Современная экологическая обстановка в отдельных странах и регионах оставляет желать лучшего. Миссия нашего сайте — обеспечить русскоязычных жителей планеты Земля актуальной информацией о защите окружающей среды, экологической безопасности и экологии в целом.

Полезные ресурсы и публикации:
- Маятниковые двери в кафе. Варианты покрытий маятниковых дверей www.zavesa-pvc.ru.
-

О.А. Федяева
Промышленная экология
Конспект лекций. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007. - 145 c.

Предыдущая

Глава 5. Экологическая характеристика производств

5.8. Производство аммиака, азотной кислоты, азотных удобрений

В основе производства синтетического аммиака, из которого получают азотную кислоту, аммиачную селитру, карбамид и другие продукты, лежит фиксация азота из атмосферного воздуха. В качестве источника сырья водорода используются природный или коксовый газ. Реакция синтеза водорода и азота проходит при высоких температуре и давлении. Производство аммиака и получение водорода, на долю которого приходится до 80 % себестоимости продукции, довольно сложны. Только получение водорода конверсией природного газа водяным паром включает шесть стадий. Основные стадии процессов синтеза аммиака можно изобразить следующими уравнениями:

Из системы продувки, регенерации и конверсии газов при операциях переливания готовой продукции выделяются в атмосферу оксиды углерода, аммиак и метан. Удельные выбросы от производства аммиака с метанатором составляют, кг/т продукции: аммиака - 100, метана - 45; а от производства с абсорбером оксидов углерода и системой регенерации выбросы составляют: оксида углерода (II) - 100, аммиака - 105, метана - 45.

Уменьшение этих выбросов достигается за счет внедрения новых мощных агрегатов синтеза (400—500 тыс. т/год), применения продувочных газов в производстве и сжигания на свече, использования оксида углерода (IV) для синтеза карбамида (мочевины). Мочевина применяется для нужд животноводства, в качестве удобрения, а также для синтеза других органических соединений. Применение двухступенчатых орошаемых скрубберов позволяет обеспечить эффективность очистки до 99 %.

При производстве карбамида атмосфера загрязняется аммиаком и пылью. Установка конденсаторов-промывателей, абсорберов, проведение кислотной промывки газов, изменение конструкции гранулировочных башен привели к снижению этих выбросов, исключили образование мелкой фракции пыли.

За последние десятилетия изменение технологии, наращивание единичных мощностей привели к глубоким изменениям в структуре азотной промышленности, что положительно отразилось и на окружающей среде.

Получение азотной кислоты из аммиака происходит путем его окисления до оксидов азота при высокой температуре в присутствии катализаторов (платина и её соединения) и поглощения их водой с образованием слабой азотной кислоты. Реакции происходят в такой последовательности:

4NН3 + 5О2 = 4NO + 6Н2O; 2NO + О2 = 2NO2; 3NO2 + Н2O = 2HNO3 +NO.

Анализ сложного технологического процесса получения аммиака, а из него оксидов азота и азотной кислоты показывает, что рабочие могут подвергаться воздействию врёдных газов (оксиды углерода, сероводород, аммиак, оксиды азота). В связи с тем, что некоторые процессы проходят при высоких давлениях и температуре, вероятность загрязнения воздушной среды увеличивается. Кроме того, существует опасность химических ожогов азотной и серной кислотами.

Многие газы, участвующие в химических процессах данного производства, способны образовывать с воздухом взрывчатую смесь. Так, для аммиака нижний предел взрываемости составляет 16, а верхний - 27 %, для оксида углерода (II) соответственно 12,5 и 75 %, водорода - 4 и 75 %, метана - 4,5 и 16 %, сероводорода - 4,5 и 46 %.

Концентрирование азотной кислоты осуществляется с помощью крепкой серной кислоты путем дегидратации в колонне. При этом воздух может загрязняться оксидами азота (нитрогазы), образующими непостоянную смесь оксида азота (II), оксида азота (IV) и других оксидов азота, а также туманом азотной кислоты.

