Организация проекта по внедрению нового производства (ТЭО)

Принципиальная технологическая схема приведена на рис. 4.

Для получения заданной производительности предполагается сделать две одинаковые установки. Первая колонна (1) установки состоит из трёх секций с длинной насадочной частью с точкой питания на высоте 40 м. Превращение газа в жидкость осуществляется в конденсаторе, расположенном в верхней части колонны. Обращение потоков жидкой фазы осуществляется в делителях потоков (испарителях), расположенных между первой, второй и третьей секциями, а также в испарителе в нижней точке колонны. Для сжижения оксида азота в конденсаторах первой и последующих двух колоннах (2, 3) используется жидкий азот. Все секции первой колонны, а также 2-я и 3-я колонны монтируются в вакуумной оболочке (давление - 10-5 тор.) с экранной теплоизоляцией.

Первая колонна предназначена для предварительного изотопного обогащения NO. Однако при уменьшении потока отбора с нижнего конца колонны может быть получен продукт - оксид азота с концентрацией 18О свыше 98% в количестве приблизительно 9,9 кг. в год. Поток от верхней точки второй колонны передается как питание для третьей колонны на высоте 33 м. На верхней точке третьей колонны отбирается газ 15N 16О с концентрацией 15N свыше 95% в количестве - 9,9 кг/год, а на нижней точке - газ 14N 17О с концентрацией 17О свыше 40% в количестве 1,95 кг/год.

в технологическом процессе разделения изотопов отвалом является лишь поток от верхней точки первой колонны. Концентрация выделяемых изотопов в этом потоке ниже природной. Для восстановления природного изотопного состава потока отвала он подается снизу на обменную насадочную колонну (6) в противоток с азотной кислотой. В результате химического изотопного обмена между оксидом азота и азотной кислотой газ, вышедший из верхней точке обменной колонны, имеет изотопный состав, близкий к природному. Азотная кислота, вышедшей из нижней точки этой колонны, по химическим свойствам не отличается от исходной и может быть возвращена (продана) поставщику. Вместе с тем, в результате химического взаимодействия потока отвала с азотной кислотой часть оксида азота NO превращается в другие оксиды NOх (х≠1). В вышедшем из обменной колонны газе может содержаться суммарно до 4% таких (NOх) оксидов. Для восполнения потерь рабочего газа и его очистки после обменной колонны он подается в блок очистки (5). Этот блок состоит из следующих аппаратов:

реактор;

- абсорбер;

каплеуловитель;

три пары попеременно работающих колонн, заполненные силикагелем;

низкотемпературная насадочная ректификационная колонна;

хранилище жидкостей (кислот) и сжиженного рабочего газа;

ресивер.

Реактор (4) системы очистки предназначен для компенсации потерь рабочего газа при отборе продукта. В этот реактор подается сернистый ангидрид и азотная кислота, в результате реакции которых образуется оксид азота и разбавленная (57 - 60%) серная кислота.

Газ из реактора подается в абсорбер вместе с основным потоком отвала. В этот же аппарат для орошения подается выходящая из реактора разбавленная серная кислота. В абсорбере в результате взаимодействия примесей в рабочем газе с серной кислотой, образуется смесь нитрозилсерной, азотной и азотистой кислот, которые в специальном, дополнительным к абсорберу аппарате при взаимодействии с сернистым ангидридом дают рабочий газ - оксид азота с малым содержанием примесей.

Проходящие в этом аппарате реакции приводят к повышению концентрации серной кислоты до 70%. Для дальнейшей очистки газ из абсорбера пропускается последовательно через каплеуловитель, силикагелевые колонны, работающие при температурах 278 К и 190 К, и накапливается в хранилище жидкого NO. Затем, через еще одну силикагелевую колонну (при Т=190 К) и ресивер поступает на ректификационную колонну сверхтонкой очистки.

В данной технологической схеме рабочий газ после прохождения аппаратов системы очистки на входе этой колонны содержит примеси высших оксидов азота на уровне газохроматографического обнаружения (10-2%). После ректификационной колонны газ поступает как питание на вход первой колонны каскада изготовления изотопов.

На второй стадии технологического процесса обогащенная тяжелыми изотопами окись азота переводится в воду либо путем каталитического (Pt) восстановления водородом по реакции: