Өнөр жайда азот кислотасын өндүрүү: технологиясы, этаптары, өзгөчөлүктөрү

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2023-12-17 10:34

Азот кислотасы өнөр жайлык сырьенун эң көп талап кылынган түрлөрүнүн бири. Анын өндүрүшү ар кандай ыкмалар менен ишке ашырылышы мүмкүн - кислота кардар менен камсыз болушу керек болгон ар түрдүүлүгүнө жараша. Тиешелүү технологиялардын маңызы эмнеде? Алар заводдо өндүрүлгөн азот кислотасынын түрү менен кандай салыштырылат?

Азот кислотасынын өнөр жай өндүрүшү: технологиянын өнүгүү тарыхы

Биринчиден, Россияда азот кислотасын өндүрүү кантип өнүгүп жаткандыгы жөнүндө тарыхый фактыларды изилдөө пайдалуу болот. Ата мекендик өнөр жайда бул затты чыгаруу, колдо болгон маалыматтарга ылайык, Петр Iнин тушунда башталган. Кийинчерээк М. В. Ломоносов селитрадан азот кислотасын алуу ыкмасын сунуш кылган – бул зат чындыгында өндүрүш үчүн негизги сырье болуп эсептелген. каралып жаткан заттын 20-кылымдын башына чейин.

Селитра менен катар азот кислотасын өндүрүү өнөр жайда күкүрт кислотасын колдонуу менен ишке ашырылган. Каралып жаткан эки зат бири-бири менен аракеттешип, азот кислотасын жана натрий күкүрт кычкылын түзүшкөн. Мунун артыкчылыгыыкма болжол менен 96-98% концентрацияда азот кислотасын алуу мүмкүнчүлүгү болгон (талап кылынган сапаттагы сырьёну колдонуу шартында).

Тийиштүү технология жигердүү өркүндөтүлдү - сырьену кайра иштетүүнүн ылдамдыгын жогорулатуу жана продукциянын көбүрөөк көлөмүн чыгарууну камсыз кылуу пайдасына. Бирок бара-бара ал азот кислотасын өндүрүү аммиактын контакттык кычкылдануусу аркылуу ишке ашкан деген түшүнүккө жол берди.

Ошондой эле, кислота алуу үчүн негизги сырьё катары атмосферадан тиешелүү газды догалуу кычкылдандыруу жолу менен алынган азот оксиди колдонулган ыкма ойлоп табылган. Биринчи ыкма үнөмдүү деген көз караш кеңири тараган.

Азот кислотасын өндүрүүнүн технологиялык ыкмаларын өркүндөтүү менен тиешелүү затты өндүрүүнүн эң оптималдуу варианты жогорку басымда иштеген өндүрүштүк инфраструктураны пайдалануу болуп саналган мамиле түзүлдү. Ага альтернатива болуп атмосфералык басымда кислотаны өндүрүү саналат, ал экономикалык көз караштан алганда анча рентабелдүү эмес.

Кадимки же жогорулатылган басымда заттын бөлүнүп чыгышы аммиактан азот кислотасын өндүрүүнү камтыйт. Калган экөөнүн артыкчылыктарын бириктирген айкалышкан ыкма да бар. Комбинирленген ыкма менен азот кислотасын алуунун өзгөчөлүгү, биринчиден, атмосфералык басымда аммиакты кычкылдантууда, ал эми аны сиңирүүнү ишке ашырууда -көбөйдү.

Аммиак азыр суу жана атмосфералык аба менен бирге сөз болуп жаткан затты чыгаруу үчүн негизги сырье болуп эсептелет. Келгиле, аларды кислота өндүрүүдө колдонуунун өзгөчөлүктөрүн кеңири изилдеп көрөлү.

Азот кислотасынын сырьёсу

Ошентип, каралып жаткан затты өндүрүүдө негизги чийки зат аммиак, аба, ошондой эле суу болуп саналат.

Бул тазаланган аммиакты колдонууну талап кылат. Бул үчүн, ар кандай өндүрүш циклдеринин алкагында атайын буулантуу жана дистилляциялоо жабдууларында тазаланат. Ошо сыяктуу эле, азот кислотасын чыгарууда таза абаны колдонуу керек. Ошондой эле атайын жабдуулар менен чыпкаланат. Өз кезегинде азот кислотасын өндүрүүдө колдонулган суу кирлерден жана туздардан тазаланат. Көп учурларда каралып жаткан затты алуу үчүн таза конденсат колдонулушу керек.

