Azoto rūgšties gamyba pramonėje: technologija, etapai, savybės

2025 Autorius: Howard Calhoun | calhoun@techconfronts.com. Paskutinį kartą keistas: 2025-01-24 13:20

Azoto rūgštis yra viena paklausiausių pramoninių žaliavų rūšių. Jo gamyba gali būti atliekama įvairiais būdais – priklausomai nuo veislės, kurioje rūgštis turėtų būti tiekiama klientui. Kokia atitinkamų technologijų esmė? Kuo jie lyginami su gamykloje gaminama azoto rūgštimi?

Pramoninė azoto rūgšties gamyba: technologijų plėtros istorija

Pirmiausia bus naudinga ištirti istorinius faktus apie tai, kaip Rusijoje vystėsi azoto rūgšties gamyba. Vidaus pramonėje šios medžiagos išleidimas, remiantis turima informacija, buvo pradėtas vadovaujant Petrui I. Vėliau M. V. Lomonosovas pasiūlė azoto rūgšties gamybos iš salietros būdą – ši medžiaga iš tikrųjų buvo laikoma pagrindine gamybos žaliava. nagrinėjamos medžiagos iki XX amžiaus pradžios.

Kartu su salietra, azoto rūgštis pramonėje buvo gaminama naudojant sieros rūgštį. Dvi nagrinėjamos medžiagos, sąveikaudamos viena su kita, sudarė azoto rūgštį ir natrio sieros oksidą. Šio privalumasmetodas buvo galimybė gauti azoto rūgštį, kurios koncentracija yra apie 96–98 % (jei naudojamos reikiamos kokybės žaliavos).

Atitinkama technologija buvo aktyviai tobulinama – siekiant padidinti žaliavų apdorojimo greitį ir užtikrinti didesnės apimties gaminio išeigą. Tačiau palaipsniui ji užleido vietą koncepcijai, kad azoto rūgštis buvo gaminama kontaktiniu būdu oksiduojant amoniaką.

Taip pat buvo išrastas metodas, kai azoto oksidas, gautas lankiniu būdu oksiduojant atitinkamas dujas iš atmosferos, buvo naudojamas kaip pagrindinė žaliava rūgščiai gaminti. Yra plačiai paplitęs požiūris, kad pirmasis metodas yra ekonomiškesnis.

Tobulėjant azoto rūgšties gamybos technologijoms, susiformavo požiūris, pagal kurį optimaliausias atitinkamos medžiagos gamybos variantas yra pramoninės infrastruktūros, veikiančios esant aukštam slėgiui, naudojimas. Alternatyva jam yra rūgšties gamyba esant atmosferos slėgiui, kuri ekonominiu požiūriu laikoma mažiau pelninga.

Medžiagos išsiskyrimas esant normaliam arba padidintam slėgiui apima azoto rūgšties gamybą iš amoniako. Taip pat yra kombinuotas metodas, sujungiantis kitų dviejų privalumus. Azoto rūgšties gamybos kombinuotu metodu ypatybės yra, pirma, amoniako oksidacija esant atmosferos slėgiui ir jo absorbcijos įgyvendinimas - esant atmosferos slėgiui.padidėjo.

Dabar amoniakas kartu su vandeniu ir atmosferos oru laikoma pagrindine žaliava, iš kurios išskiriama nagrinėjama medžiaga. Išsamiau panagrinėkime jų panaudojimo rūgščių gamyboje specifiką.

Azoto rūgšties žaliava

Taigi, pagrindinės žaliavos, naudojamos gaminant nagrinėjamą medžiagą, yra amoniakas, oras ir vanduo.

Tam reikia naudoti išgrynintą amoniaką. Tam jis išvalomas specialioje garinimo ir distiliavimo įrangoje pagal įvairius gamybos ciklus. Panašiai išleidžiant azoto rūgštį reikia naudoti švarų orą. Jis taip pat filtruojamas naudojant specialią įrangą. Savo ruožtu azoto rūgšties gamyboje naudojamas vanduo išvalomas nuo priemaišų ir druskų. Daugeliu atvejų aptariamai medžiagai gauti turi būti naudojamas grynas kondensatas.

