Производство азотной кислоты

Недостатки таких теплообменников: трудность пропускания теплоносителей с большими скоростями, трудность очистки межтрубного пространства и малая доступность его для осмотра и ремонта, трудность изготовления из материалов, не допускающих развальцовки и сварки (чугун, ферросилид и др.).

Теплообменники «труба в трубе». Такие теплообменники включают несколько расположенных друг над другом элементов, причем каждый элемент состоит из двух труб: наружной трубы большого диаметра и концентрически расположенной внутри нее трубы. Внутренние трубы элементов соединены друг с другом последовательно; так же связаны между собой и наружные трубы. Для возможности очистки внутренние трубы соединяют при помощи съемных калачей.

Преимущества этих теплообменников: высокий коэффициент теплопередачи вследствие большой скорости обоих теплоносителей, простота изготовления.

Недостатки: громоздкость, высокая стоимость ввиду большого расхода металла на наружные трубы, не участвующие в теплообмене; трудность очистки межтрубного пространства.

Оросительные теплообменники. Оросительные теплообменники состоят из змеевиков, орошаемые снаружи жидким теплоносителем (обычно водой), и применяются главным образом в качестве холодильников. Змеевики выполнены из прямых горизонтальных труб, расположенных друг над другом и последовательно соединенных между собой сваркой или на фланцах при помощи калачей. Орошающая вода подается на верхнюю трубу, стекает с нее на нижележащую трубу и, пройдя последовательно по поверхности всех труб, стекает в поддон, расположенный под холодильником.

Достоинства: пониженный расход охлаждающей воды; простота устройства и дешевизна; легкость осмотра и наружной очистки труб.

Недостатки: громоздкость; сильное испарение воды; чувствительность к колебаниям подачи воды; при недостатке воды нижние трубы не смачиваются и почти не участвуют в теплообмене.

Погружные теплообменники состоят из змеевиков, помещенных в сосуд с жидким теплоносителем. Другой теплоноситель движется внутри змеевиков. При большом количестве этого теплоносителя для сообщения ему необходимой скорости применяют змеевики из нескольких параллельных секций.

Преимущества: простота изготовления; доступность поверхности теплообмена для осмотра и ремонта; малая чувствительность к изменениям режима вследствие наличия большого объема жидкости в сосуде.

Недостатки: громоздкость; неупорядоченное движение (незначительная скорость) жидкости в сосуде, в результате чего теплоотдача снаружи змеевиков происходит путем свободной конвекции с невысоким коэффициентом теплоотдачи; трудность внутренней очистки труб.

Вывод: в связи с вышеперечисленными достоинствами и недостатками рассмотренных видов теплообменников выбирается погружной теплообменник типа котел утилизатор.

Котел-утилизатор прямоточный сепараторного типа УС-2,6/39 предназначен для утилизации тепла нитрозных газов с выработкой энергии энергетического пара давлением 3,92 МПа и температурой 440±10 ˚С. Включает два испарительных пакета, два пароперегревателя, размещенных в корпусах контактных аппаратов (температура нитрозных газов после них понижается от 850 до 300˚С), и один экономайзер, где питательная вода подогревается от 150 до 250 ˚С, а температура нитрозных газов снижается до 200-230 ˚С.

Высота – 5750 мм

Диаметр – 2770 мм

Поверхность теплообмена – 368 м2

Контактный аппарат (КА) предназначен для окисления аммиака до оксида азота. Состоит из 2-х частей: верхняя часть с картонным фильтром, который служит для тонкой очистки АВС, нижняя часть с катализаторными сетками – для окисления аммиака. Картонный фильтр состоит из 5-ти фильтровальных пакетов, заключенных в цилиндрический корпус, и изготовлен из фильтровального картона ФМП-1. нижняя часть – катализаторная сета из платинородиевопалладиевого сплава и слой неплатинового железохромового катализатора.

Диаметр – 3020 мм

Высота – 4200 мм

Диаметр сеток – 2900 мм

Вес сеток – 6184-7260 г

Активная поверхность катализаторной сетки – 11м2

Содержание: платины – 92,5%

Родия – 3,5 %

Палладия – 4,0 %

Диаметр проволоки – 0,09 мм

Число сплетений – 1024 на см2

Аппарат для очистки воздуха (ОВ) предназначен для очистки воздуха от механических загрязнений.

