CN112119039A - 生产硝酸的工艺 - Google Patents

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Abstract

合成氨和硝酸的一体化工艺，包括：a)生产氨补充合成气，包括在提供水蒸汽重整热的条件下烃原料的水蒸汽重整；将所述补充合成气催化转化为氨；催化氧化氨流，得到工艺气体；用水吸收所述工艺气体，获得硝酸，其中至少一部分水蒸汽重整热是从所述热工艺气体回收的。

Description

生产硝酸的工艺
技术领域
本发明涉及硝酸生产领域。
背景技术
硝酸是通过氨和氧气反应合成的。具体而言，根据以下反应，使一摩尔的氨与两摩尔的氧气反应，即可得到一摩尔的硝酸：
NH3+2O2→HNO3+H2O (1)
硝酸的合成主要涉及催化氧化氨，以产生包含氮氧化物NOx(主要为NO和NO2)、N2O副产物、氧气和氮气的气体，以及随后的步骤，其中所述气体与水接触，其中水与NO2反应以产生硝酸。所述NO2与水产生硝酸的反应通常称为吸收。随着NO2被吸收，NO与O2反应生成更多的NO2。
吸收步骤通常还输送含有N2O和残留NOx的尾气。所述尾气具有高于大气压的压力，并且通常在排放到大气中之前在合适的涡轮中进行工作膨胀(work-expanded)以回收能量。
用于制备硝酸的输入氨通常通过独立的工艺提供。所述工艺主要涉及烃原料(例如天然气)的转化以产生含氢的粗合成气，以及随后所述粗气体的纯化。所述烃原料的转化优选地包括在提供通常由燃料(例如天然气)燃烧提供的水蒸汽重整热的条件下进行水蒸汽重整的步骤。水蒸汽重整通常在水蒸汽重整器中进行，该蒸汽重整器包括炉/辐射区段和对流区段，所述对流区段从离开辐射区段的大约1000℃的燃料气中回收热量。含氢的粗合成气的纯化通常包括将CO变换为CO2、除去CO2和任选地甲烷化。将所得合成气转化为氨。
但是，上述用于合成硝酸的工艺导致产生大量水蒸汽，超过了该工艺本身所需的水蒸汽量，因此导致高能耗和高投资成本。
水蒸汽基本上由氨的催化氧化的热回收而产生。部分所述水蒸汽用于供给硝酸装置的压缩机组的水蒸汽轮机，所述压缩机组通常包括空气压缩机、亚硝酸气体压缩机(在双压装置中)、尾气涡轮机和所述水蒸汽轮机。然而，相对于内部水蒸汽消耗，所述水蒸汽是大大过量的，因此不能完全用于硝酸工艺本身。
所述水蒸汽也不能用于上述自给自足的氨的合成工艺中，其中主要通过冷却水蒸汽重整的流出物、通过CO变换的热回收以及通过合成气转化成氨来产生水蒸汽。因此，现代氨装置甚至不需要在正常运行中运行天然气辅助锅炉来产生额外的水蒸汽，或者将辅助锅炉保持在最小负荷且水蒸汽产生最少，从而在需要时能快速产生锅炉水蒸汽。因此，氨工艺过程中产生的水蒸汽量由该工艺本身决定，并且不能减少(例如通过减少向所述辅助锅炉的天然气进料)以利用硝酸工艺产生的过量水蒸汽。
根据一些现有技术，硝酸工艺与生产硝酸铵的工艺一体化，其中根据以下反应，通过使一摩尔硝酸与一摩尔氨反应来获得一摩尔硝酸铵：
HNO3+NH3→NH4NO2 (2)
因此，合成一摩尔硝酸铵消耗两摩尔氨，其中一摩尔氨用于生产中间体硝酸。
但是，生产硝酸铵的工艺仅消耗一部分硝酸工艺中产生的过量水蒸汽，而其余部分则未被利用。
因此，上述硝酸工艺导致大量的水蒸汽浪费。例如，硝酸生产速度为1500吨/天的硝酸装置消耗425吨/天的氨，并产生50吨/小时压力为40bar温度为400℃的过量水蒸汽，这相当于40Gcal/h的天然气产生的量。氨生产速度为425吨/天的氨装置消耗250Gcal/h的天然气，即200Gcal/h的工艺气体和50Gcal/h的燃料。由于氨装置能够自给自足地生产水蒸汽，因此硝酸装置生产的过量水蒸汽无法用于合成氨，天然气的潜在节省量相当于15％(40Gcal/h/250Gcal/h)，这是巨大的量，却无法实现。
