Комплексный способ получения нитрата аммония

Комплексный способ получения нитрата аммония

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к способу получения нитрата аммония, объединяющему получение азотной кислоты с получением нитрата аммония.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Международная заявка на патент WO 2012/07161 раскрывает комплексный способ получения нитрата аммония, согласно которому:

a) подаваемый газообразный сырьевой материал установки окисления (т.е. материал, подаваемый в эту установку), состоящий по меньшей мере по существу из аммиака, водяного пара и окисляющего газа, подвергают воздействию условий, при которых аммиак окисляется с образованием реакционной смеси, содержащей монооксид азота и водяной пар,

b) реакционную смесь охлаждают в теплообменнике, в результате чего монооксид азота окисляется, водяной пар конденсируется, а продукты окисления монооксида азота реагируют с конденсированной водой и абсорбируются ею с образованием потока азотной кислоты, и

c) поток азотной кислоты реагирует с потоком аммиака с образованием нитрата аммония.

Как описано в WO 2012/071616, отдельные потоки аммиака поступают на стадии получения азотной кислоты и нитрата аммония. Кроме того, согласно одному из вариантов осуществления описанного способа, пар, образующийся в ходе концентрирования раствора нитрата аммония на стадии получения нитрата аммония, подают на стадию получения азотной кислоты с образованием по меньшей мере части парового компонента сырьевого материала установки окисления или с образованием части водного или парового компонента исходного сырья, из которого происходит сырьевой материал установки окисления. Кроме того, в одном из вариантов осуществления описано, что на стадию получения нитрата аммония может подаваться небольшой избыток аммиака (для уменьшения коррозии испарителя и подавления парциального давления азотной кислоты в паровом пространстве испарителя), и, как следствие, небольшое количество аммиака (по существу менее 10% аммиачного компонента сырьевого материала установки окисления) может поступать на стадию получения азотной кислоты с паром.

Авторы настоящего изобретения установили, что, подавая существенный избыток (то есть по меньшей мере 10%) аммиака на стадию получения нитрата аммония, можно уменьшить размер реактора для получения нитрата аммония, а также, возможно, снизить требования к точности перемешивания для завершенной реакции азотной кислоты. Кроме того, установлено, что существенный избыток аммиака может эффективно подаваться со стадии получения нитрата аммония на стадию получения азотной кислоты в составе подаваемого пара, состоящего по существу полностью из пара, требуемого на стадии получения азотной кислоты.

Как также описано в WO 2012/071616, окисляющий газовый компонент из сырьевого материала установки окисления включает в себя газ, содержащий более приблизительно 80% кислорода. Однако авторы настоящего изобретения установили, что окисляющий газ может содержать воздух или другую окисляющую газообразную смесь, обогащенную кислородом менее чем на 80%; допуская, что объем реакции-абсорбции будет существенно больше, однако это скомпенсируется возможностью существенного сокращения затрат за счет использования менее обогащенного кислородом окисляющего газа.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение можно охарактеризовать, как предоставляющее способ получения нитрата аммония, согласно которому:

a) газообразный сырьевой материал установки окисления, состоящий по меньшей мере по существу из аммиака, водяного пара и окисляющего газа, подвергают воздействию условий, при которых аммиак окисляется с образованием реакционной смеси, содержащей монооксид азота и водяной пар,

b) реакционную смесь охлаждают в теплообменнике, в результате чего монооксид азота окисляется, водяной пар конденсируется, а продукты окисления монооксида азота реагируют с конденсированной водой и абсорбируются ею с образованием потока азотной кислоты, с превращением по существу всего монооксида азота, содержащегося в реакционной смеси, в азотную кислоту,

c) поток азотной кислоты реагирует с потоком аммиака на стадии получения нитрата аммония с образованием нитрата аммония,

d) по меньшей мере 80% пара в составе сырьевого материала установки окисления происходит со стадии получения нитрата аммония, и

e) по меньшей мере 10% аммиака в составе сырьевого материала установки окисления происходит и доставляется паром со стадии получения нитрата аммония.

Настоящее изобретение можно также охарактеризовать как обеспечивающее нитрат аммония (в любой из его разнообразных возможных форм), получаемый указанным выше способом.

При использовании в упомянутых выше и последующих определениях изобретения термин "окисляющий газ" следует понимать как смесь, содержащую воздух или другой окисляющий газ, или, предпочтительно, как газ, содержащий более чем приблизительно 80%, предпочтительно, по меньшей мере 90% кислорода и, наиболее предпочтительно, более 95% кислорода.

Кроме того, "по существу весь" в отношении монооксида азота в приведенных выше и последующих определениях изобретения означает количество монооксида азота, превышающее 90%, предпочтительно, превышающее 95%, и наиболее предпочтительно, вплоть до уровня, приближающегося по возможности к 100%, от количества, присутствующего в реакционной смеси. Если конверсия внутри теплообменника протекает на более низком уровне, чем необходимо, процесс реакция-абсорбция может быть продолжен в последующей реакционно-абсорбционной камере или в трубке с теплообменом или без него. Таким образом, приближение конверсии внутри теплообменника к 100% является необязательным, поскольку процесс реакции-абсорбции может быть продолжен, помимо того, что протекает в теплообменнике, в последующем адиабатическом реакторе-абсорбере, хотя и ограниченно. Другими словами, известно, что более высокие температуры отрицательно сказываются на конверсии и абсорбции монооксида азота, и в тех случаях, когда последующую реакцию-абсорбцию проводят в адиабатических условиях, в реагирующем потоке могут происходить значительные повышения температуры. Например, увеличение конверсии монооксида азота от 99% до 100% в адиабатических условиях повлекло бы за собой повышение температуры порядка 2,5°C, тогда как увеличение конверсии от 90% до 100% повлекло бы за собой повышение температуры на 24°C.

Кроме того, термин "концентрация" при использовании в контексте данного описания следует понимать как означающий: в контексте водных растворов - процентное содержание чистого растворенного вещества (например, нитрата аммония или азотной кислоты) в растворе в массовом отношении, а в контексте газообразных смесей - процентное содержание чистого компонента (например, кислорода) в смеси в объемном отношении.

Пар, происходящий со стадии получения нитрата аммония, предпочтительно содержит от 80% до 100% парового компонента газообразного сырьевого материала установки окисления и, наиболее предпочтительно, содержит приблизительно 100% парового компонента газообразного сырьевого материала установки окисления. В случае, когда со стадии получения нитрата аммония поступает менее 100% пара, остаток требуемого пара будет обеспечиваться из отдельного источника. Хотя аммиак, поступающий со стадии получения нитрата аммония, может составлять лишь 10%, предпочтительно, чтобы он был значительно большим компонентом и мог составлять по меньшей мере 80% аммиачного компонента газообразного сырьевого материала установки окисления, при этом остаток требуемого количества подаваемого аммиака будет поступать из внешнего источника аммиака. Тем не менее, аммиак, поступающий со стадии получения нитрата аммония, предпочтительно составляет от 80% до 100% аммиачного компонента газообразного сырьевого материала установки окисления и, наиболее предпочтительно, составляет приблизительно 100% аммиачного компонента газообразного сырьевого материала установки окисления. В этом последнем случае, и как будет описано далее в данном описании, аммиак будет подаваться на стадию получения нитрата аммония из внешнего источника в количестве, приблизительно равном общему количеству, которое должно быть израсходовано на стадии получения нитрата аммония и стадии получения азотной кислоты. Это будет несколько превышать удвоенное количество, которое должно быть израсходовано на стадии получения нитрата аммония.

Азотная кислота, получаемая во время описанного выше процесса, будет по существу разбавленной. Азотная кислота будет иметь, например, концентрацию порядка от 20% до 50% в зависимости от количества воды, содержавшейся в реакционной смеси, и от состава окисляющего газа. Как следствие, в таком случае нитрат аммония, полученный первичной реакцией разбавленной азотной кислоты с аммиаком, на стадии получения нитрата аммония будет также иметь относительно низкую массовую концентрацию (например, порядка от 30% до 60%) в потоке продукта реакции (который может быть двухфазным), однако раствор нитрата аммония в получающейся в результате жидкой фазе может быть сконцентрирован (например, до концентрации порядка от 75% до 85%) за счет подвода тепла (которое может поступать со стадии получения азотной кислоты, как описано ниже) с удалением избыточной воды.

