CN117545713A - 用于生产硝酸的双压系统及其操作方法 - Google Patents
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Abstract
本公开内容公开了一种用于以减少的动力来生产硝酸的系统，所述系统是标准双压硝酸设备，其特征在于所述系统进一步包括用于将尾气流分流成第一尾气流和第二尾气流的装置，所述第一尾气流与氨混合单元上游的富氧气体流体连通，以及用于调节被分流成所述第一尾气流和所述第二尾气流的尾气的量的装置，使得操作所述硝酸设备不需要空气压缩机。本公开内容进一步涉及一种用于操作所述系统的方法、本公开的系统用于进行本公开的方法的用途以及一种用于将标准双压硝酸设备改造成本公开的系统的方法。
Description
技术领域
本公开涉及双压设备中的硝酸生产领域。
介绍
纯硝酸是一种透明无色的液体，有强烈气味。硝酸主要通过氨的催化氧化(奥斯特瓦尔德法(Ostwald process))大量生产。氨经几个阶段转化为硝酸。氨首先在氨燃烧器中在铂丝网(通常称为氨转化器)或钴球上被氧化，从而产生氧化氮(在本公开中也称为一氧化氮(NO))和水：
4NH3(g)+5O2(g)→4NO(g)+6H2O(g) (1)
然后将来自(1)的反应产物氧化氮在冷却之后在氧化区段中氧化成二氧化氮(NO2)并进一步氧化成四氧化二氮N2O4(g)：
2NO(g)+O2(g)→2NO2(g) (2)
2NO2(g)→N2O4(g) (3)
氮氧化物气体的冷却首先经由从将氨转化成氧化氮回收热量的废热回收系统的使用，然后经由其中将冷凝的硝酸与氧化氮、二氧化氮和四氧化二氮和硝酸气体(统称为NOx气体)分离的冷却器冷凝器的使用，以及最后通过对在NOx气体被吸收的吸收塔的出口处释放的尾气进行加热来完成。
二氧化氮和四氧化二氮通过在水中吸收，之后经由NOx气体压缩机压缩，转化为硝酸和氧化氮：
3NO2(g)+H2O(l)→2HNO3(aq)+NO(g) (4)
3N2O4(g)+2H2O(l)→4HNO3(aq)+2NO(g) (5)
获得高达68％的弱硝酸(共沸物)。经由精馏过程，硝酸的浓度可以提高直到99％的浓硝酸。总反应由下式给出：
NH3+2O2→HNO3+H2O (6)
硝酸生产设备中的主要工艺单元包括氨转化器(使用氧气经合适的催化剂将氨转化成氧化氮)、氧化段(将氧化氮转化成二氧化氮和四氧化氮)、吸收器单元(用于将NOx气体吸收到水中)和漂白器单元(从硝酸水溶液中除去未反应的溶解气体，特别是含有NOx气体的溶解气体，使其呈现典型的褐色)。
硝酸的生产工艺可分为单压(单一压力)和双压(分压)工艺。
在双压工艺中，吸收器单元在比氨转化器高的工作压力下操作。现代双压工艺的特点是低压氨转化器典型地在2bara至6bara下操作，并且高压吸收器单元在9bara至16bara下操作。
双压工艺需要空气压缩机以将低压空气(其包括约21vol％的氧气)馈入转化器，并且需要NOx气体压缩机以将高压NOx气体馈入吸收器单元。空气压缩机的工作压力为2bara至6bara，包括端值，并且NOx气体压缩机的工作压力为9bara至16bara，包括端值。
空气压缩机的驱动力典型地源自尾气涡轮机和蒸汽涡轮机或诸如电动机等动力源。因此，双压硝酸生产设备的压缩机组典型地包括空气压缩机、NOx气体压缩机、尾气涡轮机和蒸汽涡轮机或诸如电动机等动力源。
更详细地，参考图1，根据现有技术的双压设备和工艺按以下方式工作。将任选地在预加热器单元(未示出)中预加热的气态氨32在混合装置35中与使用空气压缩机36加压到低压的压缩空气34混合，以及将所得的氨/富氧空气混合物14馈入在低压下操作的氨转化器37，其中氨经合适的催化剂而氧化，从而获得包含水和氧化氮(NO)的LP NOx气体/蒸汽混合物15。从氨转化器出来的混合物的热量被回收，之后NOx气体/流混合物随后在气体冷却器/冷凝器38中冷却到水冷凝的温度，并且自气态NOx流22中分离出水性稀硝酸混合物17。气态NOx流22被送至NOx气体压缩机40，其中其压力从低压升高到高压，约等于吸收器单元41操作压力，并且加压气态NOx流24也被送至吸收器单元41，通常称为吸收塔。加压NOx气体流24被进一步氧化以进一步将NO转化为NO2和N2O4，在附加气体冷却器/冷凝器39中被冷却，并且然后也被引导至吸收塔41。在吸收塔41内部，加压NOx气体流24与水反应以产生尾气5和还含有残留NOx气体的粗硝酸流27，该流被馈入漂白器62。然后在于低压下操作的漂白器单元62内部用气态介质72(诸如含氧气体或空气)汽提出粗硝酸流27中的残留NOx气体；漂白器单元通常在与氨转化器大致相同的压力下操作。空气压缩机36和NOx气体压缩机40两者的驱动力源自尾气膨胀机7和蒸汽涡轮机51或诸如电动机(未示出)等动力源。在氨转化器37中生成的热量用于在包括热交换器66和67的尾气热交换器43中对尾气5进行加热，尾气加热器因此任选地存在。尾气5在热交换系统43中与NOx气体/蒸汽混合物15进行热交换，并且在尾气膨胀机7中膨胀。
用于氨氧化的空气通常表示为一次空气；在漂白器单元中用作汽提介质的空气通常表示为二次空气。
根据现有技术，改造硝酸生产设备以提高其产能通常是基于增加进入反应器的一次空气的量，这导致生产的硝酸量成比例地增加。
反应器中一次空气的量的增加需要安装新的空气压缩机或改造现有的空气压缩机。一次空气的增加还使得更大量的气体要处理，随后进入NOx气体压缩机。这需要进一步改造NOx气体压缩机或安装新的压缩机，以及修改或更换尾气和/或蒸汽涡轮机和/或电动机。否则，NOx气体压缩机将很容易达到其工艺极限，从而成为设备的瓶颈。
然而，改造具有明显的缺陷。首先，它需要增加现有装备，即空气压缩机、NOx气体压缩机以及对应的涡轮机和电动机的修改或更换成本。另外，装备的改造技术要求也高，导致设备停机时间长。
与硝酸生产设备相关的另一个问题是操作空气压缩机需要大量的能量。因此，需要大量的能量来实现目标硝酸生产量。
因此，本发明的目标是提供一种系统以及一种用于操作该系统的方法，该方法允许操作双压硝酸设备中的空气压缩机所需的动力的减少或甚至消除。
背景技术
在CN110540178A(中国成达工程有限公司，2019)中，公开了一种用于生产硝酸的工艺。通过中压法生产硝酸，其特征在于，其包括以下步骤：氨氧化和吸收压力为0.5至0.6MPa；使得离开吸收塔的尾气能够穿过碳分子筛变温吸附(TSA)处理装置以将尾气中的氮氧化物含量降低至少于100mg/Nm3；空气压缩机的工艺空气用作碳分子筛变温吸附处理装置的再生解吸气体，并且含有氮氧化物的再生解吸气体可返回氨氧化反应器再利用；在氧化反应器中添加一层N2O分解催化剂以通过反应将N2O含量降低至50至100PPM；硝酸漂白塔布置在吸收塔的底部，并且两塔合一，以使工艺流程缩短并且装备投资减少。然而，就由空气压缩机压缩的空气量而言，将压缩与没有TSA单元时相同的空气量：在存在TSA单元的情况下，被压缩的空气量最初直接在TSA单元与氨氧化反应器之间分流，并且最后，随着离开TSA单元的压缩空气量也被引导至氨氧化反应器，由空气压缩机压缩的空气总量最终进入氨氧化反应器。
在WO2018/162150A1(Casale SA，2018年9月13日)中，提出了一种解决方案来克服改造缺陷。WO2018162150A1公开了一种用于硝酸生产的双压设备，其包括：提供含有氮氧化物的气态流出物的反应器；其中氮氧化物与水反应从而提供粗硝酸的吸收器单元，并且该吸收器单元在大于该反应器的压力的压力下操作；将反应器流出物的压力升高到吸收器单元压力的压缩机，该设备还包括第一HP漂白器单元和第二LP漂白器单元，该第一HP漂白器单元用空气从吸收器单元的输出流中汽提NOx气体，从而提供部分汽提的硝酸流和载有氮氧化物的空气流，前者被馈入第二LP漂白器单元，而后者被再循环到NOx气体压缩机上游的氧化段。
还提供了另一空气压缩机，其为第一HP漂白器单元供应空气。因此，需要能量以便在高压下操作第一HP漂白器单元，并且然后将NOx气体再循环到NOx气体压缩机的递送侧。
因此，仍然需要一种工艺和对应的设备设置，以用于使操作NOx气体压缩机以及优选地还操作空气压缩机所需的能量的量最小化，从而避免与那些压缩机相关联的硝酸生产量的瓶颈。
发明内容
在本公开的一个方面，公开了一种用于以降低的动力消耗和减少的排放来生产硝酸的生产设备，其包括：任选地，与生产设备流体连通的加压空气源。该系统包括：
·富氧气体的源，特别是加压富氧气体的源，诸如高压水电解槽；
·富氧气体的源下游的用于将第一含氧气体与氨气流混合以产生氨/含氧气体混合物的混合装置；
·特别地在等于或高于P1且低于P2的压力下可操作的用于使氨/含氧气体混合物中的氨氧化以产生包含水和氧化氮的NOx气体/蒸汽混合物的氨转化器；
·用于调整氨转化器中的氨浓度和/或氧浓度的装置，特别地是用于控制富氧气体的流量的装置和/或用于控制氨气流的流量的装置，其用于将氨转化器内部的氧与氨摩尔比维持在至少1.2的比率；
·氨转化器下游的用以产生水性稀硝酸混合物和气态NOx流的第一气体冷却器/冷凝器；
·用于对气态NOx流进行压缩以产生在压力P2下的压缩NOx气体流的NOx气体压缩机；
·用于从压缩NOx气体流中将NOx气体吸收在水中以产生含有残留NOx气体的粗硝酸流和包含NOx气体的尾气的吸收塔，该吸收塔包括用于排空尾气的吸收塔尾气出口；
·位于气体冷却器/冷凝器上游的用于在NOx气体/蒸汽混合物与尾气之间进行热交换、特别是用于利用从来自氨转化器的NOx气体/蒸汽而来的热量对尾气流进行加热的热交换系统；
·用于特别是在压缩NOx气体流被提供到吸收塔之前将蒸汽从压缩NOx气体流分离并冷凝的第二气体冷却器/冷凝器；
·第二含氧气体的供应端，该第二含氧气体具有：(i)等于或高于P1且最高至P2的压力，以用于向氨转化器下游和NOx气体压缩机上游供氧，或者(ii)高于P2的压力，以用于向压缩NOx气体流供氧；
·用于控制第二含氧气体的流量使得尾气流含有至少0.5体积％的氧的装置；以及
·位于热交换系统下游的用于使吸收塔下游的尾气流膨胀以产生在等于或高于P1且低于P2的压力下的第一膨胀的尾气的第一压力释放装置、特别是尾气膨胀机，其中第一压力释放装置、特别是尾气膨胀机可以至少部分地为NOx气体压缩机提供动力；
其特征在于，该生产设备进一步包括：