由于水蒸汽是有价值的产品，因此希望将它的过量保持尽可能低。此外，蒸汽的产生随着硝酸工艺和氨工艺的效率一起增加，因为对于这两个工艺来说，较高的效率通常需要较低的水蒸汽用量；因此，强烈建议不要提高此类工艺的效率，因为这只会导致过量水蒸汽的增加。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的上述缺点。特别地，本发明旨在提供投资成本低且能耗低的硝酸工艺。更具体而言，本发明旨在保持尽可能低的过量蒸汽，从而避免有价值产品水蒸汽的显著损失。
通过根据权利要求1所述的合成氨和硝酸的一体化工艺达到了这些目的。
所述工艺包括氨的合成和硝酸的合成，
其中，所述氨的合成包括：
a)生产氨补充合成气，包括在提供水蒸汽重整热的情况下烃原料的水蒸汽重整；
b)将所述补充合成气催化转化为氨，
所述硝酸的合成包括：
c)催化氧化氨流，获得含有NO2的热工艺气体，和
d)用水吸收所述工艺气体，其中NO2与水反应以产生包含硝酸的产物流和包含氮气的尾气，
所述工艺的特征在于，至少一部分所述水蒸汽重整热是从由催化氧化所述氨流获得的热工艺气体回收的。
术语“氨补充合成气”表示包含适合合成氨(NH3)比例的氢(H2)和氮(N2)的合成气。
所述烃原料优选为轻烃原料，例如天然气。
所述工艺有利地包括将烃原料与水蒸汽混合，并在水蒸汽重整上游将所得混合物预热，从而提供将进行水蒸汽重整的预热的进料流。所述预热的进料流的温度优选高于400℃，更优选高于450℃，例如为约500℃。
从所述吸收步骤d)获得的尾气主要包含氮气但也包含大量杂质。所述杂质基本上包括例如作为催化氧化的副产物得到的N2O、残余的NOx(例如NO和NO2)、氧气、水、氩气和碳的氧化物(例如CO2)。氧含量优选高于4体积％。在排放到大气之前，将所述尾气在合适的膨胀器中进行工作膨胀以回收能量。
有利地，将所述尾气进行除去NOx和N2O的处理，该处理提供了NOx和N2O贫化的并且主要由氮气组成的处理过的尾气。根据各种实施方案，可以在尾气膨胀器的上游(第三级去除)和下游(第四级去除)两者进行所述处理。为简单起见，紧接在吸收步骤d)下游的尾气在下文中称为第一尾气，而由NOx和N2O去除处理产生的处理过的尾气在下文中称为第二尾气。
水蒸汽重整热包括第一热和第二热，其中供应所述第一热以在水蒸汽重整之前预热通过将烃原料与水蒸汽混合而获得的混合物，并且将所述第二热供应给进行水蒸汽重整的反应流，即在水蒸汽重整过程中供应热。
水蒸汽重整是吸热过程，并且优选地在高于600℃、更优选高于750℃的温度下进行。后者被认为是水蒸汽重整的流出物温度。
根据一个优选的实施方案，至少一部分第二热是从由所述步骤c)获得的热工艺气体中回收的。优选地，从所述热工艺气体中回收第二热的至少30％，更优选至少50％，甚至更优选至少70％。在一个优选的实施方案中，所述第二热量完全从所述热工艺气体中回收。
优选地，至少一部分第二热通过反应流与所述步骤c)的热工艺气体流出物之间的间接热交换而回收。术语“流出物”是指紧接所述步骤c)之后的工艺气体，即离开执行所述步骤c)的反应器时的工艺气体。
所述步骤c)的催化氧化是放热过程，并且是绝热进行的。流出的工艺气体的温度优选高于700℃，更优选高于850℃，甚至更优选为约900℃。
优选地，从将所述至少一部分第二热转移到进行水蒸汽重整的反应流之后的工艺气体流中回收第一热或第一热的一部分。所述工艺气体流的温度优选为300–700℃，更优选为450–600℃。
优选地，通过在专用的热交换器中所述工艺气体流与通过将烃原料与水蒸汽混合而获得的混合物之间的间接热交换回收所述第一热或第一热的一部分。因此，所述工艺气体流充当预热通过将烃原料与水蒸汽混合而获得的混合物步骤的热源。优选地，所述第一热完全从所述工艺气体流中回收。
