用于硝酸生产的双压设备及其操作方法技术

本公开涉及一种用于硝酸生产的双压设备，其包括：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于硝酸生产的双压设备及其操作方法


[0001]本公开涉及硝酸生产的领域，更具体地涉及使用高压漂白器单元操作的双压设备以及用于操作所述双压设备的方法，特别是用于回收由操作此类高压漂白器单元所提供的能量的方法。
[0002]专利技术背景
[0003]纯硝酸是一种透明无色的液体，有强烈气味。硝酸主要通过氨的催化氧化(奥斯特瓦尔德法(Ostwald process))大量生产。氨经两个阶段转化为硝酸。氨首先在铂丝网上的氨燃烧器(通常称为氨转化器)中被氧化，从而产生氧化氮(一氧化氮)和水：
[0004]4 NH3(g)+5 O2(g)
→
4 NO(g)+6 H2O(g)
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(1)
[0005]然后将来自(1)的反应产物氧化氮(在本公开中也称为一氧化氮(NO))在冷却之后在氧化段被氧化成二氧化氮(NO2)并进一步氧化成四氧化二氮N2O4(g)：
[0006]2 NO(g)+O2(g)
→
2 NO2(g)
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(2)
[0007]2 NO2(g)
→
N2O4(g)
ꢀꢀ
(3)
[0008]氮氧化物气体的冷却是经由冷却冷凝器中的热交换实现的，在该冷却冷凝器中，冷凝的硝酸与氧化氮、二氧化氮和四氧化二氮气体(统称为NO
x
气体)分离。
[0009]二氧化氮和四氧化二氮通过在水中吸收，随后经由NO
x
气体压缩机压缩，转化为硝酸和氧化氮：
[0010]3 NO2(g)+H2O(l)
→
2 HNO3(aq)+NO(g)
ꢀꢀ
(4)
[0011]3 N2O4(g)+H2O(l)
→
4 HNO3(aq)+2 NO(g)
ꢀꢀ
(5)
[0012]获得高达68％的弱硝酸(共沸物)。经由精馏过程，硝酸的浓度可以提高直到99％的浓硝酸。总反应由下式给出：
[0013]NH3+2 O2→
HNO3+H2O
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(6)
[0014]硝酸生产设备中的主要工艺单元包括氨转化器(使用氧气经合适的催化剂将氨转化为氧化氮)、氧化段(将氧化氮转化为二氧化氮和四氧化氮)、吸收器单元(用于将NO
x
气体吸收到水中)和漂白器单元(从硝酸水溶液中去除未反应的溶解气体，特别是含有NO
x
气体的溶解气体，使其呈现典型的褐色)。
[0015]硝酸生产的工艺可分为单压(单一压力)和双压(分压)工艺。
[0016]在单压工艺中，转化器和吸收器单元在大致相同的工作压力下操作。此类单压工艺通常包括低压(2巴至6巴)和高压(6巴至16巴，特别是9巴至16巴)工艺。
[0017]在双压工艺中，吸收器单元在比氨转化器更高的工作压力下操作。现代双压工艺的特点是低压(LP)氨转化器通常在2巴至6巴下操作，且高压(HP)吸收器单元在9巴至16巴下操作。
[0018]双压工艺需要一台空气压缩机以将低压空气(其包括约21vol％的氧气)馈入转化器，并需要一台NO
x
气体压缩机以将高压NO
x
气体馈入吸收器单元。空气压缩机的工作压力为2巴至6巴，包括端值，并且NO
x
气体压缩机的工作压力为9巴至16巴，包括端值。
[0019]空气和NO
x
气体压缩机的驱动力通常源自尾气涡轮机和蒸汽涡轮机或电动机。因
此，硝酸生产设备的压缩机组通常包括空气压缩机、NO
x
气体压缩机、尾气涡轮机和蒸汽涡轮机或电动机。
[0020]更详细地，参考图1，根据现有技术的双压设备和工艺按以下方式工作。将任选地在预加热器单元1中预加热的氨10在混合装置3中与压缩空气13混合，使用可在低气压下操作的空气压缩机2加压至低压，并将所得氨/空气混合物14馈以在低压下操作的氨转化器4，其中氨经合适的催化剂而氧化，从而获得包含水和NO的LP气态NO
x
气体/蒸汽混合物15。从氨转化器出来的混合物的热量被回收，之后NO
x
气体/流混合物随后在水冷却器/冷凝器9a中冷却到水冷凝的温度，并且自气态NO
x
流18中分离出水性稀硝酸混合物17。在随后的氧化阶段20中，LP气态NO
x
流被进一步氧化以进一步将NO转化为NO2和N2O4，并在冷却器/分离器9b中再次冷却以分离出水性稀硝酸混合物21，其被引导至吸收器单元6，通常称为吸收塔。在另一方面，气态NO
x
流22被送至NO
x
气体压缩机5，其中其压力从低压升高到高压，约等于吸收器单元操作压力，并且经加压气态NO
x
流24也被送至吸收器单元6。在吸收器单元6内，HP NO
x
气体与水反应以产生还含有残留NO
x
气体27的粗硝酸流，该流经阀门31馈入漂白器7。然后在低压下操作的漂白器单元7内用气态介质16(比如含氧气体或空气)汽提出残留的NO
x
气体；漂白器单元通常在与氨转化器大致相同的压力下操作。载有NO
x
的汽提气19被引导至NO
x
气体压缩机5上游的氧化段。来自漂白器单元7的汽提的硝酸流29然后被送至储存器以进行进一步处理。
[0021]空气压缩机2和NO
x
气体压缩机5的驱动力均源自尾气涡轮机8和蒸汽涡轮或电动机(未示出)。
[0022]用于氨氧化的空气通常表示为一次空气；在漂白器单元中用作汽提介质的空气通常表示为二次空气。
[0023]根据现有技术，改造硝酸生产设备以提高其产能通常是基于增加进入反应器的一次空气的量，这导致生产的硝酸量成比例地增加。
[0024]反应器中一次空气的量的增加需要安装新的空气压缩机或改造现有的空气压缩机。一次空气的增加也导致更多量的气体被处理到后续的NO
x
气体压缩机中，因此需要进一步改造NO
x
气体压缩机或安装新的气体压缩机，以及修改或更换尾气和/或蒸汽涡轮机和/或电动机。否则，NO
x
气体压缩机将很容易达到其工艺极限，从而成为设备的瓶颈。
[0025]然而，改造具有明显的缺陷。首先，它需要增加现有设备，即空气压缩机、NO
x
气体压缩机以及相应的涡轮机和电动机的修改或更换成本。此外，设备的改造技术要求也高，导致设备停机时间长。
[0026]与硝酸生产设备相关的另一个问题是操作NO
x
气体压缩机需要大量的能量。因此，需要大量的能量来实现目标硝酸生产量。