·用于将尾气分流成第一尾气流和第二尾气流的装置，其中第一尾气流与富氧气体流体连通，特别地其中第一尾气流具有等于或高于P1且最高至P2的压力，并且其中富氧气体与第一尾气流的混合提供第一含氧气体。
发明人已经发现，代替将由空气压缩机提供的压缩空气作为一次空气连续供应至混合单元，可以将由用于分流的装置提供的在压力P1下的第一尾气流再循环，特别是当与向系统提供氧、特别是加压氧的同时相组合。因此，仅需要供应压缩或加压空气来开始该过程，特别地以在启动时对设备或系统进行加压，而在尾气的产生已经开始之后不再加压。因此，操作硝酸设备不需要空气压缩机了。在该背景下，适用于对设备进行加压的空气压缩机具有约2000m3/h至约19000m3/h的产能，其比用于操作现有技术硝酸设备的其产能为至少300000m3/h的空气压缩机小得多。在双压硝酸设备中，尾气具有高于P1的压力，并且因此，第一压力释放装置(诸如尾气膨胀机)可用于使尾气流膨胀至压力P1。另外，具有等于或高于P1且最高至P2的压力的第一富氧气体和具有高于P2的压力的第二富氧气体分别向氨转化器和吸收塔提供氧，使得在没有由空气压缩机提供的一次空气和二次空气的情况下，氨转化器和吸收塔中的氧浓度与标准双压硝酸设备中的氧浓度相似。
在没有空气压缩机并且第一尾气流在系统中再循环的情况下，不仅系统的动力需求减少了，而且离开系统的NOx排放也减少了。因此，相对于对应的标准双压硝酸设备的尺寸，用于处理这些NOx排放的处理单元的尺寸减小了。因此，通过移除空气压缩机并且减小尾气膨胀机的尺寸，本公开的系统实现了显著的功率减小以及设备的占地面积的减小和对系统的简化。另外，加压氧或富氧气体的单独供应确保了氨到氧化氮的最佳转化。
在根据本公开的生产设备的一个实施例中，该系统进一步包括以下中的一者或多者：
·蒸汽涡轮机，其中该蒸汽涡轮机可以至少部分地为NOx气体压缩机提供动力；
·用于在第一膨胀的尾气与较冷的尾气流之间进行热交换的热交换器，其中第一膨胀的尾气特别地在低于300℃的温度从热交换器排出，并且其中用于分流的装置定位在热交换器下游并与第一膨胀的尾气流体连通；
·脱NOx处理单元；以及
·用于使第二尾气流膨胀至大气压以产生第二膨胀的尾气的第二压力释放装置。
在根据本公开的生产设备的一个实施例中，该系统进一步包括用于漂白含有残留NOx气体的粗硝酸流以提供漂白的硝酸流的漂白器，该漂白器具有用于富氧漂白气体的入口和用于废气的出口，如果漂白器在等于或高于P1且最高至等于P2的压力下操作，则废气与氨转化器下游和NOx气体压缩机上游的任何气体流流体连通，或者如果漂白器在高于P2的压力下操作，则废气与NOx气体压缩机下游和吸收塔上游的任何流流体连通，使得第二含氧气体的供应至少部分地来自废气。
在根据本公开的生产设备的一个实施例中，富氧气体的部分或第一含氧气体的部分或尾气的部分与漂白器的入口流体连通，使得富氧漂白气体至少部分地由富氧气体的部分、由第一含氧气体的部分或由尾气流的部分提供。
在根据本公开的生产设备的一个实施例中，该系统进一步包括与任何尾气流直接流体连通的第二含氧气体的流，特别是与吸收塔下游或第一压力释放装置上游的任何尾气流直接流体连通的加压富氧气体流。
在根据本公开的生产设备的一个实施例中，富氧气体、第二含氧气体、富氧漂白气体和漂白器废气全部至少部分地由水电解槽、特别地是高压水电解槽提供。
在根据本公开的生产设备的一个实施例中，加压空气源与系统之间的流体连通与富氧气体直接流体连通。
在本公开的一个方面，公开了一种用于在根据本公开的生产设备的生产设备中以降低的动力消耗和减少的排放来生产硝酸的方法。所述方法包括以下步骤：
在步骤c)之前，提供或制备富氧气体和第一含氧气体，并且提供氨气流；
c)将氨气流和第一含氧气体供应至混合装置，从而产生氨/含氧气体混合物；
d)在氨转化器中使氨/含氧气体混合物中的氨氧化，特别地在等于或高于P1且低于P2的压力下并且在800℃至950℃范围内的温度，从而产生包含水和氧化氮的气态NOx气体/蒸汽混合物；
e)在热交换系统中和在第一气体冷却器/冷凝器中对气态NOx气体/蒸汽混合物中的NOx气体进行冷却，从而产生水性稀硝酸混合物和气态NOx流；
f)在NOx气体压缩机中对气态NOx流进行压缩，从而提供具有压力P2的加压NOx压缩气体流；
g)在吸收塔中吸收加压气态NOx流，从而提供含有残留NOx气体的粗硝酸流和包含NOx气体的尾气；
h)在热交换系统中利用从来自氨转化器的NOx气体/蒸汽混合物而来的热量对尾气进行加热，特别地加热至在150℃至650℃范围内的温度；
i)在第二气体冷却器/冷凝器中对加压NOx气体流进行冷却，从而提供特别地具有在20℃至60℃范围内的温度的加压NOx气体流；以及
j)在第一压力释放装置中使在步骤h)中获得的尾气的至少部分膨胀，从而提供第一膨胀的尾气；
其特征在于，该方法进一步包括以下步骤：
k)利用用于分流的第一装置将尾气流分流成第一尾气流和第二尾气流并将第一尾气流与富氧气体混合，从而提供第一含氧气体；
m)调节在步骤k)中混合的富氧气体的流量或氨气流的流量，使得在氨转化器的入口处的氧与氨摩尔比维持在至少1.2或至少1.25、特别地是在1.2与9之间或在1.25与9之间的比率；以及
q)调节在NOx气体压缩机上游的在等于或高于P1且最高至P2的压力下或在NOx气体压缩机下游的在高于P2的压力下的富氧气体的流量，使得尾气流中的氧浓度维持在至少0.5体积％的浓度。
在根据本公开的方法的一个实施例中，在步骤k)中混合的第一尾气流、特别地是第一膨胀的尾气流特别地是在步骤j)之后获得的，并且其中该方法进一步包括以下步骤：
s)特别是在步骤k)之前，在热交换器中用第一膨胀的尾气将比第一膨胀的尾气冷的尾气流加热，从而使第一膨胀的尾气达到低于300℃的温度，特别是在步骤k)之前，在热交换器中用在步骤j)中获得的第一膨胀的尾气将在步骤g)中获得的尾气加热，从而使待在步骤k)中混合的尾气达到低于300℃的温度；
t)在脱NOx处理单元中处理尾气流，特别地是在步骤s中获得的尾气流；
u)在第二压力释放装置中使第二尾气流膨胀，从而提供第二膨胀的尾气；以及
v)在蒸汽涡轮机中将氨转化器中生成的蒸汽的至少部分回收。
在根据本公开的方法的一个实施例中，该方法进一步包括以下步骤：
w)在漂白器中漂白含有残留NOx气体的粗硝酸流，从而产生漂白的硝酸流。
在根据本公开的方法的一个实施例中，该方法进一步包括以下步骤：
w1)将富氧气体的部分或在步骤k)中获得的第一含氧气体的部分或在步骤g)中获得的尾气的部分供应至步骤w)中的漂白器的入口。
在根据本公开的方法的一个实施例中，该方法进一步包括以下步骤：
x)将富氧气体的流、特别地作为加压富氧气体的流供应至尾气流，特别地供应至第一压力释放装置上游的尾气流。
在根据本公开的方法的一个实施例中，该方法进一步包括以下步骤：
y)操作水电解槽，从而产生氧气，特别地操作高压水电解槽，从而产生加压氧气；以及
z)从由水电解槽在步骤y)中产生的氧提供至少部分的富氧气体、第二含氧气体、富氧漂白气体和漂白器废气。
在根据本公开的方法的一个实施例中，在步骤a)中，在与富氧气体直接流体连通的流中供应加压空气。
在本公开的一个方面，公开了本公开的生产设备用于进行本公开的方法的用途。
在本公开的一个方面，一种用于将用于生产硝酸的(现有)生产设备，其中该(现有)生产设备包括：
·用于提供压缩空气流的空气压缩机；
·用于将压缩空气流与氨气流混合以产生氨/含氧气体混合物的混合装置；
·在等于或高于P1但低于P2的压力下可操作的用于使氨/含氧气体混合物中的氨氧化以产生包含水和氧化氮的NOx气体/蒸汽混合物的氨转化器；
·氨转化器下游的用以产生水性稀硝酸混合物和气态NOx流的第一气体冷却器/冷凝器；
·用于对气态NOx流进行压缩以产生在压力P2下的加压NOx气体流的NOx气体压缩机；
·用于从加压NOx气体流中将NOx气体吸收在水中以产生含有残留NOx气体的粗硝酸流和包含NOx气体的尾气的吸收塔；
·用于在NOx气体/蒸汽混合物与尾气之间进行热交换、特别是用于利用从来自氨转化器的NOx气体/蒸汽混合物而来的热量对尾气流进行加热的热交换系统；
·用于将蒸汽从NOx压缩机与吸收塔之间的压缩NOx气体流分离并冷凝的第二气体冷却器/冷凝器，以及
·用于使吸收塔下游的尾气流膨胀以产生在压力P1下的膨胀的尾气的尾气膨胀机，其中尾气膨胀机可以至少部分地为NOx气体压缩机提供动力；
改造成根据权利要求1至8中任一项所述的生产设备的方法，所述方法包括以下步骤：
·引入与生产设备流体连通的加压空气源；
·引入富氧气体的供应端或源，诸如高压水电解槽，从而提供在混合装置的上游并与混合装置流体连通的第一含氧气体的部分；
·引入用于调整氨转化器中的氨和/或氧的浓度的装置，特别地是用于控制富氧气体的流量或第一含氧气体的流量的装置和/或用于控制氨气流的流量的装置，其用于将氨转化器内部的氧与氨摩尔比维持在至少1.2或至少1.25、特别地是在1.2与9之间或在1.25与9之间的比率；
·引入第二含氧气体的供应端，该第二含氧气体具有：(i)等于或高于P1且最高至P2的压力，以用于向NOx气体压缩机上游供氧，或者(ii)高于P2的压力，以用于向压缩NOx气体流供氧，使得尾气流含有至少0.5体积％的氧；
·引入用于将尾气流分流成第一尾气流和第二尾气流的装置，其中第一尾气流具有等于或高于P1且最高至P2的压力，并且与富氧气体流体连通，其在与富氧气体混合后，提供第一含氧气体；
·特别地，引入用于调节被分流成第一尾气流和第二尾气流的尾气的量的装置；以及
·移除空气压缩机。
附图说明
图1：根据现有技术的硝酸设备。
图2A：根据本公开的硝酸设备的实施例，其中第二含氧气体流68具有等于或高于P1且低于P2的压力，并且在NOx气体压缩机上游提供。
图2B：根据本公开的硝酸设备的实施例，包括低压漂白器，特别地其压力等于或高于P1且最高至P2，其中漂白器废气77在NOx气体压缩机上游提供。
图2C：根据本公开的硝酸设备的实施例，其中第二含氧气体流68具有等于或高于P2的压力，并且在NOx气体压缩机下游、在NOx气体压缩机与吸收器之间提供。
图2D：根据本公开的硝酸设备的实施例，包括高压漂白器，特别地其压力等于或高于P2，其中漂白器废气77在NOx气体压缩机下游、在NOx气体压缩机与吸收器之间提供。
附图标记的表格
具体实施方式
贯穿本申请文件的描述和权利要求，词语“包括”及其变型意指“包括但不限于”，并且其不旨在(并且也不)排除其他部分、添加物、部件、整体或步骤。贯穿本公开的描述和权利要求书，除非上下文另有要求，否则所提及的单数包含复数。特别地，在使用不定冠词的情况下，除非上下文另有要求，否则本公开将被理解为考虑复数以及单数。
