Өнеркәсіпте азот қышқылын алу: технологиясы, кезеңдері, ерекшеліктері

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-17 10:33

Азот қышқылы – өнеркәсіптік шикізаттың ең сұранысқа ие түрлерінің бірі. Оның өндірісі әртүрлі әдістермен жүзеге асырылуы мүмкін - қышқылдың тұтынушыға жеткізілуі керек сортқа байланысты. Сәйкес технологиялардың мәні неде? Олар зауытта өндірілетін азот қышқылының түрімен қалай салыстырылады?

Азот қышқылының өнеркәсіптік өндірісі: технологияның даму тарихы

Ең алдымен Ресейде азот қышқылы өндірісі қалай дамығаны туралы тарихи деректерді зерттеу пайдалы болады. Отандық өнеркәсіпте бұл затты шығару, қолда бар ақпаратқа сәйкес, Петр I кезінде басталды. Кейіннен М. В. Ломоносов селитрадан азот қышқылын алу әдісін ұсынды - бұл зат шын мәнінде өндірістің негізгі шикізаты болып саналды. қаралып отырған заттың 20 ғасырдың басына дейін.

Селитрамен қатар өнеркәсіпте азот қышқылын өндіру күкірт қышқылын қолдану арқылы жүзеге асырылды. Қарастырылып отырған екі зат бір-бірімен әрекеттесіп, азот қышқылы мен натрий күкірт оксидін түзді. Мұның артықшылығыәдіс шамамен 96-98% концентрацияда азот қышқылын алу мүмкіндігі болды (қажетті сападағы шикізатты пайдалану шартымен).

Сәйкес технология белсенді түрде жетілдірілді - шикізатты өңдеу жылдамдығын арттыру және өнімнің үлкен көлемін шығаруды қамтамасыз ету пайдасына. Бірақ бірте-бірте ол азот қышқылын алу аммиактың контактілі тотығуы арқылы жүзеге асады деген түсінікке жол берді.

Сонымен қатар қышқылды алу үшін негізгі шикізат ретінде атмосферадан сәйкес газды доғалық тотықтыру арқылы алынған азот оксиді қолданылған әдіс ойлап табылды. Бірінші әдіс тиімдірек деген көзқарас кең тараған.

Азот қышқылын өндірудің технологиялық тәсілдерін жетілдіре отырып, тиісті затты өндірудің ең оңтайлы нұсқасы жоғары қысымда жұмыс істейтін өндірістік инфрақұрылымды пайдалану болып табылатын тәсіл қалыптасты. Оған балама экономикалық тұрғыдан азырақ тиімді болып саналатын атмосфералық қысымда қышқыл өндіру болып табылады.

Қалыпты немесе жоғары қысымда заттың бөлінуі аммиактан азот қышқылын өндіруді қамтиды. Қалған екеуінің артықшылықтарын біріктіретін біріктірілген әдіс де бар. Аралас әдіспен азот қышқылын алудың ерекшеліктері, біріншіден, атмосфералық қысымда аммиакты тотығуда, ал оны сіңіруді жүзеге асыруда -өсті.

Аммиак қазір су және атмосфералық ауамен бірге қарастырылып отырған затты шығарудың негізгі шикізаты болып саналады. Оларды қышқыл өндірісінде қолдану ерекшеліктерін толығырақ зерттейік.

Азот қышқылы шикізаты

Сонымен, қарастырылып отырған затты өндіруде қолданылатын негізгі шикізат аммиак, ауа, сонымен қатар су болып табылады.

Бұл тазартылған аммиакты қолдануды қажет етеді. Ол үшін әртүрлі өндірістік циклдар шеңберінде арнайы булану және айдау қондырғыларында тазартылады. Сол сияқты азот қышқылын ағызу кезінде таза ауаны пайдалану керек. Ол сондай-ақ арнайы жабдықтың көмегімен сүзіледі. Өз кезегінде, азот қышқылын өндіруде қолданылатын су қоспалардан және тұздардан тазартылады. Көптеген жағдайларда қаралатын затты алу үшін таза конденсатты пайдалану керек.

