Kyselina dusičná

Chemoprojekt, a. s. pro své projekty v oblasti velkokapacitních výroben kyseliny dusičné používá špičkovou světovou technologii francouzské firmy GPN (člen korporace TOTAL). GPN (dříve Grande Paroisse) je jedním ze světových lídrů v oblasti technologií výroby dusíkatých hnojiv na bázi kyseliny dusičné a je zároveň největším francouzským a jedním ze tří největších evropských producentů dusíkatých hnojiv. V posledních pěti letech patří kyselina dusičná k hlavním nejúspěšnějším produktům Chemoprojektu.

Kyselina dusičná pro výrobu hnojiv

Základní surovinou pro výrobu dusíkatých hnojiv stejně jako dalších chemických produktů je kyselina dusičná, která se obvykle vyrábí o koncentraci 60-68% hmotnostních.
Pro výrobu hnojiv se nejčastěji používá 60% kyselina. Výroba tzv. slabé kyseliny dusičné (60 – 68%) je obvykle realizována jedním ze dvou technologických procesů – monotlaká a dvoutlaká technologie.

Monotlaká technologie – má nižší investiční náklady, na druhé straně vyšší provozní náklady (měrná spotřeba čpavku a ztráty katalyzátoru) jsou vyšší než stejná kapacita dvoutlaké technologie. Monotlaký proces se obvykle využívá pro kapacity do 1 000 tun/den HNO₃ (počítáno jako monohydrát).

Dvoutlakou technologii je možno označit za provozně lepší, sofistikovanější. Výhodnější provozní parametry jsou vyváženy vyšší cenou investice. V současné době je dvoutlaký proces je uváděn v BAT (Best Available Technology) a je doporučován.

Volba technologie je dána především ekonomickými ukazateli, ale může být ovlivněna i jinými parametry a místními podmínkami.

1) Monotlaký proces Zjednodušený popis procesu:

V případě jednotlaké technologie probíhají oba klíčové pochody (oxidace amoniaku i absorpce nitrózních plynů) za přibližně shodného tlaku. Podle provozního tlaku v oxidačním reaktoru (hořáku) lze hovořit o technologiích (uváděné tlaky jsou přetlakové) :

• S nízkým tlakem (tlak pod 0,1 MPa)
• Se středním tlakem (tlak mezi 0,1 a 0,6 MPa)
• S vysokým tlakem (tlak mezi 0,6 a 1,3 MPa)

Surovinou pro výrobu kyseliny je vzduch a kapalný amoniak. Filtrovaný atmosférický vzduch se komprimuje na některou z výše uvedených tlakových hladin. Kapalný amoniak se vypaří, předehřeje a smísí se se vzduchem. Tato směs vstupuje do katalytického oxidačního reaktoru spojeného s kotlem na odpadní teplo. Oxidací amoniaku vzniká směs nitrózních plynů, která se dále chladí. Uvolněné reakční teplo generuje páru, která kryje energetické potřeby procesu a její přebytek se dodává do distribuční sítě v rámci výrobního hnojivárenského závodu. Ochlazený nitrózní plyn vstupuje do absorpční kolony, kde reaguje s vodou za vzniku kyseliny dusičné. Vyrobená kyselina dusičná se dále bělí sekundárním vzduchem a dále chladí před odesláním do zásobníku. Koncový plyn (ochuzený nitrózní plyn) opouští absorpční kolonu při teplotě 25 až 35°C s koncentrací NO_x kolem 1000 ppmv. Koncový plyn se ohřívá horkým nitrózním plynem na výstupu z kotle. Zbytkový obsah NO_x v koncovém plynu je likvidován selektivní katalytickou redukcí (SCR). Energie horkého koncového plynu je zpětně získávána při jeho průchodu turboexpandérem, kde expanduje z provozního tlaku na tlak blízký atmosférickému a je vypouštěn komínem do atmosféry. 

