Раздел 9. Производство нитрита натрия и натриевой селитры

Раздел 9. Производство нитрита натрия и натриевой селитры

9.1 Краткая характеристика производства

Производство нитрита натрия и натриевой селитры состоит из:

- трех агрегатов конверсии аммиака (двух рабочих, одного резервного);

- двухступенчатой абсорбции оксидов азота раствором кальцинированной соды;

- выпарки, кристаллизации (I контур выпарки) и сушки нитрита натрия, одна технологическая линия;

- выпарки и кристаллизации нитрита натрия (II контур выпарки) для извлечения нитрита натрия из маточных растворов с I контура выпарки, одна технологическая линия;

- инверсии растворов нитрита натрия азотной кислотой (полная схема);

- выпарки, кристаллизации (III контур выпарки) и сушки натриевой селитры, одна технологическая линия.

Проектная мощность производства:

- нитрита натрия - 40000 тонн в год, 5 тонн в час;

- натриевой селитры - 20000 тонн в год, 2,5 тонны в час готового продукта.

Метод производства нитрита натрия основан на щелочной абсорбции оксидов азота, получаемых окислением аммиака кислородом воздуха на платиноидном катализаторе, раствором кальцинированной соды с получением нитрит-нитратных растворов, из которых после упаривания и кристаллизации производится отделение кристаллов нитрита натрия от маточника. Извлечение нитрита натрия производится в две стадии. Первая стадия предназначена для отделения кристаллов нитрита натрия от маточного раствора способом центрифугирования с последующей сушкой и получением готового продукта - нитрита натрия. Вторая стадия предназначена для более полного извлечения нитрита натрия из маточного раствора, получения концентрированного исходного раствора для первой стадии с целью увеличения выхода и улучшения качества нитрита натрия.

Метод производства натриевой селитры основан на окислительной инверсии маточного раствора нитрита натрия азотной кислотой или нейтрализации азотной кислоты раствором кальцинированной соды. Процесс протекает в инверсионных колоннах с получением раствора нитрата натрия. Из раствора после упаривания и кристаллизации отделяются кристаллы нитрата натрия от маточного раствора способом центрифугирования с последующей сушкой и получением готового продукта - натрия азотнокислого (натриевой селитры). Раствор нитрата натрия частично поступает в производство калиевой селитры.

Сырьем для производства нитрита натрия являются:

- аммиак газообразный;

- сода кальцинированная;

- антислеживатель (для выпуска неслеживающегося нитрита натрия).

Сырьем для производства натриевой селитры являются:

- аммиак газообразный;

- сода кальцинированная;

- кислота азотная неконцентрированная.

Нитрит натрия применяется в производстве красителей, в строительстве, в пищевой промышленности, в металлургии и машиностроении в качестве ингибитора для защиты от атмосферной коррозии, текстильной и бумажной промышленности, в медицине.

Неслеживающийся нитрит натрия применяется как противоморозная добавка для производства сухих строительных смесей. Рассыпчатость нитрита натрия обеспечивается внесением антислеживающих добавок (раствора сульфонола).

Нитрит натрия Е-250 применяют при производстве мясных продуктов в качестве фиксатора окраски с целью сохранения естественного цвета мышечной ткани и достижения привлекательного для потребителя внешнего вида готовых мясопродуктов.

Натриевая селитра применяется в химической, стекольной и других отраслях промышленности, а также в сельском хозяйстве в качестве минерального удобрения.

В зависимости от области применения натриевая селитра выпускается двух марок: А - для приготовления флюсов при пайке и сварке металлов, производства реактивов, пиротехнических смесей, оптического стекла, хрусталя и в производствах, где строго лимитированы примеси окисляемых веществ в пересчете на NaNO ₂; Б - для травления металлов, сплавления кусковых отходов вольфрама, осветления технических стекол и для розничной торговли.

Натриевая селитра в виде раствора применяется для производства калиевой селитры конверсионным способом.

Натриевая селитра - физиологически щелочное удобрение, содержащее 16,47 % азота в нитратной форме. Использование натриевой селитры в качестве минерального удобрения не приводит к превышению гигиенических нормативов содержания в почве, воде и сельскохозяйственной продукции опасных и токсичных веществ: нитратов солей тяжелых металлов. Периодичность контроля показателей безопасности натриевой селитры устанавливается по согласованию с органами Госсанэпиднадзора, но не реже одного раза в год.

9.2 Описание технологических процессов производства нитрита натрия и натриевой селитры, используемых в настоящее время

Процесс производства нитрита натрия и натриевой селитры состоит из следующих стадий:

- подготовка и окисление газообразного аммиака до оксидов азота на платиноидном катализаторе, охлаждение нитрозных газов в котле-утилизаторе;

- абсорбция оксидов азота раствором кальцинированной соды при атмосферном давлении (I ступень абсорбции) с получением нитрит-нитратных растворов;

- сжатие нитрозных газов, абсорбция остаточных оксидов азота раствором кальцинированной соды при избыточном давлении 0,32 МПа (II ступень абсорбции);

- каталитическая очистка хвостовых нитрозных газов;

- упаривание нитрит-нитратных растворов на двухконтурной установке выпарки (I контур, II контур), кристаллизация и отделение кристаллов нитрита натрия;

- инверсия раствора нитрита натрия азотной кислотой (полная схема);

- упаривание раствора натриевой селитры на установке выпарки (III контур), кристаллизация и отделение кристаллов натриевой селитры;

- сушка нитрита натрия, натриевой селитры и транспортирование готовой продукции на упаковку в мешки.

