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用于生产硝酸的双压系统及其操作方法技术方案

技术编号:40415941 阅读:10 留言:0更新日期:2024-02-20 22:33
本公开公开了一种用于以降低的功率生产硝酸的生产设备,系统源自最先进的双压硝酸设备,其特征在于所述系统进一步包括用于将尾气流分流成与压缩空气和富氧气体流体连通的第一尾气流以及第二尾气流的第一装置,和/或用于将尾气流分流成与压缩空气和富氧气体流体连通的第三尾气流以及第四尾气流的装置。本公开的生产设备允许通过空气压缩机来降低功率。本公开进一步涉及一种用于操作所述系统的方法、本公开的系统用于执行本公开的方法的用途以及一种用于将最先进的双压硝酸设备改造成本公开的系统的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】

本公开涉及双压设备中的硝酸生产领域。介绍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。氨经若干阶段转化为硝酸。氨首先在氨燃烧器中在铂丝网(通常称为氨转化器)或钴球上被氧化,从而产生氧化氮(在本公开中也称为一氧化氮(no))和水:4nh3(g)+5o2(g)→4no(g)+6h2o(g)  (1)然后将来自(1)的反应产物氧化氮在冷却之后在氧化区段中氧化成二氧化氮(no2)并进一步氧化成四氧化二氮n2o4(g):2no(g)+o2(g)→2no2(g)  (2)2no2(g)→n2o4(g)  (3)氧化氮气体的冷却首先通过使用废热回收系统回收氨转化为氧化氮的热量,然后通过使用冷却器冷凝器(在该冷却器冷凝器中,冷凝的硝酸与统称为nox气体的氧化氮、二氧化氮以及四氧化二氮和硝酸气体分离),最后通过加热在吸收塔(在该吸收塔中,nox气体被吸收)的出口处释放的尾气来完成。通过在水中吸收,随后经由nox气体压缩机压缩,二氧化氮和四氧化二氮转化为硝酸和氧化氮:3no2(g)+h2o(l)→2hno3(aq)+no(g) (4)3n2o4(g)+2h2o(l)→4hno3(aq)+2no(g) (5)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达99%的浓硝酸。总反应由下式给出:nh3+2o2→hno3+h2o (6)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)、氧化区段(将氧化氮转化为二氧化氮和四氧化二氮)、吸收器单元(用于将nox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nox和气体的溶解气体,使其呈现典型的褐色)。硝酸的生产工艺可分为单压(单一压力)和双压(分压)工艺。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氨转化器通常在2巴至6巴下操作,且高压吸收器单元在9巴至16巴下操作。双压工艺需要空气压缩机以将低压空气(其包含按体积计约21%的氧气)馈入转化器,并需要nox气体压缩机以将高压nox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nox气体压缩机的工作压力为9巴至16巴,包括端值。空气压缩机的驱动力通常源自尾气涡轮机和蒸汽涡轮机或电源(比如电动机)。因此,双压硝酸生产设备的压缩机组通常包括空气压缩机、nox气体压缩机、尾气涡轮机和蒸汽涡轮机或电源(比如电动机)。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(未示出)中预加热的气态氨32在混合装置35中与使用空气压缩机36加压到低压的压缩空气34混合,并将所得氨/富氧空气混合物14馈入在低压下操作的氨转化器37,其中氨经合适的催化剂而氧化,从而获得包含水和氧化氮(no)的lp nox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nox气体/流混合物随后在气体冷却器/冷凝器38中冷却到水冷凝的温度,并且自气态nox流22中分离出水性稀硝酸混合物17。将气态nox流22送至nox气体压缩机40,其中其压力从低压升高至高压,约等于吸收器单元41的操作压力。水性稀硝酸混合物17被送至吸收器单元41,通常称为吸收塔。加压的nox气体流24被进一步氧化,以进一步将no转化为no2和n2o4,在附加气体冷却器/冷凝器39中冷却,然后引导至吸收塔41。在吸收塔41内,加压的nox气体流24与水反应以产生尾气5和还含有残余nox气体的粗硝酸流27,该流馈入漂白器62。然后在于低压下操作的漂白器单元62内用气态介质72(比如含氧气体或空气)汽提出粗硝酸流27中的残余nox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。空气压缩机36和nox气体压缩机40的驱动力均源自尾气膨胀机7和蒸汽涡轮机51或电源(比如电动机)(未示出)。氨转化器37中产生的热量用于在包括热交换器66和67的尾气热交换器43中加热尾气5,因此任选地存在尾气加热器。尾气5在热交换系统43中与nox气体/蒸汽混合物15进行热交换,并在尾气膨胀机7中膨胀。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。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。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。一次空气的增加还导致更大量的气体随后被处理到nox气体压缩机中。这需要进一步改造nox气体压缩机或安装新的气体压缩机,以及修改或更换尾气涡轮机和/或蒸汽涡轮机和/或电动机。否则,nox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。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、nox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。与硝酸生产设备相关的另一个问题是操作空气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。因此,本专利技术的目标是提供一种系统和用于操作该系统的方法,其允许减少或甚至抑制操作双硝酸设备中的空气压缩机所需的功率。


