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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:40457528 阅读:6 留言:0更新日期:2024-02-22 23:13
本公开内容公开了一种用于以降低的动力消耗生产硝酸的系统。所述系统包括:空气压缩机,其用以提供压缩空气流;与所述压缩空气流流体连通以提供富氧气体/压缩空气流混合物的加压富氧气体源,所述加压富氧气体具有比所述压缩空气流的压力高的压力;用于将所述富氧气体/压缩空气流混合物与氨气流混合的混合装置;氨转化器,其用以提供NOx气体/蒸汽混合物;用于将气态NOx气体/蒸汽混合物中的蒸汽与NOx气体分离并冷凝的水冷却器/冷凝器;用于对气态NOx流进行压缩的NOx气体压缩机;所述水冷却器/冷凝器下游的吸收塔,其用以提供含有残留NOx气体的粗硝酸流和包含NOx气体的尾气。所述系统的特征进一步在于,其进一步包括:用于将所述尾气分流成与尾气膨胀机入口流体连通的第一尾气流和与所述压缩空气流流体连通的具有压力P1的第二尾气流的装置;以及用于调节被分流成所述第一尾气流和所述第二尾气流的尾气量的装置。

【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。氨经两个阶段转化为硝酸。氨首先在氨燃烧器中在铂丝网(通常称为氨转化器)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段中被氧化成二氧化氮(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)氮氧化物气体的冷却首先经由从将氨转化为氧化氮回收热量的废热回收系统的使用,然后经由其中将冷凝的硝酸与氧化氮、二氧化氮和四氧化二氮和硝酸气体(统称为nox气体)分离的冷却器冷凝器的使用,以及最后通过对在nox气体被吸收的吸收塔的出口处释放的尾气进行加热来完成。二氧化氮和四氧化二氮通过在水中吸收,之后经由nox气体压缩机压缩,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直到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nox气体吸收到水中)和漂白器单元(从硝酸水溶液中除去未反应的溶解气体,特别是含有nox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。此类双压工艺通常包括低压或lp工艺(从2巴至6巴)和高压或hp工艺(从6巴至16巴,特别是9巴至16巴)。在双压工艺中,吸收器单元在比氨转化器高的工作压力下操作。现代双压工艺的特点是低压(lp)氨转化器典型地在2巴至6巴下操作,并且高压(hp)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(其包括约21vol%的氧气)馈入转化器,并且需要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典型地源自尾气涡轮机和蒸汽涡轮机或电动机。因此,双压硝酸生产设备的压缩机组典型地包括空气压缩机、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中与使用可在低气压下操作的空气压缩机36加压到低压的压缩空气34混合,以及将所得的氨/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/流混合物随后在水冷却器/冷凝器38中冷却到水冷凝的温度,并且自气态nox流18中分离出水性稀硝酸混合物17。lp气态nox流被进一步氧化以进一步将no转化为no2和n2o4,并且任选地在冷却器/分离器39中再次冷却以分离出另一水性稀硝酸混合物17,其被引导至吸收塔41,通常称为吸收塔。在另一端,气态nox流22被送至nox气体压缩机40,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,并且加压气态nox流24也被送至吸收器单元41。在吸收器单元41内,hp nox气体与水反应以产生尾气5和还含有残留nox气体的粗硝酸流27,该流被馈入漂白器(未示出)。然后在于低压下操作的漂白器单元(未示出)内用气态介质(未示出)(诸如含氧气体或空气)汽提出粗硝酸流27中的残留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40两者的驱动力源自尾气膨胀机7和蒸汽涡轮机51或电动机(未示出)。在氨转化器37中生成或来自气态nox流15的热量任选地用于对尾气加热器43中的尾气5进行加热,因此尾气加热器任选地存在。来自气态nox流24的蒸汽还可用于从蒸汽涡轮机51产生动力。任选地,加热的尾气5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。一次空气的增加还使得更大量的气体要处理,随后进入nox气体压缩机。这需要进一步改造nox气体压缩机或安装新的压缩机,以及修改或更换尾气和/或蒸汽涡轮机和/或电动机。否则,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,它需要增加现有装备,即空气压缩机、nox气体压缩机以及对应的涡轮机和电动机的修改或更换成本。另外,装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一种用于操作该系统的方法,该方法允许操作双硝酸设备中的空气压缩机所需的动力的减少。