Қарастырылған заттың қандай сорттарын ұсынуға болатынын, сондай-ақ азот қышқылының әрбір түрі қалай өндірілетінін зерттеп көрейік.

Азот қышқылының сорттары және оны шығарудың негізгі кезеңдері

Қазіргі өнеркәсіптік қондырғыларда азот қышқылының 2 түрі шығарылады – сұйылтылған және концентрлі. Сұйылтылған азот қышқылын өндіру 3 негізгі кезеңде жүзеге асырылады:

• аммиактың конверсиясы (оның соңғы өнімі азот оксиді);
• азот диоксидін өндіру;
• азот оксидтерін сіңіруді жүзеге асыру кезіндесуды пайдалану.

Сұйылтылған азот қышқылын өндіру қазіргі өнеркәсіптік кәсіпорындарда АК-72 деп аталатын схема бойынша кең таралған. Бірақ, әрине, бұл затты шығарудың басқа технологиялары бар.

Өз кезегінде концентрлі азот қышқылын өндіру сұйылтылған күйдегі сәйкес заттың деңгейін арттыру арқылы немесе тікелей синтез арқылы жүзеге асырылуы мүмкін. Бірінші әдіс, әдетте, шамамен 68% концентрацияда қышқыл ерітіндісін алуға мүмкіндік береді, бұл қарастырылатын затты бірқатар аймақтарда қолдану үшін жеткіліксіз болуы мүмкін. Сондықтан тікелей синтез әдісі де кең таралған, ол шамамен 97-98% концентрациядағы затты алуға мүмкіндік береді.

Азот қышқылының бір немесе басқа түрде қалай өндірілетінін егжей-тегжейлі қарастырайық. Жоғарыда біз сұйылтылған затты босату АК-72 схемасы бойынша жүзеге асырылуы мүмкін екенін атап өттік. Алдымен оның ерекшеліктерін зерттеп алайық.

АК-72 технологиясы бойынша сұйылтылған қышқылды алу

Азот қышқылын өндіру жүзеге асырылатын қарастырылатын схема мыналармен қоса жүретін жабық циклді қолдануды қамтиды:

• аммиак конверсиясы;
• ілеспе газдарды шамамен 0,42-0,47 МПа қысымда салқындату:
• оксидтердің 1,1-1,26 МПа ретті қысыммен жұтылуын орындау.

АК-72 схемасының соңғы өнімі шамамен 60% концентрациядағы азот қышқылы болып табылады. Құрамында азот қышқылын өндіруҚарастырылып отырған технология келесі кезеңдер аясында жүзеге асырылады:

• атмосферадан өндірістік блокқа ауаның түсуін және оны тазалауды қамтамасыз ету;
• ауаны сығымдау, оны технологиялық ағындарға бөлу;
• аммиакты булану, сәйкес газды мұнайдан және басқа қоспалардан тазарту, сондай-ақ оны кейіннен қыздыру;
• тазартылған аммиак пен ауаны араластыру, осы қоспаны кейіннен тазарту және оны катализаторға беру;
• азот газдарын алу және оларды салқындату;
• азот қышқылымен конденсат жинағы;
• азот қышқылының концентрациясы және сіңуі;
• алынған өнімді салқындату және тазалау.

Дайын қышқыл қоймаға немесе тұтынушыға жіберіледі.

Азот қышқылын өндірудің қарастырылып жатқан технологиясымен қатар - АК-72, шамамен 0,7 МПа қысымда өндірістік инфрақұрылымның жұмысын қамтамасыз ететін сәйкес затты шығарудың тағы бір танымал тұжырымдамасы қолданылады.. Оның мүмкіндіктерін қарастырыңыз.

0,7 МПа қысыммен өнімді шығару технологиясы: нюанстар

Қарастырылған технология АК-72 концепциясына балама ретінде концентратсыз азот қышқылын шығарады. Ол қарастырылып отырған затты шығарудың келесі кезеңдерін жүзеге асыруды қамтиды.

