ОЧИСТКА ХВОСТОВОГО ГАЗА В ПРОИЗВОДСТВЕ АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ

TAIL GAS PURIFICATION IN PRODUCTION NITRIC ACID

Anton Kolesnikov

master's student, Institute of Engineering and Environmental Safety, Togliatti State University,

Russia, Togliatti

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрены методы очистки хвостового газа производства азотной кислоты. Особое внимание уделяется высокотемпературному восстановлению оксидов азота и селективной каталитической очистки.

ABSTRACT

The article discusses the methods of purification of the tail gas of nitric acid production. Special attention is paid to high-temperature reduction of nitrogen oxides and selective catalytic purification.

Ключевые слова: азотная кислота; хвостовой газ; оксиды азота.

Keywords: nitric acid; tail gas; nitrogen oxides.

В настоящее время исключительным методом производства азотной кислоты является окисление аммиака кислородом воздуха под монодавлением или под двумя стадиями давления. Основная часть производимой кислоты перерабатывается в азотные минеральные удобрения такие как аммиачная селитра и карбамид, в металлургии используется в качестве реагента для травления или протравления нержавеющей стали и в производстве азотноватого ангидрида для ракетного топлива.

В производстве азотной кислоты образуются обедненные газы, со стадии абсорбции, состоящие из азота и его оксидов. Являющиеся сильными парниковыми и озоноразрушающими газами, обладающие высокой токсичностью, возникает потребность в очистки сбрасываемых в атмосферу выхлопных газов производства азотной кислоты.

Существует четыре направления уменьшения концентрации оксидов азота в выхлопных газах:

1. Повышение качества процесса абсорбции нитрозного газа за счет увеличения давления в абсорбционной колонне и использование современных хладогентов.
2. Использование дополнительных установок для улавливания оксидов азота после стадии абсорбции.
3. Разбавление выхлопных газов воздухом, перед сбросом в атмосферу.
4. Очистка обедненных газов со стадии абсорбции с помощью различных восстановителей до азота и водяных паров.

В промышленности применяются несколько способов очистки выхлопных газов:

1. Высокотемпературное восстановление оксидов азота – в данном методе используется природный газ в качестве газа – восстановителя. Процесс осуществляется в несколько стадий, первой является горение метана по реакции:

CH₄ + 2O₂ = CO₂ + 2H₂O

В результате взаимодействия метана и кислорода происходит образование водорода и оксида углерода II по реакции:

CH₄ + 0,5 O₂ = CO + 2 H₂

Вторая стадия состоит из взаимодействия водорода, оксида углерода II и метана с оксидами азота по реакциям:

NO₂ + H₂ = NO + H₂O

2NO + 2H₂ = N₂ + 2H₂O

4NO₂ + CH₄ = 4NO + CO₂ + 2H₂O

4NO + CH₄ = 2N₂ + CO₂ + 2H₂O

Наибольшую популярность приобрел катализатор на основе палладия в форме гранул, обладающий устойчивостью к истиранию и содержанию оксидов азота после очистки не более 0,005 % объемных в перерасчете на оксид азота IV. Процесс очистки производят при 10 % избытке природного газа и температуре 400 - 800 ^оС [1, c. 4].

2. Селективная каталитическая очистка – в данном методе в качестве газа – восстановителя используется газообразный аммиак. Процесс проводится в одну стадию путем восстановления оксидов азота до молекулярного азота по реакциям:

4NH₃ + 6NO = 5N₂ + 6H₂O

8NH₃ + 6NO₂ = 7N₂ + 12H₂O

Во время селективного каталитического восстановления на катализаторе в присутствии кислорода возможно протекание следующих реакций:

2NH₃ + 1,5 O₂ = N₂ + 3H₂O

2NH₃ + 2 O₂ = N₂O + 3 H₃O

2NH₃ + 2,5 O₂ = 2NO + 3H₂O

Данным способом возможно достичь степени очистки до 98 % и содержание оксидов азота до 0,002 % объемных [3, c. 30]

В качестве катализатора применяют аллюмованадиевый катализатор, состоящий из оксида ванадия нанесенного на поверхность оксида алюминия, в виде гранул [3, с. 70].

Себестоимость описанных методов зависит от многих факторов, включающих стоимость катализатора, газа – восстановителя, аппаратурного оформления стадии очистки выхлопных газов.

Высокотемпературное восстановление и селективная каталитическая очистка являются основными методами позволяющие решить экологические проблемы, связанные с азотосодержащими выбросами производства азотной кислоты.

Список литературы:

1. Решетнёв Я.В., Бирюкова Н.В. Оксиды азота и их восстановление: «NO и NO₂» // Chemistry sciences. 2021. № 67. С. 3 – 8.
2. Ильин А.П., Кунин А.В. Производства азотной кислоты: учебное пособие. СПб.: Лань, 2013. 256 с.
3. Ефремов В.Н. Низкотемпературная каталитическая селективная очистка отходящих газов от оксидов азота // Химия и химическая технология: Достижения и перспективы. Сборник материалов III Всероссийской конференции. 2016. C. 69 – 74.