Все современные цеха по производству азотной кислоты имеют отделение каталитической отчистки хвостовых нитрозных газов.

в которой в качестве абсорбера использовали водные растворы трибутилфосфата (ТБФ). Переспектива применения ТБФ в технологии для очистки оксидов азота – его высокая абсорбционная емкость и скорость поглощения, десорбция происходит достаточно легко при снижении давления или нагревании до 369-378 К.

При неоднократном использовании ТБФ скорость абсорбции не снижается.

Установлено, что поглощение оксидов азота ТБФ сопровождается образованием сольватов ТБФ*NO2 или 2(ТБФ)*N2O4 и физическим растворением NO2 при растворении сверх стехиометрического. С уменьшением окисленности газа возрастает общая растворимость оксидов азота за счет поглощения N2O3.

Влияние давления на процесс абсорбции изучали при следующем изменении физико-химических и гидродинамических параметров: давление- 0,35-1,0 МПа, концентрация оксидов азота - 0,04-5,8 % об., степень окисленности - 30-95 %, кислотность - до 15 мас. %, высота перелива жидкости на тарелке -0,035-0.1 м, реальная линейная скорость газа /W/ в абсорбере - 0,25-0,6 м/с, плотность орошения - 0,85-5,1 м3/м2 ч, температура- 293-319 К.

Исследования в абсорбционной колонне с изменением давления проводили как при постоянном значении F - фактора /фактор, отвечающий за постоянство гидродинамической обстановки в барботажном абсорбере/, где F=W , так и при неизменной W.

Показано, что скорость абсорбции линейно возрастает с ростом концентрации и окисленности оксидов азота при всех изученных давлениях за счет увеличения движущей силы процесса при изменении концентрации оксидов азота от 0,2 до 5,8 % об. При концентрациях оксидов азота менее 0,2 % об. линейная зависимость V=f() нарушается, что связано, вероятно, с изменением механизма взаимодействия NOx с ТБФ.

Из анализа экспериментальных данных сделан вывод о поглощении не только высших оксидов азота NО2(N2O4), но и NO в виде N2O3, что подтверждается высокими степенями абсорбции низко окисленных нитрозных газов.

Установлено, что с ростом общего давления, при F и С  равных const. скорость абсорбции возрастает пропорционально Р0.5 за счет увеличения движущей силы процесса при одновременном уменьшении коэффициента массопередачи в степени   n=-0,5. При постоянстве парциальных давлений оксидов азота с ростом давления скорость абсорбции уменьшается пропорционально P0.5 за счет уменьшения коэффициента массопередачи, пропорционального Р0.5.

Показано, что при увеличении общего давления при W=const и постоянной концентрации оксидов азота скорость абсорбции возрастает пропорционально Р0.96. При постоянстве парциальных давлений оксидов азота скорость абсорбции уменьшается пропорционально P-0.03.

Полученный характер изменения скорости абсорбции и коэффициента массопередачи с ростом давления при F и W=const, а также линейный вид зависимости V=f(СNOx) подтверждают ранее сделанный вывод о наличии основного сопротивления процессу массопередачи со стороны газовой фазы.

На основании полученных данных по изменению состава жидкой фазы по¬казано положительное влияние повышения давления на уменьшение недоокисленных форм соединений азота в поглотителе.

Исследовано влияние кислотности жидкой фазы на процесс абсорбции оксидов азота ТБФ. Показано, что до СHNOx=10 маc,% степень и скорость абсорбции практически не изменяются. При кислотностях более 12-13 маc. % наблюдается снижение скорости абсорбции, связанное с выделением вторичного оксида азота /II/, а следовательно, уменьшением движущей силы процесса, согласно реакциям:

ТБФ*НNO2+HNОз=ТБФ*НNОз+HNO2,
ТБФ+ЗNO2+Н2O=ТБФ-2НNОз+NO.

Важным фактором, влияющим на процесс абсорбции, является линейная скорость газа. Показано, что с ростом линейной скорости газа уменьшается степень абсорбции при одновременном росте скорости абсорбции за счет увеличения коэффициента массопередачи. При этом скорость абсорбции возрастает пропорционально W0.66.

При исследовании влияния температуры на процесс абсорбции оксидов азота ТБФ в барботажном абсорбере были подтверждены данные, полученные в пленочном аппарате, о незначительном влиянии температуры на процесс абсорбции.

В результате математической обработки экспериментальных данных получены уравнения для расчета степени и скорости абсорбции в абсорбционной колонне с ситчатой тарелкой, которые имеют следующий вид:*

В табл. 1 и табл.2 приведены значения коэффициентов и показателей степеней для расчета степени и скорости абсорбции.

• значение Р в формулах (1) и (2) подставлять в кПа.

Таблица 1. 

Значения коэффициентов и показателей степеней для равнения /1/.

Таблица 2. 

Значения коэффициентов и показателей степеней для уравнения /2/

Сопоставление способов очистки выхлопных газов с помощью ТБФ и высокотемпературной каталитической очистки показывает, что экономия сырьевых затрат по первому методу гораздо ниже и данный метод перспективен.

ВЫВОДЫ

1 .Установлено, что повышение давления в зоне абсорбции способствует более эффективному прохождению процесса поглощения оксидов азота ТБФ.
2. В абсорбционной колонне с ситчатой тарелкой при неизменной линейной скорости газа с повышением давления скорость абсорбции возрастает пропор¬ционально Р0,96.
3. Увеличение линейной скорости газового потока в абсорберах способствует росту скорости абсорбции и коэффициента массопередачи. По показателям степени n для зависимости Кг.=f(Рn) следует, что с увеличением линейной скорости снимаются диффузионные сопротивления в газовой фазе и одновременно возрастает сопротивление со стороны жидкой фазы.
4. При давлении 0,73 МПа  можно снизить содержание оксида азота в выхлопном газе до 0,001% NOX.
5. В результате математической обработки экспериментальных данных выведены уравнения для расчета коэффициента массопередачи, скорости и степени абсорбции в зависимости от концентрации и окисленности нитрозных газов, кислотности жидкой фазы, температуры и плотности орошения, давления и линейной скорости газового потока, высоты перелива жидкости на тарелке.
6. Под давлением 0,73 МПа для достижения конечной концентрации 0,001% NOX, от начальной 1% NOX , потребуется 12 абсорбционных тарелок.

Тошинский В. И., д.т.н, професор,
Печенко Т.И., к.т.н., доцент,
Литвиненко А.А., студент.
(НТУ «ХПИ», Харьков)

www.newchemistry.ru