Как компании зарабатывают деньги. Производство азотной кислоты

АО «Апатит». Фото ФосАгро
Предыдущие статьи:

1. Как компании зарабатывают деньги. Производство аммиака
2. Как компании зарабатывают деньги. Производство хлорида калия

Продолжаем изучать путь природного сырья к превращению в товарный продукт ФосАгро — комплексные удобрения. Важным полупродуктом в цепочке производства комплексных удобрений является азотная кислота HNO3. ФосАгро производит азотную кислоту на своём предприятии в Череповце. Производство азотной кислоты как по общей мощности действующих производств, так и по объему выработки азотной кислоты — один из крупнейших в Российской Федерации комплексов химической промышленности. Сырьем для производства азотной кислоты служит аммиак NH3, окисляемый в оксид азота NO кислородом атмосферного воздуха. Аммиак ФосАгро производит самостоятельно на этом же предприятии.

Ну, за самостоятельность!
Жидкий аммиак испаряется и нагревается за счет тепла водяного пара в испарителе, и далее направляется на смешение со сжатым воздухом.
Аммиачно-воздушная смесь поступает на катализаторные сетки контактного аппарата, где аммиак окисляется кислородом воздуха с образованием NO, паров воды и азота. Образующийся при окислении аммиака нитрозный газ поступает в котел-утилизатор, на котором установлен контактный аппарат. В котле-утилизаторе вырабатывается водяной пар.

Внешний вид контактного аппарата окисления аммиака (на фото слева). Из учебного фильма Еврохим
После котла-утилизатора нитрозный газ проходит окислитель, где происходит окисление NO в диоксид азота NO2. После этого нитрозный газ отдаёт тепло выхлопному газу производства (о нём позже) в теплообменнике, и проходит через конденсаторы, где он охлаждается и освобождается от основной массы реакционной влаги (вода образуется при окислении аммиака). Окисленный нитрозный газ из холодильников-конденсаторов поступают в нижнюю часть абсорбционной колонны.
Орошение тарелок абсорбционной колонны осуществляется чистой водой. В процессе диоксид азота реагирует с водой с образованием азотной кислоты. Тепло образования азотной кислоты отводится оборотной водой, которая циркулирует в змеевиках, расположенных на тарелках колонны.

Секция абсорбционных колонн производства азотной кислоты. Из учебного фильма Еврохим
Продукционная азотная кислота из абсорбционной колонны с концентрацией 58 % HNO3 самотеком направляется в продувочную колонну, где из кислоты воздухом выдуваются растворенные оксиды азота. После этого продукт попадает на склад азотной кислоты. Смесь воздуха с оксидами азота после отдувки возвращают в абсорбционную колонну.
Заключительный этап получения азотной кислоты — очистка газов, выходящих в атмосферу, от оксидов азота. Состав этих газов: до 98% азота (азот изначально был в воздухе, взятом для окисления аммиака), 2-5% кислорода и 0,02-0,15% оксидов азота. Даже такие малые количества оксидов азота приводят к большим экологическим проблемам. Поэтому выходящий из абсорбционной колонны выхлопной газ направляется в теплообменник, где забирает тепло у нитрозного газа, далее в выхлопные газы подается аммиак, и смесь поступает в реактор селективной каталитической очистки, где на алюмованадиевом катализаторе происходит восстановление остаточных оксидов азота до азота N2, который безопасен, так как является основным компонентом воздуха. 
Очищенный выхлопной газ поступает на окончательный подогрев в камеру сгорания турбины газотурбинного агрегата. Топочные газы, нагревающие очищенный выхлопной газ, образуются путем сгорания природного газа в токе воздуха. Смесь очищенного выхлопного газа и топочных газов направляется в рекуперационную газовую турбину, вращением которой осуществляется сжатие воздуха перед подачей его в процесс. Отработанный в турбине газ направляется в котел-утилизатор, где получают водяной пар. Очищенный выхлопной газ, пройдя газовый тракт котла, выбрасывается через выхлопную трубу в атмосферу, здесь это уже безопасные газы — смесь азота, кислорода, водорода и водяных паров.

Выхлопная труба производства азотной кислоты. Из учебного фильма Еврохим
Теперь о цифрах. АО «Апатит» в Череповце производит 360 тыс. т/год азотной кислоты. Азотная кислота, производимая здесь не подвергается концентрированию, так как концентрации в 58% достаточно при производстве минеральных удобрений. В таком виде ФосАгро частично реализует её другим производителям удобрений, но основную часть потребляет самостоятельно. Крупнейшие производства азотной кислоты в России также связаны с производством удобрений — АО «Невиномысский азот» (Еврохим) — 1200 тыс. т/год и Филиал «Азот» АО «ОХК «УРАЛХИМ» в г. Березники — 1200 тыс. т/год. Цены на неконцентрированную азотную кислоту в 2021 стартуют от 19000 руб/т.