На рисунках 9.1 и 9.2 представлены схемы производства нитрата натрия и натриевой селитры.

Рисунок 9.1 - Принципиальная схема производства нитрита натрия

Рисунок 9.2 - Принципиальная схема производства натриевой селитры

9.2.1 Подготовка и окисление газообразного аммиака до оксидов азота на платиноидном катализаторе, охлаждение нитрозных газов в котле-утилизаторе

Газообразный аммиак с давлением от 8,5 до 11,5 кПа проходит через матерчатые фильтры, в которых очищается от механических примесей и масла. Очищенный аммиак с температурой от минус 20 °С до плюс 40 °С поступает в контактное отделение на агрегат конверсии аммиака.

После узла редуцирования аммиак с давлением 2,0-5,0 кПа поступает в смеситель для смешивания с воздухом. Необходимый для окисления аммиака воздух поступает в аппараты очистки воздуха. В суконных рукавных фильтрах, расположенных в нижней части аппаратов, происходит очистка воздуха от механических примесей (пыли). Очищенный в фильтрах воздух поступает в смеситель для смешивания с аммиаком. После смесителя аммиачно-воздушная смесь с разрежением от 0 до 66 кПа поступает на всас газодувки, откуда с избыточным давлением не более 30 кПа (300 мм вод. ст.) подается в подогреватель, где подогревается до температуры не более 70 °C и поступает в картонный фильтр, установленный на верхнем конусе контактного аппарата. Подогрев АВС осуществляется паром с избыточным давлением не более 1,0 МПа, подаваемым в межтрубное пространство подогревателя. В картонных фильтрах аммиачно-воздушная смесь проходит тонкую очистку от остаточных механических загрязнений и далее на трех платиноидных сетках аммиак окисляется кислородом воздуха в оксид азота.

В контактном аппарате каталитическое окисление аммиака происходит по следующим реакциям:

4NН ₃ + 5О ₂ = 4NО + 6H ₂О + 904 кДж;

4NН ₃ + 3О ₂ = 2N ₂ + 6H ₂О + 1268,8 кДж.

Первая реакция является основной, вторая - побочной. Катализатором для процесса окисления аммиака служит комплект платиноидных сеток. Выход оксида азота при прочих благоприятных условиях (катализатор, скорость потока газовой смеси) зависит от соотношения реагентов в исходной газовой смеси, температуры конверсии. Ведение технологического процесса окисления аммиака по схемам 1П, 2П осуществляется в двух технологических режимах.

Контактный аппарат состоит из двух усеченных конусов и цилиндрической части. Нижний конус футерован огнеупорным кирпичом. Между цилиндрической частью и нижним конусом аппарата имеется решетка, на которой расположены закрепленные в кольцах три платиноидные сетки, изготовленные из сплава платины с палладием и родием.

Процесс окисления аммиака идет при температуре 800-820 °С - схема 1П (760-820 °С - схема 2П). Разрежение PIR-21 в контактном аппарате 50-200 Па. Выход оксида азота не менее 97 % - схема 1П (не менее 94 % - схема 2П). Полученные в контактном аппарате нитрозные газы с объемной долей оксидов азота 10-11 % поступают в котел-утилизатор.

Котел-утилизатор представляет собой одноходовой теплообменник, межтрубное пространство которого заполнено деаэрированной водой. Нитрозные газы, пройдя по трубкам котла-утилизатора, охлаждаются до температуры Тl-7 200-270 °С - схема 1П (150-250 °С - схема 2П) и поступают в абсорбционные башни I ступени абсорбции. Охлаждение нитрозных газов до температуры менее 200 °C нежелательно из-за возможного переокисления газа, что может быть причиной повышенного выхода нитрата натрия при абсорбции. В межтрубном пространстве получается насыщенный водяной пар с избыточным давлением 0,9-1,0 МПа.

9.2.2 Абсорбция оксидов азота раствором кальцинированной соды при атмосферном давлении (I ступень абсорбции) с получением нитрит-нитратных растворов

Метод получения нитрит-нитратных растворов основан на абсорбции (поглощении) раствором кальцинированной соды оксидов азота из нитрозного газа. При поглощении оксидов азота параллельно протекают следующие реакции:

2NO + O ₂  2NO ₂;

NO ₂ + NO  N 2O ₃;

N ₂O ₃ + H ₂O = 2HNO ₂;

2NО ₂ + H ₂O = HNO ₂ + HNO ₃;

2HNO ₂ + Na ₂СО ₃ = 2NaNO ₂ + СО ₂ + H ₂O + Q;

2HNO ₃ + Na ₂СО ₃ = 2NaNО ₃ + СО ₂ + H ₂O + Q.

Суммарное уравнение реакции:

Na ₂СО ₃ + NO + NO ₂ = 2NaNО ₂ + СО ₂ + Q

Na ₂СО ₃ + 2NO ₂ = NaNО ₃ + NaNО ₂ + СО ₂ + Q.

