Способ производства нитрата аммония

Способ производства нитрата аммония

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Описан способ производства нитрата аммония и, в частности, способ, объединяющий производство азотной кислоты с производством нитрата аммония.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Нитрат аммония традиционно производят путем взаимодействия сырьевых материалов, представляющих собой азотную кислоту и аммиак, которые независимо подают из отдельных источников. Способ производства в характерном случае включает взаимодействие азотной кислоты и аммиака в реакторе нейтрализации или в более характерных случаях в трубчатом реакторе, и в случае заинтересованности в получении концентрированного раствора нитрата аммония (например, раствора, имеющего концентрацию порядка 80%) при способе производства в характерном случае применяют азотную кислоту, имеющую концентрацию, составляющую от 50% до 68% или выше. Однако, как хорошо понимают в промышленности, данный уровень концентрации кислоты приводит к сильной экзотермической реакции, что, в свою очередь, налагает строгие требования на обрабатывающее устройство.

Компонент, представляющий собой азотную кислоту, традиционно получают способом Оствальда, ведущие реакции которого включают трехэтапный процесс, включающий сначала окисление аммиака в присутствии воздуха путем выполнения быстрого высокотемпературного каталитического преобразования смеси аммиака и воздуха с получением монооксида азота. Полученный в результате поток охлаждают (обычно под давлением), и некоторое количество монооксида азота взаимодействует некаталитическим путем с кислородом с образованием таких высших оксидов азота, как диоксид азота и его димер, смесь которых в данном описании далее называют диоксидом азота, а полученный в результате поток в целом называют нитрозным газом. После дополнительного охлаждения нитрозный газ подают в противоточный процесс абсорбции для получения азотной кислоты.

Процесс абсорбции проводят в абсорбционной башне, где концентрация продукта, представляющего собой кислоту, в характерном случае составляет от 50% до 68% в зависимости от рабочего давления и от числа циклов абсорбции в абсорбционной башне, а также от концентрации оксидов азота, поступающих в абсорбционную башню. Нитрозные газы обычно относительно разбавлены в связи с присутствием азота, вносимого с воздухом, и, следовательно, чтобы облегчить взаимодействие и абсорбцию, в характерном случае требуется башня большого объема.

В настоящий момент обнаружено, что при существенной модификации вышеописанного традиционного способа производства азотной кислоты, включающей окисление аммиака в присутствии кислорода, подвод балластной воды перед циклом окисления аммиака и удерживание водяного балласта на протяжении всего процесса, и при приемлемости конечного продукта в форме разбавленной азотной кислоты (например, имеющей концентрацию порядка, составляющего от 20% до 40%), может быть разработан цикл абсорбции, в котором применяют теплообменную технологию, и которая исключает необходимость в абсорбционной башне и позволяет избежать сопутствующих недостатков. Кроме того, данная модификация способствует объединению (до сих пор отдельных) процессов производства азотной кислоты и последующего производства нитрата аммония.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В широком понимании предложен способ производства нитрата аммония, включающий:

воздействие на газообразный сырьевой материал установки окисления (т.е. материал, подаваемый в эту установку), состоящий по меньшей мере по существу из аммиака, пара и окисляющего газа, условий, в результате которых аммиак окисляется с получением реакционной смеси, включающей монооксид азота и водяной пар, и охлаждение реакционной смеси в теплообменнике, в результате чего монооксид азота окисляется, водяной пар конденсируется, и продукты окисления монооксида азота взаимодействуют с конденсированной водой и абсорбируются этой водой с образованием потока азотной кислоты, причем, по существу весь монооксид азота в реакционной смеси преобразуется в азотную кислоту; и

взаимодействие потока азотной кислоты с потоком аммиака с образованием нитрата аммония.

Настоящий способ также обеспечивает получение нитрата аммония (в любой из его различных возможных форм).

Термин "окисляющий газ", как используют в приведенном выше и в последующих определениях изобретения, следует понимать как означающий газ, содержащий более чем приблизительно 80% кислорода. Окисляющий газ предпочтительно содержит по меньшей мере 90% и, в зависимости от размера предприятия, наиболее предпочтительно по меньшей мере 95% кислорода.

