双压法安全硝酸生产的制作方法

本发明涉及用于避免在用于生产硝酸的设施内形成潜在危险沉积物的设备和方法。

背景技术：

1、工业规模上，通过奥斯特瓦尔德法获得硝酸。第一步是氨氧化为no，接下来进一步氧化，然后吸收以生成例如按重量计60％硝酸。

2、de 10 2017 201 180 a1展示了一种用于生产硝酸的方法和适合于该方法的设施。

3、us 7 118 723 b2公开了一种用于生产硝酸的方法。

4、us 11 292 719 b2公开了一种用于生产硝酸的设施。

5、ep 4 238 932 a1公开了一种用于生产硝酸的双压法。

6、在氨的不完全转化的情况下，可能在设备内形成硝酸铵和/或亚硝酸铵。两者都是危险的，特别是在干燥状态下，因为它们可以被机械诱导反应。在这种情况下，原则上应比倾向于在酸性条件下形成的硝酸铵更批判地评价倾向于在碱性环境条件下形成的亚硝酸铵。

7、如果这些固体进入在冷凝器和吸收塔之间的压缩机中或者作为固体在压缩机中从气相分离出来，则可能特别危险，因为在该处最可能产生机械应力。这样的压缩机在奥斯特瓦尔德法的变型（“双压法”）中使用。

8、如果催化剂（局部地）损坏或者在催化剂上方存在不均匀流动，则可能发生氨逃逸，这意味着氨不完全转化为no。特别是当硝酸设施启动期间，会发生氨逃逸，因为主催化剂尚未达到其操作温度并且因此具有较低的反应活性。

9、在氨逃逸的情况下，除了氨之外，在下游的设施中还存在no和在硝酸之前的副产物，因此可能会形成硝酸铵或亚硝酸铵。

技术实现思路

1、本发明的目的是即使在发生氨逃逸的情况下也要确保安全。

2、通过具有权利要求1所述特征的设备和具有权利要求9所述特征的方法来实现该目的。从从属权利要求、下文的描述以及附图中可以看出有利的发展。

3、根据本发明的设备用于由氨生成硝酸。这是所谓的奥斯特瓦尔德法。该设备包括第一氧化反应器、至少第一换热器、第一冷凝器、no压缩机和吸收塔。氧化反应器经由用于传递nox气体混合物（氧化产物）的第一连接件连接到至少一个第一换热器。通常，多个第一换热器串联操作以实现氧化产物的充分冷却。氧化发生在大约1000℃的数量级，通常在800℃和950℃之间，而在第一冷凝器中，最终温度趋向于在100℃左右，通常在50℃和60℃之间。在这个系统中，第一冷凝器通常自身设计为换热器，在其中进行最后的冷却步骤，导致冷凝。由于多个第一换热器的不同换热器级，可以更优化地利用热能。至少一个第一换热器经由用于传递nox气体混合物的第二连接件连接到第一冷凝器。在这个系统中，第一冷凝器通常也设计为换热器，在其中温度水平降低到在氨燃烧期间形成的水能够非常大部分地冷凝析出的程度。在这种操作中，一部分nox也分离出来，因此冷凝液是稀硝酸。第一冷凝器经由用于传递nox气体混合物的第三连接件连接到no压缩机。在双压法中进行压力升高，以便改善吸收效率，从而将尽可能高的比例的nox转化为硝酸。no压缩机经由用于传递nox气体混合物的第四连接件连接到吸收塔。然而，在压缩过程中，nox气体混合物再次被加热，因此第四连接件通常包括第二换热器和/或第二冷凝器。第一冷凝器包括第一酸出口。该出口通常布置在第一冷凝器的底侧，在用于冷凝出来的硝酸的收集容器的区域中。第二冷凝器包括第三酸出口。该出口通常布置在第二冷凝器的底部，在用于冷凝出来的硝酸的收集容器的区域中。第一酸出口通常经由第一酸管线连接到吸收塔的第一酸入口。第三酸出口通常经由第四酸管线连接到用于从第一冷凝器冷凝出来的硝酸的收集容器，或者连接到连接吸收塔和漂白塔的硝酸管线，或者连接到第二酸管线。吸收塔包括第二酸出口。第二酸出口经由第二酸管线连接到产品出口。例如，漂白塔和/或储罐也可以布置在第二酸出口和产品出口之间。在这个系统中，吸收塔通常构建为使得第一酸入口布置成使得稀硝酸在柱的相应酸浓度的区域中与富nox的nox气体接触并且由此被富集。水供给装置通常布置在吸收塔的上端。因此水（具有最低的硝酸浓度）与低浓度的nox气体接触，并且因此改善了吸收。nox气体流在下部区域中供给；气体出口位于上端。因此，含nox的气体向上流动，而液体向下流动。结果，降低nox浓度的气体与越来越稀的硝酸接触，以由此实现特别好的吸收。此外，通常将富含氧的气体（例如空气）供给到在no压缩机上游的nox气体流，以便通过氧化条件获得尽可能多的硝酸并且最小化no损失。此外，吸收塔通常包括集成冷却设备，以便带走反应热。