Келгиле, каралып жаткан заттын кандай сортторун көрсөтүүгө болорун, ошондой эле азот кислотасынын ар бир түрү кантип өндүрүлгөнүн изилдеп көрөлү.

Азот кислотасынын түрлөрү жана аны чыгаруунун негизги этаптары

Заманбап өнөр жай ишканаларында азот кислотасынын 2 түрү бар - суюлтулган жана концентраттуу. Суюлтулган азот кислотасын өндүрүү 3 негизги этапта ишке ашырылат:

• аммиакты конверсиялоо (анын акыркы продуктусу азот оксиди);
• азоттун диоксидин өндүрүү;
• азоттун оксиддерин сиңирүүнү ишке ашыруусуу пайдалануу.

Суюлтулган азот кислотасын өндүрүү АК-72 деп аталган схема боюнча азыркы өнөр жай ишканаларында кеңири жайылган. Бирок, албетте, бул затты чыгаруу үчүн башка технологиялар бар.

Өз кезегинде концентраттуу азот кислотасын өндүрүү суюлтулган формадагы тиешелүү заттын деңгээлин жогорулатуу жолу менен же түз синтездөө жолу менен жүргүзүлүшү мүмкүн. Биринчи ыкма, эреже катары, болжол менен 68% концентрациясында кислота эритмесин алууга мүмкүндүк берет, ал бир катар аймактарда каралып жаткан затты колдонуу үчүн жетишсиз болушу мүмкүн. Ошондуктан түз синтездөө ыкмасы да кеңири таралган, ал затты болжол менен 97-98% концентрацияда алууга мүмкүндүк берет.

Келгиле, азот кислотасы тигил же бул формада кантип өндүрүлөөрүн кененирээк карап чыгалы. Жогоруда биз суюлтулган затты чыгаруу АК-72 схемасы боюнча жүргүзүлүшү мүмкүн экенин белгиледик. Адегенде анын өзгөчөлүктөрүн изилдеп көрөлү.

AK-72 технологиясы менен суюлтулган кислотаны өндүрүү

Азот кислотасын өндүрүүнүн каралып жаткан схемасы төмөнкү менен коштолгон жабык циклди колдонууну камтыйт:

• аммиак конверсиясы;
• 0,42-0,47 МПа басымда байланышкан газдарды муздатуу:
• 1,1-1,26 МПа даражадагы басым астында оксиддерди сиңирүү.

АК-72 схемасынын акыркы продуктусу 60% жакын концентрациядагы азот кислотасы болуп саналат. ичинде азот кислотасын өндүрүүкаралып жаткан технология төмөнкүдөй этаптардын алкагында жүзөгө ашырылат:

• атмосферадан өнөр жай бирдигине абаны алуу жана аны тазалоону камсыз кылуу;
• кысуучу аба, аны технологиялык агымдарга бөлүү;
• аммиакты буулантуу, тиешелүү газды мунайдан жана башка аралашмалардан тазалоо, ошондой эле аны кийин ысытуу;
• тазаланган аммиак менен абаны аралаштыруу, кийин бул аралашманы тазалоо жана аны катализаторго өткөрүү;
• азот газдарын алуу жана аларды муздатуу;
• азот кислотасы менен конденсат чогултуу;
• азот кислотасынын концентрациясы жана жутулушу;
• пайда болгон продуктуну муздатуу жана тазалоо.

Даяр кислота сактоочу жайга же кардарга жөнөтүлөт.

Азот кислотасын өндүрүү үчүн каралып жаткан технология менен катар - АК-72, тиешелүү затты чыгаруунун дагы бир популярдуу концепциясы колдонулат, ал болжол менен 0,7 МПа басымда өнөр жай инфраструктурасынын иштешин камсыз кылууну камтыйт.. Анын өзгөчөлүктөрүн карап көрүңүз.

0,7 МПа басым астында продукция чыгаруу технологиясы: нюанстар

Каралып жаткан технология АК-72 концепциясына альтернатива катары концентратсыз азот кислотасын чыгарат. Ал каралып жаткан затты чыгаруунун төмөнкү этаптарын ишке ашырууну камтыйт.