Išnagrinėkime, kokios nagrinėjamos medžiagos rūšys gali būti pateikiamos, taip pat kaip gaminama kiekviena azoto rūgšties rūšis.

Azoto rūgšties veislės ir pagrindiniai jos išleidimo etapai

Šiuolaikinėse pramonės įmonėse gaminama 2 rūšių azoto rūgštis – skiesta ir koncentruota. Praskiestos azoto rūgšties gamyba vykdoma 3 pagrindiniais etapais:

• amoniako konversija (jo galutinis produktas yra azoto oksidas);
• gamina azoto dioksidą;
• azoto oksidų absorbcijos įgyvendinimasvandens naudojimas.

Praskiestos azoto rūgšties gamyba yra plačiai paplitusi šiuolaikinėse pramonės įmonėse pagal vadinamąją AK-72 schemą. Tačiau, žinoma, yra ir kitų šios medžiagos išleidimo technologijų.

Savo ruožtu koncentruotos azoto rūgšties gamyba gali būti vykdoma didinant atitinkamos medžiagos kiekį praskiestoje formoje arba tiesioginės sintezės būdu. Pirmasis metodas, kaip taisyklė, leidžia gauti maždaug 68% koncentracijos rūgšties tirpalą, kurio gali nepakakti atitinkamos medžiagos naudojimui daugelyje sričių. Todėl paplitęs ir tiesioginės sintezės metodas, leidžiantis gauti apie 97–98 % koncentracijos medžiagą.

Pažiūrėkime atidžiau, kaip viena ar kita azoto rūgštis gaminama. Aukščiau pažymėjome, kad praskiestos medžiagos išleidimas gali būti atliekamas pagal AK-72 schemą. Pirmiausia išstudijuokime jo specifiką.

Atskiestos rūgšties gamyba naudojant AK-72 technologiją

Atitinkama schema, pagal kurią gaminama azoto rūgštis, apima uždaro ciklo naudojimą, kartu su:

• amoniako konversija;
• susijusių dujų aušinimas esant maždaug 0,42–0,47 MPa slėgiui:
• atlieka oksidų absorbciją esant 1,1–1,26 MPa slėgiui.

Galutinis AK-72 schemos produktas yra azoto rūgštis, kurios koncentracija yra apie 60%. Azoto rūgšties gamyba vidujenagrinėjama technologija atliekama tokiais etapais kaip:

• užtikrinti oro patekimą iš atmosferos į pramoninį bloką ir jo valymą;
• oro suspaudimas, suskirstymas į technologinius srautus;
• amoniako išgarinimas, atitinkamų dujų valymas nuo naftos ir kitų priemaišų, taip pat tolesnis jų kaitinimas;
• išgryninto amoniako ir oro maišymas, tolesnis šio mišinio išvalymas ir jo perkėlimas į katalizatorių;
• azoto dujų gavimas ir jų aušinimas;
• kondensato surinkimas su azoto rūgštimi;
• azoto rūgšties koncentracija ir absorbcija;
• gaunamo produkto vėsinimas ir valymas.

Pagaminta rūgštis siunčiama į saugyklą arba klientą.

Kartu su nagrinėjama azoto rūgšties gamybos technologija - AK-72, naudojama kita populiari atitinkamos medžiagos išleidimo koncepcija, kuri apima pramonės infrastruktūros veikimo užtikrinimą esant maždaug 0,7 MPa slėgiui.. Apsvarstykite jo ypatybes.

Gaminio išleidimo technologija esant 0,7 MPa slėgiui: niuansai

Atitinkama technologija gamina nekoncentruotą azoto rūgštį kaip alternatyvą AK-72 koncepcijai. Tai apima šių nagrinėjamos medžiagos išleidimo etapų įgyvendinimą.