4、根据本发明，第一酸出口、第二酸出口或第三酸出口经由第三酸管线连接到第一冷凝器和/或第三连接件。因此硝酸被喷入到nox气体流中，并且这在没有立即发生蒸发的冷凝温度窗口中完成。使用硝酸优于水的优点在于存在酸性水平，这反过来又导致硝酸铵而不是亚硝酸铵的优先形成。如果使用水，则在氨的存在下可能形成碱性介质，相对于硝酸铵而言，这不期望地促进亚硝酸铵的形成。此外，额外水的使用导致产品硝酸的稀释，这是不希望的。此外，分离发生在no压缩机上游紧邻处。由于高机械负荷，no压缩机中的相应沉积物将是危险最大的，因此尤其是与上游的直接供水以及因此与no压缩机相比，在no压缩机上游紧邻处的去除是有利的。

5、有利的是使注入的酸在循环流中输送。在此，酸可以经由第一冷凝器的底部或冷凝器的底部、经由吸收塔或者经由其它储罐和管线输送。至关重要的是硝酸实际上最终来自第一酸出口、第二酸出口或第三酸出口，即使其例如是从其下游的储罐取出的。这些来源的示例例如是滴酸罐、不合格硝酸的缓冲罐、产品酸罐或为此目的而专门安装的罐。另一个选项是从承载硝酸的管线抽出，尤其是第一酸管线、第二酸管线或第四酸管线。相应的硝酸源经由第三酸管线连接到第一冷凝器以用于注入。为了提供注入所需的压力，第三酸管线可以包括泵。替代地，可以利用由工艺产生的压力梯度。有利的是使用现有泵，例如酸冷凝液泵、产品酸泵、灌装泵或滴酸泵，它们已经产生这样的压力梯度。

6、在本发明的另一实施例中，第三连接件包括液体分离器。例如并且优选地，液体分离器为液滴分离器的形式。优选地，第三酸管线在no流动方向上在液体分离器上游通向第三连接件。这样，在硝酸能够进入no压缩机之前可以实现硝酸的可靠去除。更优选地，液体分离器布置在第三连接件的最低点处。这有助于硝酸的分离。

7、在本发明的另一实施例中，第一冷凝器包括至少一个喷嘴。该喷嘴连接到第三酸管线。因此，该喷嘴表示第三酸管线和第一冷凝器内部之间的连接。特别优选的是引入到第一冷凝器中，因为在第一冷凝器中在任何情况下都会除去液体；也就是说，一方面，温度方面存在理想的条件，另一方面，在任何情况下都会收集液体、稀硝酸并且将其传递到吸收塔。因此，不会产生额外的设备投入。此外，第一冷凝器已经就其材料而言设计为与腐蚀性的硝酸直接接触，并且因此在迄今尚未与液体酸接触的设备的设计中，这里也没有额外的材料投入。喷嘴的使用确保了液态硝酸和气态氨之间良好的接触。喷嘴可以是例如实心圆锥、空心圆锥或扁平射流喷嘴。