Из приведенных реакций наиболее медленной является взаимодействие оксидов азота с водой. Скорость этой реакции определяется скоростью процесса щелочной абсорбции оксидов азота. Для возможно более полного поглощения оксидов азота содой необходимо, чтобы содержание NO было эквивалентно содержанию NO ₂ на всем протяжении процесса абсорбции (NO:NO ₂ = 1:1). При повышении содержания NO ₂ идет образование нитрата натрия.

В зависимости от содержания аммиака в аммиачно-воздушной смеси, температурного режима в контактном аппарате при работе производства на схемах 1П, 2П изменяется соотношение NO: NO ₂ в нитрозном газе. В результате поглощения содовым раствором оксидов азота из нитрозного газа образуются нитрит-нитратные растворы с различным соотношением нитрит : нитрат (может быть 5:1 (схема 1П) или 2:1 (схема 2П)).

Массовая концентрация в растворе:

- NaNО ₂ не менее 250 г/дм ³;

- NaNО ₃ не более 80 г/дм ³;

- Na ₂СО ₃ 2-5 г/дм ³;

- общее солесодержание не менее 300 г/дм ³(схема 1П).

Массовая концентрация в растворе:

- NaNО ₂ 100-250 г/дм ³;

- NaNО ₃ 250-80 г/дм ³;

- Na ₂СО ₃ 2-15 г/дм ³;

- общее солесодержание 300-400 г/дм ³(схема 2П).

Раствор кальцинированной соды (содовый раствор) из отделения калиевой селитры поступает в хранилища. Из хранилищ насосами содовый раствор подается в напорный бак содового раствора.

Охлажденные нитрозные газы из котла-утилизатора с температурой 200-270 °C под вакуумом 50-200 Па подаются в абсорбционную башню I ступени абсорбции. В коллектор нитрозного газа на входе в башню поступают инверсионные газы из инверсионной колонны. Абсорбционные башни орошаются содовым раствором.

Абсорбционная башня представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат из нержавеющей стали, разделенный глухой перегородкой на абсорбционную (верхнюю) и кубовую (нижнюю) части, заполняется кольцами Рашига, насадкой "Инталокс". Полнота поглощения оксидов азота зависит от плотности орошения абсорбционной башни.

Абсорбционные башни работают периодически. Уровень раствора в кубовой части башни должен быть 1000-1400 мм от дна куба. Тепло реакций отводится посредством охлаждения циркулирующего раствора до температуры 40-50 °C оборотной водой.

При достижении массовой концентрации 2-5 г/дм ³ соды в циркулирующем растворе производится выдача готового нитрит-нитратного раствора в сборник раствора.

Нитрозные газы из абсорбционной башни поступают на II ступень абсорбции для поглощения остаточных оксидов азота.

9.2.3 Сжатие нитрозных газов, абсорбция остаточных оксидов азота раствором кальцинированной соды при избыточном давлении 0,32 МПа (II ступень абсорбции)

Нитрозные газы после I ступени абсорбции с температурой 30-50 °C, объемной долей оксидов азота не более 1 % освобождаются от капель раствора, уносимых с потоком газа из башен, в промывателе нитрозных газов и поступают на всас нагнетателя. Промыватель нитрозных газов представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат с двумя промывными тарелками и жалюзийным каплеотбойником. На орошение тарелок промывателя подается конденсат сокового пара с объемным расходом 6-10 м ³/ч. Загрязненный конденсат из нижней части промывателя сливается через гидрозатвор, поддерживающий уровень в промывателе, в сборник и далее используется для приготовления содового раствора.

В трубопровод нитрозного газа на всас нагнетателя подается добавочный воздух из атмосферы для окисления нитрозных газов, поддержания разрежения нитрозных газов 5-25 кПа. Нагнетатель (компрессор) предназначен для создания разрежения в контактных аппаратах и абсорбционных башнях I ступени абсорбции, сжатия нитрозного газа и подачи его на дальнейшую очистку.

Окисленные нитрозные газы сжимаются в нагнетателе до давления 0,27-0,32 МПа и с температурой 200-280 °С поступают в межтрубное пространство подогревателя нитрозных газов, охлаждаются до температуры 90-120 °С и поступают в абсорбционную колонну II ступени абсорбции. В трубное пространство подогревателя противотоком поступают хвостовые нитрозные газы из промывателя.

На II ступени абсорбции производится очистка нитрозных газов от остаточных оксидов азота.

Орошение абсорбционной колонны производится циркулирующим содовым раствором с температурой 40-80 °С. Для обеспечения наибольшей скорости поглощения оксидов азота массовая концентрация соды должна быть 40-60 г/дм ³.

Хвостовые нитрозные газы после абсорбционной колонны с объемной долей оксидов азота не более 0,3 % освобождаются от капель раствора в промывателе, подогреваются до температуры 180-250 °С и поступают в смеситель на установку каталитической очистки.

9.2.4 Каталитическая очистка хвостовых нитрозных газов

Каталитическая очистка хвостовых газов от оксидов азота основана на их восстановлении до молекулярного азота. В качестве восстановителя применяется аммиак.