根据一个具体的实施方案，仅一部分第二热从所述热工艺气体中回收。优选地，第二热的另一部分通过在专用燃烧器中燃烧燃料来提供，该燃烧提供热燃料气。燃料优选包括氢和/或烃(例如天然气)，并且氧化剂优选与步骤c)所用的氧化剂相同。优选地，所述氧化剂为空气。
优选地，第二热的至少30％是通过热工艺气体的热回收提供的，并且第二热的至少30％是从通过燃料燃烧产生的热燃料气回收的。例如，50％的所述第二热是从所述热工艺气体回收，并且50％是从所述热燃料气回收。
优选地，所述热燃料气与所述步骤c)的热工艺气体流出物混合以形成混合流，并且通过反应流与所述混合流之间的间接热交换回收第二热或第二热的一部分。所述混合流的温度高于所述步骤c)的热工艺气体流出物的温度，优选高于850℃，更优选高于900℃。
所述具体的实施方案具有以下优点。
首先，通过将工艺气体与燃料燃烧产生的燃料气混合而获得的料流具有比工艺气体更高的温度和更大的流量，因此可以获得更多的重整热和更高的温度。与仅由工艺气体提供热量的工艺相比，这提供了更有效的水蒸汽重整，这导致产生大量和/或具有较低含量未反应的烃的补充气。
此外，可以通过增加供给至燃烧器的燃料的量来增加提供给进行水蒸汽重整的反应流的热量。由此得出结论，所述热量(因此生产补充气体)可以通过燃烧所用的燃料和氧化剂的量来控制，该燃烧独立于氨氧化，即不会显著改变NO2的产量(因此不会影响硝酸的产量)。这允许产生所需量的氨，该所需量大于仅使用工艺气体产生的氨。例如，如下面的实施例中清楚显示的，产生合适量的氨以生产硝酸和硝酸铵。因此，本发明的工艺也可以有利地与生产硝酸铵的工艺进行一体化。
优选地，步骤a)包括在气体加热重整器(GHR)中进行水蒸汽重整，其中所述步骤c)中产生的热工艺气体用于提供驱使水蒸汽重整反应所需的热量。GHR用作热交换器，它包括反应流横穿的冷侧和热介质横穿的热侧。根据各种实施方案，所述热介质为所述步骤c)的工艺气体流出物或通过将工艺气体与通过燃料燃烧获得的燃料气混合而获得的混合流。
所述GHR优选为管壳式热交换器，其中冷侧优选为管侧，而热侧优选为壳侧。
优选地，由所述步骤b)获得的氨提供了进行所述步骤c)的氨流的至少一部分。更优选地，所述氨流完全由从所述步骤b)获得的氨提供。
根据本发明的一个优选的实施方案，至少一部分尾气为用于补充合成气的氮源。
优选地，将至少一部分第二尾气(即，从NOx和N2O去除处理中获得的尾气)添加到含氢的合成气中，从而提供所述补充合成气。然后，将如此获得的补充合成气在补充气体压缩机中压缩至所述步骤b)的氨合成压力，随后转化为氨。
所述含氢的合成气是通过将所述烃原料转化为粗合成气并随后纯化所述粗合成气而获得的。所述烃原料的转化至少包括所述水蒸汽重整阶段。
在一些实施方案中，所述烃原料的转化还包括在水蒸汽重整的下游用空气或富空气(enriched air)进行的二次重整、或用氧气进行的自热重整(ATR)。
所述粗气体的纯化优选地包括：将CO变换为CO2的步骤，除去CO2的步骤，以及任选地甲烷化的步骤。优选地，所述CO2去除步骤通过变压吸附(PSA)过程进行。
根据本发明的第一实施方案，在补充气体催化转化为氨之前，即在所述补充气体压缩机的吸气口处，供给用作氮源以获得补充气体的所述至少部分第二尾气。
根据第二实施方案，将用作氮源的所述至少部分第二尾气添加到含氢的粗合成气中(纯化之前)，提供粗补充合成气，随后对该粗补充合成气进行纯化。
优选地，将所述粗补充合成气进行去除氧气处理，以除去其中所含的氧气，氧气是氨合成催化剂的毒物。优选地，将所述粗补充合成气在合适的反应器中进行处理，其中氧气与含有氢和未转化的烃的合成气反应。在所述反应器内氧气的转化有利地允许烃的进一步转化，随之而来的氢产量增加，以及由此氨产量增加。