结合本公开的特定方面、实施例或实例一起描述的特征、整体、特性、化合物、化学部分或组将理解为适用于本文中所述的任何其他方面、实施例或实例，除非与其不相容。本公开(包括描述、权利要求、摘要和附图)中所公开的特征中的所有特征和/或由此公开的任何方法或过程的步骤中的所有步骤可按任何组合进行组合，除其中此类特征和/或步骤中的至少一些特征和/或步骤互相排斥的组合外。本公开不限于任何前述实施例的细节。本公开扩展到本公开(包括描述、权利要求、摘要和附图)中所公开特征中的任何新颖特征或任何新颖特征的组合，或者扩展到由此公开的任何方法或过程的步骤中的任何新颖步骤或任何新颖步骤的组合。
借助于附图范围列举的数值包括这些范围内的所有值和分数，以及所引用的端点值。如当提到可测量值(诸如参数、数量、时间段和类似值)的范围时使用的术语“范围在...至...内”或“在...至...范围内”或“最高至”旨在包括与所公开的范围相关联的限制。
当术语“约”应用于特定值或范围时，该值或范围被解释为与用于测量它的方法一样准确。
如本文所定义，富氧气体是包含超过21vol％的氧气的气体，更特别地超过30vol％、超过35vol％、超过40vol％、超过50vol％、超过60vol％、超过70vol％、超过80vol％、超过90vol％、超过95vol％、超过98vol％和超过99vol％，更特别地100vol％的氧气。此富氧气体可例如由空气分离单元或水电解槽提供。
如本文所定义，加压富氧气体是具有范围在9bara至30bara内、优选地在15bara至30bara内的压力的气体，并且包含超过21vol％的氧气，更特别地超过30vol％、超过35vol％、超过40vol％、超过50vol％、超过60vol％、超过70vol％、超过80vol％、超过90vol％、超过95vol％、超过98vol％和超过99vol％，更特别地100vol％的氧气。
如本文所定义，空气是具有大气压的环境空气。
如本文所定义，蒸汽是水蒸气。
如本文所定义，术语“流量”是指体积流量或质量流量。
本公开总体上涉及用于生产硝酸的双压力方法和系统，该系统典型地在两个压力P1和P2下操作。典型地，P1的范围在2bara至低于6bara内，并且P2的范围在6bara至16bara内。
本公开总体上涉及一种用于硝酸生产的双压系统和方法，与传统的系统和方法相比，该系统和方法具有重要的收获，其中由加压空气组成、由具有至少300000m3/h的典型产能的空气压缩机提供的传统的一次空气和/或二次空气被以下的组合替代：(i)氧气或富氧气体，特别是加压氧气或富氧气体，诸如由高压水电解槽产生，如本文进一步讨论的；以及(ii)再循环的尾气流，从而无需空气压缩机来生成压缩的一次空气和/或二次空气。换句话说，在根据本公开的用于硝酸生产的系统和方法中：
(i)使用了氧气或富氧气体，特别是诸如由高压水电解槽产生的加压氧气或富氧气体，该氧气或富氧气体：(a)在与尾气流的部分混合后，用以提供第一含氧气体流，该第一含氧气体流与氨气流混合并随后被提供到氨转化器；以及(b)用于在氨转化器下游提供第二含氧气体流，诸如在氨转化器下游(诸如在氨转化器与NOx压缩机之间或在NOx压缩机与吸收器之间)与含有NOx的气体流混合的第二含氧气体流，和/或用作漂白器中的汽提气体，其中，特别地，含氧漂白器废气随后在氨转化器与吸收器之间与含有NOx的气体流混合；以及
(ii)从吸收器排出的尾气被分流成第一尾气流和第二尾气流，其中第一尾气流与氧气或富氧气体、特别是诸如由高压水电解槽产生的加压氧或富氧气体混合，以提供第一含氧气体流；和/或其中从吸收器排出的尾气的部分也可与氧气或富氧气体或第一含氧气体、特别是诸如由高压水电解槽产生的加压氧气或富氧气体混合，以提供第二含氧气体流。
硝酸生产设备
参考图2A、图2B、图2C和图2D。在本公开的一个方面，公开了一种用于以降低的动力消耗和减少的排放来生产硝酸的生产设备。该生产设备包括：
-优选地，加压空气65的源，特别地用于在启动期间对生产设备或系统进行加压。更特别地，加压空气源与包括富氧气体50的源或供应端的系统流体连通。如本文所定义，加压空气源能够提供从2000m3/h至19000m3/h的加压空气；
-富氧气体50的源或供应端，其提供第一含氧气体的部分；
-富氧气体50的源或供应端下游的用于将第一含氧气体56与氨气流32混合以产生氨/含氧气体混合物14的混合装置35；
-特别地在等于或高于P1且低于P2的压力下可操作、更特别地在压力P1下可操作的用于使氨/含氧气体混合物14中的氨氧化以产生包含水和氧化氮的NOx气体/蒸汽混合物15的氨转化器37；
-优选地，用于测量第一含氧气体56中的氧浓度的装置；以及优选地，用于调节氨气流32向混合装置35的供应的装置；以及优选地，用于调节含氧气体56中的氧浓度使得在氨转化器37的入口处的氧与氨摩尔比为至少1.2或至少1.25、特别是在1.2与9之间或在1.25与9之间的装置。因此，根据本公开的系统可包括用于调整氨转化器37中的氨和/或氧的浓度的装置(未示出)，特别地是用于控制富氧气体50的流量的装置和/或用于控制氨气流32的流量的装置，其用于将氨转化器37内部的氧与氨摩尔比维持在至少1.2或至少1.25(诸如在1.2与9之间、在1.25与9之间或在1.3与9之间)的比率；
-优选地，用于测量氨转化器37中的温度的装置；
-氨转化器37下游的用以产生水性稀硝酸混合物17和气态NOx流22的第一气体冷却器/冷凝器38；
-用于对气态NOx流22进行压缩以产生在压力P2下的压缩NOx气体流24的NOx气体压缩机40；
-用于从压缩NOx气体流24中将NOx气体吸收在水中以产生含有残留NOx气体的粗硝酸流27和包含NOx气体的尾气5的吸收塔41，该吸收塔包括用于排空尾气5的吸收塔尾气出口6；
-优选地，用于测量吸收塔41下游的尾气流中的氧浓度的装置；
-位于第一气体冷却器/冷凝器38上游的用于在NOx气体/蒸汽混合物15与尾气5之间进行热交换、特别地是用于利用来自NOx气体/蒸汽混合物15的热量对尾气流进行加热的热交换系统43；
-用于特别是在所述流被提供到吸收塔之前将蒸汽从压缩NOx气体流24分离并冷凝，特别地以产生具有在20℃至60℃范围内的温度的压缩NOx气体流24的第二气体冷却器/冷凝器39；
-富氧气体68、72、77的供应端，该富氧气体具有：(a)等于或高于P1且最高至P2的压力(参见图2A和图2B)，以用于向氨转化器37下游和NOx气体压缩机40上游、或者换句话说在氨转化器37与NOx气体压缩机40之间供氧，或者(b)高于P2的压力(参见图2C和图2D)，以用于向压缩NOx气体流24供氧，使得尾气流5、10、64、69、80、83、84含有至少0.5体积％的氧。特别地，该系统可进一步包括用于控制第二含氧气体的流量以便获得含有至少0.5体积％的氧的尾气流5、10、64、69、80、83、84的装置；以及
-位于热交换系统43下游的用于使尾气流(即在吸收塔41下游的尾气流)膨胀以产生在等于或高于P1且低于P2的压力、特别是在压力P1下的第一膨胀的尾气64的第一压力释放装置，诸如尾气膨胀机7，其中第一压力释放装置7可以至少部分地为NOx气体压缩机40提供动力；
该生产设备的特征在于，该系统进一步包括用于将(在吸收塔41下游的)尾气流分流成第一尾气流10和第二尾气流80的装置55，其中第一尾气流10具有等于或高于P1且最高至P2的压力并与富氧气体50以及任选的压缩空气流体连通，其中富氧气体50与第一尾气流10的混合提供第一含氧气体56。特别地，该生产设备可进一步包括用于调节被分流成第一尾气流10和第二尾气流80的尾气的量的装置。
典型地，热交换系统43包括至少两个热交换器66、67。本领域技术人员将认识到，可以在热交换系统内部(例如在热交换器66与67之间)分流尾气流。特别地，该生产设备可包括另外的热交换系统，使得气态NOx流22或NOx压缩气体流24与尾气5进行热交换。
如本文所定义，尾气的流或尾气流是吸收塔41下游的、在吸收塔41与第一尾气流10同富氧气体50之间的连通点或混合点之间的任何气体流。
如本文所定义，用于分流的装置是适用于分流尾气流以便生成第一尾气流10和第二尾气流80的任何装置。特别地，用于分流的装置是具有一个入口和两个出口的T形连接件，使得流经T形连接件的入口的气体被分流成化学成分相同的两股气体流。如本文所定义，压力释放装置是用于降低气体流(诸如尾气流)的压力的任何合适的装置。特别地，压力释放装置可以为气体膨胀机或气体喷射器。气体喷射器提供简化的装备的益处，其中不同气体流的混合与尾气压力的降低相结合。例如，经由气体喷射器处理的尾气流可充当动力气体，并且馈入喷射器的第二气体可例如是在低于作为动力气体的尾气流的压力(例如大气压)下的环境空气。特别地，尾气流可作为动力气体被馈入气体喷射器，并且馈入喷射器的第二气体是在低于作为动力气体的尾气流的压力下的氧气。在该背景下，空气或氧经由气体喷射器的馈送两者有助于增加被再循环的第一尾气流10和/或另外的尾气流83、84的浓度，从而减少对富氧气体50的需求。特别地，尾气流作为动力气体被馈入喷射器，并且馈入喷射器的第二气体是NOx气体/蒸汽混合物15或气态NOx流22。
本领域技术人员将认识到，用于分流的装置可结合在(第一)压力释放装置内，只要(第一)压力释放装置包括用于被减压的气体流的至少两个出口，特别地，一个出口用于第一尾气流10，并且另一个出口用于第二尾气流80。
如本文所定义，用于调节被分流成第一尾气流10和第二尾气流80的尾气的量的装置是用于控制用于分流的装置55中的分流的任何装置。特别地，用于分流的装置55是如上所述的T形连接件，并且用于调节的装置可以为位于T形连接件的一个或两个出口处的孔口或导向叶片或流量控制阀。甚至更具体地，该装置可以为集成工艺控制系统，其中氨转化器37中的温度是经由用于测量温度的装置来确定的。然后氨转化器37中的温度用于控制用于分流的装置55中的流量控制装置，从而控制分流尾气流，以便将测量的温度维持在800℃至950℃的范围内。