Ең алдымен алдыңғы технологиядағыдай атмосфералық ауа тазаланады. Осы мақсатта, әдетте, екі сатылы сүзгі қолданылады. Әрі қарай, тазартылған ауа сығыладыауа компрессоры арқылы - шамамен 0,35 МПа дейін. Бұл жағдайда ауа қызады - шамамен 175 градус температураға дейін және оны салқындату керек. Бұл мәселе шешілгеннен кейін ол қосымша қысу аймағына өтеді, онда оның қысымы шамамен 0,716 МПа дейін артады. Алынған ауа ағыны, өз кезегінде, азотты газдардың әсерінен жоғары температураға дейін - шамамен 270 градусқа дейін қызады. Содан кейін өнеркәсіптік қондырғының арнайы аймағында аммиакпен араласады. Сәйкес зат қышқыл бастапқыда сұйықтықтың булануы нәтижесінде пайда болатын газ күйінде шығарылған кезде белсендіріледі. Сонымен қатар, аммиак тазартылуы керек. Дайын болғаннан кейін газ қыздырылады және ауамен бір мезгілде араластырғышқа беріледі. Бұл қоспа да сүзіледі және тазартылғаннан кейін аммиактың конверсиясына беріледі. Сәйкес процедура өте жоғары температурада - шамамен 900 градуста платина және родий қорытпасының торларын қолдану арқылы жүзеге асырылады. Конверсия жылдамдығы шамамен 96%.

Қарастырылып отырған технология бойынша әлсіз азот қышқылын алу азотты газдардың түзілуін қамтиды. Олар салқындатылған өндірістік блоктың арнайы аймағына әкелінеді. Осыған байланысты тазартылған су буланып, жоғары қысымды бу пайда болады. Өндірістік қондырғының тиісті аймағы арқылы жүзеге асырылады, азотты газдар тотықтырғышқа өтеді. Айта кету керек, олардың тотығуы ішінара алдыңғы кезде жүредіқышқыл өндірісінің кезеңдері. Бірақ тотықтырғышта ол одан да қарқынды болады. Бұл жағдайда азотты газдар шамамен 335 градус температураға дейін қызады. Кейіннен олар арнайы жылу алмастырғышта салқындатылады, содан кейін олар конденсаторға жіберіледі.

Осыдан кейін әлсіз концентрацияда азот қышқылы түзіледі. Одан қалған азотты газдарды бөліп алу қажет - бұл үшін сепаратор қолданылады. Одан азот қышқылы өнеркәсіптік қондырғының сіңіру аймағына беріледі. Қышқыл кейіннен аппараттың астындағы аймақтарына ағып кетеді. Сонымен бірге ол азот оксидтерімен әрекеттеседі, нәтижесінде оның концентрациясы жоғарылайды. Шығаруда ол шамамен 55-58% құрайды. Ол әдетте жойылуы керек еріген оксидтерді қамтиды: бұл үшін зат қондырғының тазарту аймағына жіберіледі. Қыздырылған ауаның көмегімен қышқылдан оксидтер алынады. Дайын өнім қоймаға орналастырылады немесе тұтынушыға жіберіледі.

Концентрлі қышқылды өндіру: тікелей синтез

Сұйылтылған азот қышқылын өндіру қалай жүргізілетінін қарастыра отырып, біз концентрлі заттың бөліну ерекшеліктерін зерттейміз. Азот оксидтері түріндегі шикізаттан тікелей синтездеу арқылы қышқыл өндіру тиісті профильдегі кәсіпорындарда қолданылатын үнемді технологиялардың бірі болып табылады.

Бұл әдістің мәні шамамен 5 МПа қысыммен көрсетілген зат, су және оттегі арасындағы химиялық реакцияны ынталандыру болып табылады. Азот қышқылын алу технологиясысұйылтылған негізіндегі концентрацияланған түрі, нюансы бар: азот диоксидінің сұйық түрге өтуін қамтамасыз ету атмосфераға жақын қысым мен температурада мүмкін болады. Бірақ кейбір реакцияларда қалыпты қысымда оны сұйық күйге көшіру үшін сәйкес заттың концентрациясы жеткіліксіз және оны көбейту керек.