优选地，氧气被催化除去，并且所述反应器包含例如以下催化剂之一：脱氧催化剂、甲烷化催化剂、重整催化剂、催化部分氧化(CPOx)催化剂。对于尾气中的氧气含量相对较低(即低于2％)，尾气相对较冷(即低于500℃)，水蒸汽重整的流出物具有相对较低的温度(即低于800℃)的情况，特别优选使用催化剂。在一些实施方案中，将所述尾气预热至高于500℃的温度，并且将水蒸汽重整的流出物预热至高于800℃的温度，以提高反应温度，防止重整反应逆向进行，并确保氧气转化。
在本发明的一个具体实施方案中，所述烃原料的转化包括两个随后的水蒸汽重整阶段，即水蒸汽重整的第一阶段和水蒸汽重整的第二阶段，均在提供水蒸汽重整热的条件下进行。优选地，如上所述，从由所述步骤c)的催化氧化获得的热工艺气体中至少部分地回收所述阶段其中之一的水蒸汽重整热。优选地，从吸收步骤d)产生的尾气中，优选地从第一尾气中至少部分地回收水蒸汽重整的另一阶段的水蒸汽重整热。更优选地，将第一尾气在燃料的存在下进行燃烧过程，以提高它的温度，然后进行热回收。所述第一尾气中所含的氧气有利地用作燃烧的氧化剂。
优选地，从所述步骤c)产生的热工艺气体中至少部分回收第一阶段的水蒸汽重整热，并且从吸收步骤d)产生的尾气中至少部分地回收第二阶段的水蒸汽重整热。
所述燃烧过程优选为非选择性催化还原(NSCR)过程。NSCR过程提供了一种尾气，该尾气包含氮气和残余成分，例如未转化的燃料(例如烃或氢)、CO、CO2和氧气。因此，NSCR过程具有双重目的：增加用于热回收的尾气的温度以及去除NOx和N2O。
有利地，向所述NSCR过程提供过量的燃料，以确保NOx和N2O的基本全部转化。所述过量燃料在所述水蒸汽重整的第二阶段部分反应，因此增加了重整负荷(duty)并最终产生更多的氨。因此，NSCR过程允许去除NOx和N2O并且还允许增加重整负荷。
优选地，在进行燃烧之前，将第一尾气预热至高于400℃、或者甚至高于500℃的温度。在燃烧之后，第二尾气的温度优选高于800℃，更优选高于900℃。
具有随后两个阶段的水蒸汽重整的实施方案的优点是提供更多的水蒸汽重整热，因此，在不显著改变硝酸产量的情况下增加了合成气的产量。这允许产生更多的氨，并因此允许将该工艺与生产硝酸铵的工艺一体化。
本发明的另一个目的是一种根据所附权利要求所述的一体化装置。
本发明具有以下优点。
由于水蒸汽重整热是至少部分地从氨的催化氧化中回收的，因此在水蒸汽重整器中应使用较少或甚至不使用天然气作为燃料来提供重整热。因此，从水蒸汽重整器的烟囱排放的燃料气的流量低，或者甚至可以避免。结果，大大减少了诸如二氧化碳等污染物排放进入大气。此外，通过减少或避免燃料气排放到大气中的流量，耗散了更少的能量，这进一步降低了该工艺的能耗。
另一个优点是，大大减少或甚至避免了水蒸汽重整器的对流区段，并且以前在水蒸汽重整器的对流区段中进行的预热项目被硝酸工艺的热回收代替，这导致了整体能耗的进一步减少。
催化氧化氨产生的热量作为重整热使用而不是产生水蒸汽还具有以下优点：更少的水蒸汽排入大气，更有效的水蒸汽重整，较低的投资成本(这是由于工艺气体冷却与水蒸汽重整在单个设备中的合并)。
借助于下面关于优选实施方案的详细描述，优点将更加明显地显现出来。
附图说明
图1示出了根据本发明所述的用于合成氨和硝酸的一体化装置的简化框图。
图2示出了本发明的一个实施方案，其中通过燃烧燃料提供部分重整热。
图3显示了本发明的另一个实施方案，其中在第一水蒸汽重整器和第二水蒸汽重整器中进行重整。
图4至图6示出了另外的实施方案，其中硝酸区段的尾气为补充合成气的氮源。
具体实施方式
图1的装置包括用于合成硝酸的区段1和用于合成氨的区段100。
硝酸区段1主要包括用于氨的催化氧化的反应器2、吸收塔3、第一热交换器4、第二热交换器5、NOx和N2O去除单元6以及气体膨胀器7。
