Очистка отходящих газов

Особое место в производстве азотной кислоты занимают проблемы, связанные с экологией. Ещё не так давно отличительной особенностью установок по производству азотной кислоты было наличие бурого газа над выхлопной трубой (так называемый «лисий хвост»): оксид азота NO, не успевший окислиться в ходе процесса, покидая установку, окислялся уже за её пределами и превращался в диоксид азота NO2 бурого цвета. В связи с этим строили высокие выхлопные трубы, громоздкие системы очистки, состоящие из большого числа поглотительных башен для увеличения степени окисления NO в NO2 и повышения степени абсорбции газов.

Очистка газовой смеси основана на использовании каких-либо свойств компонентов. Отходящие газы производства азотной кислоты содержат различные оксиды азота: NO, NO2, N2O4, N2O3. Все оксиды, кроме NO, растворяются в воде, щелочах и в содовых растворах. Эквимолекулярные количества NO образуют с NO2 оксид азотистой кислоты N2O3 по уравнению:

NO + NO2 = N2O3.

Если максимально окислить NO до NO2 то оксиды азота (NO2 и N2O3) можно улавливать щелочными растворами:

2NO2 + 2NaOH = NaNO3 + NaNO2 + H2O

N2O3 + 2NaOH = 2NaNO2 + H2O.

В системах, работающих при атмосферном давлении, для полного окисления NO на завершающей стадии процесса устанавливали дополнительную окислительную колонну и поглотительную башню, орошаемую раствором соды или известковым молоком. Оксиды азота улавливались и превращались в смесь солей – нитрата и нитрита натрия (NaNO3 и NaNO2) или кальция.

Уравнения химических реакций:

N2O3 + Na2CO3 = 2NaNO2 + CO2

2NO2 + Na2CO3 = NaNO3 + NaNO2 + CO2

(NO + 3NO2 + 2Na2CO3 = NaNO3 + 3NaNO2 + 2CO2).

В щелочных башнях улавливается 6 – 7% оксидов азота от общего их содержания в нитрозных газах, поступающих на переработку. Газы, уходящие из щелочных башен, должны содержать около 0,1% NO. Получаются растворы, содержащие примерно 250 г/л NaNO2 и 50г/л NaNO3. Эти растворы называются нитрат-нитритные щелока, их используют для получения натриевой селитры. Для этого щелока обрабатывают 50%-й азотной кислотой, в результате нитрит инвертируется в нитрат:

3NaNO2 + НNO3 = 3NaNO3 + 2NO + H2O.

Полученные растворы, содержащие небольшое количество НNO3, нейтрализуют щелочью и затем упаривают.

Вместо раствора соды для улавливания оксидов азота применяют более дешевое известковое молоко. Получаются растворы Са(NO3)2 и Са(NO2)2. затем эти растворы обрабатывают азотной кислотой, получают кальциевую селитру, которую используют как удобрение. (Напишите уравнения реакций.)

На современных агрегатах для очистки отходящих газов от оксидов азота газы подогревают до 400ºС и после добавления к ним какого-либо восстановителя (это может быть водород, метан, аммиак и т.д.) направляют на каталитическое (Pd) восстановление.

Например, отходящие газы смешивают с природным газом (основной компонент – метан) и сжигают. При сжигании метан окисляется кислородом, присутствующим в хвостовых газах:

CH4 + 1/2O2 = CO + 2H2

(CH4 + 2O2 = 2H2O + CO2),

а затем взаимодействует с NO и NO2

CH4 + NO = 2N2+ 2H2O + CO2

CH4 + 2NO2 = 4NO + 2H2O + CO2.

Водород также взаимодействует с NO и NO2:

2H2 + 2NO = N2 + 2H2O

4H2 + NO2 = N2 + 4H2О.

Оксиды азота восстанавливаются до элементарного азота.

Все представленные реакции являются экзотермическими, поэтому температура в реакторе повышается до 750ºС, давление газов возрастает. Это позволяет направлять их в турбину и далее в котёл-утилизатор. Турбина приводит в движение турбокомпрессор, повышающий давление в установке, а тепло, отдаваемое горячим газом, позволяет получить дополнительное количество пара.

Таким образом, одновременно с очисткой, глубина которой достигает 0,004 – 0,006% по оксидам, удаётся полностью компенсировать энергетические затраты на работу установки.

Если в качестве восстановителя используется водород, то протекают следующие химические реакции:

2NO + 2H2 = N2 + 2H2O

2NO2 + 4H2 = N2 + 4H2

Перспективным является использование в качестве восстановителя аммиака:

6NO + 4NH3 = 5N2 + 6H2O

6NO + 8NH3 = 7N2 + 12H2O.

Присутствие кислорода в нитрозных газах благоприятно, так как:

4NO + 4NH3 + O2 = 4N2+ 6H2O.

При избытке аммиака протекает реакция:

4NH3 +3O2 = 2N2 + 6H2O.

На некоторых заводах применяют очистку купоросным маслом, то есть серной кислотой, при этом образуется нитрозилсерная кислота:

2H2SO4 + NO·NO2 = 2HNSO5 + H2O.

Нитрозилсерная кислота используется в производстве серной кислоты башенным способом.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector