АЗОТНАЯ КИСЛОТА: НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ

В результате создания нового агрегата по производству азотной кислоты в ОАО «Гродно Азот» увеличены объемы ее производства, снижено потребление топливно-энергетических ресурсов и исходного сырья (аммиака) на производство продукции, сокращены материалоемкость и затраты на техническое обслуживание и ремонты. Повысилась производительность труда, получена дополнительная прибыль за счет снижения затрат на производство продукции.

Об этом заявил главный инженер — заместитель генерального директора предприятия Сергей СИЛИВОНИК в ходе Международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития химического и нефтегазохимического комплекса», организованной Белорусским государственным технологическим университетом в рамках II Международного научно-технического и инвестиционного форума «Нефтехимия 2019».

 После вывода производства на проектную мощность достигнуты следующие технологические показатели:

Промышленное производство азотной кислоты во всем мире сегодня базируется на окислении газообразного аммиака кислородом воздуха на катализаторных сетках из сплава платины с родием и другими платиноидными металлами. Этому способу уже более ста лет. В зависимости от примененного давления температура процесса окисления варьируется от 800 до 910 °C.

Все многочисленные попытки получить оксиды азота прямой фиксацией атмосферного азота в промышленном масштабе завершились неудачей. В то же время действующие в мире производства азотной кислоты отличаются многообразием технических решений по технологическим схемам, конструкции оборудования, способам достижения глубины переработки оксидов азота (NOx) в азотную кислоту и минимизации содержания их в выхлопном газе, выбрасываемом в атмосферу.

Технический прогресс в производстве азотной кислоты зависел не только от научных достижений, но и от технических, экономических возможностей металлургической промышленности, химического и энергетического машиностроения, изготавливающего компрессорное оборудование для сжатия атмосферного воздуха и нитрозного газа.

В способе получения азотной кислоты заложено противоречие между оптимальным давлением на стадии окисления аммиака (при более низком выше степень окисления NH3 в NO на платиновом катализаторе) и на стадиях окисления NO в NO2 и их абсорбции водой (чем выше давление, тем на порядок меньше объемы аппаратуры и, соответственно, капиталовложения). Постепенно произошла смена производства азотной кислоты под атмосферным давлением с большим количеством крупногабаритных башен на крупнотоннажные производства в одну технологическую линию с одной абсорционной колонной мощностью намного большей, чем у предыдущих технологий (рис. 1). 

Агрегат 1/3,5

Выпуск химических продуктов в ОАО «Гродно Азот» начался с цеха азотной кислоты и аммиачной селитры.

Принципиальная технологическая схема агрегата 1/3,5 приведена на рис. 2. 

До строительства нового агрегата выпуск слабой азотной кислоты осуществлялся на пяти технологических линиях. Сейчас работают две из них. Метод производства основан на двуступенчатой каталитической конверсии аммиака под атмосферным давлением с последующим окислением оксида азота в диоксид кислородом и абсорбцией диоксида азота водой под давлением 0,35 МПа. В качестве катализатора на первой ступени конверсии аммиака используются платиноидные сплавы, на второй ступени — неплатиновый катализатор.

Выход окиси азота от количества окисляемого аммиака составляет не менее 97%.

Как это делается

Нитрозный газ охлаждается в котле-утилизаторе с выработкой водяного пара. Процесс кислотообразования идет в холодильниках-конденсаторах и абсорбционной колонне. Выделяющийся оксид азота NO окисляется кислородом до диоксида NO2 параллельно с образованием HNO3, ступенчато, многократно повторяясь.

На нижней тарелке абсорбционной колонны кислота достигает концентрации не менее 46%. Полученная в колонне азотная кислота поступает на отдувку воздухом растворенных в ней окислов азота. Содержание растворенных окислов азота после продувки — не выше 0,15%.

Отбеленная кислота самотеком поступает в хранилища продукционной азотной кислоты. Кстати, выхлопной газ после абсорбционной колонны содержит до 0,15 об. %.

NO + NO2 и подвергается процессу каталитической очистки от остатка NO + NO2 до содержания 0,005 об. %.

