнонаселенном районе Татарстана – городе

Казань, что обеспечивает стабильный приток рабочей силы.

В Казани имеется ряд учебных заведений, готовящих производственные

кадры. Инженерные кадры готовятся в КГТУ.

Однако, учитывая экологическую ситуацию, в том числе повышенную

фоновую концентрацию вредных веществ в атмосфере, строительство нового

химического предприятия на территории республики допустимо лишь при

совершенствовании установок для обезвреживания отходов производства и

сведения этих отходов к минимальному количеству.

Проектом предусмотрена очистка отходящих газов базового производства с

целью охраны окружающей среды.

2. Расчетно-технологическая часть

2.1. Описание технологической схемы

Процесс разделения отработанных кислотных смесей и концентрирования

слабой HNO3 ведут в колонне концентрирования ГБХ (9). По трубопроводу 6.0.

тройная кислотная смесь поступает в хранилище отработанных смесей (2).

Из хранилища отработанные кислоты насосом (27) подаются в напорный бак

(5). В напорных баках поддерживается постоянный уровень кислот, также они

имеют переливную линию, по которой избыток кислот отводится обратно в

хранилища соответствующих кислот. Из напорного бака отработанные кислоты

через ротаметр (8) поступают в подогреватель (7), где подогреваются до t=80-

100 ОС. В целях уменьшения количества пара, вводимого в колонну, подогрев в

подогревателе ведется глухим паром, поступающим по трубопроводу 3. Из

подогревателя отработанная тройная смесь поступает на 6-9 царги (считая

сверху) колонны ГБХ, а слабая HNO3 (48-50%) по трубопроводу 6.3 поступает в

хранилище слабой HNO3 (2). Из хранилища (1) слабая HNO3 насосом (26)

подается на 10 царгу колонны ГБХ (9). Техническая H2SO4 (91-92%) из

отделения концентрирования слабой H2SO4 перекачивается в хранилище (3)

концентрированной H2SO4 и отсюда насосом (28) подается в напорный бак (6),

из которого с t=(20-30 ОС) поступает на 4-6 царги колонны (9). Все три

кислоты подаются в колонну ГБХ одновременно. Также одновременно с подачей

кислот для отгонки HNO3 и окислов азота из смеси кислот и поддержания

температурного режима процесса, в днище колонны (9) подают нагретый водяной

пар по трубопроводу 2.3 с температурой равной 250ОС абсолютное давление

нагретого пара на трубопроводе 1,5 атм. Пар в колонну подается с таким

расчетом, чтобы содержание HNO3 и окислов азота в разбавленной H2SO4,

вытекающей из колонны не превышало 0,03%.

Испарение HNO3 из отработанных смесей кислот происходит за счет H2SO4,

которая подсоединяет к себе воду, понижая тем самым парциальное давление

водяных паров в смеси. Испарение HNO3 происходит в средней части колонны,

состоящей из 11-13 царг HNO3, освобожденная от воды, но с большим

содержанием окислов азота в парообразном виде поднимается в верхние царги

колонны №6-9, где осушается H2SO4, стекающей вниз. Барботируя через слой

H2SO4, пары HNO3 проходят царги 3-5, где освобождаются от брызг H2SO4.

Освобожденные от влаги пары HNO3 поступают в верхние две царги колонны –

дефлегматор, где происходит отдувка окислов азота.

После прохождения колонны пары HNO3 с t(85-95 ОС) из крышки колонны

(9) поступают в конденсатор (10), в котором за счет охлаждения до t=30-40

ОС происходит конденсация HNO3 из парообразного состояния в жидкое.

Сконденсировавшись, охлажденная крепкая HNO3 стекает в общий коллектор

конденсатора (10) и так как она содержит большое количество окислов азота,

то обратно возвращается в дефлегматор колонны ГБХ (9), где, встречаясь с

горячими газами, идущими с четвертой царги колонны, нагревается до t=85 ОС.

