【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及硝酸生产领域。具体地，本专利技术公开了一种包括改进的n2o二次消除处理的硝酸合成方法。本专利技术还涉及根据该方法的硝酸合成设备。
技术介绍
1、工业规模的硝酸生产包括在铂-铑(pt-rh)催化剂上氨的催化氧化，产生保留主要一氧化氮no的燃烧气体，该一氧化氮no随后在该工艺中被氧化成二氧化氮no2。随后通过在吸收塔中使no2与水接触来合成硝酸。硝酸生产过程及其各种方法变体的概述可参见乌尔曼工业化学百科全书，第a17卷。
2、氨的催化氧化对no的形成不是100％选择性的，而是一定比例的n2o和n2总是存在于燃烧气体中。不幸的是，当过程气体被进料至吸收塔时，所形成的n2o没有被吸收到水中，因此，n2o进入了与吸收塔中的硝酸一起生成的尾气中。尾气还保留未提及(uncovered)的nox(例如no和no2)。
3、nox和n2o是已知的污染物，相关的排放受到严格的环境法规的限制。通常，尾气中保留的n2o和nox的浓度必须显著低于100ppm才能排放到大气中。
4、将上述化合物去除到如此低的浓度在经济上具有挑战性。因此，存在强烈的动机去开发去除硝酸生产工艺的尾气中nox和n2o的成本有效的方法。
5、符号nox共同表示所谓的氮氧化物，即一氧化氮no、二氧化氮no2和可能的四氧化二氮n2o4。分解气体中n2o含量的工段或工艺步骤称为脱n2o，减少nox含量的阶段或方法步骤称为脱nox。
6、在硝酸生产工艺领域，根据硝酸工艺的工段，将n2o和/或nox的消除命名为从初级
7、n2o在硝酸的形成中不起作用，因此也可以在前面的工艺步骤中去除n2o。在氨氧化之后和吸收工段之前从燃烧气体中去除n2o称为二次消除，而旨在避免在氨氧化期间形成n2o的措施被称为初级消除。将膨胀之后(即膨胀器的下游)进行的n2o和/或nox的消除称为四级消除。
8、本领域技术人员已知在硝酸设备中避免n2o和nox排放的各种可能的方法。用于去除n2o和nox的二级和三级消除处理的组合被认为是旨在实现此目的的有竞争力的技术。
9、通常，二级处理被设计成实现90％至95％的n2o去除程度，而三级处理被认为是转化nox和可能进一步推动n2o去除以符合环境法规所必需的。
10、不幸的是，这种消除处理的组合是昂贵的，因为在二级消除处理中去除n2o，以及在三级处理中去除n2o和nox需要大量的催化剂。此外，具有维持尺寸的催化容器对于保持如此大量的催化剂是必要的。
11、因此，亟需提供一种硝酸合成方法和设备，其中n2o和nox的去除可以以更具成本效益的方式进行。
技术实现思路
1、本专利技术旨在克服现有技术的上述缺点。
2、本专利技术的第一方面是根据权利要求1制备硝酸的方法。
3、制备硝酸的方法包括以下步骤：在氧气或空气存在下使氨进行催化氧化步骤以产生燃烧气体，使燃烧气体进行催化分解步骤以产生n2o耗尽气流，使n2o耗尽气流进行冷却步骤以产生冷却流，在水存在下使所述冷却流进行吸收步骤以产生硝酸和保留nox的尾气。
4、该方法的特征在于催化分解步骤在450℃至700℃下进行，并且催化分解步骤在包含催化剂载体的催化组件上进行，该载体具有气体可渗透通道，其中包含一种或多种铁沸石的催化剂沉积、涂覆或共挤出在所述载体上。
5、术语铁沸石表示通过合适的已知方法如离子交换负载了铁的沸石。沸石负载铁的方法是技术人员已知的。根据本专利技术，通过沉积、涂覆或共挤出在所述载体上提供一种或多种铁沸石。不同的铁沸石可以混合并提供在载体上，或者在不同的步骤中提供在载体上。
6、本专利技术的另一方面是适于实施权利要求1的方法的合成硝酸的设备。
7、合成硝酸的设备包括氨燃烧器，该氨燃烧器用于通过氧气催化氧化nh3以产生燃烧气体；催化反应床，该催化反应床设置在氨燃烧器的下游，用于n2o分解，该催化反应床被配置为产生n2o耗尽气流，其中在包括具有气体可渗透通道的载体的催化组件上进行n2o催化分解步骤，其中包含一种或多种铁沸石的催化剂沉积、涂覆或共挤出在所述载体上。
8、该设备还包括设置在所述催化反应床下游的冷却段、设置在冷却段下游的用于使nox与吸收介质反应以产生硝酸和尾气的吸收塔、将氨燃烧器连接至所述催化反应床的气体流动管线和将所述催化反应床连接至冷却段的气体流动管线。
9、本专利技术的另一方面是根据权利要求的催化组件。
10、催化组件包括适用于分解n2o的催化剂和该催化剂的合适载体。所述载体为整体单元或周期性有序的蜂窝状结构或开孔的金属泡沫。
11、所述载体包括多个气体可渗透通道，其中催化剂任选地在粘合剂存在下沉积在所述气体可渗透通道的表面上。
12、有利地，n2o催化分解步骤可以在比常规n2o催化分解过程更高的温度下操作，因此使得分解动力学更快且所需催化剂的量减少。
13、甚至更有利的是，可以实现卓越的n2o消除效率(高于98％)。此外，几乎不需要位于设备第三位置的反应器进一步推动n2o的转化。
14、催化剂的载体为具有气体可渗透的通道的整体单元或周期性有序的蜂窝状结构或开孔的金属泡沫，其中催化剂固定在限定通道的壁上。因此，该催化剂的特点是在操作条件下具有高的抗失活能力，并能承受低压降，从而节省了能量。
15、该方法可以进一步包括在吸收塔下游进行的nox的催化还原步骤(脱nox)。这种催化还原步骤给该方法带来了额外的优点。特别地，不需要脱nox步骤来消除尾气中残留的n2o，因此nox还原可以在比传统的三级消除方法更低的温度下进行。
16、此外，由于维持催化还原所需的较低温度和催化组件的较高传热系数，可以设想在设备启动期间减少nox排放。
17、本专利技术也适用于改造过程，例如硝酸设备的改造。改造硝酸装置可能需要满足排放到大气的尾气中nox和n2o的目标浓度。