氨区段100主要包括提供补充气体119的前端区段101和将所述补充气体119转化为氨120的合成回路102。在合成气压缩机103中将所述补充气体119的压力升至合成回路102的压力。图中的方框104表示水蒸汽重整器，方框105包括变换炉和随后的热交换器，方框106表示PSA单元。
区段1的运行如下。
将氨流10和空气流11进料至反应器2，其中氨被催化氧化，例如在铂丝网上被催化氧化成一氧化氮(NO)以及少量氧化成一氧化二氮(N2O)。随着气体冷却，根据停留时间、温度和压力以及相对于化学平衡的组成，一部分一氧化氮被进一步氧化为二氧化氮(NO2)或四氧化二氮(N2O4)。
由氨区段100的合成回路102提供所述氨流10。所述空气流11提供氨的催化氧化和一氧化氮的氧化所需的氧气量。以下使用术语NOx来共同表示NO、NO2和N2O4。
包含NOx和N2O的工艺气体12离开反应器2。所述工艺气体12的温度为约800–1000℃，例如为约850–950℃。随后通过与在水蒸汽重整器104中进行水蒸汽重整反应的反应流进行间接热交换，冷却至约300–700℃，例如约450–600℃。
在热交换之后，冷却的工艺气体作为料流13离开水蒸汽重整器104并进入第一热交换器4，在第一热交换器4中，用作热介质以预热吸收塔3的流出物——尾气18。
工艺气体作为料流14离开第一热交换器4，并在第二热交换器5中进行热回收，产生水蒸汽16。
工艺气体作为料流15离开第二热交换器，并进入吸收塔3，其中用水吸收NO2以生成硝酸17和所述尾气18。所述尾气18主要由氮气组成，并包含N2O和残余量的NOx。
如上所述，在第一热交换器4中预热尾气18，随后进料到NOx和N2O去除单元6，从而提供了NOx和N2O贫化的处理过的尾气19。后者在膨胀机7中进行工作膨胀以回收能量，并且将废气20排放到大气中。
用于合成氨的区段100如下运行。
脱硫的天然气原料NG与水蒸汽流PS混合，生成料流110。所述料流110在合适的热交换器(未示出)中进行预热后，进入水蒸汽重整器104，在其中将料流110重整为主要由氢气、一氧化碳、二氧化碳、水组成并包含一定量其他成分(例如残留甲烷)的重整气体111。
由离开硝酸的氧化反应器2的热工艺气体12提供水蒸汽重整热。例如，所述水蒸汽重整器104是管壳式重整交换器，其中冷侧(例如，管)包含重整催化剂，且被进行水蒸汽重整反应的反应流横穿，并且热侧(例如，壳)被热工艺气体12横穿。
重整气体111的温度为约600–900℃，例如为约750–850℃，并在热交换器107中进行热回收，产生水蒸汽112。
重整气体111作为料流113离开所述热交换器107并进入方框105，在其中，将一氧化碳转化为二氧化碳以产生变换后的气体，并将所述变换后的气体进行热回收而产生水蒸汽115。在热回收之后，所述变换后的气体作为料流114离开方框105，并在相应的区段106中对料流114进行纯化。根据该图的示例，所述纯化区段106进行变压吸附(PSA)过程，该过程提供了基本上包含氢的纯化气体116和含CO2的尾气流117。
向所述纯化气体116中添加氮气118，以提供具有氨合成反应所需的H2：N2摩尔比的补充气体119。
将如此获得的补充气体119进料至合成气压缩机103，在其中将补充气体119的压力升高至合成回路102的压力。然后，将补充气体进料至回路102，在其中将补充气体转化为氨120。在合成回路102中回收另外的水蒸汽121。
区段1与区段100的一体化通过以下方式实现：a)将在硝酸区段1的氧化反应器2中获得的热工艺气体12进料至氨区段100的水蒸汽重整器104中以进行热回收，从而获得水蒸气重整热，以及b)将在氨区段100的合成回路102中获得的氨120的一部分10进料到硝酸区段1的氧化反应器2中。