Также под выражением "по существу весь монооксид азота" в приведенном выше и в последующих определениях изобретения подразумевают количество монооксида азота, превышающее 90%, предпочтительно превышающее 95% и наиболее предпочтительно вплоть до уровня, достигающего по возможности около 100% монооксида азота, находящегося в реакционной смеси. Когда преобразование внутри теплообменника происходит на более низком уровне, чем наиболее предпочтительный уровень, реакционно-абсорбционный процесс может продолжаться в следующей реакционно-абсорбционной камере или трубе, включая или не включая теплообмен. Таким образом, преобразование, достигающее 100%, в теплообменнике несущественно, реакционно-абсорбционный процесс может продолжаться и вне процесса, происходящего в теплообменнике, в последующей адиабатической реакционно-абсорбционной камере, хотя и в ограниченной степени. То есть, известно, что более высокие температуры неблагоприятны для преобразования и абсорбции монооксида азота, и в тех случаях, когда реакцию-абсорбцию проводят в адиабатических условиях, в реакционном потоке может происходить существенное повышение температуры. Например, адиабатическое протекание преобразования, составляющего от 99% до 100% монооксида азота, вызвало бы повышение температуры, составляющее порядка 2,5°C, тогда как протекание преобразования, составляющего от 90% до 100%, вызвало бы повышение температуры, составляющее 24°C.

Термин "концентрация", используемый на протяжении данного описания, также следует понимать как означающий следующее:

в контексте водных растворов процентное содержание чистого растворенного вещества (например, нитрата аммония или азотной кислоты) в растворе на основе масс/масс, и

в контексте газообразных смесей процентное содержание чистого компонента (например, кислорода) в смеси на основе объем/объем.

Азотная кислота, полученная определенным выше способом, по определению будет разбавленной, и ее концентрация составляет, например, порядка, составляющего от 20% до 40% HNO₃ (масс/масс), в зависимости от количества воды, содержащегося в реакционной смеси. Вследствие этого нитрат аммония, полученный путем начального взаимодействия разбавленной азотной кислоты и аммиака в объединенном процессе, также имеет относительно низкую концентрацию (например, порядка, составляющего от 30% до 46%), но нитрат аммония можно сконцентрировать (например, до уровня порядка, составляющего от 75% до 85%) путем добавления теплоты (выделяющейся в цикле производства азотной кислоты, как описано ниже) для удаления избытка воды, внесенного за счет разбавленной азотной кислоты.

Теплоту для концентрирования раствора нитрата аммония можно переносить в цикл производства нитрата аммония путем прямого теплообмена между реакционной смесью (то есть смесью, образовавшейся в результате окисления аммиака внутри цикла производства азотной кислоты) и раствором нитрата аммония, либо путем непрямого теплообмена между двумя циклами с использованием промежуточного связывающего контура жидкого теплоносителя, такого как вода или смесь пара и воды. Такую теплоту можно дополнительно или альтернативно получить из теплоты реакции между аммиаком и азотной кислотой и/или из внешнего источника.

Поток, образующийся в ходе концентрирования раствора нитрата аммония в цикле производства нитрата аммония, также можно переносить в цикл производства азотной кислоты с образованием по меньшей мере части парового компонента сырьевого материала установки окисления или с образованием по меньшей мере части водного или парового компонента исходного сырья, из которого получают сырьевой материал установки окисления.

Теплообменник, применяемый в процессе абсорбции в цикле производства азотной кислоты, может включать любой тип теплообменника, обеспечивающий передачу тепла от технологической среды (в настоящем изобретении - от реакционной смеси) к охлаждающей среде, например, теплообменник кожухотрубного типа, пластинчатый теплообменник с вытравленными каналами (англ. printed-circuit), теплообменник пластинчатого типа или теплообменник типа лопастного вентилятора. Потоки жидкости, проходящие внутри теплообменника, желательно имеют малый размер поперечного сечения (например, менее чем приблизительно 3 мм и желательно менее 2 мм эквивалентного диаметра), что способствует тепломассопереносу и способствует компактности теплообменника. Также в зависимости от требований к обработке можно использовать один теплообменник или два или более теплообменников, которые могут быть соединены параллельно или последовательно, и выражение "теплообменник", используемое в данном описании, следует понимать в этом контексте. Охлаждающая среда может включать газ, например, воздух, нагнетаемый вентилятором, или жидкость, например, воду.