如本文所定义，用于调节氧浓度的装置是用于根据氧浓度的测量(诸如通过使用用于测量氧浓度的装置)来调整要引入系统的氧的量的任何合适的装置。氧浓度可例如根据在气相中使用工艺气体分析仪的测量来确定。氧浓度也可根据使用引入系统的氧源的浓度(特别是富氧气体的氧浓度)、氧源(特别是富氧气体)引入系统的流量(特别是氨气流引入系统的流量)以及与氧源混合的气体的相对流量值(特别是富氧气体与氨气流混合时的相对流量值)进行计算来确定。使用氧浓度，要引入系统的氧的相关流量进而被确定并且用于控制来自在预先确定的浓度下的气态氧源的氧的流量。对气态氧的流量的控制可例如经由流量控制阀来实现。在该背景下，如本文所定义，用于调整氨和/或氧的浓度的装置是适用于实现氨和/或氧的目标浓度的任何装置。特别地，此类装置是用于控制富氧气体和/或氨气流的流量的气体流量控制装置，特别是流量控制阀或孔口或导向叶片。特别地，该装置是集成工艺控制系统，其中氧浓度被测量，并且氧的目标流量或相关流量由此通过控制来自在预先确定的浓度下的气态氧源的第一富氧气体的流量来确定和实现。
本领域技术人员将确定进入氨转化器37和吸收塔41的气体中的氧的最佳浓度，以便在氨转化器37中以最佳方式进行氨到氧化氮的催化转化并以最佳方式进行对吸收塔41中的NOx气体的吸收。此外，在确定从吸收塔41排出的氧含量后时，他还将权衡增加吸收塔41中的氧含量的益处与吸收塔41下游较高气体体积的缺陷，这意味着用于对尾气进行加热的较大尺寸的装备，诸如热交换器。
如本文所定义，用于测量温度的装置是适用于测量和指示氨氧化燃烧器中的温度的任何装置。特别地，用于测量温度的装置是适用于测量和指示高达1000℃范围内的温度的热电偶或温度计。更特别地，用于测量温度的装置是用于测量和指示高达1000℃范围内的温度的红外温度计。
如本文所定义，用于将蒸汽转化成动力的装置是用于从蒸汽获得动力的任何装置。特别地，这些装置是连接到发电机的蒸汽涡轮机。
考虑到单元或设备的生产周期包括：启动阶段，其中启动了不同的过程；连续且基本恒定的阶段或操作模式，其中过程在给定工作负载下操作，该工作负载通常在生产周期期间保持恒定；以及停工阶段，在停工阶段，过程缓慢且安全地停止，术语单元或设备、特别是硝酸设备的“操作期间”或“连续操作期间”是指连续操作模式，其中单元或设备生产产品，特别是硝酸。
发明人已经发现，代替将由空气压缩机36提供的压缩空气34连续供应至混合单元35，可以将在压力P1下的第一尾气流10再循环，特别是在硝酸设备的连续操作期间。因此，仅需要供应加压空气来开始该过程，即在硝酸设备的启动阶段期间，特别地以对系统进行加压，但在尾气5的产生已经开始之后不再加压，并且不需要空气压缩机36了。尾气5具有高于P1的压力，并且因此，第一压力释放装置(诸如尾气膨胀机7)可用于提供降低的压力的尾气流并提供具有压力P1的尾气流。另外，富氧气体50和第二含氧气体68的供应端，该第二含氧气体典型地具有等于或高于P1且最高至P2的压力，以分别向氨转化器37和吸收塔41提供氧，使得在没有由空气压缩机36提供的一次空气和二次空气的情况下，氨转化器37和吸收塔41中的氧浓度与标准双压硝酸设备中的氧浓度相似并且可被控制到标准双压硝酸设备中的氧浓度。
在没有空气压缩机36并且尾气流10在系统中再循环的情况下，不仅系统的动力需求减少了，而且离开系统的NOx排放也减少了。因此，相对于对应的标准双压硝酸设备的尺寸，用于处理这些NOx排放的处理单元的尺寸减小了。
在根据本公开的生产设备的一个实施例中，该系统进一步包括以下中的一者或多者：
-蒸汽涡轮机51，其中蒸汽涡轮机可以至少部分地为NOx气体压缩机40提供动力；
-用于在第一膨胀的尾气64与较冷的尾气流之间进行热交换的热交换器79，特别地其中第一膨胀的尾气64在低于300℃的温度从热交换器79排出，并且其中热交换器79下游的第一膨胀的尾气64与用于分流的装置55直接流体连通。换句话说，膨胀的尾气64在热交换器79中与尾气5进行热交换，并且特别地在低于300℃的温度从热交换器79排出，其中已经与尾气5进行了热交换的膨胀的尾气64是由热交换器79下游的用于分流的装置55分流的尾气流；
-脱NOx处理单元70，特别地位于吸收塔41下游的尾气流中；以及
-用于使第二尾气流80膨胀至大气压以产生第二膨胀的尾气69的第二压力释放装置60。所述压力释放装置60可以为适用于降低第二尾气流80的压力的任何装置，特别地通过使第二尾气流80膨胀。此类装置例如是压力释放阀或气体膨胀机。
有利地，用于分流的装置55位于热交换系统43下游。事实上，第一尾气流10和第二尾气流80两者然后处于最佳温度。特别地，这意味着第一尾气流10处于低于300℃的温度，使得第一尾气流10可被馈入氨转化器37，而无需调节通过流32馈送的氨的量，以便将氨转化器37中的温度维持在800℃至950℃范围内的温度，该温度是氨转化器37可操作的温度。另外，用于分流的装置55的位置在该位置处赋予第二尾气流80用于在压力释放装置60、特别是尾气膨胀机中膨胀的最佳温度，以便提供可用于为NOx气体压缩机40提供动力的最佳能量。此外，蒸汽涡轮机51的存在允许回收在氨转化器37中产生的蒸汽的热量，并且该回收的热量可至少部分地用于为尾NOx气体压缩机40提供动力。最后，蒸汽涡轮机51的使用有助于以节能的方式操作生产设备。
特别地，尾气5在热交换系统43的热交换器67中被加热，并且然后在热交换器79中从在20℃至250℃范围内的温度加热至在100℃至450℃范围内的温度。随后，从热交换器79排出的尾气在热交换系统43中被加热至在200℃至550℃范围内的温度。然后，从热交换器79排出的尾气处于用于在脱NOx处理单元70中处理的最佳温度，并且因此，脱NOx处理单元70位于热交换器79与热交换系统43之间。本领域技术人员将毫无困难地选择脱NOx处理单元70的适当位置，使得脱NOx处理单元70的操作温度与对应的尾气流的温度一致。
在根据本公开的生产设备的一个实施例中，该系统进一步包括用于漂白含有残留NOx气体的粗硝酸流27以提供漂白的硝酸流75的漂白器62，其中漂白器具有用于富氧漂白气体72的入口81，特别地其中入口81与高压水电解槽63流体连通，以及用于漂白器废气77的出口73。应当理解，漂白器62进一步包括用于含有残留NOx气体的粗硝酸流的入口和用于漂白的硝酸的出口。如果漂白器62在高于P1且最高至等于P2的压力(图2B)下操作，则漂白气体或废气77与氨转化器37下游和NOx气体压缩机40上游的任何气体流流体连通，或者如果漂白器62在等于或高于P2的压力(图2D)下操作，则与NOx气体压缩机40下游的任何流流体连通，使得第二含氧气体68、72、77的供应端或源至少部分地来自废气77。
当含有残留NOx气体的粗硝酸流27被漂白时，减少了硝酸溶液中的NOx气体和亚硝酸HNO2的量。这进而引起从硝酸溶液出来的棕色烟雾较少。另外，由漂白器提供的硝酸溶液质量更高，即更纯净。
方便地，当含有残留NOx气体的粗硝酸流27被漂白时，漂白气体或废气77对应于具有高于P1且最高至P2的压力(图2B)或具有高于P2的压力(图2D)的第二含氧气体(或由供应端供应的富氧气体68)：具有高于P1且最高至P2的压力(图2B)或高于P2的压力(图2D)的富氧气体、特别是第二含氧气体的供应是经由漂白器62作为漂白器废气77实现的，并且不需要单独的氧源了。
在根据本公开的生产设备的一个实施例中，富氧气体50的部分或第一含氧气体56的部分或尾气5的部分(诸如尾气流83、84的部分)与漂白器62的入口81流体连通，使得富氧漂白气体或汽提气体72至少部分地由富氧气体50的部分或含氧气体56的部分或尾气5的部分(诸如尾气流83、84的部分)提供。
如果存在漂白器62，则由于没有二次空气被空气压缩机(标准硝酸设备中的36)馈入漂白器62，所以可方便地由漂白器62馈送富氧气体50。此外，一旦尾气5产生并再循环，第一含氧气体56或尾气流的部分可被馈入漂白器62：含氧气体56或尾气5中的NOx气体的浓度足够低使得漂白器62中的漂白维持足够有效。
特别地，该系统进一步包括用于当富氧气体50或第一含氧气体56或尾气5在漂白器中用作汽提气体时，将其加压至等于或高于P2的压力的装置78，使得漂白器62是高压漂白器，即在超过6bara至最高至16bara范围内的压力(图2D)下操作的漂白器。这些用于加压的装置78可例如是气体压缩机。
在根据本公开的生产设备的一个实施例中，该系统进一步包括与吸收塔41下游的任何尾气流直接流体连通的第二富氧气体的流74。更特别地，该系统进一步包括与第一压力释放装置7上游的任何尾气流直接流体连通的加压富氧气体的流。
第二富氧气体的流74的馈送允许减少需要提供到混合单元35的第一富氧气体50的量。特别地，第二富氧气体流74可被馈送到热交换43下游和第一压力释放装置7上游，这允许从第一压力释放装置(例如，尾气膨胀机7)输出更多的动力。
在根据本公开的生产设备的一个实施例中，第一富氧气体50，第二含氧气体68、72、77，第二富氧气体流74(特别地与吸收塔41下游的任何尾气流流体连通)以及富氧漂白气体72和废气77全部至少部分地由水电解槽63、特别是高压水电解槽63提供。
水电解槽是一种用于电解水的装置，由于电流通过其中的通道，水会分解成氧气和氢气。这一技术可用于制造氢燃料的主要组分氢气和氧气。合适的高压水电解槽可包括：根据以下反应产生氧气的阳极
2OH-＝H2O+1/2O2+2e-；
-根据以下反应产生氢气的阴极，
2H2O+2e-＝H2+2OH-；
由诸如氢氧化钾等碱性溶液组成的电解质；以及将阳极和阴极隔开的多孔隔膜，以便避免氢气和氧气混合在一起形成爆炸性混合物。替代地，阳极和阴极可由固体聚合物电解质(诸如含氟聚合物Nafion)隔开，其中电解质提供质子从阳极到阴极的选择性输送，以及阳极与阴极之间的电绝缘，并且避免氢气和氧气混合在一起形成爆炸性混合物。
阳极和阴极可由镍或钢或其混合物制成。替代地，出于增强电极反应的目的，阳极和阴极可含有可分别由铱和铂制成的催化剂。电绝缘材料的隔膜是基于例如氧化锆。隔膜具有一孔隙率，使得其形成阻止氢气和氧气气泡输送的屏障，同时含有连续的渗透液体电解质。阳极-隔膜-阴极组合件组成电解池。电解池串联堆叠，构成电解槽的核心。给定堆叠体积的氢气和氧气产量与电流密度成正比，并与堆叠距离成反比。无论堆叠体积如何，氢气和氧气产量都与总电流成正比。除堆叠外，电解槽还包括比如整流器、水软化单元、水泵和冷却系统、氢气净化单元和仪表等辅助设备。