Для снижения и ликвидации выбросов азота («хвостовых газов», «лисьих хвостов»), которые могут достигать 5-12 т в сутки, внедряется каталитическое восстановление на палладиевом или ванадиевом катализаторе. Созданы установки для селективного восстановления оксидов азота аммиаком на катализаторе из редкоземельных металлов. При исходной концентрации оксидов азота 1000 - 3000 мг/л, температуре 480 0С и соотношении NH3/NO2 = 1 улавливается 95-99 % оксидов азота.

При получении концентрированной азотной кислоты выделяющиеся от конденсаторов оксиды азота улавливаются в абсорберах. Удельные выбросы оксида азота (IV) могут составлять 25-27,5 кг/т кислоты.

Выбросы оксидов азота в зависимости от способа производства азотной кислоты представлены в табл. 3.

Минимальными удельными выбросами, как видно из табл. 3, обладают системы, работающие под давлением 0,73 МПа. Эти системы снабжены узлами каталитической очистки газов на палладиевом катализаторе. Для восстановления используется метан:

4NO + СН4 = 2N2 + СО2 + 2Н2O.

После доочистки в отходящих газах может быть 0,005 об. % оксидов азота, что отвечает санитарным нормам.

Таблица 3.

Состав выбросов оксидов азота

Давление

Концентрация производимой азотной кислоты, %

Количество выбрасываемых оксидов азота, %

Атмосферное

22,0

20,4

0,3 МПа

65,0

79,0

0,73 МПа

13,0

0,6

Всего

100,0

100,0

В ближайшее время в азотнокислотном производстве так называемые «лисьи хвосты» будут ликвидированы, так как старые технологические схемы заменят на новые, работающие под давлением 0,73 МПа и имеющие мощность 120 тыс. тонн кислоты в год, а в недалеком будущем - 400 тыс. т/год слабой азотной кислоты.

В настоящее время производство аммиачной селитры, карбамида и комплексных удобрений развивается в направлении наращивания единичных мощностей агрегатов, совершенствования отдельных стадий и максимального снижения отходов, выбрасываемых в окружающую среду. При производстве аммиачной селитры, которую получают путем взаимодействия азотной кислоты с аммиаком (нейтрализация, концентрирование раствора, сушка и гранулирование), внедряются установки мощностью 450 тыс. т/год. На них осуществлен ряд новых технических решений, позволивших устранять загрязнение конденсата сокового пара аммиачной селитры, уменьшить потери готовой продукции после гранулирования. Сейчас выбросы пыли при производстве аммиачной селитры достигают 3,7, оксидов азота - 1,95, аммиака - 1,9 кг/т готовой продукции.

Для очистки выбросов применяют скрубберы и циклоны. Уменьшить указанные потери можно также с помощью различных фильтрующих материалов.

При производстве карбамида можно достичь подобного эффекта при гранулировании его в жидких, инертных по отношению к карбамиду растворителях с температурой кипения и кристаллизация выше и ниже температуры расплава и затвердевания карбамида (жирные спирты, сульфированный керосин, дизельное топливо и др.). Возможны и другие пути уменьшения потерь в производстве азотных удобрений.

В целях охраны окружающей среды перспективными представляются методы фиксации атмосферного азота с применением плазмохимических реакций. Совмещение плазменного процесса с разложением фосфорсодержащего сырья в атмосфере воздуха с одновременной фиксацией азота даст возможность получить из оксида фосфора (V) и оксидов азота смесь фосфорной и азотной кислот для производства комплексных удобрений с одновременным обесфториванием продуктов и отсутствием фосфогипса. Известен также способ фиксации азота из атмосферного воздуха с использованием естественных ферментов, в состав которых входит металлы. Он может быть в будущем использован также для синтеза углеводородов из оксида углерода (IV) и соды.

Анализ особенностей производства аммиака и продуктов на его основе показывает, что благодаря научно-техническому прогрессу появляются возможности получения необходимых продуктов с одновременным снижением отрицательного воздействия на окружающую среду и здоровье людей.

Предыдущая