Pirmiausia, kaip ir ankstesnėje technologijoje, išvalomas atmosferos oras. Šiuo tikslu paprastai naudojamas dviejų pakopų filtras. Be to, išvalytas oras suspaudžiamasnaudojant oro kompresorių - iki maždaug 0,35 MPa. Tokiu atveju oras pašildomas – iki maždaug 175 laipsnių temperatūros ir turi būti atvėsintas. Išsprendus šią problemą, jis patenka į papildomo suspaudimo sritį, kurioje jo slėgis padidėja iki maždaug 0,716 MPa. Susidaręs oro srautas savo ruožtu įkaista iki aukštos temperatūros – apie 270 laipsnių, veikiant azoto dujoms. Tada jis sumaišomas su amoniaku specialioje pramonės bloko vietoje. Atitinkama medžiaga aktyvuojama, kai rūgštis iš pradžių išsiskiria dujinėje būsenoje, kuri susidaro dėl skysčio išgaravimo. Be to, amoniakas turi būti išvalytas. Po paruošimo dujos pašildomos ir tiekiamos į maišytuvą kartu su oru. Šis mišinys taip pat filtruojamas ir po išgryninimo paduodamas į amoniaką. Atitinkama procedūra atliekama naudojant platinos ir rodžio lydinio tinklelius labai aukštoje – apie 900 laipsnių – temperatūroje. Konversijos rodiklis yra apie 96%.

Silpnosios azoto rūgšties gamyba pagal nagrinėjamą technologiją yra susijusi su azoto dujų susidarymu. Jie atvežami į specialią pramoninio padalinio zoną, kurioje yra aušinami. Dėl to išvalytas vanduo išgaruoja ir susidaro aukšto slėgio garai. Atliekant atitinkamą pramoninio bloko plotą, azoto dujos patenka į oksidatorių. Reikėtų pažymėti, kad jų oksidacija iš dalies įvyksta jau anksčiaurūgšties gamybos etapai. Tačiau oksidatoriuje jis tampa dar intensyvesnis. Tokiu atveju azoto dujos įkaitinamos iki maždaug 335 laipsnių temperatūros. Vėliau jie atšaldomi specialiame šilumokaityje ir siunčiami į kondensatorių.

Po to susidaro silpnos koncentracijos azoto rūgštis. Iš jo būtina atskirti likusias azoto dujas – tam naudojamas separatorius. Iš jo azoto rūgštis tiekiama į pramoninio bloko absorbcijos zoną. Vėliau rūgštis patenka į žemiau esančio aparato sritis. Tuo pačiu metu jis sąveikauja su azoto oksidais, todėl jo koncentracija didėja. Išeigoje tai yra apie 55-58%. Paprastai jame yra ištirpusių oksidų, kuriuos reikia pašalinti: tam medžiaga siunčiama į įrenginio valymo zoną. Šildomo oro pagalba iš rūgšties išgaunami oksidai. Gatavas produktas dedamas į sandėlį arba išsiunčiamas klientui.

Koncentruotos rūgšties gamyba: tiesioginė sintezė

Apsvarstę, kaip vyksta praskiestos azoto rūgšties gamyba, išnagrinėsime koncentruotos medžiagos išsiskyrimo specifiką. Rūgščių gamyba tiesioginės sintezės būdu iš žaliavų azoto oksidų pavidalu yra viena iš ekonomiškiausių technologijų, naudojamų atitinkamo profilio įmonėse.

Šio metodo esmė yra paskatinti cheminę reakciją tarp nurodytos medžiagos, vandens ir deguonies, esant maždaug 5 MPa slėgiui. Technologija, pagal kurią gaminama azoto rūgštiskoncentruotas tipas atskiesto pagrindu, turi niuansą: užtikrinti azoto dioksido perėjimą į skystą formą galima esant artimam atmosferos slėgiui ir temperatūrai. Tačiau kai kuriose reakcijose atitinkamos medžiagos koncentracijos nepakanka, kad esant normaliam slėgiui ji būtų skysta, todėl ją reikia padidinti.