Новое применение теплообменника для завершения абсорбции в цикле абсорбции (в отличие от применения при способах предшествующего уровня техники в противоточной абсорбционной башне) приводит в результате к получению относительно разбавленной азотной кислоты. Такая кислота имеет низкие давления насыщенных паров азотной кислоты и нитрозных газов, что позволяет избежать необходимости в противоточном контакте для достижения полной абсорбции этих компонентов. Тем не менее, скорость, при которой происходит преобразование монооксида азота в кислоту по мере приближения процесса к завершению, в основном, определяется скоростью химической реакции окисления монооксида азота, которая значительно увеличивается за счет более высоких концентраций монооксида азота и кислорода. При способе по настоящему изобретению пар, применяемый для уравновешивания процесса окисления, по существу конденсируется в ходе процесса абсорбции с образованием части продукта, представляющего собой азотную кислоту, в результате чего увеличивается концентрация остаточных газообразных реагентов и облегчается их относительно быстрое взаимодействие и абсорбция. Эффект состоит в интенсификации процесса реакции/абсорбции, и в соответствии с одной формой осуществления изобретения этот эффект наиболее высок, когда композиция окисляющего газа приближена к 100% содержанию кислорода.

Пар в сырьевом материале установки окисления служит для поддержания сырьевого материала установки окисления ниже взрывоопасного предела для смесей аммиака с кислородом и для уменьшения подъема температуры в процессе окисления аммиака, а также действует при конденсации для абсорбции продуктов окисления монооксида азота.

Окисляющий газ (далее в настоящем описании называемый "кислород") в исходном сырье/сырье установки окисления можно подавать в количестве, достаточном для окисления по существу всего аммиака и по существу всего монооксида азота. Альтернативно кислород в сырьевом материале может быть обеспечен в количестве, достаточном для окисления по существу всего аммиака, а дополнительное количество кислорода может быть добавлено в реакционную смесь перед конденсацией водяного пара с целью окисления по существу всего монооксида азота.

Можно получить исходное сырье (из которого получают сырьевой материал установки окисления), где весь аммиак, весь кислород и вся вода находятся в газообразном состоянии. Исходное сырье можно также получить путем смешивания кислорода со смесью аммиака и водяного пара, путем смешивания аммиака со смесью кислорода и водяного пара или путем смешивания отдельных компонентов, то есть кислорода, аммиака и водяного пара, но желательно избегать риска образования взрывоопасной смеси, не смешивая водяной пар со смесью аммиака и кислорода.

В альтернативной форме осуществления, где в исходное сырье подают воду в жидком состоянии, эта вода может испаряться либо до, либо после смешивания с двумя другими компонентами исходного сырья.

В следующей форме осуществления аммиак можно растворять в воде с образованием водного аммиака, и в том случае, где избыток водного аммиака после рециркуляции нагнетают обратно в исходное сырье (как описано в настоящем описании ниже), аммиак можно растворять в сырье, состоящем из смеси воды и водного аммиака после рециркуляции. Затем полученное в результате сырье можно нагревать для испарения водного аммиака.

В цикле окисления аммиака (в котором сырье, состоящее из смеси аммиака и кислорода, уравновешенной паром, окисляется с образованием преимущественно монооксида азота в составе нитрозного газа) сырьевой материал установки окисления можно нагревать до температуры, входящей в диапазон, составляющий от 700°C до 1000°C (в характерном случае приблизительно 800°C), при давлении, входящем в диапазон, составляющий от 1 бар (абсолютное давление) до 15 бар (абсолютное давление) (в характерном случае приблизительно 2 бар (абсолютное давление)), в присутствии катализатора. Катализатор может включать каталитическую систему любого известного типа, включающую слой оксида кобальта или платиново-родиевый катализатор в виде слоев тканой или вязаной сетки. Нагревание сырьевого материала установки окисления в установке окисления может происходить либо за счет адиабатического выделения теплоты реакции, либо за счет теплообмена с внешней жидкостью, либо за счет комбинации обоих процессов. Когда для нагревания или охлаждения применяют теплообмен, установка окисления может включать реактор-теплообменник.