通过在每个电池上施加对应于标准电势加上过电势的电压来操作电解槽。总电压取决于构成电解槽的电池的总数。在阴极处产生的OH-离子通过隔膜中的电解质迁移到阳极，在那里它们被阳极反应消耗掉。电子在外电路中以相反的方向行进。电解槽可在50℃至80℃或60℃至80℃的温度和2bara、优选地9bara至30bara——作为高压水电解槽，甚至更优选地15bara至30bara的气压下操作。
因此，高压水电解槽引起在阴极处产生加压氢并且在阳极处产生加压氧，诸如具有9bara至30bara的压力，甚至更优选地15bara至30bara的压力。进行高压电解所需的是对在电解过程中使用的水进行加压。由于对水进行加压比对气体进行加压需要更少的动力，因此高压水电解槽的使用引起以最小化的动力消耗产生加压富氧气体。
方便地，水电解槽63向需要馈送氧的所有各个点提供氧。特别地，来自电解槽63的氧的供应足以提供第一富氧气体、第二富氧气体74、第二含氧气体68、富氧漂白气体72和废气77中的氧的全部。以这种方式，该系统被简化并且包括单一氧源，由该单一氧源可产生不同的含氧气体流。特别地，可使用标准压力调节装置在期望的压力下产生含氧气体流。使用在9bara至30bara下可操作的高压电解槽作为要供应至在高于P2的压力下操作的漂白器的氧气源是特别有用的。
高压水电解槽存在的另一个优点在于，在产生可用于硝酸生产的氧气的同时，还产生氢气。此氢气以绿色方式产生，即不传统地使用天然气，使用天然气引起温室气体二氧化碳的产生。然后氢气可用于在哈伯-博施法(Haber-Bosch process)(通常也称为合成气装置)中产生氨。因此，高压水电解槽使得能够整合氨和硝酸生产过程。
在根据本公开的生产设备的一个实施例中，用于在启动阶段期间对系统进行加压的加压空气65的源与系统之间的流体连通与第一富氧气体50直接流体连通的，特别地具有压力P1。
优选地，在启动时将加压空气65引入与富氧气体50直接流体连通的尾气流。以这种方式，在系统启动期间操作NOx压缩机40时，确保了空气当氨32被馈入转化器37时流经转化器37，使得有足够浓度的氧来将氨转成氧化氮。随后，引发硝酸过程，产生尾气5，并且在馈送富氧气体50时，第一尾气流10可再循环到混合单元35。
用于生产硝酸的方法
参考图2A、图2B、图2C和图2D。在本公开的一个方面，公开了一种用于在根据本公开的生产设备的生产设备中以降低的动力消耗和减少的排放来生产硝酸的方法。该方法包括以下步骤：
a)优选地，通过向系统中供应加压空气65来对系统进行加压；
b)优选地，使用外部动力来操作NOx气体压缩机40或第一压力释放装置(例如尾气膨胀机)7，从而在系统中引入加压空气流量并且进一步将系统加压至NOx气体压缩机40下游的压力P2；
c)将氨气流32和第一含氧气体供应至混合装置35，从而产生氨/含氧气体混合物14；
d)在等于或高于P1且低于P2的压力下，特别是在压力P1下，特别是在800℃至950℃范围内的温度，在氨转化器37中使氨/含氧气体混合物14中的氨氧化，从而产生包含水和氧化氮的气态NOx气体/蒸汽混合物15；
e)在热交换系统43中和在第一气体冷却器/冷凝器38中对气态NOx气体/蒸汽混合物15中的NOx气体进行冷却，从而产生水性稀硝酸混合物17和气态NOx流22；
f)在NOx气体压缩机40中对气态NOx流22进行压缩，从而提供具有压力P2的加压NOx压缩气体流24；
g)在吸收塔41中吸收压缩气态NOx流24，从而提供含有残留NOx气体的粗硝酸流27和包含NOx气体的尾气5；
h)在热交换系统43中利用从来自氨转化器37的NOx气体/蒸汽混合物15而来的热量对尾气5进行加热，特别地加热至在150℃至650℃范围内的温度；
i)在第二气体冷却器/冷凝器39中对压缩NOx气体流24进行冷却，从而提供特别地具有在20℃至60℃范围内的温度的压缩NOx气体流24；以及
j)在第一压力释放装置(例如尾气膨胀机7)中使在步骤h)中获得的尾气5的至少部分膨胀，从而提供第一膨胀的尾气64。
该方法的特征在于，其进一步包括以下步骤：
k)具体地，利用用于分流的第一装置55将尾气流分流成第一尾气流10和第二尾气流80并将第一尾气流10与(第一)富氧气体50混合，从而提供第一含氧气体56；
l)任选地，测量第一含氧气体56中的氧浓度；
m)特别地如果在步骤l)中测量的氧浓度使得氨转化器37中的氧与氨摩尔比小于1.2或1.25，则调节在步骤k)中混合的第一富氧气体50(例如具有压力P2)的流量或氨气的流量，使得在氨转化器37的入口处的氧与氨摩尔比为至少1.2或1.25，诸如在1.2与9之间、在1.25与9之间或在1.3与9之间；或者换句话说，以便将氨转化器37内部的氧与氨摩尔比维持在至少1.2或1.25的比率，诸如在1.2至9、在1.25至9或在1.3至9范围内；n)任选地，测量氨转化器37中的温度；
o)任选地，如果在步骤n)中测量的温度在800℃至950℃的范围之外，则调节在步骤k)中混合的气体体积或在步骤d)中供应的氨气流32，使得氨转化器中的温度被维持在800℃至950℃的范围内；
p)任选地，测量吸收塔41下游的尾气5中的氧浓度；
q)特别地如果在步骤p)中测量的氧浓度为小于0.5体积％的氧，则调节特别是在NOx气体压缩机40上游的在等于或高于P1且最高至P2的压力下或在NOx气体压缩机40下游的在高于P2的压力下的第二含氧气体68、72、77的流量或供应，使得尾气流5、10、64、69、80、83、84中的氧浓度包含至少0.5体积％的氧。
r)特别地，重复步骤c)至q)。
典型地，P1的范围在2bara至6bara内，并且P2的范围在9bara至16bara内。本领域技术人员将确定进入氨转化器37和吸收塔41的气体中的氧的最佳浓度，以便在氨转化器37中以最佳方式进行氨到氧化氮的催化转化并以最佳方式进行对吸收塔41中的NOx气体的吸收。此外，在确定从吸收塔41排出的氧含量后，他还将权衡增加吸收塔41中的氧含量的益处(诸如由于改进的吸收而减小的塔尺寸)与吸收塔41下游较高气体体积的缺陷，这需要用于对尾气进行加热的较大尺寸的装备，诸如热交换器。
特别地，气态NOx流22或NOx压缩气体流24与尾气5进行热交换。特别地，气态NOx流22或NOx压缩气体流24与尾气5进行热交换。
发明人已经发现，代替将由空气压缩机36提供的压缩空气34连续供应至混合单元35，可以将在压力P1下的第一尾气流10再循环，特别是在硝酸设备的连续操作期间。因此，仅需要供应压缩或加压空气来开始该过程，即在硝酸装置的启动阶段期间，以用于对系统进行加压，但在硝酸设备的连续操作阶段或模式期间，在尾气5的产生已经开始之后不再加压，并且不需要空气压缩机36了。尾气5具有高于P1的压力，并且因此，第一压力释放装置7(诸如尾气膨胀机)可用于提供压力P1的尾气流。另外，具有等于或高于P1且最高至P2的压力的第一富氧气体50和第二含氧气体68分别向氨转化器37和吸收塔41提供氧，使得，在没有由空气压缩机36提供的一次空气和二次空气的情况下，氨转化器37和吸收塔41中的氧浓度与标准双压硝酸设备中的氧浓度相似。
在没有空气压缩机36并且第一尾气流10在系统中再循环的情况下，不仅系统的动力需求减少了：离开系统的NOx排放也减少了。因此，相对于对应的标准双压硝酸设备的尺寸，用于处理这些NOx排放的处理单元的尺寸减小了。
在根据本公开的方法的一个实施例中，在步骤k)中混合的第一尾气流10是在步骤j)之后获得的，特别地第一膨胀的尾气64在步骤k)中被分流，并且该方法进一步包括的以下步骤：
s)特别是在步骤k)之前，在热交换器79中用第一膨胀的尾气64将比第一膨胀的尾气64冷的尾气流加热，从而使待在步骤k)中混合的膨胀的尾气达到低于300℃的温度；特别是在步骤k)之前，在热交换器中用在步骤j)中获得的第一膨胀的尾气将在步骤g)中获得的尾气5加热，从而使待在步骤k)中混合的尾气达到低于300℃的温度；
t)在脱NOx处理单元70中处理尾气流，特别是从步骤s)获得的/在步骤s)中加热的尾气流；
u)在第二压力释放装置60中使第二尾气流80膨胀，从而提供第二膨胀的尾气69。第二压力释放装置60可以为适用于降低气体流的压力从而使气体流、特别是第二尾气流80膨胀的任何装置。此类装置例如是压力释放阀或气体膨胀机；以及
v)在蒸汽涡轮机51中将氨转化器37中生成的蒸汽的至少部分回收。
有利地，用于分流的装置55位于热交换系统43下游。事实上，第一尾气流10和第二尾气流80两者然后处于最佳温度。这意味着第一尾气流10处于低于300℃的温度，使得第一尾气流10可被馈入氨转化器37，而无需调节通过流32馈送的氨的量，以便将氨转化器中的温度维持在800℃至950℃范围内的温度，即氨转化器37可操作的温度。另外，用于分流的装置55的位置在该位置处赋予第二尾气流80用于在压力释放装置60中膨胀的最佳温度，以便提供可用于为NOx气体压缩机40提供动力的最佳能量。此外，蒸汽涡轮机51的存在允许回收在氨转化器37中产生的蒸汽的热量，并且该回收的热量可至少部分地用于为尾NOx气体压缩机40提供动力。最后，蒸汽涡轮机51的使用有助于以节能的方式操作生产设备。
特别地，尾气5在热交换器79中、特别是在热交换系统43的热交换器67中并且然后在热交换器79中从在20℃至250℃范围内的温度加热至在100℃至450℃范围内的温度。随后，从热交换器79排出的尾气在热交换系统43中、特别是在热交换系统43的热交换器66中被加热至200℃至550℃范围内的温度。然后，从热交换器79排出的尾气处于用于在脱NOx处理单元70中处理的最佳温度，并且因此，脱NOx处理单元70位于热交换器79与热交换系统43之间。本领域技术人员将毫无困难地选择脱NOx处理单元70的适当位置，使得脱NOx处理单元70的操作温度与对应的尾气流的温度一致。
在根据本公开的方法的一个实施例中，该方法进一步包括以下步骤：w)在漂白器62中漂白含有残留NOx气体的粗硝酸流27，从而产生漂白的硝酸流75。
当含有残留NOx气体的粗硝酸流被漂白时，减少了硝酸溶液中的NOx气体和亚硝酸HNO2的量。这进而引起从硝酸溶液出来的棕色烟雾较少。另外，由漂白器提供的硝酸溶液质量更高，即更纯净。
方便地，当含有残留NOx气体的粗硝酸流27被漂白时，漂白气体或废气77对应于由具有高于P1且最高至P2的压力(图2B)或高于P2的压力(图2D)的富氧气体的对应供应端或源68供应的第二含氧气体：具有高于P1且最高至P2的压力(图2B)或高于P2的压力(图2D)的第二含氧气体的供应端是漂白器62，特别是漂白器废气77，并且不需要单独的氧源了。