Поверхность фильтрации рукавных фильтров – 220 м2

Диаметр тарельчатого промывателя – 3000мм

Диаметр фильтра – 4000 мм

Высота – 11800 мм

Подогреватель АВС (ПА) предназначен для подогревания аммиачно-воздушной смеси нитрозными газами.

Диаметр – 1100 мм

Высота – 4645 мм

Диаметр трубок – 38 х 2,5 мм

Поверхность теплопередачи – 190 м2

Газовый холодильник-промыватель (ХП) предназначен для охлаждения и промывки нитрозного газа от аммонийных солей.

Д = 2800 мм;

Н = 5440 мм;

Fзмеевиков = 110 м2;

øтр. = 38х2,5 мм

Количество ситчатых тарелок – 3

Деаэрационная колонна (ДК) предназначена для деаэрации смеси ХОВ и парового конденсата, поступающей на питание котлов-утилизаторов.

Д = 1100 мм;

Н = 2530 мм.

 

3. 3. Экологическая часть

3.1 Экологический анализ  производства (эффективность, затратность, безотходность, востребованность, современность)

Современное производство азотной кислоты осуществляется по энерготехнологическим схемам с максимальным использованием теплоты.

В процессе получения 1 т 100%-й азотной кислоты выделяется 6690 МДж теплоты, в том числе 3800 МДж высвобождается в виде высокотемпературной теплоты в ходе реакций окисления аммиака и 980 МДж — при средних температурах в процессе окисления оксида азота NO.

Работа при повышенных давлениях требует энергетических затрат порядка 1400 — 2500 МДж на 1 т 100%-й продукции.

1) теплота, выделяющаяся при окислении  аммиака, используется для получения  пара, который утилизируется в  паровой турбине, являющейся приводом  компрессоров;

2) использование для привода  компрессоров газовых турбин.

Наиболее полное использование теплоты процесса возможно при значительном подогреве отходящих газов перед турбиной. В настоящее время в мире имеется большее количество установок, где работают газовые турбины с начальной температурой газа 700 — 1000 К. Такие турбины позволяют полностью возместить механическую энергию, требующуюся для сжатия технологического газа.

Все крупные установки для производства азотной кислоты, построенные за последние 20 лет, работают в режиме замкнутого энергетического баланса, т. е. по энергосберегающей схеме. Сжатие газов осуществляется за счет использования теплоты химических реакций.  

В производстве азотной кислоты   в качестве отходов производства образуются "хвостовые" газы, очищенные в реакторах каталитической очистки, вентиляционные выбросы вредных веществ, сточные воды.

После абсорбционных колонн образуются "хвостовые" газы с содержанием NO + NO2 не более 0,5 % об. (при получении неконцентрированной азотной кислоты) и не более 0,2 % об. (при получении нитроолеума), которые направляются на установку каталитического разложения оксидов азота до элементарного азота газообразным аммиаком на алюмованадиевом катализаторе АВК-10 (АОК-78-55) и железохромовом катализаторе СТК-1 при температуре 320оС и давлении не более 0,35 МПа.

Очищенные "хвостовые" газы после реакторов каталитической очистки с температурой не более 320оС, направляются в турбодетандеры для рекуперации энергии и далее в выхлопную трубу.

Отдувочные газы из хранилищ, продувочных колонок и отделения 2 поступают на всас турбокомпрессора.

Кроме того, в цехе имеются вентиляционные выбросы оксидов азота и аммиака из контактного отделения, машинного отделения, насосной продукционной кислоты.

Сточные воды из отделения неконцентрированной азотной кислоты выводятся по:

- хозфекальной канализации;

- промливневой канализации;

- канализации химзагрязненных  стоков.

3.2 Необходимость и пути дальнейшей  экологизации производства 

Под экологизацией производства понимается максимально возможное уподобление производственных процессов в целом и ресурсных циклов, в частности природным круговоротам веществ в биосфере, либо это любые мероприятия, снижающие опасность производства для природы и человека.

Защита атмосферного воздуха от вредных выбросов предприятия по производству азотной кислоты в значительной степени связана с

устройством санитарно-защитных зон и архитектурно-планировочными решениями.