Koncentruotos rūgšties gamyba praskiestos rūgšties pagrindu

Šiuo atveju daroma prielaida, kad rūgštis koncentruojama naudojant sugeriančias medžiagas – tokias kaip sieros, fosforo rūgštis, įvairūs nitratų tirpalai. Pagrindiniai koncentruotos azoto rūgšties, pagamintos iš praskiestos sieros rūgšties, gamybos etapai yra tokie.

Pirma, žaliava padalijama į 2 srautus: pirmasis tiekiamas į garintuvą, antrasis - į š altą pramoninio bloko zoną. Sieros rūgštis tiekiama į aparato sritį, esančią virš antrojo praskiestos azoto rūgšties srauto. Savo ruožtu į apatinę įrenginio dalį tiekiami garai, kurie šildo naudojamą mišinį, dėl ko iš jo išgaruoja azoto rūgštis. Jos garai pakyla aukštyn aparatu, po to iškeliami į šaldytuvą. Ten kondensuojasi rūgšties garai – kol jų koncentracija pasiekia 98-99%.

Tuo pačiu metu dalis azoto oksidų, esančių šiame gamybos etape, yra absorbuojami rūgštimi. Jie turi būti išgaunami iš gaminio: dažniausiai tam naudojami azoto rūgšties garai, kurie siunčiami į kondensatorių. Išskirti azoto oksidai, taip pat rūgščių garai, kurie nesudarė kondensato, siunčiami į kitą aparato vietą - absorbcijai, kur apdorojami vandeniu. Dėl to susidaro praskiesta rūgštis, kuri vėl patenka į kondensaciją ir aušinimą. Gatavas produktas siunčiamas į sandėlį arba klientui.

Koncentravimo su sieros rūgštimi ypatybės

Pagrindinė užduotis, apibūdinanti azoto rūgšties gamybą pramonėje, yra ekonomiškai efektyvios ir efektyvios jos koncentracijos įgyvendinimas. Yra keletas būdų, kaip sukurti optimalią jos sprendimo schemą. Bus naudinga apsvarstyti tuos, kurie yra vieni dažniausiai pasitaikančių.

Aukščiau pažymėjome, kad sieros rūgštis gali būti naudojama nagrinėjamai medžiagai koncentruoti. Yra gana paplitęs būdas padidinti jo naudojimo efektyvumą – preliminarus azoto rūgšties koncentracijos padidėjimas išgarinant. Optimaliai, prieš apdorojant sieros rūgštimi, atitinkamos medžiagos koncentracija bus apie 59–60%. Pažymėtina, kad praktikoje ši azoto rūgšties gamybos technologija pasižymi žemu ekologiškumo lygiu. Todėl kaip alternatyva sieros rūgšties naudojimui, įprasta naudoti nitratus. Išsamiau išnagrinėkime jų specifiką.

Koncentracija su nitratais

Dažniausiai magnio arba cinko nitratai naudojami sprendžiant nagrinėjamą problemą, kuri būdinga azoto rūgšties gamybai iš amoniako. Visų pirma, jis yra žymiai draugiškesnis aplinkai nei metodassieros rūgšties naudojimas. Be to, ši technologija užtikrina aukščiausią azoto rūgšties, kaip galutinio produkto, kokybę.

Tuo pačiu metu jis turi nemažai trūkumų, kurie iš anksto nulemia sunkumų atsiradimą jį plačiai taikant. Visų pirma, tai yra gana didelė gamybos proceso kaina. Be to, ši technologija daugeliu atvejų apima kietųjų atliekų, kurių apdorojimas gali būti sudėtingas, gamybą.

Katalizatorių naudojimas gaminant azoto rūgštį

Pravartu pasidomėti, kokios kitos medžiagos kartu su pagrindinėmis žaliavomis naudojamos atitinkamo produkto gamybai pramoninėje (dažniausiai tokiais laikomi katalizatoriai) azoto rūgšties gamyboje. Aptariamos medžiagos naudojamos dėl poreikio padidinti rūgšties gamybos pelningumą, padidinti jos gamybos dinamiką pramonės padalinyje.