Жидкий аммиак с давлением 1,0-1,6 МПа поступает в испаритель. Испаритель жидкого аммиака совмещен с подогревателем и предназначен для испарения жидкого аммиака и подогрева газообразного аммиака до температуры 100-120 °C за счет тепла конденсации пара, поступающего в рубашку испарителя и змеевик подогревателя.

Подогретый газообразный аммиак поступает в смеситель, смешивается с хвостовым нитрозным газом в соотношении (NO + NO ₂) : NН ₃ = 1:1,2 и направляется в реакторы каталитической очистки, работающие параллельно. Процесс каталитического восстановления оксидов азота протекает на алюмованадиевом катализаторе (АВК, АОК) при температуре 180-290 °С.

Разложение оксидов азота аммиаком в реакторе протекает по следующим реакциям:

6NO + 4NH ₃ = 5N ₂ + 6H ₂О + 1810,6 кДж;

6NO ₂ + 8NH ₃ = 7N ₂ + 12H ₂O + 2734 кДж.

Избыточный аммиак реагирует с кислородом по реакции:

4NН ₃ + 3О ₂ = 2N ₂ + 6H ₂O + 1268,8 кДж,

но эта реакция протекает медленно, поэтому процесс очистки считается селективным.

Очищенные хвостовые газы с температурой 200-290 °С после реакторов направляются в турбодетандер нагнетателя для рекуперации тепла и повышенного давления, после чего с температурой 90-130 °С выбрасываются через высотную выхлопную трубу высотой 180 м в атмосферу.

9.2.5 Упаривание нитрит-нитратных растворов на двухконтурной установке выпарки (I контур, II контур), кристаллизация и отделение кристаллов нитрита натрия

9.2.5.1 Первый контур выпарки и кристаллизации

Первый контур предназначен для получения кристаллического нитрита натрия и выдачи его на сушку.

Нитрит-нитратный раствор (нитритные щелока) из сборника стадии абсорбции подается в хранилище нефильтрованного раствора. Хранилище раствора нитрита натрия вместимостью 270 м ³ снабжено змеевиком для подогрева раствора в холодное время года. В змеевик подается насыщенный пар с избыточным давлением 0,4-0,6 МПа.

Из хранилища раствор подается в подогреватель, подогревается до температуры 85-95 °C насыщенным паром с давлением 0,5-0,6 МПа, поступающим в межтрубное пространство подогревателя. Из подогревателя раствор поступает на фильтр-пресс, где очищается от механических примесей (шлама). Осадок заполняет рамное пространство, а фильтрат по исходящему каналу выводится из фильтр-пресса и поступает в емкость исходного раствора I контура.

В емкость исходного раствора I контура подаются маточный раствор после центрифуг I контура и кристаллический нитрит натрия после центрифуг II контура. Раствор после емкости подогревается до температуры 110-115 °C и поступает в первый корпус выпарной установки. Массовая концентрация NaNO ₂ в исходном растворе должна быть 250-450 г/дм ³, NaNO ₃ - 20-100 г/дм ³, Na ₂CO ₃ - не более 10 г/дм ³.

В качестве выпарной установки для концентрирования раствора принята трехступенчатая установка, которая состоит из четырех корпусов выпарки (один резервный), работающих последовательно. Принцип действия трехступенчатой выпарной установки сводится к многократному использованию греющего пара, поступающего в первый корпус, способом обогрева каждого последующего корпуса вторичным паром из предыдущего корпуса.

Для упаривания растворов применяются выпарные аппараты с принудительной циркуляцией по прямоточной схеме. Выпарной аппарат состоит из выносной греющей камеры, сепаратора с брызгоотделителем, циркуляционного насоса с электродвигателем и циркуляционной трубы. В верхней части греющая камера соединена с сепаратором коленом. Для выпарного аппарата первого корпуса используется насыщенный пар с избыточным давлением 0,4-0,6 МПа, температура раствора в сепараторе должна быть 140-145 °C.

За счет гидростатического давления столба жидкости кипение раствора происходит не в трубках греющей камеры, а в трубе вскипания при выходе раствора из греющей камеры на входе в сепаратор. Упариваемый раствор, поднимаясь по трубкам греющей камеры, перегревается и по мере выхода из трубы вскипания в сепаратор, закипает. Образующаяся парожидкостная эмульсия тангенциально вводится в сепаратор, в котором разделяется на раствор и соковый пар. Соковый пар освобождается в брызгоотделителе от капель раствора и поступает в качестве теплоносителя в греющую камеру следующего выпарного аппарата.

Необходимым условием передачи тепла в каждом корпусе выпарки является наличие полезной разности температур греющего пара и кипящего раствора. Вместе с этим давление сокового пара в каждом последующем корпусе выпарки должно быть меньше давления в предыдущем корпусе. Избыточное давление в сепараторе первого корпуса должно быть 0,17-0,23 МПа, в сепараторе второго корпуса - 0,01-0,06 МПа. В сепараторе последнего корпуса поддерживается вакуум 0,04-0,07 МПа. За счет снижения давления, при переходе от первого корпуса к третьему, температура кипения раствора в выпарной установке уменьшается, соответственно, раствор, упаривается при более низкой температуре.