图2示出了本发明的另一个实施方案。根据该图的示例，硝酸区段1还包括燃烧器8，该燃烧器进料有作为燃料的氢(或天然气)21和作为氧化剂的空气流22。热燃料气22离开燃烧器8并与来自氧化反应器2的热工艺气体12混合，从而形成料流23。将所述料流23与在水蒸汽重整器104中进行水蒸汽重整反应的反应混合物进行间接热交换，从而提供水蒸汽重整热。
根据图2的实施方案，离开氧化反应器2的热工艺气体12提供水蒸汽重整热的第一部分，并且通过在燃烧器8内的燃料21的燃烧产生的燃料气22提供水蒸汽重整热的剩余部分。
图3示出了另一实施方案，根据该实施方案，前端区段101包括第一蒸汽重整器104和第二蒸汽重整器204。根据该图的示例，通过去除单元6内的燃料F的燃烧提供所述第二蒸汽重整器204的重整热，在该去除单元中，通过非选择性催化还原(NSCR)过程去除NOx和N2O。
在第一蒸汽重整器104中部分重整输入流110，从而提供温度约为700–800℃的部分重整的气体111。部分重整的气体111在第二蒸汽重整器204中进一步反应，提供重整气体211，然后将该重整气体进行热回收和随后的纯化。
来自吸收塔3的尾气18包含氧气，其量优选地高于4体积％。将所述尾气18在热交换器4中预热至高于500℃的温度，并且在NOx和N2O去除单元6中进行NSCR。还向所述去除单元6供给燃料F，该燃料F在尾气18中所含的氧气的存在下进行燃烧。
NOx和N2O贫化的处理过的尾气19以高于900℃的温度离开去除单元6。将所述尾气19在第二水蒸汽重整器204内部与重整气体111进行间接热交换，在其中将所述尾气19冷却从而提供重整热。
冷却的尾气作为料流21离开第二水蒸汽重整器204，并在膨胀器7中进行工作膨胀。将废气22排放到大气中。
图4和图5示出了本发明的具体实施方案，其中将硝酸区段1产生的部分尾气用作合成氨的氮源。
将离开吸收塔3的尾气18分流成第一部分18a和第二部分18b。在热交换器4预热所述第一部分18a，之后将其进料至NOx和N2O去除单元6，然后在膨胀器7中进行工作膨胀。将所述第二部分18b从硝酸区段1输出并进料至氨区段100以用作合成氨的过程氮(processnitrogen)。将所述第二部分18b首先在另一单元60中进行NOx和N2O的去除，从而提供NOx和N2O贫化的含氮气体61。
在图4的示例中，将所述气体61在增压器62中压缩并在专用的单元63中进行进一步纯化以提供氮气64以及包含氧气和其他杂质的尾气65。然后将氮气64添加到离开PSA单元106的纯化气体116中，从而提供补充合成气119。
在图5的示例中，在所述增压器62中压缩之后，将所述气体61在热交换器31中预热至高于500℃的温度，以提供预热的气体66。在反应器30中将预热的气体66和水蒸汽重整器104的流出物111混合，其中所述气体66中包含的氧气与流出物111中所含的未转化的天然气反应，从而提供了粗补充合成气的料流67。将粗补充合成气的料流67在热交换器112中进行热回收以及随后的纯化。
图6示出了图3的实施方案的一个变型，其中来自NSCR去除单元6的尾气19分流成第一部分19a和第二部分19b。将所述第一部分19a在第二水蒸汽重整器204内进行间接热交换，并在反应器30中将所述第二部分19b与第二重整器的流出物211混合，其中，尾气19b中所含的氧气与流出物211中所含的未转化的天然气反应，从而提供了包含氢气和氮气的粗补充气体68。将粗补充气体68在热交换器112中进行热回收以及随后的纯化。
在图5和图6所示的实施方案中，方框106包括二氧化碳去除区段和甲烷化器。
实施例
参考图1，通过下面的实施例将更好地阐明本发明的优点。
参考硝酸生产速率为1500吨/天的硝酸区段1，其中离开氧化反应器2的工艺气体12的温度为880℃，并冷却至500℃。向氨区段100的水蒸汽重整器104进料温度为450℃压力为25bar的料流110，该料流的水蒸汽与碳之比(S/C)为3。硝酸的氨消耗量为425吨/天。