Тепло для концентрирования раствора нитрата аммония в указанном выше потоке реакционного продукта может поступать на стадию получения нитрата аммония в результате прямого теплообмена между реакционной смесью (образующейся при окислении аммиака во время стадии получения азотной кислоты) и двухфазным потоком продукта реакции или за счет косвенного теплообмена между двумя стадиями, с использованием промежуточного теплообменного контура с теплоносителем, таким как вода или пар/вода. Такое тепло также может происходить из тепла реакции между аммиаком и азотной кислотой и/или из внешнего источника.

Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, пар и аммиак для сырьевого материала установки окисления поступают из устройства разделения фаз, соединенного с испарителем раствора нитрата аммония на стадии получения нитрата аммония. Разделение паровой и жидкой фаз может быть осуществлено внутри разделительного устройства (сепаратора) с помощью любого из различных возможных способов, включающих в себя электростатическое осаждение или осаждение с помощью каплеулавливающего устройства, способствующего отделению капель жидкости, содержащей нитрат аммония. В последнем случае каплеулавливающее устройство может (но не обязательно) орошаться водой или другой жидкостью во избежание накопления твердых частиц нитрата аммония. В случае использования воды или другой жидкости она может поступать либо из внешнего источника, либо непосредственно со стадии получения нитрата аммония.

Согласно другим вариантам осуществления изобретения, на стадии получения нитрата аммония могут быть использованы по меньшей мере два испарителя раствора нитрата аммония и, соответственно, связанных с ними разделительных устройства, вследствие чего пар и аммиак для сырьевого материала установки окисления могут поступать из первого из сепараторов, и по меньшей мере часть (дополнительного) пара из второго из сепараторов может быть сконденсирована с образованием жидкого потока, подлежащего использованию в качестве промывной воды для каплеулавливающего устройства (устройств) в каком-либо одном или в обоих устройствах разделения фаз (сепараторах фаз).

Согласно альтернативному варианту осуществления, для которого может потребоваться промывная вода, может быть использован один испаритель раствора нитрата аммония, а паровая фаза из связанного с ним (одного) сепаратора может быть разделена на два потока, один из которых будет составлять сырьевой материал установки окисления, а другой - конденсироваться для использования в качестве подаваемой промывной воды, последний из которых может содержать значительную концентрацию растворенного аммиака.

При объединении различных возможных (необязательных) вариантов осуществления настоящего изобретения может быть получен комплексный способ, согласно которому в установившемся режиме:

a) двумя единственными сырьевыми материалами для процесса являются аммиак и окисляющий газ, предпочтительно, газ, содержащий по меньшей мере 80% кислорода, но, в качестве альтернативы, воздух. Балластный пар и промывная вода (в случае использования), используемые в процессе, образуются в результате химических реакций непосредственно внутри процесса и выходят в виде конечного продукта (его части);

b) как следствие пункта (a), отсутствует необходимость в подаче воды, при этом не будут образовываться загрязненные воды или стоки; хотя при запуске в эксплуатацию могут потребоваться какие-либо вспомогательные подачи и стоки;

c) комплексный способ является самообеспеченным в плане тепла;

d) в случае, когда окисляющий газ содержит кислород, не будет какого-либо значительного потока сточных вод, отличного от потока продукта и потока отходящих газов, состоящих главным образом из компонентов, отличных от кислорода, изначально присутствовавших в потоке окисляющего газа, и избыточного кислорода; хотя в случае, когда окисляющий газ содержит воздух, будет значительный выходящий поток отходящих газов, содержащих азот, изначально присутствовавший в воздухе;

e) при использовании двух испарителей и подаваемой промывной воды, расход парового балласта, направляемого в установку окисления, может быть отрегулирован с помощью изменения теплового баланса между двумя испарителями с, например, увеличением расхода парового балласта, сопровождающимся соответствующим уменьшением расхода промывной воды.