Соковый пар из первого корпуса с температурой 130-140 °C поступает в греющую камеру второго корпуса. За счет тепла перегрева поступающего раствора в сепараторе второго корпуса образуется пар вторичного вскипания, который в качестве теплоносителя поступает в греющую камеру третьего корпуса.

Концентрированный раствор с температурой 140-145 °C из первого корпуса поступает во второй корпус. Температура раствора нитрита натрия во втором корпусе выпарки должна быть 120-140 °C. Раствор из второго корпуса перетекает в третий корпус, в котором создается вакуум за счет конденсации сокового пара, образующегося в этом корпусе, в поверхностном конденсаторе. Массовая концентрация солей в растворе нитрита натрия на выходе из третьего корпуса должна быть 950-1200 г/дм ³.

Горячий концентрированный раствор с температурой 90-110 °С из третьего корпуса поступает в вакуум-кристаллизатор для получения кристаллов нитрита натрия. Для исключения оседания образующихся кристаллов нитрита натрия на стенках аппарата производится принудительная циркуляция раствора.

Процесс кристаллизации ведется при температуре 50-65 °С. Процесс кристаллизации начинается с момента перехода от насыщенного раствора к перенасыщению - идет образование центров кристаллизации, вокруг которых начинается рост кристаллов.

Образовавшаяся суспензия нитрита натрия из вакуум-кристаллизатора поступает на центрифуги, горизонтальные двухкаскадные фильтрующего типа с непрерывной выгрузкой соли. Отфугованная соль нитрита натрия с массовой долей влаги не более 3 % поступает в барабанную сушилку для высушивания.

Маточный раствор после центрифуги откачивается в хранилище маточного раствора и частично в емкость исходного раствора I контура.

Для получения реактивного нитрита натрия согласно ГОСТ 4197-74, натрия азотисто-кислого (пищевая добавка Е250) ТУ 2621-003-67273753-2011 производится промывка слоя соли в центрифуге умягченной водой. При выпуске нитрита натрия неслеживающегося согласно ТУ 113-03-3-14-89 в нижнюю часть кожуха центрифуги через форсунку при помощи сжатого воздуха впрыскивается раствор антислеживателя.

9.2.5.2 Второй контур выпарки и кристаллизации

Второй контур предназначен для более полного извлечения нитрита натрия из маточного раствора I контура - выделения кристаллического нитрита натрия и выдачи его на растворение или концентрирования нитрит-нитратного раствора при работе агрегата на схеме 2П.

В качестве выпарной установки для концентрирования раствора принята двухступенчатая установка, которая состоит из четырех корпусов выпарки (одна установка в работе, другая в резерве). Для упаривания применяются выпарные аппараты по устройству и принципу действия аналогичные выпарным аппаратам I контура выпарки.

Маточный раствор из хранилища подогревается до температуры 110-115 °C и поступает в выпарной аппарат.

Насыщенный водяной пар с избыточным давлением 0,4-0,6 МПа поступает в межтрубное пространство греющей камеры первого корпуса выпарного аппарата. Упаренный в первом корпусе раствор перетекает во второй корпус. Температура раствора в сепараторе должна быть 90-100 °C. Избыточное давление в сепараторе первого корпуса должно быть 0,05-0,12 МПа, в сепараторе второго корпуса поддерживается вакуум 0,04-0,06 МПа. За счет снижения давления температура кипения раствора во втором корпусе уменьшается, соответственно, раствор упаривается при более низкой температуре. Массовая концентрация солей в растворе нитрита натрия на выходе из выпарного аппарата должна быть 900-1100 г/дм ³ (схема 1П), 600-800 г/дм ³(схема 2П).

Из второго корпуса выпарки упаренный раствор поступает в вакуум-кристаллизатор для получения кристаллов нитрита натрия. Вакуум-кристаллизатор по устройству и принципу действия аналогичен вакуум-кристаллизатору I контура выпарки. Соковый пар из вакуум-кристаллизатора отводится в поверхностный конденсатор, в котором при конденсации пара создается вакуум.

Образовавшаяся суспензия из вакуум-кристаллизатора поступает в центрифугу для отделения кристаллов нитрита натрия от маточного раствора. Отфугованная на центрифуге соль, содержащая не менее 90 % нитрита натрия, поступает в емкость, растворяется свежими щелоками и подается на I контур выпарки. Маточный раствор выводится из центрифуги в емкость, откуда подается на II контур выпарки, а также выводится в сборник для последующей его переработки в инверсионной колонне.

9.2.6 Инверсия раствора нитрита натрия азотной кислотой (полная схема) с получением раствора натриевой селитры

Раствор натриевой селитры получается:

- окислительной инверсией маточных растворов после центрифуг II, III контуров выпарки (схема 1П) азотной кислотой;

- окислительной инверсией нитрит-нитратных растворов (схема 2П) азотной кислотой;

- методом прямой нейтрализации (схема К) азотной кислоты содовым раствором.

Суммарное уравнение реакции:

3NaNO ₂ + 2НNO ₃  3NaNO ₃ + 2NO + H ₂О - Q.