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1.一种制备硝酸的方法(100)，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备硝酸的方法，其中所述催化分解步骤(5)的N2O消除效率大于98％，优选大于99％，更优选所述N2O耗尽气流(6)中的N2O含量低于15ppm。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述载体包括以下中的至少一种：
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的方法，其中去除NOx的所述催化还原步骤(17)在包括整体载体的催化组件上进行，所述整体载体具有气体可渗透通道，其中包含一种或多种沸石的催化剂沉积、涂覆或共挤出在所述整体载体上。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中在沸石催化剂、优选镁碱沸石催化剂、更优选非铁镁碱沸石催化剂上进行去除NOx的所述催化还原步骤。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其中去除NOx的所述催化还原步骤(17)还去除了N2O。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其中，用于去除NOx的所述催化组件的所述整体载体具有气体可渗透的子通道，所述子通道被配置为
9.根据权利要求4至8中任一项所述的方法，其中所述步骤(c)和所述步骤(e)同时进行，以实现两个步骤之间的热整合，其中由N2O的催化分解步骤(5)产生的热量被转移至NOx的催化还原步骤(17)。
10.根据权利要求4至8中任一项所述的方法，其中进行所述加热步骤(22)以将所述尾气(13)加热至300℃至650℃的温度。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中N2O催化分解步骤的空速高于5000h-1，优选为15000h-1至40000h-1。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述N2O耗尽气体(6)用于在进料至所述冷却步骤(9)之前预热尾气(13)。
13.合成硝酸的设备，包括：
14.根据权利要求13所述的设备，还包括：
15.根据权利要求14所述的设备，还包括：
16.根据权利要求14或15所述的设备，其中用于N2O分解的催化反应床(5)和用于NOx还原的催化反应床(17)包含在单个段(50)中。
17.一种催化组件(105)，包括：
18.根据权利要求17所述的催化剂组件，其中所述气体可渗透通道(109)为会聚通道，其特征在于横截面积逐渐减小。
19.根据权利要求17或18所述的催化组件，其中所述载体(109)还包括多个子通道(107)，所述子通道被配置为将流(15)注入所述气体可渗透通道。
20.根据前述权利要求17至19中任一项所述的催化组件，其中整体块的每平方英寸孔数为100至400，边缘的厚度小于1mm，空隙率为0.5至0.8。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种制备硝酸的方法(100)，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备硝酸的方法，其中所述催化分解步骤(5)的n2o消除效率大于98％，优选大于99％，更优选所述n2o耗尽气流(6)中的n2o含量低于15ppm。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述载体包括以下中的至少一种：
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的方法，其中去除nox的所述催化还原步骤(17)在包括整体载体的催化组件上进行，所述整体载体具有气体可渗透通道，其中包含一种或多种沸石的催化剂沉积、涂覆或共挤出在所述整体载体上。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中在沸石催化剂、优选镁碱沸石催化剂、更优选非铁镁碱沸石催化剂上进行去除nox的所述催化还原步骤。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其中去除nox的所述催化还原步骤(17)还去除了n2o。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其中，用于去除nox的所述催化组件的所述整体载体具有气体可渗透的子通道，所述子通道被配置为注入所述还原剂(15)。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的方法，其中所述步骤(c)和所述步骤(e)同时进行，以实现两个步骤之间的热整合，其中由n2o的催化分解步骤(5)产生的热量被转移至nox的催化还原步骤(17)...
【专利技术属性】
技术研发人员：拉斐尔·奥图尼，皮耶多梅尼科·拜亚斯，阿尔贝托·加尔布霍，妮古拉·帕泽里，法比奥·奥尔达尼，米哈尔·塔德乌斯·比亚科夫斯基，
申请(专利权)人：卡萨乐有限公司，
类型：发明
国别省市：
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