在根据本公开的方法的一个实施例中，该方法进一步包括以下步骤：w1)将在步骤k)中获得的第一富氧气体50的部分或第一含氧气体56的部分或者诸如在步骤g)中获得的尾气流5、83、84的部分供应至漂白器62。
如果存在漂白器62，即如果进行此漂白步骤，则由于没有二次空气被空气压缩机(标准硝酸设备中的36)馈入漂白器62，所以可方便地由漂白器62馈送第一富氧气体50。此外，一旦尾气5产生并再循环，第一含氧气体56或尾气流的部分可被馈入漂白器62：第一含氧气体56或尾气5中的NOx气体的浓度足够低使得漂白器62中的漂白维持足够有效。
特别地，该方法进一步包括以下步骤：w2)在用于加压的装置78中将要供应至漂白器的第一富氧气体50、尾气流的部分和/或第一含氧气体56加压至高于P2的压力，使得漂白器62是高压漂白器，即在超过6bara或9bara至最高至16bara范围内的压力(图2D)下操作的漂白器。这些用于加压的装置78可例如是气体压缩机。
在根据本公开的方法的一个实施例中，该方法进一步包括以下步骤：x)将第二富氧气体或含氧气体的流68、72、77、特别地作为加压富氧气体的流供应至尾气流，特别地供应至第一压力释放装置7上游的尾气流。第二富氧气体的流74的馈送允许减少需要提供到混合单元35的第一富氧气体50的量。特别地，第二富氧气体流74可被馈送到热交换器43下游和第一压力释放装置7(诸如尾气膨胀机)上游，这允许从第一压力释放装置7(诸如尾气膨胀机)输出更多的动力。
在根据本公开的方法的一个实施例中，该方法进一步包括以下步骤：
y)操作水电解槽63，从而产生氧气，特别地操作高压水电解槽，从而产生加压氧气；以及
z)从由水电解槽63在步骤y)中产生的氧提供至少部分的(第一)富氧气体50，第二含氧气体68、72、77，第二富氧气体74(特别地与吸收塔41下游的任何尾气流流体连通)以及富氧漂白气体72和废气77。
方便地，水电解槽63向需要馈送氧的所有各个点提供氧。特别地，来自电解槽63的氧的供应足以提供第一富氧气体50、第二富氧气体74、第二含氧气体68、富氧漂白气体72和废气77的氧的全部。以这种方式，该系统被简化并且可包括单一氧源，由该单一氧源可产生不同的含氧气体流。特别地，可使用标准压力调节装置在期望的压力下产生不同的含氧流。使用在9bara至30bara的压力、优选地在15bara至30bara的压力下可操作的高压电解槽作为可被供应至在高于P2的压力下操作的漂白器的氧气源是特别有用的。
高压水电解槽存在的另一个优点在于，在产生可用于硝酸生产的氧气的同时，还产生氢气。此氢气以绿色方式产生，即不传统地使用天然气，使用天然气引起温室气体二氧化碳的产生。然后氢气可用于在哈伯-博施法(Haber-Bosch process)(通常也称为合成气装置)中产生氨。因此，高压水电解槽使得能够整合氨和硝酸生产过程。此外，由于对水进行加压比对气体进行加压需要更少的能量，因此高压水电解槽的使用引起以最小化的动力消耗产生加压富氧气体。
在根据本公开的方法的一个实施例中，在步骤a)中，在与富氧气体50(特别地具有压力P2)直接流体连通的流中供应加压空气65(特别地具有压力P1)。
优选地，在启动时将加压空气65引入与富氧气体50直接流体连通的尾气流。以这种方式，在系统启动期间操作用于加压的装置和NOx压缩机时，确保了空气当氨32被馈入转化器37时流经转化器37，使得有足够浓度的氧来将氨转成氧化氮。随后，引发硝酸过程，产生尾气5，并且第一尾气流10再循环到混合单元35并与第一富氧气体50混合。
本公开的生产设备的用途
在本公开的一个方面，公开了本公开的生产设备用于进行本公开的方法的用途。
用于改造硝酸生产设备的方法
在本公开的一个方面，公开了一种用于将用于生产硝酸的生产设备、特别是用于将现有生产设备改造成根据本公开的生产设备的方法，其中用于生产硝酸的现有系统或生产设备包括：
-用于提供压缩空气流34的空气压缩机36；
-用于将压缩空气流34与氨气流32混合以产生氨/含氧气体混合物14的混合装置35；
-优选地，用于调节氨气流32向混合装置35的供应的装置；
-特别地在等于或高于P1但低于P2的压力下可操作、特别地在压力P1下可操作的用于使氨/含氧气体混合物14中的氨氧化以产生包含水和氧化氮的NOx气体/蒸汽混合物15的氨转化器37；
-优选地，用于测量氨转化器37中的温度的装置；
-氨转化器37下游的用以产生水性稀硝酸混合物17和气态NOx流22的第一气体冷却器/冷凝器38；
-用于对气态NOx流22进行压缩以产生在压力P2下的压缩或加压NOx气体流24的NOx气体压缩机40；
-用于从压缩NOx气体流24中将NOx气体吸收在水中以产生含有残留NOx气体的粗硝酸流27和包含NOx气体的尾气5的吸收塔41，该吸收塔包括用于排空尾气5的吸收塔尾气出口6；
-优选地，用于测量吸收塔41下游的尾气流中的尾气5中的氧浓度的装置；
-用于在NOx气体/蒸汽混合物15与尾气5之间进行热交换；特别地是用于利用从来自氨转化器的NOx气体/蒸汽混合物而来的热量对尾气流进行加热的热交换系统43；
-位于NOx压缩机与吸收塔之间的用于将蒸汽从压缩NOx气体流24分离并冷凝，特别地以产生具有在20℃至60℃范围内的温度的压缩NOx气体流24的第二气体冷却器/冷凝器39；以及
-位于热交换系统43下游的用于使吸收塔41下游的尾气流膨胀以产生第一膨胀的尾气64的第一压力释放装置或尾气膨胀机7，其中第一压力释放装置或尾气膨胀机7可以至少部分地为NOx气体压缩机40提供动力。
该改造方法包括以下步骤：
-优选地，引入与生产设备流体连通的适用于在启动期间对生产设备进行加压的加压空气65的源，特别地其中加压空气源能够提供2000m3/h至19000m3/h的加压空气；
-引入富氧气体50的供应端或源，诸如高压水电解槽，从而提供在混合装置35的上游并与混合装置流体连通的第一含氧气体的部分；
-优选地，引入用于测量含氧气体56中的氧浓度的装置；
-优选地，引入用于调节含氧气体56中的氧浓度使得在氨转化器37的入口处的氧与氨摩尔比为至少1.2或1.25、特别是在1.2与9之间或在1.25与9之间的装置。更特别地，可以引入用于调整氨转化器中的氨和/或氧的浓度的装置，特别地是用于控制富氧气体的流量或第一含氧气体的流量的装置和/或用于控制氨气流的流量的装置，其用于将氨转化器内部的氧与氨摩尔比维持在至少1.2或至少1.25、特别地是在1.2与9之间、在1.25与9之间或在1.3与9之间的比率；
-特别地，引入第二含氧气体68、72、77的供应端，该第二含氧气体具有：(i)等于或高于P1且最高至P2的压力，以用于向NOx气体压缩机上游供氧，或者(ii)高于P2的压力，以用于向压缩NOx气体流供氧，使得尾气流5、10、62、69、80、83、84含有至少0.5体积％的氧；
-引入用于将吸收塔41下游的尾气流分流成第一尾气流10和第二尾气流80的装置55，其中第一尾气流与第一富氧气体50流体连通，其中第一尾气流与第一富氧气体的混合提供第一含氧气体；
-特别地，引入用于调节被分流成第一尾气流10和第二尾气流80的尾气的量的装置；以及
-移除空气压缩机36。
术语“富氧气体”如本文别处所定义地使用。
典型地，热交换系统43包括至少两个热交换器66、67。本领域技术人员将认识到，可以在热交换系统内部(例如在热交换器66与67之间)分流尾气流。特别地，生产设备在改造之前和之后两者包括另外的热交换系统，使得气态NOx流22或NOx压缩气体流24与尾气5进行热交换。
如本文所定义，尾气的流/尾气流是吸收塔下游的任何气体流，诸如位于吸收塔41与第一尾气流10同(第一)富氧气体50之间的连通点或混合点之间。
如本文所定义，用于分流的装置是适用于分流尾气流的任何装置，以便生成第一尾气流10和第二尾气流80。特别地，用于分流的装置是具有一个入口和两个出口的T形连接件，使得流经T形连接件的入口的气体被分流成化学成分相同的两股气体流。如本文所定义，压力释放装置是用于降低气体流(诸如尾气流)的压力的任何合适的装置。特别地，压力释放装置可以为气体膨胀机或气体喷射器。气体喷射器提供简化的装备的益处，其中不同气体流的混合与尾气压力的降低相结合。例如，经由气体喷射器处理的尾气流可充当动力气体，并且馈入喷射器的第二气体可例如是在低于作为动力气体的尾气流的压力(例如大气压)下的环境空气。特别地，尾气流可作为动力气体被馈入气体喷射器，并且馈入喷射器的第二气体是在低于作为动力气体的尾气流的压力下的氧气。在该背景下，空气或氧经由气体喷射器的馈送两者有助于增加被再循环的第一尾气流10和/或另外的尾气流83、84的浓度，从而减少对富氧气体50的需求。特别地，尾气流作为动力气体被馈入喷射器，并且馈入喷射器的第二气体是NOx气体/蒸汽混合物15或气态NOx流22。
本领域技术人员将认识到，用于分流的装置可结合在(第一)压力释放装置内，只要(第一)压力释放装置包括用于被减压的气体流的至少两个出口，特别地，一个出口用于第一尾气流10，并且另一个出口用于第二尾气流80。
如本文所定义，用于调节被分流成第一尾气流10和第二尾气流80的尾气的量的装置是用于控制用于分流的装置55中的分流的任何装置。特别地，用于分流的装置55是如上所述的T形连接件，并且用于调节的装置可以为位于T形连接件的一个或两个出口处的孔口或导向叶片或流量控制阀。甚至更具体地，该装置可以为集成工艺控制系统，其中氨转化器37中的温度是经由用于测量温度的装置来确定的。然后氨转化器37中的温度用于控制用于分流的装置55中的流量控制装置，从而控制分流尾气流，以便将测量的温度维持在800℃至950℃的范围内。
如本文所定义，用于调节氧浓度的装置是用于根据氧浓度的测量(诸如通过使用用于测量氧浓度的装置)来调整要引入系统的氧的量的任何合适的装置。氧浓度可例如根据在气相中使用工艺气体分析仪的测量来确定。氧浓度也可根据使用引入系统的氧源的浓度(特别是富氧气体的氧浓度)、氧源(特别是富氧气体)引入系统的流量(特别是氨气流引入系统的流量)以及与氧源混合的气体的相对流量值(特别是富氧气体与氨气流混合时的相对流量值)进行计算来确定。使用氧浓度，要引入系统的氧的相关流量进而被确定并且用于控制来自在预先确定的浓度下的气态氧源的氧的流量。对气态氧的流量的控制可例如经由流量控制阀来实现。在该背景下，如本文所定义，用于调整氨和/或氧的浓度的装置是适用于实现氨和/或氧的目标浓度的任何装置。特别地，此类装置是用于控制富氧气体和/或氨气流的流量的气体流量控制装置，特别是流量控制阀或孔口或导向叶片。特别地，该装置是集成工艺控制系统，其中氧浓度被测量，并且氧的目标流量或相关流量由此通过控制来自在预先确定的浓度下的气态氧源的第一富氧气体的流量来确定和实现。