Азотистая кислота частично окисляется до азотной кислоты, частично распадается на оксид азота и воду. Инверсионные газы, содержащие оксид азота, отдуваются из инверсионной колонны подогретым воздухом и возвращаются на 1 ступень абсорбции.

Исходный раствор после подогревателей с температурой 80-90 °C поступает на верхнюю тарелку инверсионной колонны.

Азотная кислота неконцентрированная поступает на верхнюю тарелку инверсионной колонны. Для быстрого и полного окисления нитрита натрия в нитрат натрия азотная кислота и маточный раствор подаются в колонну в определенном соотношении из расчета получаемого инвертируемого раствора с избыточной кислотностью не более 80 г/дм ³ НNО ₃. Массовая концентрация NaNО ₃ на выходе из колонны должна быть не менее 350 г/дм ³, NaNО ₂ 0,03-0,90 г/дм ³. Соотношение расходов азотная кислота : маточный раствор поддерживается 0,5:1.

Инверсионная колонна - вертикальный аппарат с 23 тарелками каскадного типа. На тарелках инверсионной колонны происходит взаимодействие маточного раствора с азотной кислотой. Тонким слоем раствор последовательно перетекает с одной тарелки на другую в нижнюю часть колонны, благодаря чему достигается быстрое удаление оксидов азота, которые образуются в процессе инверсии. Инвертированный раствор из колонны стекает в "стакан" донейтрализатора.

Образующиеся в результате инверсии оксиды азота, загрязненные хлористыми соединениями, отдуваются воздухом.

Инверсионные газы из верхней части инверсионной колонны освобождаются от капель уносимого из колонны раствора и отводятся в абсорбционную башню, через ловушку, откуда раствор стекает в "стакан" донейтрализатора.

Донейтрализатор - вертикальный цилиндрический аппарат, внутри которого установлен цилиндрический "стакан" меньшего диаметра, с лопастной мешалкой для постоянного перемешивания раствора. Водородный показатель рН-раствора в донейтрализаторе должен быть 7,5-8,5 единиц рН. Для нейтрализации избыточной кислоты в инвертированном растворе в "стакан" донейтрализатора подается содовый раствор.

Нейтрализация избыточной азотной кислоты содовым раствором сопровождается выделением углекислого газа СО ₂:

2НNO ₃ + Na ₂СО ₃ = 2NaNO ₃ + H ₂О + СО ₂ + Q.

Массовая концентрация NaNO ₃ в растворе натриевой селитры на выходе из донейтрализатора должна быть не менее 350 г/дм ³, Na ₂CO ₃ - 0,3-1,4 г/дм ³, NaNО ₂ - 0,03-0,90 г/дм ³.

Раствор натриевой селитры из донейтрализатора откачивается в хранилище.

9.2.7 Упаривание раствора натриевой селитры на установке выпарки (III контур), кристаллизация и отделение кристаллов натриевой селитры

Третий контур предназначен для получения кристаллической натриевой селитры из растворов натриевой селитры, полученных по полной схеме (схема 1П, 2П) и выдачи ее на сушку.

В качестве выпарной установки для концентрирования раствора принята трехступенчатая установка, которая состоит из четырех корпусов выпарки (один резервный), работающих последовательно. Схема переработки раствора натриевой селитры на III контуре выпарки по аппаратурному оформлению и принципу действия аналогична схеме переработки нитрита натрия на I контуре.

Раствор натриевой селитры из сборника или хранилища насосом подается на фильтр-пресс для очистки от механических примесей (шлама). Очищенный раствор натриевой селитры поступает в выпарной аппарат

Упаривание раствора производится паром давлением 0,4-0,6 МПа. Соковый пар из сепаратора первого корпуса используется в качестве теплоносителя во втором корпусе, из второго корпуса - в третьем. Соковый пар из третьего корпуса поступает в поверхностный конденсатор, в котором за счет конденсации сокового пара создается вакуум в сепараторе третьего корпуса. Раствор натриевой селитры упаривается в выпарных аппаратах до состояния, близкого к насыщению. Из выпарного аппарата раствор поступает в вакуум-кристаллизатор, в котором раствор охлаждается и пересыщается. Вакуум в кристаллизаторе создается за счет конденсации сокового пара в поверхностном конденсаторе.

Суспензия из кристаллизатора подается на центрифугу. Маточный раствор после центрифуги поступает в сборник маточного раствора. Отфугованная на центрифуге соль натриевой селитры поступает в барабанную сушилку для досушивания.

9.2.8 Сушка кристаллов нитрита натрия и натриевой селитры

9.2.8.1 Сушка нитрита натрия

Нитрит натрия после центрифуг I контура выпарки с массовой долей воды не более 3 % поступает в барабанные сушилки для удаления влаги.

Процесс сушки осуществляется воздухом, подогретым в калорифере до температуры 80-150 °C насыщенным паром 0,4-0,6 МПа. Воздух нагнетается в сушилку вентилятором. Барабанная сушилка представляет собой горизонтальный металлический барабан, вращающийся на роликах с помощью бандажей, который установлен наклонно в сторону выгрузочной камеры. Барабан приводится во вращение электродвигателем через зубчатое зацепление. При вращении барабана соль при помощи направляющих ребер перемещается и выходит уже высушенная к выгрузочной течке. Высушенный нитрит натрия элеватором подается на ленточный конвейер и далее в бункер для последующей упаковки.