技术介绍

1、cn110540178a(中国成达工程有限公司,2019年)公开了一种生产硝酸的工艺。一种中压法生产硝酸的方法,其特征在于,氨氧化和吸收压力为0.5mpa至0.6mpa;离开吸收塔的尾气通过碳分子筛变温吸附(tsa)处理装置,以将尾气中的氧化氮含量降低至100mg/nm3以下;空气压缩机的工艺空气作为碳分子筛变温吸附处理装置的再生解吸气体,并且含有氧化氮的再生解吸气体可返回氨氧化反应器重复使用;在氧化反应器中添加一层n2o分解催化剂,以通过反应将n2o含量降低至50ppm至100ppm;硝酸漂白塔布置在吸收塔的底部,并且两个塔一体化,从而缩短了工艺流程,并且降低了设备投资。然而,就空气压缩机压缩的空气量而言,要压缩的空气量与没有tsa单元时的空气量相同:在存在tsa单元的情况下,压缩的空气量最初直接在tsa单元与氨氧化反应器之间分配,最后,随着离开tsa单元的压缩空气量也被引导至氨氧化反应器,由空气压缩机压缩的空气总量最终为在氨氧化反应器中。

2、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公开了一种用于硝酸生产的双压设备,其包括:提供含有氧化氮的气态流出物的反应器;其中氧化氮与水反应从而提供粗硝酸的吸收器单元,并且该吸收器单元在大于该反应器的压力的压力下操作;将反应器流出物的压力升高到吸收器单元压力的压缩机,该设备还包括第一hp漂白器单元和第二lp漂白器单元,该第一hp漂白器单元用空气从吸收器单元的输出流中汽提nox气体,从而提供部分汽提的硝酸流和载有氧化氮的空气流,前者被馈入第二lp漂白器单元,而后者被再循环到nox气体压缩机上游的氧化区段。

3、还提供了另一空气压缩机,其为第一hp漂白器单元本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种以降低的功耗和减少的排放生产硝酸的生产设备,其包括:

2.根据权利要求1所述的生产设备,其中所述生产设备进一步包括用于控制所述第一尾气流和/或第三尾气流的流量的装置。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的生产设备,其中所述生产设备进一步包括以下项中的一者或多者:

4.根据权利要求1至3中任一项所述的生产设备,其进一步包括漂白器,所述漂白器用于漂白所述含有残余NOx气体的粗硝酸流,以提供经漂白硝酸流,所述漂白器具有入口和废气出口,所述入口与供应富氧漂白气体的高压水电解槽流体连通,如果所述漂白器在等于或高于P1且高达等于P2的压力下操作则所述废气出口与在所述氨转化器下游和所述NOx气体压缩机上游的任何气体流流体连通,或者如果所述漂白器在高于P2的压力下操作则所述废气出口与在所述NOx气体压缩机下游和所述吸收塔上游的任何流流体连通,使得所述第二含氧气体的供应至少部分地来自于所述废气。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的生产设备,其进一步包括与任何尾气流直接流体连通的第二富氧气体流,特别是与在第一压力释放装置上游的任何尾气流直接流体连通的经加压富氧气体流。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的生产设备,其中所述第一富氧气体、所述第二含氧气体、所述第二富氧气体、所述富氧漂白气体和所述废气至少部分地由高压水电解槽提供。

7.一种在根据权利要求1至6中任一项所述的生产设备中以降低的功耗和减少的排放生产硝酸的方法,其包括以下步骤:

8.根据权利要求7所述的方法,其进一步包括以下步骤:

9.根据权利要求7至8中任一项所述的方法,其中在步骤l)中对所述第一尾气流进行混合,并且其中在步骤k)中对所述第一经膨胀尾气进行分流,并且其中所述方法进一步包括以下步骤:

10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法,其中所述第三尾气流在步骤l)中混合,并且其中步骤g)中获得的所述尾气在步骤k)中被分流成第三尾气流和第四尾气流。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的方法,其进一步包括以下步骤:

12.根据权利要求7至11中任一项所述的方法,其进一步包括以下步骤:

13.根据权利要求6至10中任一项所述的方法,其进一步包括以下步骤:

14.根据权利要求1至6中任一项所述的生产设备用于执行根据权利要求7至13中任一项所述的方法的用途。

15.一种将用于生产硝酸的现有生产设备,其中所述现有生产设备包括:

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【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

1.一种以降低的功耗和减少的排放生产硝酸的生产设备,其包括:

2.根据权利要求1所述的生产设备,其中所述生产设备进一步包括用于控制所述第一尾气流和/或第三尾气流的流量的装置。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的生产设备,其中所述生产设备进一步包括以下项中的一者或多者:

4.根据权利要求1至3中任一项所述的生产设备,其进一步包括漂白器,所述漂白器用于漂白所述含有残余nox气体的粗硝酸流,以提供经漂白硝酸流,所述漂白器具有入口和废气出口,所述入口与供应富氧漂白气体的高压水电解槽流体连通,如果所述漂白器在等于或高于p1且高达等于p2的压力下操作则所述废气出口与在所述氨转化器下游和所述nox气体压缩机上游的任何气体流流体连通,或者如果所述漂白器在高于p2的压力下操作则所述废气出口与在所述nox气体压缩机下游和所述吸收塔上游的任何流流体连通,使得所述第二含氧气体的供应至少部分地来自于所述废气。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的生产设备,其进一步包括与任何尾气流直接流体连通的第二富氧气体流,特别是与在第一压力释放装置上游的任何尾气流直接流体连通的经加压富氧气体流。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的生产设备,其中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员:本特·维格兰哈尔沃·厄伊恩克日什托夫·鲍瑙希亚克安德烈·德斯梅特彼得·福科尼耶
申请(专利权)人:亚拉国际有限公司
类型:发明
国别省市:

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