Pagrindinis reikalavimas katalizatoriui gaminant atitinkamą produktą yra veikimo selektyvumas. Tai yra, jis turi paveikti pagrindinę cheminę reakciją, nepaveikdamas šalutinių procesų. Dažniausiai katalizatoriai naudojami gaminant rūgštį, kurioje yra platinos.

Aukščiau pažymėjome, kad kai esant padidintam slėgiui išsiskiria silpnai koncentruota medžiaga, naudojami platinos ir rodžio katalizatoriai. Kai kuriais atvejais taip pat naudojami lydiniai su paladžio priedu. Tačiau pagrindinis metalas juose yraplatinos, jos kiekis paprastai yra ne mažesnis kaip 81%. Katalizatoriaus esmė šiuo atveju yra paskatinti greitą pagrindinės cheminės reakcijos praėjimą. Paprastai jis praeina išorinės difuzijos skyriuje.

Procesas priklauso nuo deguonies difuzijos ribų katalizatoriaus paviršiaus atžvilgiu. Ši savybė lemia didesnę amoniako, pagrindinės azoto rūgšties gamybos žaliavos, koncentraciją vieno ar kartais katalizatoriaus paviršiuje, palyginti su koncentracija ore. Galima padidinti įvairių šalutinių reakcijų savitąjį svorį, kurių metu stebima nepilna oksidacija ir azoto arba jo oksido susidarymas. Šiuo atžvilgiu deguonies prie paviršiaus turi būti tiek, kad išstumtų amoniaką. Tokiu atveju bus galima pasiekti pakankamai gilią oksidaciją.

Pažymėtina, kad kartu su platinos katalizatoriais azoto rūgšties gamyboje dalyvauja ir kombinuotos medžiagos. Visų pirma, geležies-chromo. Jie gali žymiai sumažinti ekonomines išlaidas, būdingas aptariamos medžiagos gamybai.

Taigi, mes apsvarstėme azoto rūgšties gamybos būdus, nustatėme pagrindines jos rūšis. Kiek azoto rūgšties gamybos etapų reikia įgyvendinti, priklauso nuo jos rūšies, taip pat nuo konkrečios atitinkamos medžiagos išleidimo technologijos. Dabar būtų naudinga apsvarstyti, kokie sunkumai būdingi šio gaminio, kuris yra paklausus daugelyje ekonomikos sričių, pramoninei gamybai.

Pagrindinės problemosazoto rūgšties gamyba

Taigi, kaip jau žinome, azoto rūgšties gamyba kontaktiniu būdu – viena iš labiausiai paplitusių šiuolaikinėje pramonėje – apima katalizatoriaus naudojimą, siekiant pagreitinti amoniako oksidaciją ir padidinti amoniako išeigą. produktas. Pagrindinė nagrinėjamo produkto gamybos problema yra gana aukšta atitinkamo katalizatoriaus kaina. Tačiau jo selektyvumas ne visada pasiekia optimalią vertę. Be to, gamybos metu gali būti prarasta didelė dalis platinos, kuri naudojama kaip pagrindinis katalizatoriaus elementas. Dėl to vėl mažėja produkto produkcijos ekonomiškumas.

Kita problema, būdinga azoto rūgšties gamybai, yra aplinkosauga. Aukščiau pažymėjome, kad sieros rūgštis gali būti naudojama esant žaliavų koncentracijai, o praeinant atitinkamą gamybos ciklą, susidaro kenksmingos medžiagos. Alternatyva šiuo atveju gali būti nitratų naudojimas, tačiau tai vėlgi reiškia ekonominių sąnaudų padidėjimą. Tačiau aplinkos veiksnys šiuolaikiniams gamintojams šiandien yra toks pat svarbus kaip ir gamybos pelningumo lygis.