Реактор разложения оксидов азота (стр. 1 из 11)
1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ
Неконцентрированная азотная кислота – цех № 5-III очередь.
Цех был введен в эксплуатацию в 1961 году в составе двух агрегатов, мощность которых составляла 90000 тонн моногидрата HNO3 в год.
В 1962 году было введено в эксплуатацию еще два агрегата мощностью 90 тыс.тонн моногидрата HNO3 в год, а в 1963 году был введен в эксплуатацию один агрегат мощностью 45000 тонн в год.
В 1965 году были сданы в эксплуатацию шестой и седьмой агрегаты и мощность цеха была доведена до 315000 тонн моногидрата HNO3 в год.
На 2002 год мощность цеха осталась прежней при работе в году 57 648 часов.
В 1970 году по проекту Новомосковского филиала ГИАП верхняя часть абсорбционных колонн, с 10 по 26 тарелку, переведена на охлаждение водой, захоложенной в испарителях жидкого аммиака на цеховой холодильной установке.
Третья очередь неконцентрированной азотной кислоты состоит из семи технологических потоков (агрегатов). Работает по комбинированному методу: конверсия аммиака – под атмосферным давлением, абсорбция – под избыточным давлением не более 0,315 МПа(3,15 кгс/см2).
В 1974 году каждый агрегат был снабжен установкой каталитической очистки отходящих (хвостовых) газов.
Генеральным проектировщиком-разработчиком проекта и строительной части цеха является Новомосковский филиал ГИАП.
Процесс и технологическая часть разработаны Днепродзержинским филиалом ГИАП.
Цех неконцентрированной азотной кислоты третьей очереди по технико-экономическому уровню относится к первой категории.
Готовым продуктом цеха является кислота азотная неконцентрированная с массовой долей HNO3 не менее 46% и реактивная азотная кислота с массовой долей HNO3 не менее 56%.
Химическая формула – HNO3, относительная молекулярная масса (по международным атомным массам 1969г.) – 63,02.
Неконцентрированная азотная кислота по качеству должна соответствовать нормам и требованиям ОСТа 113-03-270-90, СТП 05761643-56-94 (см. таблицу 1).
Неконцентрированная азотная кислота – бесцветная или слегка желтоватая, прозрачная жидкость, без механических примесей с едким удушливым запахом, не горючая, токсичная. Желтоватый цвет обусловлен присутствием растворенных в кислоте окислов азота.
Азотная кислота неограниченно растворима в воде в любых соотношениях, при растворении выделяется тепло, гигроскопична. Пары азотной кислоты в 2,2 раза тяжелее воздуха.
Неконцентрированная азотная кислота – бесцветная или слегка желтоватая, прозрачная жидкость, без механических примесей с едким удушливым запахом, не горючая, токсичная. Желтоватый цвет обусловлен присутствием растворенных в кислоте окислов азота.
Азотная кислота неограниченно растворима в воде в любых соотношениях, при растворении выделяется тепло, гигроскопична. Пары азотной кислоты в 2,2 раза тяжелее воздуха.
Таблица 1
Основные показатели азотной неконцентрированной кислоты
| № п/п | Наименование показателей | Нормы ОСТ 113-03-270-90 | СТП | |
| Высший сорт | Первый сорт | Второй сорт | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 1 | Внешний вид | Бесцветная или слегка желтоватая прозрачная жидкость без механических примесей | ||
| 2 | Массовая доля азотной кислоты, %, не менее | 57,0 | 56,0 | 46,0 |
| 3 | Массовая доля оксидов азота в пересчете на N2O4, %, не более | 0,07 | 0,1 | 0,2 |
| 4 | Массовая доля твердого прокаленного остатка, %, не более | 0,004 | 0,02 | 0,5 |
Азотная кислота является энергичным окислителем. Животные и растительные ткани при воздействии азотной кислоты разрушаются.
Азотная кислота при контакте со многими горючими материалами вызывает их воспламенение (дерево, солома, бумага и т.д.).
В азотной кислоте растворяются все металлы, кроме платины, родия, иридия, палладия, титана и золота, с образованием окислов металлов или азотно-кислых солей. С повышением температуры растворимость металлов в азотной кислоте увеличивается.
При нейтрализации азотной кислоты щелочами образуются хорошо кристаллизующиеся соли. С аммиаком азотная кислота образует нитрат аммония (аммиачную селитру).
NH4 + HNO3 = NH4NO3 + Q[7, 15] (1)
Предельно – допустимая массовая концентрация паров азотной кислоты в воздухе рабочей зоны (в пересчете на двуокись азота NO2) – 2 мг/м3.