Пар, содержащийся в сырьевом материале установки окисления, способствует поддержанию смеси аммиак-кислород ниже предела взрываемости и сдерживанию роста температуры во время окисления аммиака, а также служит в сконденсированном виде для абсорбции продуктов окисления монооксида азота.

Теплообменник, используемый при абсорбции на стадии получения азотной кислоты, может включать в себя теплообменник любого типа, обеспечивающий передачу тепла от технологической жидкости (в настоящем изобретении - реакционной смеси) к охлаждающей жидкости; например, кожухотрубчатый теплообменник, пластинчатый теплообменник с вытравленными каналами, пластинчатый теплообменник или лопастный теплообменник. Проходы для потоков жидкостей внутри теплообменника предпочтительно имеют небольшой размер поперечного сечения (например, эквивалентный диаметр меньше приблизительно 3 мм и, предпочтительно, меньше 2 мм), чтобы облегчить тепло- и массоперенос и способствовать компактности теплообменника. Кроме того, в зависимости от технологических требований, может использоваться один теплообменник либо два или несколько теплообменников могут быть соединены параллельно или последовательно, при этом выражения ″теплообменник″, используемое в данном описании, следует рассматривать в этом контексте. Хладагент может включать в себя газ, например, нагнетаемый с помощью охлаждающего вентилятора воздух, или жидкость, такую как вода.

Новое использование теплообменника для полного завершения абсорбции на стадии абсорбции (в отличие от использования в способах предшествующего уровня техники противоточного абсорбера) позволяет получать относительно разбавленную азотную кислоту. Такая кислота имеет низкое давление насыщенных паров азотной кислоты и нитрозных газов, что устраняет необходимость в противоточном контактировании для достижения полной абсорбции этих компонентов. Тем не менее, скорость, с которой протекает конверсия монооксида азота в кислоту, по мере того, как процесс приближается к завершению, определяется в первую очередь скоростью химической реакции окисления монооксида азота, которая резко увеличивается при повышении концентраций монооксида азота и кислорода. Согласно способу настоящего изобретения, пар, используемый в качестве балласта при окислении, по существу конденсируется во время абсорбции с образованием части разбавленной азотной кислоты, тем самым увеличивая концентрацию оставшихся газообразных реагентов и содействуя их относительно быстрой реакции и абсорбции. Эффект заключается в том, чтобы усилить процесс реакции/абсорбции, причем этот эффект будет наибольшим, когда, как в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, композиция окисляющего газа близка к 100% кислорода. Согласно альтернативному варианту осуществления изобретения, в случае когда окисляющий газ состоит из воздуха или другой газовой смеси, содержащей по существу менее 100% кислорода, неконденсирующийся разбавленный газ (например, смесь азота и аргона) уменьшает усиление, достигаемое при конденсации пара, это требует, чтобы теплообменник имел больший размер, чем это было бы необходимо в случае более обогащенного кислородом окисляющего газа. Если окисляющий газ состоит из воздуха, может потребоваться, чтобы теплообменник имел объем, в два или несколько раз превышающий объем, который потребовался бы в случае окисляющего газа, содержащего почти 100% кислорода, однако, как отмечалось ранее, это может быть скомпенсировано за счет потенциальной возможности значительного сокращения расходов от применения менее обогащенного кислородом окисляющего газа.

В случае, когда вместо кислорода в качестве окисляющего газового компонента сырьевого материала установки окисления используют, например, воздух, именно достаточное количество воздуха предпочтительно подавать на стадию окисления аммиака (именуемую в дальнейшем ″установка окисления″) для полного окисления аммиака. Оставшийся воздух (необходимый для окисления монооксида азота) будет затем подаваться в поток реакционного газа после установки окисления и перед теплообменником на стадии абсорбции. Как правило, предпочтительно минимизировать расход воздуха в установку окисления, чтобы свести к минимуму необходимость в предварительном нагревании воздуха и потока через установку окисления. Необходимость, если таковая существует, в предварительном нагревании воздуха будет определяться потоком рециркуляции пара-аммиака в установку окисления, и любое предварительное нагревание, которое может потребоваться, предпочтительно осуществлять за счет теплообмена с потоком реакционного газа, чтобы достичь требуемой температуры установки окисления.