Новый агрегат 4/11

Строительство нового технологического агрегата по производству азотной кислоты мощностью 1 200 т в сутки потребовалось ОАО «Гродно Азот» в связи с тем, что производство слабой азотной кислоты было более энергоемким по сравнению с современными агрегатами, технологическая схема и оборудование не могли обеспечить высокую степень энергосбережения.

В рамках проведения ОАО «Гродно Азот» открытых подрядных торгов на разработку проектно-сметной документации (архитектурный и строительный проекты) и комплектную поставку оборудования по инвестиционному проекту из трех компаний-претендентов — CNCEC (Китай), ThyssenKrupp Uhde GmbH (Германия) и АО «Хемопроект» (Чехия) — победителем торгов была признана ThyssenKrupp Uhde GmbH. В 2014 году эта компания изменила название на ThyssenKrupp Industrial Solutions AG.

Всего за свою многолетнюю историю компания ThyssenKrupp Industrial Solutions AG спроектировала, построила и запустила в эксплуатацию более 200 установок по производству азотной кислоты различной мощности и концентрации и свыше 360 установок по производству минеральных удобрений.

Технология производства азотной кислоты

Для выпуска минеральных удобрений используется слабая азотная кислота с концентрацией в пределах от 50 до 70%. Рабочий диапазон установок составляет 70—110% ее номинальной мощности.

Технологические установки по производству 60-процентной азотной кислоты проектируются двух типов:

в виде установок, работающих под единым давлением, и установок, работающих под двумя уровнями давления.

Для производств мощностью до 1 000 т в сутки более предпочтительным является процесс с единым давлением из-за экономических и эксплуатационных условий, а для установок с более высокой мощностью (например, 1 200 т в сутки) — процесс с двойным давлением для снижения капитальных затрат.

Технология с двумя ступенями давления была разработана в соответствии с самыми высокими требованиями по защите окружающей среды. Она объединяет преимущества низкого давления на стадии окисления и высокого давления на стадии абсорбции.

В этом процессе технологический воздух сжимается до конечного давления 0,4—0,6 МПа. Газы окисления (нитрозные) охлаждаются в ряде последовательных теплообменников с получением пара и подогревом хвостового газа, который затем сжимается до 1,0—1,2 МПа.

Конечное давление выбирается из расчета обеспечения оптимальной работы стадии абсорбции для того, чтобы достичь требуемого содержания оксидов азота в хвостовом газе и обеспечить компрессор с приводом от паровой турбины достаточным количеством пара из охладителя технологического газа. При этом необходимо всегда иметь небольшой избыток пара для обеспечения стабильных условий работы установки.

Как уточнил Сергей Силивоник, реализованная технологическая схема отличается низким энергопотреблением за счет утилизации энергии потока хвостовых газов в турбодетандере. Конструктивно воздушный компрессор, компрессор нитрозных газов, турбодетандер отходящих газов и приводная паровая турбина оформлены в виде единого агрегата (рис. 3).

— Выход по азоту установок такого типа составляет более 96% с содержанием NОx в неочищенном хвостовом газе 150—200 ppm (об.), — отметил Сергей Силивоник. — При необходимости можно получить концентрацию NOx не более 50 ppm с помощью селективного каталитического восстановления в присутствии катализатора из неблагородного металла и аммиака в качестве восстановительного агента.

Благодаря низкой тепловой нагрузке контактного аппарата окисления аммиака платинородиевые сетки катализатора могут использоваться более шести или восьми месяцев до их частичной или полной замены.

Кроме того, при необходимости в такой установке могут быть переработаны потоки слабой азотной кислоты (разной концентрации) — жидкие отходы других производств. Это актуально для ОАО «Гродно Азот» с учетом наличия азотнокислого конденсата с массовой концентрацией 16—26% по азотной кислоте (поступает из цеха ГАС производства капролактама).

Суммарная экономия топливно-энергетических ресурсов при реализации этого проекта достигнет 55 тыс. 515 т у. т. в год, при этом экономия электроэнергии составит 96 тыс. 300 кВт*ч в год, или 29,5 тыс. т у.т., экономия топливной энергии — 155,5 тыс. Гкал в год, или 25,9 т у.т. в год, экономия топливно-энергетических ресурсов в денежном выражении — примерно 25 млн рублей ежегодно, т.е. почти 12 млн долларов.

ФОТО Виктория Анискевич-Клопоцкая, ОАО «Гродно Азот»