Реакционную смесь из установки для окисления аммиака можно охлаждать до первой температуры, находящейся выше точки росы реакционной смеси (например, до температуры, составляющей приблизительно 140°C) за счет теплообмена с жидким теплоносителем. Этот жидкий теплоноситель можно применять для переноса теплоты (как упомянуто выше) для концентрирования (путем выпаривания) раствора нитрата аммония в цикле производства нитрата аммония. Реакционную смесь можно также дополнительно охлаждать до второй температуры за счет теплообмена с жидким теплоносителем или другой технологической средой. Последний теплообмен, под которым в данном описании подразумевают теплообмен входящего/отходящего потока с использованием теплообменника входящего/отходящего потока, может осуществляться между реакционной смесью и сырьевым материалом установки окисления или исходным сырьем (или компонентами сырьевого материала установки окисления/исходного сырья) (которое в данном случае становится жидким теплоносителем). Такой теплообменник входящего/отходящего потока может быть отделен от упомянутого выше теплообменника или объединен с тем теплообменником, в котором продукты окисления монооксида азота взаимодействуют с конденсированной водой и абсорбируются этой водой.

В некоторых формах осуществления, в которых происходит теплообмен входящего/отходящего потока, любой жидкий компонент в исходном сырье может испаряться (по меньшей мере частично), и любой жидкий компонент, остающийся в исходном сырье после теплообмена входящего/отходящего потока, можно подвергать рециркуляции или, используя прежнюю терминологию, подвергать повторному использованию (рециркуляции). В результате этого процесса большая часть любой жидкости в исходном сырье может испаряться до газообразной фазы (которая требуется для сырья установки окисления) с использованием теплоты, которую можно рассматривать как "низкопотенциальную" теплоту, оставляя "высокопотенциальную" теплоту, образующуюся внутри процесса, для таких вспомогательных целей, как образование пара для выработки энергии. Накопление растворенных твердых веществ в рециркулирующей жидкости можно предотвратить за счет обеспечения выпускания пара.

Окисление монооксида азота и сопутствующие реакции, приводящие к образованию азотной кислоты, управляются рабочими давлениями и температурами в соответствии с конструкцией системы и, по меньшей мере на конечном этапе абсорбции, температурой доступного охладителя. Окисление происходит только до ограниченной степени до инициации охлаждения после окисления, то есть (на основании графических материалов предшествующих примеров) при столь высоких температурах, как 800°C. Когда реакционная смесь охлаждается, первая жидкость образуется при точке росы при рабочем давлении, и образование кислоты продолжится по мере дальнейшего охлаждения смеси. При рабочем давлении, составляющем приблизительно 15 бар (абсолютное давление), образуется конденсат и, следовательно, образование азотной кислоты прекратится при соответствующей температуре насыщения, составляющей приблизительно 200°C, и образование кислоты продолжится при понижении температуры до приблизительно 50°C с учетом того, что последняя температура ограничена доступной температурой охлаждающей среды. Для работы при давлении, составляющем 2 бар (абсолютное давление), образование кислоты прекратится при температуре, составляющей приблизительно 110°C.

Газообразные примеси, не конденсированные или не абсорбированные в фазе абсорбции в цикле производства азотной кислоты, могут включать избыток непрореагировавшего кислорода, аргон и другие примеси, внесенные в процесс с кислородным сырьем, а также оксиды азота и одновалентного азота, образующиеся в установке окисления в виде побочных продуктов. Эти газообразные примеси могут быть отделены от азотной кислоты с помощью сепаратора перед тем, как азотную кислоту и аммиак подвергают взаимодействию в цикле производства нитрата аммония.