本领域技术人员将确定进入氨转化器37和吸收塔41的气体中的氧的最佳浓度，以便在氨转化器37中以最佳方式进行氨到氧化氮的催化转化并以最佳方式进行对吸收塔41中的NOx气体的吸收。此外，在确定从吸收塔41排出的氧含量后，他还将权衡增加吸收塔41中的氧含量的益处与吸收塔41下游较高气体体积的缺陷，这意味着用于对尾气进行加热的较大尺寸的装备，诸如热交换器。
如本文所定义，用于测量温度的装置是适用于测量和指示氨氧化燃烧器中的温度的任何装置。特别地，用于测量温度的装置是适用于测量和指示高达1000℃范围内的温度的热电偶或温度计。更特别地，用于测量温度的装置是用于测量和指示高达1000℃范围内的温度的红外温度计。
实例
1.99.3％的尾气再循环
参考图2A。在混合装置35中将氨32与加压空气65混合。将所得的氨/压缩空气混合物14馈入氨转化器37，在800℃至950℃内范围的温度，并且在5.4bara的压力下操作。在氨转化器37的入口处的氧与氨摩尔比为至少1.25。在氨转化器37中，氨经混合的铂/铑催化剂而氧化，从而获得包含水和氧化氮(NO)的低压NOx气体/蒸汽混合物15。回收从氨转化器出来的混合物的热量，从而产生蒸汽，该蒸汽被供应至蒸汽涡轮机51并且还输出到电网并用于对尾气5进行加热，如下面将描述的。NOx气体/流混合物随后在气体冷却器/冷凝器38中冷却到水冷凝的温度，并且自气态NOx流22中分离出水性稀硝酸混合物17。将水性稀硝酸混合物17送至吸收塔41。气态NOx流22被进一步氧化以进一步将NO转化为NO2和N2O4。然后，气态NOx流22在NOx气体压缩机40中被压缩至12bara的压力，从而产生加压NOx气态流24。加压NOx气态流24也在第二气体冷却器/冷凝器39中被冷却并被送至吸收塔41。在吸收塔41内部，NOx气体与水反应以产生尾气5和还含有残留NOx气体的粗硝酸流，该流随后被馈入漂白器62。使用来自漂白器62的废气77将尾气5中的氧含量维持在3％，该废气被供应至氨转化器37下游和NOx气体压缩机40上游。尾气5在热交换器79中被连续加热，在脱NOx单元70中被处理，并且在热交换系统43中由气态NOx流15加热至500℃，从而产生加热尾气流。加热尾气流经尾气膨胀机7而膨胀，从而产生膨胀的尾气64。膨胀的尾气64用于在热交换器7中对尾气5进行加热，并且随后经T形管55而分流成第二尾气流80和表示99.3％的膨胀的尾气64的第一尾气流10。第一尾气10然后与具有7bara的压力的富氧气体50混合，从而在没有进一步 的加压空气34供应的情况下提供含氧气体56，使得在进一步的连续操作期间，尾气5产生，并且在没有空气压缩机的情况下被加热、膨胀并分流，以及与富氧气体50一起再循环到氨转化器37。控制馈入该过程的富氧气体50的量，以便确保测量在氨转化器37的入口处的氧与氨的比率，并且在该比率低于1.25的情况下，调节富氧气体50的量，使得在氨转化器37的入口处的氧与氨摩尔比为至少1.25。测量并确立氨转化器37内部的温度，以将其维持在800℃至950℃的范围内。残留的0.7％的第二尾气流80被送至附加尾气膨胀机60。然后在以与5.4bara的氨转化器的压力大致相同的压力操作的漂白器单元62内部用气态介质72(诸如含氧气体或空气)汽提出粗硝酸流27中的残留NOx气体。空气压缩机36和NOx压缩机40两者的驱动力源自尾气膨胀机7、附加尾气膨胀机60和蒸汽涡轮机51。与NOx气体压缩机40、尾气膨胀机7和附加尾气膨胀机60相关联的净动力为8kWh/t 100％ HNO3。该动力由蒸汽涡轮机51产生或者由电动机提供。具体蒸汽输出量为1100kg/t至1300kg/t硝酸。
2.对比实例：无尾气再循环
参照图1。在混合装置35中将氨32与压缩空气34混合。在氨转化器37的入口处的氧与氨的比率为至少1.25。在氨转化器37中，氨32与压缩空气34的混合物中的氨在5.4bara的压力下经混合的铂/铑催化剂而氧化，从而获得包含水和氧化氮(NO)的低压NOx气体/蒸汽混合物15。从氨转化器出来的混合物的热量被回收以用于供应蒸汽涡轮机51，并且还被输出到电网并用于对尾气5进行加热，如下面将描述的。NOx气体/流混合物随后在气体冷却器/冷凝器38中冷却到水冷凝的温度，并且自气态NOx流22中分离出水性稀硝酸混合物17。随后，气态NOx流22连续地被进一步氧化以进一步将NO转化为NO2和N2O4，在另一个气体冷却器/冷凝器39中再次被冷却，并且然后被引导至吸收塔41。在另一端，气态NOx流22在NOx气体压缩机40中被压缩至12bara的压力，从而产生加压NOx气态流24。加压NOx气态流24也被送至吸收塔41。在吸收塔41内部，NOx气态流24与水反应以产生尾气5和还含有残留NOx气体的粗硝酸流27，该流被馈入漂白器62。来自气态NOx流15的热量用于将热交换系统43中的尾气5加热至450℃。整个尾气流5被送至尾气膨胀机7。然后，在5.4bara下操作的漂白器单元62内部用气态介质72(诸如含氧气体或空气)汽提出粗硝酸流27中的残留NOx气体。空气压缩机36和NOx压缩机40的驱动力源自尾气膨胀机7和蒸汽涡轮机51。该动力由蒸汽涡轮机51产生。具体蒸汽输出量为600kg/t至800kg/t硝酸。
Claims (18)
1.一种用于以降低的动力消耗和减少的排放来生产硝酸的生产设备，其包括：
·富氧气体的源，特别是加压富氧气体的源，诸如高压水电解槽；
·富氧气体的所述源下游的用于将第一含氧气体与氨气流混合以产生氨/含氧气体混合物的混合装置；
·特别地在等于或高于P1且低于P2的压力下可操作的用于使所述氨/含氧气体混合物中的氨氧化以产生包含水和氧化氮的NOx气体/蒸汽混合物的氨转化器；
·用于调整所述氨转化器中的氨浓度和/或氧浓度的装置，特别地是用于控制所述富氧气体的流量的装置和/或用于控制所述氨气流的流量的装置，其用于将所述氨转化器内部的氧与氨摩尔比维持在至少1.2的比率；
·所述氨转化器下游的用以产生水性稀硝酸混合物和气态NOx流的第一气体冷却器/冷凝器；
·用于对所述气态NOx流进行压缩以产生在压力P2下的压缩NOx气体流的NOx气体压缩机；
·用于从所述压缩NOx气体流中将NOx气体吸收在水中以产生含有残留NOx气体的粗硝酸流和包含NOx气体的尾气的吸收塔，所述吸收塔包括用于排空所述尾气的吸收塔尾气出口；
·位于所述气体冷却器/冷凝器上游的用于在所述NOx气体/蒸汽混合物与所述尾气之间进行热交换、特别是用于利用从来自所述氨转化器的所述NOx气体/蒸汽而来的热量对尾气流进行加热的热交换系统；
·用于特别是在所述压缩NOx气体流被提供到所述吸收塔之前将蒸汽从所述压缩NOx气体流分离并冷凝的第二气体冷却器/冷凝器；
·第二含氧气体的供应端，所述第二含氧气体具有：(i)等于或高于P1且最高至P2的压力，以用于向所述氨转化器下游和所述NOx气体压缩机上游供氧，或者(ii)高于P2的压力，以用于向所述压缩NOx气体流供氧；
·用于控制所述第二含氧气体的流量使得尾气流含有至少0.5体积％的氧的装置；以及
·位于所述热交换系统下游的用于使所述吸收塔下游的尾气流膨胀以产生在等于或高于P1且低于P2的压力下的第一膨胀的尾气的第一压力释放装置、特别是尾气膨胀机，其中所述第一压力释放装置、特别是所述尾气膨胀机可以至少部分地为所述NOx气体压缩机提供动力；
其特征在于，所述生产设备进一步包括：
·用于将尾气分流成第一尾气流和第二尾气流的装置，其中第一尾气流与所述富氧气体流体连通，特别地其中所述第一尾气流具有等于或高于P1且最高至P2的压力，并且其中所述富氧气体与所述第一尾气流的混合提供所述第一含氧气体。
2.根据权利要求1所述的用于生产硝酸的生产设备，其包括：特别地，与包括以下的系统流体连通的用于特别是在启动期间对所述系统进行加压的加压空气源：
·富氧气体的源，特别是加压富氧气体的源，诸如高压水电解槽；
·所述富氧气体的所述源下游的用于将第一含氧气体与氨气流混合以产生氨/含氧气体混合物的混合装置；
·用于测量所述第一含氧气体中的氧浓度的装置；
·用于调节所述第一含氧气体中的所述氧浓度使得在所述氨转化器的入口处的氧与氨摩尔比为至少1.2或至少1.25、特别地是在1.2与9之间或在1.25与9之间的装置；
·用于调节所述氨气流向所述混合装置的供应的装置；
·在压力P1下可操作的用于使所述氨/含氧气体混合物中的氨氧化以产生包含水和氧化氮的NOx气体/蒸汽混合物的氨转化器；
·用于测量所述氨转化器中的温度的装置；
·所述氨转化器下游的用以产生水性稀硝酸混合物和气态NOx流的第一气体冷却器/冷凝器；
·用于对所述气态NOx流进行压缩以产生在压力P2下的压缩NOx气体流的NOx气体压缩机；
·用于从所述压缩NOx气体流中将NOx气体吸收在水中以产生含有残留NOx气体的粗硝酸流和包含NOx气体的尾气的吸收塔，所述吸收塔包括用于排空所述尾气的吸收塔尾气出口；
·用于测量所述吸收塔下游的尾气流中的氧浓度的装置；
·位于所述气体冷却器/冷凝器上游的用于在所述NOx气体/蒸汽混合物与所述尾气之间进行热交换的热交换系统；
·用于将蒸汽从所述压缩NOx气体流分离并冷凝以产生特别地具有在20℃至60℃范围内的温度的压缩NOx气体流的第二附加气体冷却器/冷凝器；
·第二含氧气体的供应端，所述第二含氧气体具有：(i)等于或高于P1且最高至P2的压力，以用于向所述NOx气体压缩机上游供氧；或者高于P2的压力，以用于向所述压缩NOx气体流供氧，使得所述尾气含有至少0.5体积％的氧；以及
·位于所述热交换系统下游的用于使所述吸收塔下游的尾气流膨胀以产生在压力P1下的第一膨胀的尾气的尾气膨胀机，其中所述尾气膨胀机可以至少部分地为所述NOx气体压缩机提供动力；
其特征在于，所述系统进一步包括：
·用于将所述吸收塔下游的尾气流分流成与所述富氧气体流体连通的第一尾气流以及第二尾气流的装置；以及
·用于调节被分流成所述第一尾气流和所述第二尾气流的尾气的量的装置。
3.根据权利要求1或2所述的生产设备，其中所述系统进一步包括以下中的一者或多者：
·蒸汽涡轮机，其中所述蒸汽涡轮机可以至少部分地为所述NOx气体压缩机提供动力；
