[发明专利]通过可控载荷的生产系统制备硝酸的方法

说明书

本发明涉及一种制备硝酸的方法，其中在低载荷的情况下将一部分的压缩工艺空气输送绕过化学工艺并加入气体膨胀器以回收能量。本发明还涉及一种用于生产硝酸的设备。

为了制备硝酸，氨NH₃一般先与空气反应得到一氧化氮NO：

4NH₃+5O₂→4NO+6H₂O+907.3kJ.

这里获得的一氧化氮NO随后被氧化成二氧化氮NO₂：

2NO+O₂→2NO₂+113.1kJ

以此方式获得的二氧化氮NO₂随后在水中吸收，形成硝酸：

4NO₂+O₂+2H₂O→4HNO₃+256.9/93.3kJ.

为了用水吸收尽可能多的所获得的二氧化氮NO₂，吸收通常在超计大气压下进行，优选在4-14巴范围内的压力下进行。

用于原料氨的反应所需的氧气通常是以大气氧的形式引入。为了将大气氧加入反应器中，将工艺空气在压缩器中压缩并达到同时适用于氧化反应和吸收反应的压力。

用于压缩空气的能量通常部分地通过将离开吸收操作的尾气解压到环境压力并部分地利用在这些反应中释放的热来获得。按照各种设计构建的硝酸设备与它们各自位置的具体要求匹配。

单料流硝酸设备通常用在100-1500公吨/天的硝酸范围内的公称容量来构建。如果反应截面在尺寸上成为双倍，则因此可以用单料流达到日产量为2000公吨（或最佳达到3000公吨）。

如果所需的日产量低或地点具有较低的能量价格，则硝酸优选通过单-高压工艺生产。在此方法中，氨的燃烧和氧化氮化合物的吸收是在大约10巴的相同压力下进行的。如果需要大的公称容量和/或更高的酸浓度，则根据双压力工艺设计的硝酸设备是更经济可行的方案。硝酸（60-68%）可以原样使用（用于塑料或肥料），或其可以用于制备浓硝酸。

在双压力工艺中，氨进料的燃烧是在第一压力下进行，所述第一压力低于吸收压力。在燃烧中形成的亚硝气体一般在冷却后通过亚硝气体压缩达到第二压力，即吸收压力。

现有技术中常用的具有在大气压下燃烧和在中等压力下吸收的设备已经采用更经济可行的单压力和双压力工艺。所制得的硝酸也称为亚共沸硝酸，因为在这种酸的任何随后蒸馏中，仅仅能实现68%的最大硝酸浓度，这是因为形成了共沸物。为了克服此极限，已经在现有技术中描述了许多方法。

一般，用于进行上述方法的设备包括机组，其包含至少一个空气压缩器、至少一个亚硝气体压缩器和至少一个膨胀叶轮机和至少一个水蒸气叶轮机。硝酸设备的这些设备元件通过经由共同的轴驱动而形成机组。这种机组都是通过水蒸气叶轮机和通过膨胀叶轮机（尾气膨胀器）驱动的。这四个偶联形成轴组的叶轮机通常设计成轴向构建类型。此机组不能在低载荷范围内自由地调节，这是因为热力学和机械动力学原因防止这种调节。因此，例如压缩器的功率通常降低到不小于最大功率的70-80%。所以，上述机组的常规最小载荷是大约70-80%。

为了能快速和灵活地应对波动的市场，所以通常操作多个小型设备，从而它们能在硝酸需求降低的情况下接连停车。多个小型设备的平行操作导致成本增加；启动和停车导致设备元件的高磨损，这也伴随着成本增加。

所以，本发明的目的是优化公知的用于制备硝酸的单压力和双压力工艺，使得这些工艺能在更大的载荷范围内进行。本发明的另一个目的是提供用于进行这些工艺的设备。

本发明通过提供一种通过单压力或双压力工艺从氨和含氧气体制备浓度为50-76%的硝酸的方法实现，其中氨进料的燃烧是用已经在至少一个压缩器中经过压缩的压缩工艺空气进行的。通过燃烧形成的亚硝气体至少部分地被水吸收，形成硝酸。还未被吸收的尾气在一个或多个气体膨胀器中进行膨胀，优选膨胀到大气压，从而回收压缩功。在本发明方法中，在低载荷的情况下将至少一部分的压缩工艺空气输送绕过化学工艺并加入至少一个气体膨胀器中。

含氧气体通常是空气，但是也可以使用具有高氧含量的气体混合物，例如氧含量为22-40%（体积%）。

本发明方法允许制备硝酸的设备根据在硝酸制备中的载荷变化而快速地调节并节省材料。因为在低载荷的情况下将至少一部分的压缩工艺空气输送绕过化学工艺并直接加入至少一个气体膨胀器中，所以在压缩工艺空气中所含的压缩能量可以以有利的方式用于操作包括设备的压缩器的机组或用于操作此设备。