Давление абсорбера азотной кислоты в некоторых формах осуществления может быть ниже давления реактора нитрата аммония, и в этом случае азотную кислоту нагнетают до давления реактора. В некоторых формах осуществления давление абсорбера азотной кислоты может быть выше давления реактора нитрата аммония, и в этом случае можно использовать клапан для снижения давления азотной кислоты до давления реактора.

Взаимодействие азотной кислоты и аммиака в цикле производства нитрата аммония можно выполнять любым способом, известным в данной области техники, включающим, например, адиабатическое совместное течение реагентов через трубу, имеющую подходящую длину. Альтернативно взаимодействие может быть выполнено в неадиабатическом (теплообменном) реакторе, в котором (совместно текущие) реагенты нагреваются или охлаждаются жидким теплоносителем. В качестве дополнительной альтернативы взаимодействие может быть выполнено путем смешивания аммиака и азотной кислоты в сосуде, который можно при необходимости либо нагревать, либо охлаждать. Реактор может также действовать как испаритель.

Азотную кислоту можно нагревать перед взаимодействием с аммиаком. Таким образом, по меньшей мере некоторое количество теплоты, выделяющейся в результате реакции, может приводить к образованию пара вероятнее, чем к простому подогреву потока нитрата аммония до температуры ниже точки кипения в испарителе (в котором концентрируют раствор нитрата аммония, и пар образуется за счет применения теплоты). Такое предварительное нагревание азотной кислоты может осуществляться теплоносителем от горячих потоков внутри цикла производства азотной кислоты, например, от потока реакционной смеси из установки окисления или от потока рециркулирующей жидкости.

Аммиак можно подавать в цикл производства нитрата аммония в жидкой или в газообразной форме, либо в виде водного аммиака. Давление подачи должно быть по меньшей мере настолько же высоким, как давление потока подачи азотной кислоты в момент смешивания, и аммиак может находиться при любой удобной температуре, в характерном случае приблизительно при температуре окружающей среды.

Значения давления подачи аммиака в циклы производства азотной кислоты и производства нитрата аммония могут быть выбраны в соответствии с индивидуальными требованиями процесса. Например, в некоторых формах осуществления аммиак подают в цикл производства азотной кислоты при несколько более высоком давлении, чем давление в установке окисления, а в цикл производства нитрата аммония при несколько более высоком давлении, чем давление в абсорбере (перед каким-либо нагнетанием, которое можно применять для повышения давления жидкости).

В некоторых формах осуществления аммиак можно подавать, как указано выше, в газообразной форме, и его подают в цикл производства нитрата аммония при таком же давлении, при котором его подают в цикл производства азотной кислоты. В некоторых формах осуществления общее давление газообразного аммиака, подаваемого в объединенный процесс, может быть несколько выше самого высокого давления реактора и установки окисления. В некоторых формах осуществления общее давление подачи газообразного аммиака в объединенный процесс может не зависеть от рабочих давлений установки окисления, абсорбера и реактора, и его давление может быть близким к атмосферному давлению или даже ниже.

Желательно, чтобы скорость потока аммиака была достаточно высока относительно скорости потока азотной кислоты, чтобы гарантировать наличие избытка аммиака в растворе нитрата аммония в испарителе. Таким образом, коррозия внутри испарителя сводится к минимуму, и парциальное давление азотной кислоты в паровом пространстве испарителя подавляется.

В зависимости от требований системы рабочее давление испарителя можно устанавливать несколько выше давления камеры сгорания аммиака или близко (либо выше, либо ниже) к атмосферному давлению. Во избежание возможности проникновения воздуха в испаритель при работе в вакууме испаритель может работать, например, при давлении, составляющем от 1 бар (абсолютное давление) до 1,5 бар (абсолютное давление). Работа испарителя при таких давлениях возможна, когда пар из испарителя конденсируется и возвращается в процесс производства азотной кислоты в виде жидкости. (Наблюдают, что при нагнетании жидкой воды до давления камеры сгорания аммиака расходы на оборудование или энергию невелики.)