Запыленный воздух после сушильного барабана с температурой 70-80 °C поступает в нижнюю часть промывателя для очистки воздуха от пыли нитрита натрия.

Промыватель - вертикальный цилиндрический аппарат с двумя тарелками и сетчатым отбойником. Тарелки орошаются конденсатом сокового пара.

Очищенный от пыли воздух с содержанием нитрита натрия не более 50 мг/м ³ выбрасывается в атмосферу.

9.2.8.2 Сушка натриевой селитры

Отфугованная натриевая селитра после центрифуги с массовой долей воды не более 3 % поступает в барабанную сушилку. Сушка осуществляется воздухом, нагретым в калорифере до температуры 80-115 °C насыщенным паром 0,4-0,6 МПа. Воздух нагнетается в сушильный барабан вентилятором.

Высушенная натриевая селитра элеватором, ленточными конвейерами подается в бункер для последующей упаковки. Запыленный воздух после сушильного барабана с температурой 70-80 °C поступает в нижнюю часть промывателя. Очищенный воздух после промывателя вентилятором выбрасывается в атмосферу с содержанием нитрата натрия не более 50 мг/м ³.

Описание технологического процесса производства нитрита натрия и натриевой селитры приведено в таблице 9.1, перечень основного оборудования производства нитрита натрия и натриевой селитры - в таблице 9.2, перечень основного природоохранного оборудования производства нитрита натрия и натриевой селитры - в таблице 9.3.

Таблица 9.1 - Описание технологического процесса производства нитрита натрия и натриевой селитры

Входной поток	Стадия технологического процесса	Выходной поток		Основное технологическое оборудование	Природоохранное оборудование
		Продукты и полупродукты	Эмиссии
1	2	3.1	3.2	4	5
Аммиак, воздух	Подготовка и окисление аммиака	Оксиды азота		Контактные аппараты, фильтры, газодувки, теплообменное оборудование
Оксиды азота, инверсионные газы, раствор соды кальцинированной, насыщенный промывной раствор	Абсорбция оксидов азота	Газовая фаза (оксиды азота), жидкая фаза (раствор нитрита натрия)		Абсорберы, насосы, емкостное, теплообменное оборудование
Жидкая фаза (раствор нитрита натрия)	Фильтрация раствора нитрита натрия	Жидкая фаза (раствор нитрита натрия), глинистый шлам	Глинистый шлам	Фильтр-прессы
Жидкая фаза (раствор нитрита натрия), насыщенный промывной раствор	Выпаривание и кристаллизация нитрита натрия	Соковый пар, суспензия нитрита натрия		Теплообменное, емкостное оборудование, выпарные установки, насосы
Суспензия нитрита натрия	Центрифугирование нитрита натрия	Кристаллы нитрита натрия, маточный раствор		Центрифуги
Кристаллы нитрита натрия, воздух	Сушка нитрита натрия	Нитрит натрия, запыленный воздух		Барабанные сушилки, вентиляторы, элеваторы, транспортеры
Маточный раствор, азотная кислота, раствор соды кальцинированной, воздух	Инверсия и донейтрализация	Раствор нитрата натрия, инверсионные газы		Емкостное оборудование, насосы, инверсионные колонны, ловушки
Раствор нитрата натрия	Фильтрация раствора нитрата натрия	Раствор нитрата натрия, глинистый шлам	Глинистый шлам	Фильтр-прессы
Раствор нитрата натрия, насыщенный промывной раствор, маточный раствор	Выпаривание и кристаллизация нитрата натрия	Суспензия нитрата натрия, соковый пар		Теплообменное, емкостное оборудование, выпарные установки, насосы
Суспензия нитрата натрия	Центрифугирование нитрата натрия	Кристаллы нитрата натрия, маточный раствор		Центрифуги
Кристаллы нитрата натрия, воздух	Сушка нитрата натрия	Нитрат нитрия, запыленный воздух		Барабанные сушилки, вентиляторы, элеваторы, транспортеры
Газовая фаза (оксиды азота), конденсат сокового пара	Промывка отходящих газов абсорбции	Газовая фаза (оксиды азота), насыщенный промывной раствор		Абсорберы, насосы, емкостное оборудование
Запыленный воздух, конденсат сокового пара	Промывка отходящих газов сушки нитрита натрия	Воздух в атмосферу, насыщенный промывной раствор	Пыль нитрита натрия	Абсорберы, насосы, емкостное оборудование
Запыленный воздух, конденсат сокового пара	Промывка отходящих газов сушки нитрата натрия	Воздух в атмосферу, насыщенный промывной раствор	Пыль нитрата натрия	Абсорберы, насосы, емкостное оборудование
Соковый пар	Конденсация сокового пара	Конденсат сокового пара		Теплообменное оборудование, пароэжекционные вакуум установки, емкостное оборудование, насосы
Газовая фаза (оксиды азота), аммиак	Каталитическая очистка отходящих газов	Воздух в атмосферу	Аммиак, оксиды азота	Теплообменное оборудование	Реактор каталитической очистки