硝酸区段1提供负荷为35Gcal/h的水蒸汽重整器104，并允许获得温度为800℃的重整气体111。在这些条件下，氨的生产速率为425吨/天。由此可见，图1的装置产生足够量的氨来制备硝酸。
关于通过燃料燃烧提供重整热的现有技术，根据图1负荷为35Gcal/h的从氧化反应器2到水蒸汽重整器104的转移允许减少用于合成氨的燃料消耗(相当于35Gcal/h的量)，并允许减少硝酸工艺中产生的过量的水蒸汽(相当于35Gcal/h的量，即45吨/小时)。因此，本发明的装置的能量消耗比氨生产速率为425吨/天的现有技术装置的能量消耗低得多，氨生产速率为425吨/天的现有技术装置消耗了250Gcal/h的天然气，即200Gcal/h作为工艺气体，50Gcal/h作为燃料。本发明所述的装置少消耗至少35Gcal/h的燃料，这将导致总气体消耗降低近15％。
参考图2，将通过下面的示例更好地阐明本发明的优势。
与上述相同，在生产速率为1500吨/天的硝酸区段1中，适当选择燃料21和氧化剂22的流量以将工艺气体12的温度从880℃升高至1100℃，并且质量流量为25％。通过将工艺气体12冷却到500℃，可以将70Gcal/h的负荷转移到水蒸汽重整器104中。
上述负荷比图1工艺中转移的负荷大两倍。这使得产生的氨量增加一倍，特别是制备硝酸以及硝酸铵所需的量。

Claims (22)

1.用于合成氨和硝酸的一体化工艺，包括氨的合成和硝酸的合成：
所述氨的合成包括：
a)生产氨补充合成气(119)，包括在提供水蒸汽重整热的条件下烃原料(NG)的水蒸汽重整，以及
b)将所述补充合成气(119)催化转化为氨(120)，
所述硝酸的合成包括：
c)催化氧化氨流(10)，获得含有NO2的热工艺气体(12)，以及
d)用水吸收所述工艺气体(12)，其中NO2与水反应产生包含硝酸的产物流(17)和包含氮气的尾气(18)，
所述工艺的特征在于，至少一部分所述水蒸汽重整热是从由催化氧化所述氨流(10)获得的热工艺气体(12)中回收的。
2.根据权利要求1所述的工艺，所述水蒸汽重整热包括：
第一热，在水蒸汽重整之前，将所述第一热供给于包含水蒸汽(PS)和所述烃原料(NG)的进料流(110)，以及
第二热，将所述第二热供给于进行水蒸汽重整的反应流，
其中，至少一部分所述第二热是从由步骤c)的催化氧化获得的热工艺气体(12)回收的。
3.根据权利要求2所述的工艺，其中，所述至少一部分第二热是通过反应流与离开所述步骤c)的催化氧化的热工艺气体之间的间接热交换回收的，所述热工艺气体(12)用作热介质，且其温度优选高于700℃，更优选高于850℃，甚至更优选为约900℃。
4.根据权利要求2或3所述的工艺，其中，至少30％、优选至少50％、更优选至少70％的所述第二热是从所述热工艺气体(12)回收的。
5.根据权利要求4所述的工艺，其中，所述第二热全部从所述热工艺气体(12)回收。
6.根据权利要求2所述的工艺，其中，一部分所述第二热通过在专用的燃烧器(8)中燃烧燃料(21)产生的热燃料气(22)而提供，所述燃料优选地包括氢和/或烃。
7.根据权利要求6所述的工艺，其中，所述热燃料气(22)与离开所述步骤c)的催化氧化的热工艺气体(12)混合，以形成混合流(23)，并且通过反应流与所述混合流(23)之间的间接热交换回收所述第二热，所述混合流用作热介质，并且其温度优选高于850℃，更优选高于900℃。
8.根据权利要求3至7中任一项所述的工艺，其中，所述步骤a)包括在气体加热重整器(104)中进行水蒸汽重整，所述气体加热重整器包括被反应流(110)横穿的冷侧和被热介质(12，23)横穿的热侧。
9.根据权利要求8所述的工艺，其中，所述气体加热重整器(104)为管壳式热交换器，所述冷侧为管侧，而所述热侧为壳侧。
