Материал: ОХТ в вопросах и ответах Ч2

Вопрос. Какие технические и технологические приёмы реализованы или могут быть предложены в производстве азотной кислоты для решения концепции эффективного использования оборудования?

Ответ. Эффективное использование оборудования в производстве HNO3

может быть реализовано путём совмещения процессов.

Вопрос. Какие технические и технологические приемы реализованы при создании энерготехнологической системы в производстве азотной кисло-

ты?

Ответ. Энергетический потенциал отходящих газов из абсорбера недоста-

точен для того, чтобы компенсировать затраты энергии на сжатие воздуха,

поступающего на окисление аммиака, так как часть энергии сжатого воз-

духа была затрачена на получение азотной кислоты.

Р

Г

ХТП

Аммиак

СН4

Азотная кислота

Рис. 4.6. Энерготехнологическая схема производства азотной кислоты:

К – компрессор, Г – газовая горелка (энергетический узел), Р – реактор каталитической очистки, ГТ – газовая турбина

Этот недостаток энергии компенсируют увеличением температуры отходящих газов путём сжигания природного газа. Энергия сжатого газа увеличивается за счёт увеличения его температуры. Высокая температура

51

отходящих газов используется для каталитической очистки от оксидов азота путём их восстановления с помощью небольшого избытка метана в реакторе очистки. Сжатый газ с повышенной энергией подаётся в газовую турбину, которая находится на одном валу с компрессором для сжатия воздуха перед его смешением с аммиаком (рис. 4.6).

Вопрос. В чём заключается очистка отходящих газов в производстве азотной кислоты?

Ответ. Отходящие газы производства азотной кислоты содержат после абсорбционных колонн от 0,05 до 0,2 об. % оксидов азота, которые по са-

нитарным требованиям без дополнительной очистки запрещено выбрасы-

вать в атмосферу.

Очистка отходящих газов производится каталитическим восстанов-

лением оксидов азота природным газом или аммиаком.

Реактор каталитической очистки при использовании природного га-

за в качестве восстановителя устанавливают в системе после энергетиче-

ского узла (рис. 4.6), так как высокая температура (973–1023 К) позволяет провести процесс восстановления оксидов азота на палладиевом катализа-

торе:

CH4 + 2NO2 = N2 + 2H2O + CO2

CH4 + 4NO = 2N2 + 2H2O + CO2

Вопрос. Какие существуют решения по усовершенствованию производ-

ства азотной кислоты?

Ответ. На экономические показатели большое влияние оказывает давле-

ние, так как при увеличении давления уменьшается объём оборудования

(особенно отделения абсорбции диоксида азота), снижаются капитальные затраты, возрастает интенсивность процесса. Кроме того, в системах,

функционирующих под давлением, увеличивается выход пара (как вто-

52

ричного энергетического ресурса), что существенно отражается на расход-

ном коэффициенте по энергии и себестоимости азотной кислоты.

Однако при использовании повышенного давления снижается сте-

пень окисления аммиака, и возрастают потери платиноидного катализато-

ра. В целом, для систем под давлением по отношению к системам, работа-

ющим при атмосферном давлении себестоимость азотной кислоты на 20%

выше.

Технология производства азотной кислоты с применением высоко-

температурных газовых турбин и природного газа уже становится не акту-

альной как вследствие роста стоимости природного газа, так и преждевре-

менного износа газотурбинных агрегатов и снижения их надёжности.

Усовершенствование показателей производства азотной кислоты и решение экологических проблем, связанных с выбросами оксидов азота,

возможно путём замены высокотемпературной очистки с использованием природного газа на низкотемпературную селективную очистку аммиаком.

Поскольку при этом отпадает потребность в природном газе, весь сжатый увеличение диаметра как контактного аппарата для окисления ам-

миака, так и абсорбционной колонны.

Для существенного снижения потерь драгметаллов, уносимых нит-

розными газами из контактного аппарата, слой платиноидного катализато-

ра содержит сетки из палладиевого сплава, который является эффектив-

ным сорбентом для платины.

5. ХТС производства стирола

Вопрос. Какова химическая модель ХТС производства стирола?

Ответ. Химическая модель ХТС производства стирола может быть пред-

ставлена уравнением:

53

Вопрос. Какова операционная модель производства стирола?

Ответ. Производство стирола включает следующие основные стадии пе-

реработки этилбензола:

- подготовка смеси этилбензола с водяным паром. Исходный этилбен-

зол смешивается с водяным паром и этилбензолом, выделенным после ректификации продукционной реакционной смеси, и испаряется в тепло-

обменнике. Смесь, состоящая из газообразного этилбензола и водяного пара, нагревается до 873–913 К и поступает в реактор.

-дегидрирование этилбензола по реакции (1);

-охлаждение и конденсация реакционной смеси. После охлаждения

иконденсации воды и углеводородов из контактного газа в воздушном холодильнике смесь поступает в сепаратор, где отделяются газообразные продукты реакции и углеводороды отделяются от воды;

-ректификация углеводородов с получением продукта – стирола.

Вопрос. Что представляет собой функциональная схема производства стирола?

Ответ. Функциональная схема производства стирола включает подсисте-

мы подготовки сырья, дегидрирования этилбензола, выделения продукта

(рис. 5.1).

Рис. 5.1. Функциональная схема производства стирола

54

Вопрос. Каковы физико-химические основы процесса дегидрирования этилбензола?

Ответ. Реакция (1) – обратимая, эндотермическая. Согласно принципу Ле Шателье повышение температуры приводит к увеличению равновесной степени превращения этилбензола в стирол. Реакция протекает с увеличе-

нием объёма, поэтому для увеличения глубины превращения сырьё раз-

бавляют водяным паром, являющимся инертным для данной реакции, что эквивалентно снижению давления реагирующей смеси. В промышленно-

сти используют разбавление пар : газ = (15–20) и реакцию проводят при температуре 830–900 К.

Вопрос. Какие кинетические особенности имеет реакция дегидрирования этилбензола?

Ответ. Реакция дегидрирования этилбензола– сложная, каталитическая. В

ходе реакции протекают также побочные превращения этилбензола в бен-

зол, толуол, углерод:

Вследствие протекания реакции (5) на поверхности катализатора происходит образование кокса, что приводит к потере активности катали-

затора. Водяной пар, подаваемый на разбавление, не только сдвигает рав-

новесие в сторону образования продукта, но и газифицирует углистые от-

ложения:

С + Н2О = СО + Н2,

что обеспечивает непрерывную регенерацию катализатора.

55