В случае, когда окисляющий газ включает в себя газ, содержащий более чем приблизительно 80% кислорода (именуемый в дальнейшем ″кислород″), кислород в сырьевой материал установки окисления может подаваться в количестве, достаточном для окисления по существу всего аммиака и по существу всего монооксида азота. Альтернативно, кислород в исходном сырье может подаваться в количестве, достаточном для окисления по существу всего аммиака, при этом дополнительное количество кислорода может быть добавлено в реакционную смесь перед конденсацией водяного пара для окисления по существу всего монооксида азота.

На стадии окисления аммиака (где подаваемую смесь парбалластированный аммиак-окисляющий газ окисляют с образованием преимущественно монооксида азота в объеме нитрозных газов) сырьевой материал установки окисления может быть нагрет до температуры в диапазоне от 700°C до 1000°C (как правило, приблизительно до 800°C) при давлении в диапазоне от 1 бар (абсолютное давление) до 15 бар (абсолютное давление) (как правило, приблизительно 2 бар (абсолютное давление)) в присутствии катализатора. Катализатор может быть использован в виде каталитической системы любого типа, включая слой оксида кобальта или платино-родиевый катализатор в форме слоев тканой или плетеной проволочной сетки. Нагревание сырьевого материала установки окисления в установке окисления может быть осуществлено с помощью адиабатического выделения тепла реакции или за счет теплообмена с внешней средой либо комбинацией этих двух способов. Окисляющий газ может быть нагрет до смешивания его с паровым и аммиачным компонентами сырьевого материала установки окисления. При проведении теплообмена для нагревания или охлаждения установка окисления может включать в себя теплообменный реактор.

Реакционная смесь из процесса окисления аммиака может быть охлаждена до первой температуры выше точки росы реакционной смеси (например, до температуры приблизительно 140°C) за счет теплообмена с теплоносителем. Этот теплоноситель может быть использован для теплопередачи с целью концентрирования (путем испарения) раствора нитрата аммония на стадии получения нитрата аммония. Таким образом, в случае варианта осуществления изобретения, такого как описан выше, теплоноситель может направляться в теплообменник, представляющий собой испаритель, или, при наличии нескольких, в каждый испаритель.

Окисление монооксида азота и сопутствующие реакции, приводящие к образованию азотной кислоты, регулируются рабочими давлением и температурой, свойственными конструкции системы, и, по меньшей мере, в конечной фазе абсорбции, температурой доступного хладагента. Окисление протекает лишь в определенных пределах до тех пор, пока не начнется постокислительное охлаждение, которое протекает (исходя из заранее составленных диаграмм) при температурах до 800°C. После охлаждения реакционной смеси первая жидкость начнет образовываться в точке росы при рабочем давлении, и образование кислоты продолжится по мере дальнейшего охлаждения смеси. Конденсат будет образовываться при рабочем давлении приблизительно 15 бар (абсолютное давление) и, таким образом, начнется образование азотной кислоты при соответствующей температуре насыщения приблизительно 200°C, при этом образование кислоты будет продолжаться до температуры приблизительно 50°C принимая во внимание, что последняя температура будет ограничиваться температурой доступного хладагента. Во время работы при давлении 2 бар (абсолютное давление) образование кислоты начнется при температуре приблизительно 110°C.

Состав газообразных примесей, не сконденсированных или не абсорбировавшихся в абсорбирующей фазе на стадии получения азотной кислоты, будет зависеть от состава (например, воздух или кислород) окисляющего газа и, в случае окисляющего газа, состоящего из 80%+кислорода, может включать в себя избыточный непрореагировавший кислород, аргон и другие примеси, привносимые в процесс подаваемым окисляющим газом, а также азот и окись азота, образующиеся в качестве побочных продуктов в установке окисления. Эти газообразные примеси могут быть отделены от азотной кислоты с помощью по меньшей мере одного сепаратора до реакции азотной кислоты и аммиака на стадии получения нитрата аммония.