Освобожденная от окислов азота крепкая 96-98% HNO3 поступает в холодильник

(11) и охлажденная до t=30-40 ОС стекает в сборник концентрированной

азотной кислоты (12), откуда направляется на склад и к потребителю.

Серная кислота, постепенно насыщаясь водой, стекает по царгам вниз.

H2SO4, контактируя с нитрозными газами от разложившейся HNO3 образует

нитрозилсерную кислоту. С 20 по 22 царги (в зоне гидролиза) при температуре

H2SO4 150-160 ОС происходит гидролиз нитрозилсерной кислоты.

Слабая 68-70% серная кислота с долей оксидов не более 0,003%,

получаемая в процессе гидролиза из 22 царги колонны с t=160-170 ОС,

перекачивается в отделение концентрирования серной кислоты.

Дистилляция HNO3 из отработанных кислот и ее концентрирование

сопровождается выделением нитрозных газов. Это приводит не только к

значительным потерям HNO3, но и к загрязнению окружающей среды. Поэтому

после конденсатора (10) несконденсировавшиесяя пары HNO3 направляются

вентилятором (24) в поглотительные башни (20-22), орошаемые кислотами

различных концентраций.

У каждого абсорбера установлены циркуляционные насосы (31), которые из

нижней части каждого абсорбера через холодильники (23) подают кислоту на

орошение, причем концентрация орошающей кислоты последовательно

увеличивается от колонны (22) к (20). Вода для орошения абсорбционной

системы подается в последний по ходу абсорбер.

Охлаждение циркулирующей кислоты необходимо потому, что при

взаимодействии ее в башне с окислами азота она нагревается, а поглощаются

окислы азота тем лучше, чем холоднее кислота.

Температура поглощающей кислоты 25-35 ОС.

Пары HNO3 и окислы азота входят в абсорбер снизу, а орошающие кислоты

сверху, то есть движутся противотоками. Орошающая кислота, контактируя на

поверхности насадки с нитрозными газами, стекает вниз, охлаждая окислы

азота и поглощая HNO3. Циркуляция продолжается до тех пор, пока вода,

поглощая окислы азота и пара, не превратится в слабую 48-50% HNO3, поле

чего она выводится из цикла, а в цикл накачивают свежую воду. Слабая HNO3

после абсорбера направляется в холодильник слабой HNO3, где охлаждается до

t=35 ОС, затем поступает в сборник (25) и насосом (34) перекачивается в

хранилище (2) концентрирования HNO3.

В результате водной абсорбции содержание окислов азота в газах

снижается до 0,1-0,3%. Для окончательной доочистки газы вентилятором (28)

направляются в абсорбер (22), орошаемый крепкой H2SO4, поступающей по

трубопроводу 6.1. После этого абсорбера газы с содержанием NOx 0,01-0,03%

выбрасываются в атмосферу, а получаемая при этом H2SO4 насосом

перекачивается на склад.

Концентрирование отработанной 70% H2SO4 осуществляется в вихревой

ферросилидовой колонне (17), путем непосредственного соприкосновения

горячих топочных газов и кислоты. Горячие газы, нагретые в топке (16) до

t=800-900 ОС подаются на первую по ходу газового потока ступень колонны.

Воздух в топку нагнетается воздуходувкой (32) а природный газ в топку

подается по трубопроводу 5,7. Отработанная 70% серная кислота с

температурой 150-170 ОС из колонны ГБХ отделения денитрации насосом (29)

через промежуточную емкость (14) подается на 5 ступень вихревой колонны.

Контактирование горячих газов и кислоты в колонне осуществляется в

противоточном режиме. Топочные газы, поступающие на первую ступень,

поднимаясь вверх, взаимодействуют в вихревом потоке с H2SO4 и десорбируют

из нее воду. H2SO4 перетекает со ступени на ступень вниз, укрепляется и

выходит из первой ступени контакта фаз в виде продукционной 91-92% H2SO4 в

холодильник (19). Из холодильника H2SO4 насосом перекачивается в отделение

денитрации в хранилище серной кислоты (3).