Температура кипения и замерзания кислоты зависит от массовой доли азотной кислоты (крепости кислоты) и характеризуется следующими данными:
4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O + 904 кДж[7, 15] (2)
4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O + 1268,8 кДж[7, 15] (3)
2NO + O2 = 2NO2 + 112,8 кДж (26,9 ккал)[7, 15] (4)
2NO2 + H2O = HNO2 + HNO3 + 136,3кДж (32,6 Ккал)[7, 16] (5)
3HNO2 = HNO3 +2NO + H2O – 76,0 кДж (-18,2 Ккал) [7, 16] (6)
Таблица 2
Зависимость температуры кипения и замерзания от крепости кислоты
| Массовая доля, % | Температура кипения,оС | Массовая доля, % | Температура замерзания, оС |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| 20 | 103,6 | 13,9 | -10 |
| 30 | 108,1 | 22,9 | -20 |
| 40 | 112,6 | 27,8 | -30 |
| 50 | 116,3 | 31,5 | -40 |
| 60 | 120,1 | 32,7 | -42,28 |
| 68,4 | 121,9 | 34,1 | -40 |
| 70 | 121,6 | 40 | -30 |
| 80 | 115,4 | 49,2 | -20 |
| 90 | 102,0 | 53,8 | -18,5 |
| 100 | 86,0 | 58,5 | -20 |
| 69,7 | -40 | ||
| 70,5 | -42 | ||
| 72,5 | -40 | ||
| 82,4 | -40 | ||
| 88,8 | -60 | ||
| 89,95 | -66,3 | ||
| 91,9 | -60 | ||
| 94,8 | -50 | ||
| 100 | -41,2 |
2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ2. 1 Технологический процесс
Процесс получения неконцентрированной азотной кислоты заключается в окислении газообразного аммиака кислородом воздуха в присутствии двухступенчатого катализатора: платино-родиево-палладиевой сетки и неплатинового катализатора КН-2 (НК-1П).
Окисление ведется в контактных аппаратах под атмосферным давлением. Абсорбция полученных окислов азота ведется под давлением 0,315 МПа (3,15 кгс/см2) в абсорбционных колоннах с тарелками ситчатого типа. Абсорбентом является конденсат водяного пара и кислый конденсат.
Технологический процесс получения неконцентрированной азотной кислоты состоит из следующих стадий:
1. Очистка аммиака и воздуха, подготовка аммиачно-воздушной смеси.
2. Окисление аммиака.
3. Охлаждение и сжатие нитрозных газов.
4. Окисление оксида азота и абсорбция диоксида азота с получением неконцентрированной азотной кислоты.
5. Каталитическое разложение оксидов азота в отходящих (хвостовых) газов.
Подробнее рассмотрим последнюю, пятую стадию процесса получения неконцентрированной азотной кислоты, т. к. именно здесь применяется реактор каталитической очистки хвостовых газов.
Выходящие из абсорбционной колонны хвостовые газы направляются в трубное пространство 2-ух подогревателей хвостового газа, где они нагреваются за счет тепла нитрозных газов проходящих в межтрубном пространстве.
Из подогревателей хвостовые газы поступают в смеситель, в который подается газообразный аммиак. В смесителе хвостовой газ смешивается с аммиаком и направляется в реактор.
После него очищенные хвостовые газы, пройдя через рекуперационную турбину газодувной машины выбрасывается в атмосферу.
2.2 Описание заданного оборудования, назначение и характеристики, описание происходящего в нем технологического процесса, назначение и описание средств КИПиА, которыми оснащено заданное оборудование; технологические расчеты оборудования
Проектируемый реактор предназначен для каталитического разложения оксидов азота в отходящих (хвостовых) газах.
В верхнюю часть реактора разложения оксидов подаётся смесь хвостового газа и аммиака, нагретая в пределах 90-120оС, где на катализаторе АВК и СТК аммиак восстанавливает оксиды азота до элементарного азота по реакции:
4NH3 + 6NO = 5N2 + 6H2O + 1810 кДж (432,4Ккал) [7, 37] (7)
8NH3 + 6NO2 = 7N2 + 12H2O + 2734 кДж (653Ккал) [7, 37] (8)
В период, когда температура в реакторе достигнет 200-205оС и до скорейшего достижения температуры 230оС, т.е. до выхода на нормальный технологический режим работы реактора, аммиак в смеситель подается без избытка по отношению к оксидам азота, что обеспечивает отсутствие аммиака в хвостовых газах на выходе из реактора.
На выходе, в нижней части аппарата, во избежание попадания катализаторной пыли в турбодетандер газодувной машины установлен фильтр, представляющий собой цилиндрический стакан, на боковых стенках и в днище которого имеются отверстия. Стенка и днище стакана обернуты нержавеющей сеткой, задерживающей катализаторную крошку и пыль.
Очищенный газ, объемная доля оксидов азота в котором 0,01% и объемная доля аммиака не более 0,015%, с температурой до 350оС через рекуперационную турбину газодувной машины сбрасывается в атмосферу через 100 метровую трубу.
Количество неочищенных хвостовых газов, поступающих в реактор, контролируется прибором (поз.FIR-318), а давление газов прибором (поз. PIRSLAL-219).
Температура хвостового газа на входе в смеситель контролируется прибором (поз.TJRSHLAHL-126).
При достижении температуры газа в реакторе 350оС и понижении температуры газа перед смесителем до 230оС срабатывает блокировка (поз.TJRSHLAHL-126) и автоматически закрываются два отсекающих клапана на линии подачи аммиака в смеситель реактора разложения оксидов азота и открывается клапан сброса аммиака на свечу, установленный между отсекающими клапанами.
Таблица 3 – Средства КИП и А