После того, как абсорбер азотной кислоты принимает реакционную смесь из установки окисления, в то время, как испаритель нитрата аммония подает смесь в установку окисления, в случае, если необходимо избежать механического сжатия паров, давление в абсорбере азотной кислоты должно быть ниже давления в реакторе для получения нитрата аммония, и азотную кислоту нужно будет закачивать в реактор под давлением.

Реакция азотной кислоты и аммиака на стадии получения нитрата аммония может быть осуществлена с помощью любого способа, известного в данной области техники, включая, например, совместную подачу реагентов адиабатически через трубу или трубку подходящей длины В качестве альтернативы, реакцию можно проводить в неадиабатическом (теплообменном) реакторе, в котором (совместно текущие) реагенты будут нагреваться или охлаждаться с помощью теплоносителя. В качестве еще одной альтернативы, реакцию можно проводить путем смешивания аммиака и азотной кислоты в реакторе, который может в случае необходимости нагреваться либо охлаждаться. Реактор также может работать как испаритель.

Азотная кислота может быть нагрета перед смешиванием и реакцией с аммиаком. В этом случае по меньшей мере некоторая часть тепла, выделяющегося при реакции, может приводить к образованию пара, а не к простому подогреванию потока нитрата аммония до температуры ниже точки кипения в следующем испарителе. Такое подогревание азотной кислоты может осуществляться за счет теплопередачи от горячих потоков на стадии получения азотной кислоты, например, от потока реакционной смеси из установки окисления или от жидкого рециркуляционного потока. Альтернативно, подогрев кислоты может быть осуществлен с помощью теплопередачи от пара, отделяемого от раствора нитрата аммония в упомянутом выше втором сепараторе.

Аммиак может подаваться на стадию получения нитрата аммония в жидкой или, что предпочтительно, газообразной форме. Давление подачи должно быть по меньшей мере таким же высоким, как давление подаваемого потока азотной кислоты в точке смешивания, а аммиак может иметь любую подходящую температуру, как правило, температуру, близкую к температуре окружающей среды.

Первый испаритель будет работать при давлении несколько выше давления в камере сгорания аммиака и, предпочтительно, выше атмосферного давления во избежание возможности инфильтрации воздуха в испаритель (испарители) и установку окисления. Испаритель (испарители) могут работать, например, при давлении от 1,5 бар (абсолютное давление) до 2,5 бар (абсолютное давление).

Температура испарителя зависит от давления испарения и концентрации раствора нитрата аммония. Например, температура начала кипения 39% раствора нитрата аммония при давлении 1 бар составляет 107°C, тогда как температура начала кипения 80% раствора нитрата аммония при давлении 3 бар составляет около 168°C. Известно, что нагревание твердого нитрата аммония до температуры 170°C или выше проходит с риском быстрого разложения нитрата аммония, и его следует избегать. Вследствие этого из соображений устойчивости продукта, состоящего, например, из порядка 80% нитрата аммония, испаритель (испарители) будут на практике ограничены работой при давлении 3 бар (абсолютное давление).

Тепло может передаваться (как упоминалось выше) от реакционной смеси, содержащей азотную кислоту, к раствору нитрата аммония внутри испарителя (испарителей) за счет прямого теплообменного контакта между потоками или косвенно с помощью теплоносителя в промежуточном теплообменном контуре; который может, например, включать в себя контур кипения/конденсации воды или однофазный водяной цикл под давлением. Промежуточный теплообменный контур может быть использован для того, чтобы избежать риска чрезмерно высоких температур стенок (>170°C), что имеет место в теплообменнике, в котором происходит непосредственный контакт горячей реакционной смеси (например, при температуре 800°C) с потоком кипящего нитрата аммония.

Если тепла от реакционной смеси азотной кислоты и от реакции нитрата аммония недостаточно для концентрирования нитрата аммония до требуемой концентрации, в процесс может подаваться тепло из внешнего источника, например, за счет нагревания теплоносителем в промежуточном теплообменном контуре.