技术介绍

[0027]在WO2018/162150A1(Casale SA，2018年9月13日)中，提出了一种解决方案来克服改造缺陷。WO2018162150A1公开了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于硝酸生产的双压设备，其包括：
‑
空气压缩机(2)，其可操作以将空气(12)加压至2巴至6巴范围内的压力(低压，LP)；
‑
在低压(LP)下操作的转化器(4)，其可在低压(LP)下操作以被馈以氨/加压空气混合物流(14)，以氧化所述氨并产生包含水和NO的LP气态NO
x
气体/蒸汽混合物(15)；
‑
NO
x
气体压缩机(5)，其可操作以将气态NO
x
流(22)的压力从低压(LP)升高到9巴至16巴范围内的压力(高压，HP)，从而在其下游侧产生HP气态NO
x
流(24)；
‑
在高压(HP)下操作的吸收器单元(6)，其可操作以使所述HP气态NO
x
流(24)中所含有的氮氧化物与水反应，其中所述吸收器单元(6)提供含有硝酸和溶解的氮氧化物的输出产物流(27)以及尾气(30)；以及
‑
漂白器单元(7)，其可操作以用汽提介质(38)从所述输出产物流(27)中汽提出溶解的氮氧化物，从而提供汽提的硝酸流(29)和载有NO
x
的汽提气(19)；其中
‑
所述漂白器单元(7)在高压(HP)下操作，所述高压约等于所述吸收器单元(6)操作的压力；
‑
所述漂白器单元(7)与HP富氧气体源(60)成流体连通，以用于向所述漂白器单元(7)提供HP富氧气体作为汽提介质(38)；
‑
所述设备包括用于将所述载有NO
x
的汽提气(19)引导至所述NO
x
气体压缩机(5)的所述下游侧的装置；所述设备的特征在于其进一步包括
‑
高压(HP)水电解槽(60)，其与所述漂白器单元(7)成流体连通以用于提供单独的或与加压空气或任何其他适合的气体混合的待用作所述汽提介质(38)的所述高压(HP)富氧气体。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述HP富氧气体包含超过21vol％的氧气，特别是超过95vol％的氧气。3.根据权利要求1至2中任一项所述的设备，其中所述漂白器单元(7)为立式漂白塔，其包括：
‑
规整填料；以及
‑
液体分布器，其包括具有锯齿状堰的进料箱，以用于将包含溶解的氮氧化物的所述输出产物流(27)通过所述锯齿状堰的上指向锯齿分布到所述液体分布器的有孔盘中；并位于所述规整填料的上方，以用于将包含所述溶解的氮氧化物的硝酸水溶液分布到所述规整填料。4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其进一步包括闪蒸器(32)，所述闪蒸器与所述漂白器单元(7)成流体连通，所述闪蒸器包括：
‑
用于与所述漂白器单元(7)成流体连通的所述汽提的硝酸流(29)的入口；其中所述汽提的硝酸流(29)的压力从高压(HP)快速降低(闪蒸)到低压(LP)；
‑
用于所述闪蒸器(32)中产生的气体(33)的第一出口，所述气体与所述NO
x
气体压缩机(5)的上游段成流体连通；以及
‑
用于从所述闪蒸器(32)收集闪蒸的硝酸流(35)的第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：本特，
申请(专利权)人：亚拉国际有限公司，
类型：发明
国别省市：