Биринчиден мурунку технологиядагыдай эле атмосфералык аба тазаланат. Бул үчүн, эреже катары, эки баскычтуу чыпка колдонулат. Андан ары тазаланган аба кысылганаба компрессорунун жардамы менен - болжол менен 0,35 МПа чейин. Бул учурда, аба жылытылат - болжол менен 175 градус температурага чейин, ал муздатуу керек. Бул маселе чечилгенден кийин, ал кошумча кысуу аймагына өтөт, анда анын басымы болжол менен 0,716 МПа чейин жогорулайт. Натыйжада аба агымы, өз кезегинде, жогорку температурага чейин ысытылат - азот газдардын аракети аркылуу болжол менен 270 градус. Андан кийин өндүрүштүк бирдиктин атайын аянтында аммиак менен аралаштырылат. Тиешелүү зат кислота алгач суюктуктун бууланышынан пайда болгон газ абалында чыкканда активдешет. Мындан тышкары, аммиак тазаланышы керек. Даярдоодон кийин газ ысытылат жана аба менен бир убакта аралаштыргычка берилет. Бул аралашма да чыпкаланат жана тазалангандан кийин аммиактын конверсиясына берилет. Тиешелүү жол-жобосу платина жана родий эритмесинин торлорун колдонуу менен өтө жогорку температурада - болжол менен 900 градуста жүргүзүлөт. Айландыруу көрсөткүчү болжол менен 96%.

Каралып жаткан технология боюнча начар азот кислотасын алуу азот газдарын пайда кылууну камтыйт. Алар муздатылган өнөр жай бирдигинин атайын аянтына алып келинет. Ушундан улам тазаланган суу бууланып, жогорку басымдагы буу пайда болот. Өндүрүштүк бирдиктин тиешелүү аймагы аркылуу жүзөгө ашырылат, азот газдары кычкылдандыргычка өтөт. Белгилей кетчү нерсе, алардын кычкылданышы жарым-жартылай мурунку учурда ишке ашаткислота өндүрүү этаптары. Бирок кычкылдандыргычта ал ого бетер күчөйт. Бул учурда азот газдары болжол менен 335 градуска чейин ысытылат. Андан кийин алар атайын жылуулук алмаштыргычта муздатылып, андан кийин конденсаторго жөнөтүлөт.

Андан кийин начар концентрацияда азот кислотасы пайда болот. Андан калган азот газдарын бөлүп алуу зарыл - бул үчүн сепаратор колдонулат. Андан, азот кислотасы өнөр жай бирдигинин жутуу аймагына берилет. Кислота андан кийин ылдыйдагы аппараттын аймактарына агып кетет. Ошол эле учурда ал азот оксиддери менен өз ара аракеттенет, натыйжада анын концентрациясы жогорулайт. чыгаруу боюнча, ал болжол менен 55-58% түзөт. Ал, адатта, жок кылынышы керек эриген оксиддерди камтыйт: бул үчүн, зат бирдигинин тазалоо аймагына жөнөтүлөт. Ысытылган абанын жардамы менен кислотадан оксиддер алынат. Даяр продукт кампага коюлат же кардарга жөнөтүлөт.

Концентрленген кислотаны өндүрүү: түз синтез

Суюлтулган азот кислотасын өндүрүү кантип жүргүзүлөөрүн карап чыгып, биз концентраттуу заттын бөлүнүп чыгышынын өзгөчөлүктөрүн изилдейбиз. Азот оксиддери түрүндөгү чийки заттан түз синтездөө жолу менен кислота өндүрүү тиешелүү профилдеги ишканаларда колдонулган эң үнөмдүү технологиялардын бири болуп саналат.

Бул ыкманын маңызы болжол менен 5 МПа басым астында көрсөтүлгөн зат, суу жана кычкылтектин ортосундагы химиялык реакцияны стимулдаштыруу болуп саналат. Азот кислотасын өндүрүүнүн технологиясысуюлтулган негизинде концентрацияланган түрү, бир нюанс бар: азот диоксидинин суюк формага өтүүсүн камсыз кылуу атмосферага жакын басымда жана температурада мүмкүн. Бирок кээ бир реакцияларда нормалдуу басымда суюк абалга өтүү үчүн тиешелүү заттын концентрациясы жетишсиз жана аны көбөйтүүгө туура келет.