技术介绍

1、在cn110540178a(中国成达工程有限公司,2019)中,公开了一种用于生产硝酸的工艺。通过中压法生产硝酸,其特征在于,其包括以下步骤:氨氧化和吸收压力为0.5至0.6mpa;使得离开吸收塔的尾气能够穿过碳分子筛变温吸附(tsa)处理装置以将尾气中的氮氧化物含量降低至少于100mg/nm3;空气压缩机的工艺空气用作碳分子筛变温吸附处理装置的再生解吸气体,并且含有氮氧化物的再生解吸气体可返回氨氧化反应器再利用;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50至100ppm;硝酸漂白塔布置在吸收塔的底部,并且两塔合一,以使工艺流程缩短并且装备投资减少。然而,就由空气压缩机压缩的空气量而言,将压缩与没有tsa单元时相同的空气量:在存在tsa单元的情况下,被压缩的空气量最初直接在tsa单元与氨氧化反应器之间分流,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进入氨氧化反应器。

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:提供含有氮氧化物的气态流出物的反应器;其中氮氧化物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h本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种用于以降低的动力消耗生产硝酸的系统,其包括:

2.根据权利要求1所述的系统,其进一步包括具有与吸收尾气出口流体连通的入口和与所述尾气膨胀机入口流体连通的出口的尾气加热器,所述尾气加热器定位在所述水冷却器/冷凝器的上游以用于用从来自所述氨转化器的所述NOx气体/蒸汽混合物而来的热量将来自所述吸收塔的所述尾气加热至范围在200℃至650℃之间的温度,并且其中用于分流所述尾气的装置定位在所述尾气加热器的上游。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的系统,其进一步包括具有与所述吸收尾气出口流体连通的入口和与所述尾气膨胀机入口流体连通的出口的尾气加热器,所述尾气加热器定位在所述水冷却器/冷凝器的上游以用于用从来自所述氨转化器的所述NOx气体/蒸汽混合物而来的热量将来自所述吸收塔的所述尾气加热至范围在200℃至650℃之间的温度,并且其中用于分流所述尾气的装置定位在所述尾气加热器的下游。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统,其中所述加压富氧气体源由高压水电解槽供应。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统,其进一步包括与所述空气压缩机的所述入口流体连通的富氧气体源,所述富氧气体具有至少等于大气压的压力。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统,其进一步包括:

7.根据权利要求1至5所述的系统,其进一步包括:

8.一种用于以降低的动力消耗生产硝酸的方法,其包括以下步骤:

9.根据权利要求8所述的方法,其进一步包括以下步骤:

10.根据权利要求8所述的方法,其进一步包括以下步骤:

11.根据权利要求8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8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8至12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13所述的方法,其进一步包括以下步骤:

15.根据权利要求1至7中任一项所述的系统用于进行根据权利要求8至14中任一项所述的方法的用途。

16.一种用于将用于生产硝酸的系统,其中现有系统包括:

...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

1.一种用于以降低的动力消耗生产硝酸的系统,其包括:

2.根据权利要求1所述的系统,其进一步包括具有与吸收尾气出口流体连通的入口和与所述尾气膨胀机入口流体连通的出口的尾气加热器,所述尾气加热器定位在所述水冷却器/冷凝器的上游以用于用从来自所述氨转化器的所述nox气体/蒸汽混合物而来的热量将来自所述吸收塔的所述尾气加热至范围在200℃至650℃之间的温度,并且其中用于分流所述尾气的装置定位在所述尾气加热器的上游。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的系统,其进一步包括具有与所述吸收尾气出口流体连通的入口和与所述尾气膨胀机入口流体连通的出口的尾气加热器,所述尾气加热器定位在所述水冷却器/冷凝器的上游以用于用从来自所述氨转化器的所述nox气体/蒸汽混合物而来的热量将来自所述吸收塔的所述尾气加热至范围在200℃至650℃之间的温度,并且其中用于分流所述尾气的装置定位在所述尾气加热器的下游。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统,其中所述加压富氧气体源由高压水电解槽供应。

5.根据权利要求1至4中...

【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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