Горячие газы по мере движения в колонне вверх отдают тепло и

насыщаются парами воды. Температура отходящих газов после верхней

брызгоуловительной ступени составляет 110-130 ОС.

Далее отходящие газы охлаждаются до t=60-70 ОС в эжектирующем

устройстве (17) колонны. Затем отходящие газы с содержанием кислых газов

(0,1-0,2 г/м3 ) через трубу выбросов (30) выбрасываются в атмосферу.

Концентрирование H2SO4 на ступенях вихревой колонны осуществляется в

высокотурболизированном вихревом восходящем жидкостном потоке, что

позволяет интенсифицировать теплообменные процессы и повысить надежность

сепарации фаз при повышенных скоростях газа, предотвратить перегрев и

разложение серной кислоты до сернистого ангидрида (рис. 2.1)

2.2 Принцип работы колонны концентрирования H2SO4

Работа основана на следующих принципах:

1. Применение прямоточного взаимодействия газовой и жидкой фаз в зоне

контакта при сохранении противоточного движения потока по аппарату в

целом.

2. Использование вихревого движения газожидкостного потока в зоне

контакта фаз, обеспечивающего максимальную турбулизацию потока,

обновление метафазной поверхности, широкий диапазон устойчивости

работы контактных ступеней, а также эффективную сепарацию жидкости в

поле центробежных сил.

3. Применение восходящего движения фаз в зоне контакта, обеспечивающего

максимальный диаметр многоступенчатых аппаратов.

Принцип прямоточного движения газовой и жидкой фаз осуществляется в

вихревом контактном устройстве (рис. 2.2.), состоящем из тарелки 3, на

которую установлен завихритель 5, и контактного патрубка 4.

Завихритель газового потока расположен внутри контактного патрубка и

изготовлен в виде цилиндра, имеющего 8 тангенциально расположенных лопаток

6, образующих между собой тангенциальные щели для прохода газа.

В нижней части контактного патрубка 4 имеются прорези для прохода

жидкости.. Завихритель расположен на нижней царге 1, а контактный патрубок

– на верхней царге 2 ступени. Подача жидкости на ступень осуществляется в

нижнюю царгу, а ее выход из верхней царги.

Контактирующий газ входит в щель между лопатками завихрителя и

приобретает вращающее движение. Серная кислота из вышележащей ступени по

линии перетока поступает в нижнюю царгу ступени, протекает через прорези

контактного патрубка во внутреннюю полость между завихрителем и внутренней

стенкой контактного патрубка. Поток кислоты разделяется на 2 части. Часть

кислоты эжектируется внутрь завихрителя и вылетает из него в виде капель и

струй. Основная доля жидкости раскручивается газожидкостным потоком и

движется по спирали вверх по внутренней стенке контактного патрубка. При

этом жидкостная пленка непрерывно бомбардируется каплями и струями кислоты,

вылетевшими из завихрителя и непрерывно многократно обновляет свою

поверхность. Выходящий из щелей завихрителя свежий газовый поток образует

вихри жидкости, которые сливаются и движутся по спирали в выходящем потоке

в виде высокотурбулированного слоя жидкости, основная часть которого

отсекается от газового потока под вышележащей царгой, служащей отбойником.

Часть серной кислоты уносится газовым потоком на вышележащую ступень.

Количество уносимой кислоты определяется расходами газовой и жидкой

фаз, поступающих на ступень. За счет уноса определенного количества H2SO4

со ступени на ступень осуществляется такое распределение концентраций

серной кислоты на ступенях, при которой величины пересыщения паров серной

кислоты на ступенях не достигают критического значения и исключаются

условия образования тумана серной кислоты. Отсепарированная в верхней царге

серная кислота перетекает через внешний гидрозатвор на нижнюю царгу

нижележащей ступени. Серная кислота перетекает со ступени на ступень вниз,

концентрируется и поступает в нижнюю часть колонны. На первой ступени

кислота газовым потоком в виде капель и струй по тангенциальному каналу

поступает в днище колонны, где раскручивается газовым потоком и поднимается

в виде высокотурбулированного слоя жидкости, струй, брызг по внутренней

стенке днища колонны вверх, в зону сепарации, расположенную между первой и

второй ступенями. Отсепарированная крепкая (91-93%) серная кислота

перетекает через штуцер из зоны сепарации по трубопроводу в холодильник.