Суюлтулган кислотанын негизинде концентрацияланган кислотаны өндүрүү

Мында кислота соргуч заттардын - күкүрт, фосфор кислотасы, нитраттардын ар кандай эритмелери аркылуу концентрацияланат деп болжолдонот. Суюлтулган күкүрт кислотасынын негизинде концентраттуу азот кислотасын өндүрүүдөгү негизги кадамдар төмөнкүдөй.

Биринчиден, чийки зат 2 агымга бөлүнөт: биринчи бууланткычка берилет, экинчиси - өнөр жай бирдигинин муздак аймагына кирет. Күкүрт кислотасы экинчи суюлтулган азот кислотасынын агымынын үстүндөгү аппараттын аймагына берилет. Өз кезегинде агрегаттын төмөнкү бөлүгүнө буу берилет, ал колдонулган аралашманы ысытат, натыйжада андан азот кислотасы бууланат. Анын буулары аппаратты көтөрөт, андан кийин алар муздаткычка чыгарылат. Ал жерде кислота буулары конденсацияланат - анын концентрациясы 98-99% жеткенге чейин.

Ошол эле учурда бул өндүрүш баскычында болгон азот оксиддеринин кээ бирлери кислота тарабынан сиңет. Алар продуктыдан алынышы керек: көбүнчө бул максатта конденсаторго жөнөтүлгөн азот кислотасынын буулары колдонулат. Алынган азот оксиддери, ошондой эле конденсатты түзбөгөн кислота буулары аппараттын башка аймагына - сиңирүү үчүн жөнөтүлөт, ал жерде алар суу менен иштетилет. Натыйжада суюлтулган кислота пайда болот, ал кайрадан конденсацияга жана муздатууга берилет. Даяр продукт кампага же кардарга жөнөтүлөт.

Күкүрт кислотасы менен концентрациялоонун өзгөчөлүктөрү

Өнөр жайда азот кислотасын өндүрүүнү мүнөздөөчү негизги милдет - аны унемдүү жана эффективдүү концентрациялоону ишке ашыруу. Аны чечүүнүн оптималдуу схемасын иштеп чыгуунун бир нече жолдору бар. Эң кеңири таралгандарын карап чыгуу пайдалуу болот.

Биз жогоруда күкүрт кислотасын каралып жаткан затты концентрациялоо үчүн колдонсо болорун белгиледик. Аны колдонуунун натыйжалуулугун жогорулатуунун кеңири таралган жолу бар - буулантуу аркылуу азот кислотасынын концентрациясын алдын ала жогорулатуу. Оптималдуу түрдө, күкүрт кислотасы менен дарылоодон мурун, тиешелүү зат болжол менен 59-60% концентрацияга ээ болот. Иш жүзүндө азот кислотасын алуунун бул технологиясы экологиялык жактан тазалыктын төмөн деңгээли менен мүнөздөлөөрүн белгилей кетүү керек. Ошондуктан күкүрт кислотасын колдонууга альтернатива катары нитраттарды колдонуу кеңири таралган. Келгиле, алардын өзгөчөлүктөрүн кененирээк изилдеп көрөлү.

Нитраттар менен концентрация

Көбүнчө магний же цинк нитраттары аммиактан азот кислотасын өндүрүүнү мүнөздөгөн каралып жаткан маселени чечүү үчүн колдонулат. Биринчиден, бул ыкмага караганда экологиялык жактан тазакүкүрт кислотасын колдонууну камтыйт. Мындан тышкары, бул технология акыркы продукт катары азот кислотасынын эң жогорку сапатын камсыз кылат.

Ошону менен бирге анын бир катар кемчиликтери бар, алар аны кецири жайылтууда кыйынчылыктардын пайда болушун алдын ала аныктап турат. Биринчиден, бул өндүрүш процессинин бир кыйла жогору баасы. Мындан тышкары, бул технология көп учурларда катуу калдыктарды өндүрүүнү камтыйт, аларды кайра иштетүү татаал болушу мүмкүн.

Азот кислотасын өндүрүүдө катализаторлорду колдонуу

Азот кислотасын өнөр жай өндүрүшүндө (көбүнчө катализаторлор катары каралат) каралып жаткан продукцияны өндүрүү үчүн негизги сырьёлор менен бирге кандай башка заттар колдонуларын карап чыгуу пайдалуу болот. Каралып жаткан заттарды колдонуу кислота өндүрүшүнүн рентабелдүүлүгүн жогорулатуунун, өндүрүштүк бирдикте аны чыгаруунун динамикасын жогорулатуунун зарылдыгы менен шартталган.