Выпаривание воды из разбавленного раствора нитрата аммония может осуществляться на оборудовании с самыми разнообразными конфигурациями. Например, выпаривание разбавленного раствора нитрата аммония может осуществляться в однопроходном (прямоточном) испарителе-теплообменнике.

Альтернативно, кипящий раствор нитрата аммония может быть рециркулирован через теплообменник под действием гравитационных гидростатических эффектов (то есть естественной циркуляции) или закачиванием с помощью насоса. Например, испарительный теплообменник может быть погружен под уровень жидкости кипящего раствора нитрата аммония внутри реактора или может образовывать часть петли термосифона за пределами испарительного реактора.

В качестве еще одной альтернативы, раствор нитрата аммония может быть сконцентрирован в испарителе с падающей пленкой.

В вариантах осуществления изобретения, использующих промежуточный теплообменный контур кипение/конденсирующаяся вода, температура насыщенного пара должна быть выше температуры начала кипения требуемого раствора нитрата аммония - например, для 80% раствора - выше 152°C при давлении в испарителе 2 бар (абсолютное давление), или выше 127°C при давлении в испарителе 1 бар (абсолютное давление). Средняя разность температур между нагреванием и кипящими жидкостями в прямоточном испарителе выше, чем таковая между жидкостями в рециркуляционном испарителе и, следовательно, прямоточный испаритель может иметь меньший размер.

В вариантах осуществления изобретения, использующих однофазный промежуточный теплообменный контур и рециркуляционный испаритель, теплоноситель должен циркулировать при температурах выше температуры начала кипения требуемого раствора нитрата аммония.

В вариантах осуществления, использующих однофазный промежуточный теплообменный контур и прямоточный испаритель, максимальная температура, достигаемая с помощью теплоносителя, должна превышать температуру начала кипения требуемого раствора нитрата аммония. Однако при этом необходимо, чтобы минимальная температура теплоносителя превышала температуру начала кипения разбавленного раствора нитрата аммония из реактора для получения нитрата аммония, например, для 39% раствора нитрата аммония - выше 129°C при давлении в испарителе 2 бар (абсолютное давление) или выше 107°C при давлении в испарителе 1 бар (абсолютное давление). Так, при использовании однофазного промежуточного теплообменного контура с прямоточным испарителем тепло может отдаваться от реакционной смеси азотной кислоты при более низких температурах, чем при использовании промежуточного теплообменного контура с кипением/конденсацией воды, тем самым увеличивая количество тепла, получаемого от реакционной смеси.

Еще одно преимущество прямоточного испарителя над рециркуляционным испарителем может заключаться в том, что принудительное течение раствора нитрата аммония может сделать его менее подверженным образованию осадка твердых кристаллических веществ по сравнению с погружным теплообменником, в котором перепад давления, создаваемый естественной циркуляцией, будет, как правило, значительно ниже, чем перепад давления, возникающий в случае прямоточного потока, и, следовательно, менее вероятна необходимость чистки образующихся засоров.

Сепаратор или (если их два) каждый из сепараторов, в котором разделяют паровую и жидкую фазы из испарителя (испарителей), может включать в себя разделительный реактор любого известного типа. Как указано выше в контексте одного из вариантов осуществления изобретения, для облегчения отделения капель жидкости от пара, вблизи верхней части разделительного реактора может быть использовано каплеулавливающее устройство той или иной формы, и, во избежание осаждения твердых веществ на таком каплеулавливающем устройстве, оно может орошаться промывной жидкостью. Промывная жидкость может содержать конденсационную воду (как описано выше) или раствор азотной кислоты, аммиака или нитрата аммония.

Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, в случае использования двух испарителей промывная жидкость может накапливаться в каплесборниках и подаваться во второй из двух испарителей перед подачей остаточной жидкости обратно в поток раствора нитрата аммония для исключения или сведения к минимуму разбавления раствора нитрата аммония, что в противном случае может быть вызвано промывной жидкостью.