Температура выпаривания зависит от давления выпаривания и от концентрации раствора нитрата аммония. Например, температура начала кипения 39% раствора нитрата аммония при давлении, составляющем 1 бар, равна 107°C, тогда как температура начала кипения 80% раствора нитрата аммония при давлении, составляющем 3 бар, равна приблизительно 168°C. Известно, что нагревание твердого нитрата аммония до температуры, составляющей 170°C или выше, сопровождается риском быстрого распада нитрата аммония, и этого следует избегать.

Таким образом, для концентрации продукта, составляющей, например, порядка 80% нитрата аммония, испаритель практически ограничен работой при давлении, составляющем 3 бар (абсолютное давление).

Теплоту можно переносить (как упомянуто выше) от реакционной смеси азотной кислоты на раствор нитрата аммония внутри испарителя путем прямого теплообменного контакта между потоками или косвенно посредством жидкого теплоносителя в промежуточном связывающем контуре, который может, например, включать водяной контур кипячения/конденсации или однофазный водяной контур под давлением. Промежуточный связывающий контур теплопереноса можно применять, чтобы избежать риска избыточно высоких температур стен (выше 170°C), встречающихся в теплообменнике, который непосредственно связывает горячую реакционную смесь (при температуре, составляющей, например, 800°C) с потоком кипящего нитрата аммония. Если доступная теплота из реакционной смеси азотной кислоты и из реакционной смеси нитрата аммония недостаточна для концентрирования нитрата аммония до требуемой концентрации, в процесс можно подавать теплоту из внешнего источника, например, путем нагревания жидкого теплоносителя в промежуточном связывающем контуре.

Выпаривание воды из разбавленного раствора нитрата аммония может быть выполнено с помощью оборудования, имеющего разнообразные конструкции. Например, выпаривание разбавленного раствора нитрата аммония может быть выполнено в испарителе-теплообменнике однократного прохода (прямоточном).

Альтернативно кипящий раствор нитрата аммония можно подвергать рециркуляции через теплообменник под действием гравитационных гидростатических эффектов (то есть естественной циркуляции) или путем нагнетания. Например, испаритель-теплообменник может быть погружен под слоем жидкости кипящего раствора нитрата аммония внутри сосуда или составлять часть контура термосифона, находящегося снаружи сепаратора.

В качестве дополнительной альтернативы раствор нитрата аммония можно концентрировать в выпарном аппарате с падающей пленкой жидкости.

В формах осуществления, в которых используют промежуточный связывающий контур теплопереноса, включающий водяной контур кипения/конденсации, температура насыщения пара обязательно должна быть выше температуры начала кипения требуемого раствора нитрата аммония, например, для 80% раствора она должна быть выше 152°C в испарителе с давлением 2 бар (абсолютное давление) или выше 127°C в испарителе с давлением 1 бар (абсолютное давление). Средняя разность температур между нагревающимися и кипящими жидкостями в прямоточном испарителе выше, чем между жидкостями в рециркуляционном испарителе и, следовательно, прямоточный испаритель может иметь меньший размер.

В формах осуществления, в которых используют однофазный промежуточный связывающий контур теплопереноса и рециркуляционный испаритель, жидкий теплоноситель обязательно должен циркулировать при температурах выше температуры начала кипения требуемого раствора нитрата аммония, примеры которых идентифицированы выше.

В формах осуществления, в которых используют однофазный промежуточный связывающий контур теплопереноса и прямоточный испаритель, максимальная температура, достигаемая жидким теплоносителем, обязательно должна превышать температуру начала кипения требуемого раствора нитрата аммония, примеры которой идентифицированы выше. Тем не менее, минимальная температура жидкого теплоносителя должна превышать только температуру начала кипения разбавленного раствора нитрата аммония из реактора нитрата аммония, например, для 39% раствора нитрата аммония эта температура должна превышать 129°C в испарителе с давлением 2 бар (абсолютное давление) или превышать 107°C в испарителе с давлением 1 бар (абсолютное давление).

Таким образом, при использовании однофазного промежуточного связывающего контура теплопереноса с прямоточным испарителем теплота может выделяться из реакционной смеси азотной кислоты при более низких температурах, чем в вышеописанных альтернативах, за счет чего увеличивается количество теплоты, выделяемой из реакционной смеси.