Сұйылтылған қышқыл негізінде концентрлі қышқыл өндірісі

Бұл жағдайда қышқылды сіңіргіш заттар – күкірт, фосфор қышқылы, нитраттардың әртүрлі ерітінділері арқылы шоғырландырады деп болжанады. Сұйылтылған күкірт қышқылы негізіндегі концентрлі азот қышқылын алудың негізгі кезеңдері келесідей.

Біріншіден, шикізат 2 ағынға бөлінеді: біріншісі буландырғышқа беріледі, екіншісі - өндірістік блоктың суық аймағына түседі. Күкірт қышқылы екінші сұйылтылған азот қышқылы ағынының үстіндегі аппарат аймағына беріледі. Өз кезегінде бу қондырғының төменгі бөлігіне жіберіледі, ол пайдаланылған қоспаны қыздырады, нәтижесінде азот қышқылы одан буланып кетеді. Оның булары аппаратқа көтеріледі, содан кейін олар тоңазытқышқа шығарылады. Онда қышқыл булары конденсацияланады - оның концентрациясы 98-99% жеткенше.

Сонымен бірге өндірістің осы сатысында болатын азот оксидтерінің бір бөлігі қышқылға сіңеді. Олар өнімнен алынуы керек: көбінесе бұл мақсат үшін конденсаторға жіберілетін азот қышқылының булары қолданылады. Алынған азот оксидтері, сондай-ақ конденсат түзбеген қышқыл булары аппараттың басқа аймағына - сіңіру үшін жіберіледі, онда олар сумен өңделеді. Нәтижесінде сұйылтылған қышқыл пайда болады, ол қайтадан конденсацияға және салқындатуға беріледі. Дайын өнім қоймаға немесе тұтынушыға жіберіледі.

Күкірт қышқылымен концентрациясының ерекшеліктері

Өнеркәсіпте азот қышқылын өндіруді сипаттайтын негізгі міндет - оны үнемді және тиімді концентрациялауды жүзеге асыру. Оны шешудің оңтайлы схемасын жасаудың бірнеше тәсілдері бар. Ең жиі кездесетіндерін қарастырған жөн.

Жоғарыда күкірт қышқылын қарастырылып отырған затты концентрлеу үшін қолдануға болатынын атап өттік. Оны қолданудың тиімділігін арттырудың жеткілікті кең таралған тәсілі бар - булану арқылы азот қышқылының концентрациясын алдын ала арттыру. Оңтайлы, күкірт қышқылымен өңдеуден бұрын, сәйкес зат шамамен 59-60% концентрацияға ие болады. Айта кету керек, іс жүзінде азот қышқылын алудың бұл технологиясы экологиялық тазалықтың төмен деңгейімен сипатталады. Сондықтан күкірт қышқылын қолдануға балама ретінде нитраттарды қолдану жиі кездеседі. Олардың ерекшеліктерін толығырақ қарастырайық.

Нитраттар бар концентрация

Көбінесе аммиактан азот қышқылын алуды сипаттайтын қарастырылып отырған мәселені шешу үшін магний немесе мырыш нитраттары қолданылады. Біріншіден, бұл әдіске қарағанда айтарлықтай экологиялық тазакүкірт қышқылын қолданумен байланысты. Сонымен қатар, бұл технология соңғы өнім ретінде азот қышқылының ең жоғары сапасын қамтамасыз етеді.

Сонымен бірге оның кең тараған қолдануында қиындықтардың пайда болуын алдын ала анықтайтын бірқатар кемшіліктері бар. Біріншіден, бұл өндіріс процесінің айтарлықтай жоғары құны. Сонымен қатар, бұл технология көп жағдайда қатты қалдықтарды өндіруді қамтиды, оларды өңдеу қиын болуы мүмкін.