Во время работы системы газообразные примеси могут попадать либо на стадию получения азотной кислоты, либо на стадию получения нитрата аммония с подаваемым аммиаком, подаваемым кислородом и/или, в случае необходимости использования добавочной воды, с подаваемой водой. Кроме того, кислород, азот, аргон и другие газообразные примеси, которые не выдуваются из сепаратора после абсорбера, могут поступать со стадии получения азотной кислоты на стадию получения нитрата аммония. Однако, как правило, водород (поступающий вместе с аммиаком) будет циркулировать внутри комплексного способа до тех пор, пока он не прореагирует с образованием воды в камере сгорания аммиака; при этом избыточный кислород и неконденсируемые инертные газообразные примеси, такие как аргон и азот, будут циркулировать до тех пор, пока не достигнут газоотводного отверстия, наиболее вероятно, в сепараторе кислоты после абсорбера азотной кислоты.

Растворенные примеси могут поступать в процесс с добавочной водой (если таковая используется) и выгружаться вместе с продуктом нитратом аммония.

При определенных обстоятельствах возможно, что тепла реакционной смеси (получаемой на стадии получения азотной кислоты) будет недостаточно для концентрирования раствора нитрата аммония до требуемой степени. В этом случае в отсутствии другого источника тепла при достаточно высокой температуре внутри комплексного способа для приведения в действие процесса испарения могут быть использованы альтернативные меры, такие как многокорпусное выпаривание и/или подача тепла от внешнего источника.

В варианте осуществления изобретения, при котором, например, аммиак, подаваемый со стадии получения нитрата аммония на стадию получения азотной кислоты, составляет приблизительно 100% аммиачного компонента сырьевого материала установки окисления, следует использовать процесс запуска для инициирования образования азотной кислоты и последующего получения двухфазной смеси нитрат аммония-пар, для обеспечения обратной подачи смеси пар-аммиак на стадию получения азотной кислоты. Такой процесс запуска описан в общих чертах ниже в данном описании.

Изобретение будет более понятно из последующего описания четырех иллюстративных вариантов осуществления комплексных способов получения нитрата аммония. Описания представлены в качестве примера со ссылкой на технологические схемы, изображенные на прилагаемых графических материалах.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

На графических материалах:

на Фиг.1 изображен первый вариант осуществления комплексного способа, согласно которому весь пар и аммиак в объеме установки окисления, подаваемый на стадию получения азотной кислоты, поступает со стадии получения нитрата аммония,

на Фиг.2 показан второй вариант осуществления комплексного способа, согласно которому поток пара конденсируют и используют в качестве промывной воды для каплеулавливающего устройства внутри каждого из двух сепараторов пар-нитрат аммония на стадии получения нитрата аммония,

на Фиг.3 изображена разновидность варианта осуществления, изображенного на Фиг.2, согласно которой смесь промывная вода - нитрат аммония получают из сепараторов на стадии получения нитрата аммония, и

на Фиг.4 показан третий вариант осуществления комплексного способа, согласно которому в качестве окисляющего газа на стадии получения азотной кислоты в виде альтернативы кислороду используют воздух.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЛЛЮСТРАТИВНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Комплексный способ получения нитрата аммония, такой как изображен на каждой из Фиг. с 1 по 4, включает в себя два независимых процесса, один из которых проводят на стадии 10 получения азотной кислоты (″стадия азотной кислоты″), изображенной слева от средней линии 11 на схеме, а другую проводят на стадии 12 получения нитрата аммония (″стадия НА″), изображенной справа от средней линии 11.

В общих чертах, поток 13 разбавленной азотной кислоты со стадии 10 азотной кислоты реагирует с потоком 14 аммиака на стадии НА 12 с образованием двухфазного потока нитрата аммония, содержащего паровую фазу, преимущественно состоящую из пара и аммиака, и жидкую фазу раствора нитрата аммония. Жидкую фазу затем концентрируют с помощью выпаривания с образованием потока 15 продукта нитрата аммония требуемой концентрации. Концентрированно может осуществляться с помощью одного испарителя и соединенного с ним сепаратора, как показано на Фиг.1 и 4, или как изображено на Фиг.2 и 3, с использованием двух соединенных последовательно испарителей и связанных с ними сепараторов.

На стадии 10 азотной кислоты в установку окисления (″камеру сгорания″) 19 направляют сырьевой мат