Каралып жаткан продукцияны өндүрүүдө катализаторго коюлуучу негизги талап – аракеттин тандалмалыгы. Башкача айтканда, каптал процесстерге таасир этпестен негизги химиялык реакцияга таасир этиши керек. Көбүнчө катализаторлор платина камтыган кислоталарды өндүрүүдө колдонулат.

Жогоруда биз алсыз концентрацияланган зат жогорулатылган басымда бөлүнүп чыкканда платина жана родий негизиндеги катализаторлор колдонулаарын белгиледик. Кээ бир учурларда палладий кошулган эритмелер да колдонулат. Бирок аларда негизги металл болуп саналатплатина, анын мазмуну адатта 81% дан кем эмес. Бул учурда катализатордун маңызы негизги химиялык реакциянын тез өтүшүн стимулдаштыруу болуп саналат. Эреже катары, ал тышкы диффузия бөлүмүнүн ичинде өтөт.

Процесс катализатордун бетине салыштырмалуу кычкылтек диффузиясынын чегинен көз каранды. Бул өзгөчөлүк абадагы концентрацияга салыштырганда бир же кээде катализатордун бетинде азот кислотасын алуу үчүн негизги сырье болгон аммиактын жогорку концентрациясын пайда кылат. Толук эмес кычкылдануу жана азоттун же анын оксидинин пайда болушу байкалган түрдүү кошумча реакциялардын салыштырма салмагын жогорулатууга болот. Бул жагынан алганда, жер бетине жакын кычкылтек аммиакты алмаштыруу үчүн жетиштүү өлчөмдө болушу керек. Бул учурда жетишерлик терең кычкылданууга жетишүүгө болот.

Азот кислотасын алууда платина катализаторлору менен бирге бириккен заттар да катыша тургандыгын белгилей кетүү керек. Атап айтканда, темир-хром. Алар каралып жаткан заттын өндүрүшүн мүнөздөгөн экономикалык чыгымдарды олуттуу кыскарта алат.

Ошентип, азот кислотасын алуу ыкмаларын карап чыктык, анын негизги түрлөрүн аныктадык. Азот кислотасын өндүрүүнүн канча этаптарын ишке ашыруу керек, анын түрүнө, ошондой эле тиешелүү затты чыгаруунун конкреттүү технологиясына жараша болот. Экономиканын коп тармактарында суроо-талапка ээ болгон бул продукцняны енер жайлык ондуруу кандай кыйынчылыктар менен мунезде-ле тургандыгын азыртан карап чыгуу пайдалуу болор эле.

Негизги көйгөйлөразот кислотасын өндүрүү

Ошентип, бизге белгилүү болгондой, азот кислотасын контакттык ыкма менен өндүрүү - азыркы өнөр жайда кеңири таралгандардын бири, аммиактын кычкылданышын тездетүү жана анын түшүмүн жогорулатуу үчүн катализаторду колдонууну камтыйт. продукт. Каралып жаткан продуктуну өндүрүүдөгү негизги көйгөй - тиешелүү катализатордун баасы кыйла жогору. Бирок анын тандалмалыгы дайыма эле оптималдуу мааниге жете бербейт. Мындан тышкары, катализатор үчүн негизги элемент катары колдонулган платинанын олуттуу бөлүгү өндүрүш учурунда жоголуп кетиши мүмкүн. Натый-жада кайрадан продукцняны чыгаруунун сарамжалдуулугу томендоп жатат.

Азот кислотасын өндүрүүнү мүнөздөгөн дагы бир көйгөй экологиялык. Жогоруда биз күкүрт кислотасын чийки заттардын концентрациясы менен колдонсо болорун жана тиешелүү өндүрүш циклинен өткөндөн кийин зыяндуу заттар пайда болоорун белгиледик. Бул учурда альтернатива нитраттарды колдонуу болушу мүмкүн - бирок бул дагы, экономикалык чыгымдардын көбөйүшүн билдирет. Бирок заманбап өндүрүүчүлөр үчүн экологиялык фактор бүгүнкү күндө өндүрүштүн рентабелдүүлүк деңгээли сыяктуу эле маанилүү.