Газовый поток, контактируя на ступенях с кислотой, отдает ей свое

тепло, освобождается от брызг кислоты в брызгоуловительных ступенях и с

содержанием кислых компонентов в пределах санитарной нормы выбрасывается

через трубу выброса газов в атмосферу.

2.3. Стандартизация. Технологическая характеристика сырья, полуфабрикатов,

готового продукта. ГОСТ и технические требования.

Технологический процесс регенерации отработанных кислот позволяет

получить концентрированную HNO3 и H2SO4, от вещающие требованиям

соответствующих стандартов.

1. Азотная кислота концентрированная

Таблица №3 - Технические характеристики на HNO3 по ГОСТ 701-78

|№ |Наименование показателей |Нормы |

| | |Высший |I сорт |II сорт|

| | |сорт | | |

| |Содержание HNO3, в %, не менее |98,9 |98,2 |97,5 |

| |Содержание H2SO4, в %, не менее |0,04 |0,05 |0,06 |

| |Содержание окислов азота N2O4, в %, не |0,2 |0,3 |0,3 |

| |более | | | |

| |Содержание прокаленного остатка, в % |0,005 |0,015 |0,03 |

2. Кислота серная техническая регенерированная (купоросное масло)

Таблица №4 - Технические условия на H2SO4 по ГОСТ 2184-77

|№ |Наименование показателей |нормы |

| |Содержание H2SO4, в %, не менее |91,0 |

| |Содержание нитросоединений, в %, не менее |0,2 |

| |Содержание прокаленного остатка, в % |0,4 |

| |Содержание окислов азота N2O3, в %, не более |0,01 |

| |Содержание железа, в %, не более |0,2 |

3. Отработанные и вытесненные кислоты представляют собой тройную смесь

азотной и серной кислот, а также воды.

Таблица №5 - Состав тройных смесей

|№ |Наименование составных частей |Отработанной |Вытесненной |

| | |кислоты |кислоты |

| |Азотная кислота, в % |15-22 |15-22 |

| |Серная кислота, в % |35-40 |35-40 |

| |Окислы азота, в % |4-5 |0,5-1,0 |

| |Вода, в % |33-46 |37-49,5 |

4. Слабая серная кислота

Таблица №6 Состав слабой H2SO4 должен удовлетворять условиям ГОСТа 1500-78

|№ |Наименование составных частей |Нормы |

| | | |

|1. |Содержание серной кислоты, в % |67-70 |

| | | |

|2. |Содержание азотной кислоты, в % |0,03 |

| | | |

Топливо (природный газ)

Природный газ должен соответствовать требованиям по ГОСТ 5542-70

Таблица №7 Технические условия на природный газ

|№ |Наименование показателей на 100 гр. Газа |Нормы |

| | | |

| |Содержание сероводорода в гр., не более |2 |

| |Содержание аммиака в гр., не более |2 |

| |Содержание синильной кислоты в гр., не более |5 |

| |Содержание смол и пыли в гр., не более |0,1 |

| |Содержание нафталина в гр., не более |10 |

| |Содержание кислорода в гр., не более |1 |

Природный газ используется для получения тепла при концентрировании

кислот.

Серная кислота концентрированная должна быть изготовлена в

соответствии с требованиями настоящего стандарта по технологическому

регламенту, утвержденному в установленном порядке. По физико-техническим

показателям СК должна соответствовать нормам, указанным в таблице 8 по ГОСТ

2184-77.

Таблица №8

|№ |Наименование показателей |норма |

| | |Контактная |Олеум высший |

| | |высший |I сорт |высший сорт |I |

| | |сорт | | |сорт |

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7