Азот қышқылын өндіруде катализаторларды қолдану

Азот қышқылының өнеркәсіптік өндірісінде (көбінесе катализаторлар ретінде қарастырылады) қаралып отырған өнімді өндіру үшін негізгі шикізатпен қатар қандай басқа заттар қолданылатынын қарастыру пайдалы болады. Қарастырылып отырған заттарды пайдалану қышқыл өндірісінің рентабельділігін арттыру, өнеркәсіптік бөлімшеде оны шығару динамикасын арттыру қажеттілігіне байланысты.

Қарастырылып отырған өнімді өндіруде катализаторға қойылатын негізгі талап әрекеттің таңдамалылығы болып табылады. Яғни, ол жанама процестерге әсер етпей, негізгі химиялық реакцияға әсер етуі керек. Көбінесе катализаторлар құрамында платина бар қышқыл өндірісінде қолданылады.

Жоғарыда біз әлсіз концентрациялы зат жоғары қысымда шығарылған кезде платина мен родий негізіндегі катализаторлар қолданылатынын атап өттік. Кейбір жағдайларда палладий қосылған қорытпалар да қолданылады. Бірақ олардағы негізгі металлплатина, оның мазмұны әдетте 81% кем емес. Бұл жағдайда катализатордың мәні негізгі химиялық реакцияның жылдам өтуін ынталандыру болып табылады. Әдетте, ол сыртқы диффузия бөлімінен өтеді.

Процесс катализатор бетіне қатысты оттегі диффузиясының шектеріне байланысты. Бұл қасиет ауадағы концентрациямен салыстырғанда бір немесе кейде катализатордың бетінде азот қышқылын өндірудің негізгі шикізаты аммиактың жоғары концентрациясын тудырады. Толық емес тотығу және азоттың немесе оның оксидінің түзілуі байқалатын әртүрлі жанама реакциялардың меншікті салмағын арттыруға болады. Осыған байланысты жер бетіне жақын оттегі аммиакты ығыстыру үшін жеткілікті мөлшерде болуы керек. Бұл жағдайда жеткілікті терең тотығуға қол жеткізуге болады.

Азот қышқылын өндіруге платина катализаторларымен қатар аралас заттардың да қатысатынын атап өтуге болады. Атап айтқанда, темір-хром. Олар қарастырылып отырған заттың өндірісін сипаттайтын экономикалық шығындарды айтарлықтай төмендете алады.

Сонымен, біз азот қышқылын алу әдістерін қарастырдық, оның негізгі түрлерін анықтадық. Азот қышқылын өндірудің қанша кезеңін жүзеге асыру қажет, оның түріне, сондай-ақ тиісті затты шығарудың нақты технологиясына байланысты. Экономиканың көптеген салаларында сұранысқа ие бұл өнімнің өнеркәсіптік өндірісі қандай қиындықтармен сипатталатынын қазір қарастырған тиімді болар еді.

Негізгі мәселелеразот қышқылы өндірісі

Сонымен, біз білетіндей, азот қышқылын контактілі әдіспен алу – қазіргі өнеркәсіпте кең тарағандардың бірі, аммиактың тотығуын жеделдету және шығымдылығын арттыру үшін катализаторды қолдануды көздейді. өнім. Қарастырылып отырған өнімді өндірудегі негізгі мәселе сәйкес катализатордың біршама жоғары бағасы болып табылады. Алайда оның селективтілігі әрқашан оңтайлы мәнге жете бермейді. Сонымен қатар, катализатордың негізгі элементі ретінде пайдаланылатын платинаның айтарлықтай бөлігі өндіріс кезінде жоғалуы мүмкін. Осының салдарынан өнім шығарудың экономикалық тиімділігі тағы төмендейді.

Азот қышқылын өндіруді сипаттайтын тағы бір мәселе – экологиялық. Жоғарыда біз күкірт қышқылын шикізаттың концентрациясымен қолдануға болатынын және сәйкес өндірістік циклден өткеннен кейін зиянды заттар түзілетінін атап өттік. Бұл жағдайда балама нитраттарды пайдалану болуы мүмкін - бірақ бұл қайтадан экономикалық шығындардың өсуін білдіреді. Дегенмен, қазіргі заманғы өндірушілер үшін қоршаған орта факторы өндірістің рентабельділік деңгейі сияқты маңызды.