8、在本发明的另一实施例中，第三连接件包括至少一个喷嘴。该喷嘴连接到第三酸管线。因此，可以从第三酸管线将硝酸喷入第三连接件中。

9、在本发明的另一实施例中，第一冷凝器具有no侧。由于第一冷凝器通常为换热器的形式，因此其通常除了no侧以外还具有换热介质侧，例如冷却水在该换热介质侧上流动并且将nox气体混合物冷却到发生冷凝的程度。同时，以这种方式，可以以简单的方式有效地移除冷凝热。no侧包括冷凝器气体入口和冷凝器气体出口。冷凝器气体入口连接到第二连接件，通过该第二连接件供给nox气体混合物。冷凝器气体出口连接到第三连接件，nox气体混合物从该第三连接件传递到no压缩机。因此，在冷凝器气体入口和冷凝器气体出口之间发生冷凝。在一个实施例中，no侧包括具有向上引导气流的至少第一区域和具有向下引导气流的第二区域。在这种情况下，第一区域在流动方向上布置在第二区域的上游。第一冷凝器可以优选地具有多个连续的区域，这些区域具有交替的向上和向下引导气流。在本发明的意义上，向上和向下是指逆着重力方向或顺着重力方向。喷嘴布置在具有向上气流的第一区域上方。因此，硝酸被喷入向上气流中，然后可以与从气流中冷凝析出的硝酸一起在随后的向下气流中更容易地再次沉降。

10、例如，第一冷凝器被实施为错流换热器，在该错流换热器中，换热介质（更具体地，冷却水）水平流动，气流在每种情况下都与换热介质横向地交替向上和向下流动。通过多次改变方向，使得良好的换热成为可能。

11、在本发明的另一实施例中，第一冷凝器包括第一部分和第二部分。第一冷凝器关于no侧镜像对称地构建。冷凝器气体入口被居中地布置。相应地，第一部分优选地包括冷凝器气体出口，第二部分包括进一步的冷凝器气体出口。冷凝器气体出口和进一步的冷凝器气体出口相应地经由y形第三连接件连接到no压缩机。以这种方式，可以在简单的结构中增加第一冷凝器中的接触面积并且因此增加热传递。由于镜像对称的结构，因此在每种情况下在第一部分和第二部分中将硝酸喷入向上引导气流中。

12、在本发明的另一个实施例中，冷凝器的壳体和喷嘴由耐腐蚀材料制成。尤其优选的是，冷凝器的壳体和喷嘴由相同的耐腐蚀材料制成。

13、在另一方面，本发明涉及用于生产硝酸的方法。该方法包括以下步骤：

14、a）用氧气氧化氨，

15、b）冷却氧化产物，

16、c）在第一冷凝器中使氧化产物冷凝析出，

17、d）压缩氧化产物，

18、e）冷却压缩后的氧化产物，

19、f）在吸收塔中吸收以得到硝酸。

20、在该程度上，该方法对应于用于由氨制备硝酸的已知的奥斯特瓦尔德法，并且对于本领域技术人员来说是全面已知的。

21、根据本发明，在步骤c）中或在步骤f）中生成的硝酸的一部分被循环回用，更具体地在步骤c）中和/或在步骤c）和步骤d）之间被喷入到氧化产物的气流中。硝酸的使用确保酸性介质，这有利于形成硝酸铵而不是亚硝酸铵，从而降低了安全风险。类似地，除去在步骤d）中的压缩之前存在的任何氨的效果是，特别地硝酸铵和/或亚硝酸铵不能在no压缩机内沉降且由此暴露于特别的机械应力。通过喷入，实现了循环回用的液相与气相之间的最佳接触。

22、在本发明的另一实施例中，所喷入的硝酸在循环流中被输送。

23、在本发明的另一实施例中，喷入与氧化产物的气流逆流地进行。

24、在本发明的另一实施例中，在喷入之后除去液相。由于液相本身也可能含有硝酸铵和/或亚硝酸铵，因此有利的是在no压缩机上游可靠地除去液相。

25、在本发明的另一实施例中，喷入在低于150℃的气流温度下进行。

26、在本发明的另一实施例中，该方法仅间歇地应用，例如仅在特定的时间间隔下应用，例如每四个小时应用五分钟。这样可以最小化投入。

27、在另一实施例中，根据本发明的方法在根据本发明的设备的启动期间进行，直到催化剂达到其操作温度，例如高于700℃为止。

28、在本发明的另一实施例中，通过传感器另外检测氧化产物中的氨浓度，并且在超过预设的氨浓度（优选略高于检测限值）时进行该方法。因此，例如在氧化催化剂出现点缺陷的情况下，仍然可以使设施继续安全运行，例如直到可以修复或更换氧化催化剂为止。