Дополнительное преимущество прямоточного испарителя по сравнению с рециркуляционным испарителем может состоять в том, что протекание раствора нитрата аммония под давлением может сделать этот испаритель менее склонным к засорению кристаллическими твердыми веществами, чем погружной теплообменник, где перепады давления, развивающиеся за счет естественной циркуляции, в характерном случае намного ниже, чем возникающие в прямоточном потоке, и, следовательно, развитие закупоривания, по-видимому, менее вероятно.

Паровую и жидкую фазу из испарителя можно разделить в сепараторе любого типа, известного в данной области техники. Чтобы способствовать отделению капелек жидкости от пара из испарителя, в направлении верхнего конца сепаратора можно использовать конденсатосборник или уплотнитель, и во избежание отложения твердых веществ на таком конденсатосборнике или уплотнителе его можно опрыскивать промывочной жидкостью. Промывочная жидкость может включать воду, имеющую высокую чистоту, например, воду, подходящую для подачи в котлы, либо раствор азотной кислоты, аммиака или нитрата аммония.

В погружном или термосифонном рециркуляционном испарителе разбавление, возникающее в результате опрыскивания конденсатосборника промывочной жидкостью, по существу не влияет на необходимые температуры выпаривания, даже несмотря на то, что тепловая нагрузка возрастает, поскольку разбавляющая вода смешивается с рециркулирующим раствором. Тем не менее, на выходе прямоточного испарителя достигнутая концентрация раствора и, следовательно, требуемая температура начала кипения, должна быть повышена до такой степени, чтобы эффект разбавления в данном устройстве компенсировался.

Прямоточные и рециркуляционные испарители можно размещать внутри или снаружи сосуда, предложенного для разделения пара и раствора. Рециркуляционные испарители можно помещать внутри сосуда под уровнем жидкости, как погружные теплообменники, или снаружи во внутренних термосифонных контурах или контурах с насосом. В целом удобнее снимать или ремонтировать наружный теплообменник в том случае, когда он подвергается засорению, коррозии или другому повреждению.

Как указано выше, пар, образующийся при концентрировании раствора нитрата аммония в цикле производства нитрата аммония, можно переносить в цикл производства азотной кислоты с образованием по меньшей мере части водного компонента сырья установки окисления или исходного сырья, из которого получают сырье установки окисления.

В одной форме осуществления пар можно переносить в газообразном состоянии непосредственно из испарителя в цикл производства азотной кислоты. При условии, что испаритель работает при давлении, по меньшей мере немного превышающем давление камеры сгорания аммиака, сжатие пара не требуется.

В другой форме осуществления пар испарителя можно сжимать и возвращать в виде жидкого водного сырья в цикл производства азотной кислоты. В этом случае нижний предел на рабочее давление испарителя не налагается процессом производства азотной кислоты, поскольку жидкую воду можно без затрат нагнетать до любого требуемого давления. Возврат жидкой воды в процесс производства азотной кислоты также обеспечивает возможность абсорбции газообразного аммиачного сырья в процессе производства азотной кислоты, за счет чего снижается требуемое давление подачи аммиака в процесс производства азотной кислоты, в характерном случае до атмосферного давления или ниже. Тем не менее, как упомянуто выше, давления испарителя и подачи аммиака могут несколько превышать атмосферное давление во избежание проникновения атмосферы в процесс.

В форме осуществления, в которой пар из испарителя конденсируют до воды, эта вода может нести захваченные неконденсируемые газы, такие как водород и азот, которые могут поступать в процесс производства нитрата аммония в виде примесей в аммиачном сырье. При некоторых обстоятельствах, например, когда эти захваченные газы могут препятствовать работе жидкостного насоса по направлению потока, также газы можно отводить из фазового сепаратора, следующего за конденсатором пара, эффективно оставляя конденсат, не содержащий газов.