Санитарно-защитная зона – это полоса, отделяющая источники промышленного загрязнения от жилых или общественных зданий для защиты населения от влияния вредных факторов производства (выбросы и иные виды загрязнения среды).  

Ширину санитарно-защитных зон устанавливают в зависимости от класса производства, степени вредности и количества выделенных в атмосферу веществ и принимают равной от 50 до 1000 м.  .  

Санитарно-защитная зона  г. Салават благоустроена и озеленена газоустойчивыми породами деревьев и кустарников.

На предприятии с целью экологизации производства азотной кислоты используют газоочистные пылеулавливающие и водоочистные установки, аппараты и сооружения, опытные установки и цеха, связанные с разработкой методов очистки производственных отходов, системы водо- и воздухоснабжения с замкнутыми циклами, склады, отвалы, отстойники, шлаконакопители для хранения отходов, их уничтожения и обезвреживания.  

На производстве имеются также  установки и цеха для комплексной переработки сырья.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

Производство азотной кислоты в настоящее время является достаточно экологичным. 

Более экологичным можно сделать производство азотной кислоты используя  газоочистные пылеулавливающие и водоочистные установки, аппараты и сооружения. Например, образующиеся при выщелачивании оксиды азота перерабатывают в неконцентрированную азотную кислоту посредством их поглощения из газовой фазы водой или разбавленной азотной кислотой. Для этого нитрозные газы охлаждают и направляют в поглотительные башни или абсорбционные колонны, где происходит окисление NO и поглощение образовавшихся оксидов азота. В  зависимости от условий охлаждения и окисления в газовой фазе могут присутствовать  различные  оксиды  азота, которые реагируют с водой по реакциям

Все крупные установки для производства азотной кислоты, построенные за последние 20 лет, работают в режиме замкнутого энергетического баланса, т. е. по энергосберегающей схеме. Сжатие газов осуществляется за счет использования теплоты химических реакций.

Использование отходящих нитрозных газов позволяет достичь существенного уменьшения негативного влияния оксидов азота на окружающую среду.   

Помимо этого, за счет улавливания выделяемых при выщелачивании техногенных отходов вредных компонентов удается снизить материальные затраты, используя получаемую азотную кислоту как реагент при выщелачивании, то есть возвращая ее в голову технологической цепочки.

 

 

 

 

 

Литература

 

1. ФЗ «Об охране окружающей  среды» №7-ФЗ от 10.01.02 г.

2. ФЗ «Об охране атмосферного  воздуха» №96-ФЗ от 4.05.1999 г.

3. Алиев Г. М.  Техника пылеулавливания  и очистки промышленных газов. М.: Металлургия, 2004. – 544 с.

4. Беспамятнов Г. П., Кротов Ю. А. Предельно допустимые концентрации  химических веществ в окружающей  среде. СПб.: Химия, 2005. – 435 с.

5. Бондарева Т.И. Экология химических  производств. М.: Изд-во МИХМ, 2004. – 4 92 с.

6. Вредные вещества в промышленности (Справочник под общ. ред. В. А. Филатова, В. А. Курляндского). СПб., Химия, 2005.  – 458 с.

7. Ганз С. Н., Кузнецов И. Е. Очистка  промышленных газов.  – М.: Пресса, 2004. – 540 с.

8. Газоочистные аппараты сухого и мокрого типов. Каталог. М.: ЦИНТИ ХИМНЕФ-ТЕМАШ, 2005. – 92 с.

9.Глинка Н. Л. Общая химия. Изд. 17-е, испр. — СПб.: «Химия», 2005. – 728 с.

10. Калинушкин М. П. Вентиляторные  установки: Учеб. Пособие для строит. вузов. – 7-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 2004. – 360 с.

11. Ковалев В. Г. Основы технологии  изготовления деталей из пластмасс: Учебное пособие по курсу  «Технология  приборостроения». – Москва.: 2008. – 385 с.

12. Методические указания по  разработке проектов нормативов  образования отходов и лимитов на их размещение, 2002 г.

13.Оборудование, сооружения, основы  проектирования химико-технологи- ческих  процессов защиты биосферы от  промышленных выбросов/ А. И. Родионов, Ю.П. Кузнецов, В.В. Зенков, Г.С. Соловьев. М.: Химия, 2005. –  352 с.