Таблица 9.2 - Основное технологическое оборудование производства нитрита натрия и натриевой селитры

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Существенные характеристики технологического оборудования
Емкостное оборудование	Хранение	Объем
Выпарные аппараты	Упаривание	Поверхность теплообмена - 500 м 2
Кристаллизаторы	Охлаждение, кристаллизация	Высота - 18700 мм, диаметр сепаратора - 1600 мм
Барабанные сушилки	Сушка	Диаметр - 1600 мм, длина - 8000 мм, число оборотов - 2 об/мин
Промывные колонны (абсорберы)	Очистка запыленного воздуха	Диаметр - 2600 мм, высота - 23900 мм
Конденсаторы	Охлаждение, конденсация	Поверхность теплообмена - от 200 до 350 м 2

Таблица 9.3 - Природоохранное оборудование производства нитрита натрия и натриевой селитры

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Существенные характеристики природоохранного оборудования
Реактор каталитической очистки	Очистка отходящих газов от оксидов азота	диаметр - 2200 мм, высота - 3800 мм

9.3 Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссии в окружающую среду

Нормы расходов сырья, материалов и энергоресурсов производства натриевой селитры представлены в таблице 9.4.

Нормы расходов сырья, материалов и энергоресурсов производства нитрата натрия представлены в таблице 9.5.

Таблица 9.4 - Нормы расходов сырья, материалов и энергетических ресурсов при производстве натриевой селитры

Наименование	Единица измерений	Расход на 1 тонну натриевой селитры
		минимальное	максимальное
Аммиак	т/т	-	0,099
Раствор соды (100 %) (полная схема)	т/т	-	0,635
Раствор соды (100 %) (короткая схема)	т/т	-	0,65
Азотная кислота (100 %) (полная схема)	т/т	-	0,479
Азотная кислота (100 %) (короткая схема)	т/т	-	0,815
Электроэнергия (полная схема)		-	330
Электроэнергия (короткая схема)		-	257
Пар	Гкал/т	-	2,5
Вода оборотная	тм 3/т	-	0,235
Вода	м 3/т	-	0,6

Таблица 9.5 - Нормы расходов сырья, материалов и энергетических ресурсов при производстве нитрита натрия

Наименование	Единица измерений	Расход на 1 тонну натриевой селитры
		минимальное	максимальное
Аммиак	т/т	-	0,269
Раствор соды (100 %)	т/т	-	0,784
Электроэнергия		-	334
Пар	Гкал/т	-	2,7
Вода оборотная	тм 3/т	-	0,265
Вода умягченная	м 3/т	-	1,0

Характеристика выбросов, сбросов и отходов при производстве нитрита натрия и натриевой селитры приведена в таблицах 9.6-9.8.

Таблица 9.6 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу при производстве нитрита натрия и натриевой селитры

Источники выбросов	Наименование загрязняющего вещества	Метод очистки, обработки, повторного использования	Масса выбросов загрязняющих веществ после очистки в расчете на 1 тонну продукции, кг/т
			минимальное значение	максимальное значение	среднее значение
Абсорбционная колонна	Оксиды азота	Каталитическая очистка	0,63	3,34	1,03
	Аммиак		0,4	0,93	0,64
Сушильный барабан	Натрия нитрит	Мокрый пылеуловитель (промыватель)	0,02	0,26	0,09

Таблица 9.7 - Сбросы загрязняющих веществ при производстве нитрита натрия и натриевой селитры

Источник сброса	Наименование загрязняющего вещества	Направление сбросов	Метод очистки или повторного использования	Показатели сбросов загрязняющих веществ в расчете на 1 тонну нитрита натрия, кг/т
				Диапазон		Среднее значение
				Минимальное значение	Максимальное значение
Вода с торцевых уплотнений циркуляционных насосов выпарных аппаратов и кристаллизаторов, из маслохолодильников центрифуг, конденсат сокового пара после промывателей.	Натрий	Промливневая канализ. Сброс в канализационную систему промканала		0,46	3,09	1,8
	Нитрат-анион			0,63	7,99	4,31
	Хлорид-анион (хлориды)			0,42	5,95	5,4
	Нитрит-анион			0,02	1,35	0,75
	Нефтепродукты			0,0008	0,005	0,003
	Сухой остаток			1,5	29,0	15,3

Таблица 9.8 - Отходы производства нитрита натрия и натриевой селитры

Наименование	Класс опасности	Источник образования	Способ утилизации, обезвреживания, размещения	Масса образующихся отходов производства в расчете на 1 тонну нитрата натрия и нитрита натрия суммарно, кг/т
				минимальное значение	максимальное значение	среднее значение
Отходы фильтрации нитрит-нитратных щелоков при производстве нитрита натрия и нитрата натрия обезвоженные	3	Фильтр-пресс	Передача сторонней организации по договору	0,27	1,643	-
Катализатор на основе алюмосиликата/оксида алюминия ванадиевый отработанный	3	Реактор	Передача сторонней организации по договору	0,018	0,067	-
Отходы минеральных масел индустриальных	3	Эксплуатация оборудования	сжигание	-	0,042	-
Отходы минеральных масел турбинных	3	Эксплуатация оборудования	Регенерация	-	0,061	-