10.根据权利要求2至9中任一项所述的工艺，其中，从将所述至少一部分第二热传递到进行水蒸汽重整的反应流之后的工艺气体的料流(13)中回收至少一部分所述第一热，所述料流(13)的温度优选为300–700℃，更优选为450–600℃。
11.根据前述权利要求中任一项所述的工艺，其中，从所述步骤b)获得的氨(120)提供了进行所述步骤c)的氨流(10)的至少一部分。
12.根据前述权利要求中任一项所述的工艺，从所述步骤d)获得包含NOx和N2O的尾气(18)，并且进行去除NOx和N2O的处理，从而提供处理过的NOx和N2O贫化的尾气(19，61)，其中，将至少一部分所述处理过的尾气作为补充合成气(119)的氮源。
13.根据权利要求12所述的工艺，其中，将所述至少一部分处理过的尾气添加至含氢的合成气中，从而提供所述补充合成气。
14.根据权利要求13所述的工艺，其中，所述含氢合成气(116)是通过将所述烃原料(NG)转化为粗合成气(111)而获得的，所述转化至少包括所述水蒸汽重整，以及随后的所述粗合成气(111)的纯化。
15.根据权利要求14所述的工艺，在合适的补充气体压缩机(103)中将所述补充合成气(119)的压力升高至所述步骤b)的压力，并且在所述补充气体压缩机的吸入口处供给所述至少一部分处理过的尾气。
16.根据权利要求14所述的工艺，其中，将所述至少一部分处理过的尾气(19b)添加至所述纯化之前的粗合成气(111，211)中，从而提供粗补充合成气。
17.根据权利要求16所述的工艺，将所述处理过的含有氧气的尾气(19，61)和所述粗补充合成气(111，211)进行处理，其中在该处理中，氧气与合成气体反应，从而提供氧气贫化的粗合成气体(67，68)，所述处理优选为催化处理。
18.根据前述权利要求中任一项所述的工艺，其中，所述步骤a)包括在提供水蒸汽重整热情况下的水蒸汽重整的第一阶段(104)和水蒸汽重整的第二阶段(204)，所述第二阶段接收所述第一阶段的流出物，并且其中将由所述d)获得的尾气(18)进行燃烧过程，以将至少部分水蒸汽重整热提供给所述第一阶段和第二阶段其中之一，优选地提供给水蒸气重整的所述第二阶段(204)。
19.根据权利要求18所述的工艺，其中，所述燃烧过程为非选择性催化还原(NSCR)过程。
20.一种装置，包括用于氨合成的区段(100)和用于硝酸合成的区段(1)，
其中，所述用于氨合成的区段包括：
用于氨补充合成气(119)合成的前端区段(101)，包括接收水蒸汽重整热和包含水蒸汽和烃的进料流(110)的气体加热重整器(104)，以及
合成回路(102，202)，在其中将所述氨补充合成气(119)转化为氨(120)，
其中，所述用于硝酸合成的区段包括：
氧化反应器(2)，其中将氨流(10)氧化以提供包含NO2的热工艺气体(12)，以及
吸收塔(3)，其中用水吸收所述工艺气体(12)，并且所述水与NO2反应以提供含有硝酸的产物流(17)和含有氮气的尾气(18)，
所述装置的特征在于，所述热工艺气体(12)作为热介质横穿所述气体加热重整器(104)，从而提供至少一部分水蒸汽重整热。
21.根据权利要求20所述的装置，包括用于预热所述气体加热重整器(104)的进料流(110)的热交换器，其中离开所述气体加热重整器(104)的工艺气体的料流(13)用作热介质。
22.根据权利要求20或21所述的装置，其中，所述前端部分(101)包括另外的气体加热重整器(204)，所述气体加热重整器(204)接收水蒸汽重整热和在前的气体加热重整器(104)的流出物，所述装置还包括燃烧区段(6)，在其中将来自吸收塔(3)的尾气(18)进行燃烧以提供燃料气(19)，并且所述燃料气(19)作为热介质横穿所述另外的气体加热重整器(204)，从而提供至少一部分水蒸汽重整热。
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