В форме осуществления, в которой внутри процесса отсутствует чисто жидкая вода, как, например, в форме осуществления, где пар испарителя возвращают в цикл производства азотной кислоты в газообразном состоянии, какой-либо избыток воды, образующийся в испарителе, можно отбрасывать путем отведения ее в виде пара. Недостаток воды в таком процессе можно восполнять в виде жидкости на некотором этапе объединенного процесса, например, при опрыскивании водой, применяемом для вышеописанного конденсатосборника, или в виде пара из внешнего источника. Когда водный баланс поддерживают путем добавления жидкой воды в испаритель, нагрузка на испаритель повысится, как и при опрыскивании водой, как описано выше. Когда водный баланс поддерживают путем добавления жидкой воды в водогрейный котел, следующий за установкой окисления аммиака, доступная теплота для испарителя уменьшится.

В форме осуществления, в которой пар испарителя конденсируют с образованием водного сырья процесса производства азотной кислоты, избыток или недостаток балластной воды можно регулировать путем добавления или извлечения воды в жидкой форме из потока конденсата, за счет чего избегают какой-либо необходимости в повышении нагрузки испарителя.

При работе системы газообразные примеси могут поступать либо в цикл производства азотной кислоты, либо в цикл производства нитрата аммония при подаче аммиака, при подаче кислорода и/или, при необходимости в добавлении воды, при подаче воды. Кислород, азот, аргон и другие газообразные примеси, которые не отводятся из сепаратора, следующего за абсорбером, могут также проходить из процесса производства азотной кислоты в процесс производства нитрата аммония. Тем не менее, реакционные примеси, такие как водород и кислород, циркулируют внутри объединенного процесса до тех пор, пока они не прореагируют с образованием воды в камере сгорания аммиака; а неконденсируемые инертные газообразные примеси, такие как аргон и азот, циркулируют до тех пор, пока не достигают газоотвода, наиболее вероятно, в разделителе кислоты, следующем за абсорбером кислоты.

Растворенные примеси могут поступать в процесс в добавляемой воде, и их можно удалять либо из продукта, представляющего собой нитрат аммония, либо в виде сбросной воды из рециркуляции воды внутри цикла производства азотной кислоты.

В некоторых обстоятельствах возможно, что достаточное количество теплоты недоступно из реакционной смеси (выделяемой в цикле производства азотной кислоты) для концентрирования раствора нитрата аммония до требуемой степени. В этом случае в отсутствие другого источника теплоты при достаточной высокой температуре в пределах объединенного процесса, чтобы направлять процесс выпаривания, можно принимать альтернативные меры, такие как выпаривание в многокорпусном аппарате и/или подвод теплоты из внешнего источника.

Способ будет понятен более полно на основании последующего описания: трех иллюстративных примеров осуществления только способов производства азотной кислоты и двух иллюстративных примеров осуществления объединенных способов производства азотной кислоты и производства нитрата аммония с применением этой азотной кислоты.

Эти описания приведены в качестве примера со ссылкой на принципиальные схемы (блок-схемы), как показано в сопроводительных графических материалах.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

В графических материалах

на фиг.1 представлена блок-схема, применимая к первому примеру осуществления способа производства азотной кислоты, в котором воду, аммиак и кислород в газообразной форме объединяют с образованием исходного сырья для производства азотной кислоты;

на фиг.2 представлена блок-схема, применимая ко второму примеру осуществления способа производства азотной кислоты, в котором жидкую воду подают в качестве компонента исходного сырья и испаряют с объединением с компонентами исходного сырья, представляющими собой аммиак и кислород;

на фиг.3 представлена блок-схема, применимая к третьему примеру осуществления способа производства азотной кислоты, в котором компоненты, представляющие собой водный аммиак и кислород, объединяют с образованием сырья, которое пропускают через теплообменник входящего/отходящего потока;

на фиг.4 представлены графики зависимости температуры от теплоты, иллюстрирующие характерную работу противоточного теплообмена между входящим и отходящим потоком в теплообменнике, показанном на фиг.3;

на фиг.5 представлена блок-схема, применимая к первому примеру осуществления объединенного способа производства азотной кислоты и нитрата аммония, где данная блок-схема иллюстрирует один тип реактора-концентратора нитрата аммония;

на фиг.5A проиллюстрирован альтернативный тип реактора-к