Výhody:

• Provozní spolehlivost
• Nižší investiční náklady
• Nízký obsah NO_x v koncových plynech (pod 100 ppm po SCR – lze nastavit)

2) Dvoutlaký proces Zjednodušený popis procesu:

Oxidace amoniaku probíhá za nižšího tlaku, než absopce nitrózních plynů. Zatímco vysoký tlak zlepšuje absorpci nitrózních plynů, nižší tlak při oxidaci amoniaku snižuje mechanické ztráty oxidačního katalyzátoru a pozitivně působí na konverzi amoniaku.

Kapalný ammoniak, přiváděný do výroby kyseliny dusičné se vypařuje a mísí se vzduchem před oxidací v "hořáku" za tlaku okolo 0,4 MPa (přetlak).

Uvolněné oxidační teplo se využívá k výrobě přehřáté páry, která slouží k pohonu parní turbiny. Asi 50% vyrobené páry se exportuje mimo výrobnu kyseliny dusičné. Nitrózní plyny se dále protiproudně chladí proudem koncového plynu. Po zkondezování "slabé" kyseliny se nitrózní plyny dále komprimují na cca 1,1 MPa (g) a znovu chladí před vstupem do absorbéru. Ochuzený nitrózní plyn tzv. koncový plyn se po výstupu z absorbéru zpětně ohřívá horkými nitrózními plyny na teplotu nutnou pro správný chod selektivní katalytické redukce (SCR), případně pro správnou funkci středoteplotního odstraňování N₂O v koncovém plynu. Kyselina dusičná z absorbéru se dále stripuje horkým sekundárním vzduchem a dále chladí před odesláním do skladu. 

Výhody: 

• Vyšší konverze amoniaku
• Vyšší produkce páry
• Nižší provozní náklady
• Nízký obsah NO v koncových plynech (do 100 ppm po SCR – lze nastavit)

3) Koncentrovaná kyselina dusičná

Vysoce koncentrovaná kyselina dusičná (koncentrace 98% až 99%) se obvykle získává ze slabé kyseliny dusičné (koncentrace 30% až 70%) extrakční destilací. Destilace probíhá za přítomnosti dehydratačního činitele.

Výhody:

• Prověřená spolehlivost
• Vysoká úroveň využití tepla
• Obsah NO_x do 100 ppm (bez SCR)

4) Snížení emisí N₂O

Kjótský protokol – mezinárodní dohoda o klimatických změnách, vstoupil v platnost po ratifikaci Ruskou federací na konci roku 2004.

Až do ratifikace Kjótského protokolu se na množství N₂O, na rozdíl od NO_x, z ekologického hlediska nijak zvláště nepřihlíželo. N₂O vzniká jako nežádoucí vedlejší produkt katalytické oxidace amoniaku během výroby HNO₃ v množství od 350 do 3500 ppm.

Vzhledem k tomu, že N₂O je větším nebezpečím pro tvorbu skleníkového efektu než jiné odplyny, v podmínkách o obchodu s emisemi CO₂ se stává snižování obsahu N₂O v koncových plynech důležitým problémem pro všechny výrobce HNO₃, kaprolaktamu a dalších chemických produktů a meziproduktů.

N₂O, na rozdíl od NO_x, prochází technologickým zařízením jako inert a proto je třeba začlenit nové katalytické procesy pro snížení koncentrace tohoto polutantu do technologie výroby kyseliny dusičné.
Nyní jsou k dispozici dva možné způsoby odstraňování N₂O a oba mohou být poskytnuty Chemoprojektem a.s. 
- Katalytická redukce za vysoké teploty (880-930°C) - "inside the plant"
- Katalytická redukce za střední teploty (380-450°C) – "end of pipe process"
Oba procesy mohou snižovat obsah N₂O v koncových plynech o 80-90%n oproti stávajícím výrobním technologiím a tudíž jsou dobrou přípravou na nové emisní limity N₂O, které se nyní připravují.