·用于在所述第一膨胀的尾气与较冷的尾气流之间进行热交换的热交换器，其中所述第一膨胀的尾气特别地在低于300℃的温度从所述热交换器排出，并且其中用于分流的所述装置定位在所述热交换器下游并与所述第一膨胀的尾气流体连通；
·脱NOx处理单元；以及
·用于使所述第二尾气流膨胀至大气压以产生第二膨胀的尾气的第二压力释放装置。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的生产设备，其进一步包括用于漂白所述含有残留NOx气体的粗硝酸流以提供漂白的硝酸流的漂白器，所述漂白器具有用于富氧漂白气体的入口和用于废气的出口，如果所述漂白器在等于或高于P1且最高至等于P2的压力下操作，则所述废气与所述氨转化器下游和所述NOx气体压缩机上游的任何气体流流体连通，或者如果所述漂白器在高于P2的压力下操作，则所述废气与所述NOx气体压缩机下游和所述吸收塔上游的任何流流体连通，使得所述第二含氧气体的供应至少部分地来自所述废气。
5.根据权利要求4所述的生产设备，其中所述富氧气体的部分或所述第一含氧气体的部分或所述尾气的部分与所述漂白器的所述入口流体连通，使得所述富氧漂白气体至少部分地由所述富氧气体的部分、由所述第一含氧气体的部分或由尾气流的部分提供。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的生产设备，其进一步包括与任何尾气流直接流体连通的第二含氧气体的流，特别是与所述吸收塔下游或所述第一压力释放装置上游的任何尾气流直接流体连通的加压富氧气体流。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的生产设备，其中所述富氧气体、所述第二含氧气体、所述富氧漂白气体和漂白器废气全部至少部分地由水电解槽、特别地是高压水电解槽提供。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的生产设备，其中所述加压空气源与所述系统之间的所述流体连通与所述富氧气体直接流体连通。
9.一种用于在根据权利要求1至8中任一项所述的生产设备中以降低的动力消耗和减少的排放生产硝酸的方法，所述方法包括以下步骤：
在步骤c)之前，提供或制备富氧气体和第一含氧气体，并且提供氨气流；
c)将所述氨气流和第一含氧气体供应至所述混合装置，从而产生氨/含氧气体混合物；
d)在所述氨转化器中使所述氨/含氧气体混合物中的氨氧化，特别地在等于或高于P1且低于P2的压力下并且在800℃至950℃范围内的温度，从而产生包含水和氧化氮的气态NOx气体/蒸汽混合物；
e)在所述热交换系统中和在第一气体冷却器/冷凝器中对所述气态NOx气体/蒸汽混合物中的NOx气体进行冷却，从而产生水性稀硝酸混合物和气态NOx流；
f)在所述NOx气体压缩机中对所述气态NOx流进行压缩，从而提供具有压力P2的加压NOx压缩气体流；
g)在所述吸收塔中吸收加压气态NOx流，从而提供所述含有残留NOx气体的粗硝酸流和所述包含NOx气体的尾气；
h)在所述热交换系统中利用从来自所述氨转化器的所述NOx气体/蒸汽混合物而来的热量对所述尾气进行加热，特别地加热至在150℃至650℃范围内的温度；
i)在所述第二气体冷却器/冷凝器中对加压NOx气体流进行冷却，从而提供特别地具有在20℃至60℃范围内的温度的加压NOx气体流；以及
j)在第一压力释放装置中使在步骤h)中获得的所述尾气的至少部分膨胀，从而提供第一膨胀的尾气；
其特征在于，所述方法进一步包括以下步骤：
k)利用用于分流的第一装置将尾气流分流成第一尾气流和第二尾气流并将所述第一尾气流与所述富氧气体混合，从而提供所述第一含氧气体；
m)调节在步骤k)中混合的所述富氧气体的流量或所述氨气流的流量，使得在所述氨转化器的所述入口处的氧与氨摩尔比维持在至少1.2或至少1.25、特别地是在1.2与9之间或在1.25与9之间的比率；以及
q)调节在所述NOx气体压缩机上游的在等于或高于P1且最高至P2的压力下或在所述NOx气体压缩机下游的在高于P2的压力下的所述富氧气体的流量，使得尾气流中的氧浓度维持在至少0.5体积％的浓度。
10.根据权利要求9所述的用于以降低的动力消耗和减少的排放生产硝酸的方法，其包括以下步骤：
a)优选地，通过在所述系统中供应加压空气来对所述系统进行加压；
b)优选地，使用外部动力来操作所述NOx气体压缩机或第一压力释放装置，优选地是尾气膨胀机，从而在所述系统中引入加压空气流量并且进一步将所述系统加压至所述NOx气体压缩机下游的压力P2；
c)将所述氨气流和第一含氧气体供应至所述混合装置，从而产生氨/含氧气体混合物；
d)在所述氨转化器中使所述氨/含氧气体混合物中的氨氧化，特别地在压力P1下并且在800℃至950℃范围内的温度，从而产生包含水和氧化氮的气态NOx气体/蒸汽混合物；
e)在所述热交换系统中和在第一气体冷却器/冷凝器中对所述气态NOx气体/蒸汽混合物中的NOx气体进行冷却，从而产生水性稀硝酸混合物和气态NOx流；
f)在所述NOx气体压缩机中对所述气态NOx流进行压缩，从而提供具有压力P2的加压NOx压缩气体流；
g)在所述吸收塔中吸收加压气态NOx流，从而提供所述含有残留NOx气体的粗硝酸流和所述包含NOx气体的尾气；
h)在所述热交换系统中利用从来自所述氨转化器的所述NOx气体/蒸汽混合物而来的热量对所述尾气进行加热，特别地加热至在150℃至650℃范围内的温度；
i)在所述第二气体冷却器/冷凝器中对加压NOx气体流进行冷却，从而提供特别地具有在20℃至60℃范围内的温度的加压NOx气体流；以及
j)在所述尾气膨胀机中使在步骤h)中获得的所述尾气膨胀，从而提供第一膨胀的尾气；
其特征在于，所述方法进一步包括以下步骤：
k)利用用于分流的装置将尾气流分流成第一尾气流和第二尾气流并将所述第一尾气流与所述富氧气体混合，从而提供所述含氧气体；
l)测量所述含氧气体中的氧浓度；
m)如果在步骤l)中测量的所述氧浓度使得所述氨转化器中的氧与氨摩尔比小于1.2或1.25，则调节所述富氧气体的供应，例如所述富氧气体具有压力P2并且是在步骤k)中混合的，或者调节步骤c)中的所述氨气流的供应，使得在所述氨转化器的所述入口处的氧与氨摩尔比为至少1.2或1.25、优选地在1.2与9之间或在1.25与9之间；
n)测量所述氨转化器中的温度；
o)如果在步骤n)中测量的所述温度在800℃至950℃的范围之外，则调节在步骤k)中混合的所述第一尾气流的体积或在步骤c)中供应的所述氨气流的体积，使得所述氨转化器中的所述温度维持在800℃至950℃的范围内；
p)测量所述吸收塔下游的尾气中的氧浓度；
q)如果在步骤p)中测量的所述氧浓度为小于0.5体积％的氧，则调节在所述NOx气体压缩机上游的在等于或高于P1且最高至P2的压力下或在所述NOx气体压缩机下游的在高于P2的压力下的所述富氧气体的供应，或者调节所述第二含氧气体的流量，使得所述尾气含有至少0.5体积％的氧；
r)重复步骤c)至q)。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中在步骤k)中混合的所述第一尾气流、特别地是第一膨胀的尾气流特别地是在步骤j)之后获得的，并且其中所述方法进一步包括以下步骤：
s)特别是在步骤k)之前，在所述热交换器中用所述第一膨胀的尾气将比所述第一膨胀的尾气冷的尾气流加热，从而使所述第一膨胀的尾气达到低于300℃的温度，特别是在步骤k)之前，在所述热交换器中用在步骤j)中获得的所述第一膨胀的尾气将在步骤g)中获得的所述尾气加热，从而使待在步骤k)中混合的所述尾气达到低于300℃的温度；
t)在所述脱NOx处理单元中处理所述尾气流，特别地是在步骤s中获得的所述尾气流；
u)在所述第二压力释放装置中使所述第二尾气流膨胀，从而提供第二膨胀的尾气；以及
v)在所述蒸汽涡轮机中将所述氨转化器中生成的蒸汽的至少部分回收。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其进一步包括以下步骤：
w)在所述漂白器中漂白所述含有残留NOx气体的粗硝酸流，从而产生漂白的硝酸流。
13.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括以下步骤：
w1)将所述富氧气体的部分或在步骤k)中获得的所述第一含氧气体的部分或在步骤g)中获得的所述尾气的部分供应至步骤w)中的所述漂白器的所述入口。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的方法，其进一步包括以下步骤：
x)将富氧气体的流、特别地作为加压富氧气体的流供应至尾气流，特别地供应至所述第一压力释放装置上游的尾气流。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的方法，其进一步包括以下步骤：
y)操作所述水电解槽，从而产生氧气，特别地操作高压水电解槽，从而产生加压氧气；以及
z)从由所述水电解槽在步骤y)中产生的氧提供至少部分的所述富氧气体、所述第二含氧气体、所述富氧漂白气体和所述漂白器废气。
16.根据权利要求10至15中任一项所述的方法，其中，在步骤a)中，在与所述富氧气体直接流体连通的流中供应所述加压空气。
17.根据权利要求1至8中任一项所述的生产设备用于进行根据权利要求9至16中的任一项所述的方法的用途。
18.一种用于将用于生产硝酸的现有生产设备，其中所述现有生产设备包括：
·用于提供压缩空气流的空气压缩机；
·用于将所述压缩空气流与氨气流混合以产生氨/含氧气体混合物的混合装置；
·在等于或高于P1但低于P2的压力下可操作的用于使所述氨/含氧气体混合物中的氨氧化以产生包含水和氧化氮的NOx气体/蒸汽混合物的氨转化器；
·所述氨转化器下游的用以产生水性稀硝酸混合物和气态NOx流的第一气体冷却器/冷凝器；
·用于对所述气态NOx流进行压缩以产生在压力P2下的加压NOx气体流的NOx气体压缩机；
·用于从所述加压NOx气体流中将NOx气体吸收在水中以产生含有残留NOx气体的粗硝酸流和包含所述NOx气体的尾气的吸收塔；
·用于在NOx气体/蒸汽混合物与所述尾气之间进行热交换、特别是用于利用从来自所述氨转化器的所述NOx气体/蒸汽混合物而来的热量对尾气流进行加热的热交换系统；
·用于将蒸汽从所述NOx压缩机与所述吸收塔之间的所述压缩NOx气体流分离并冷凝的第二气体冷却器/冷凝器，以及
·用于使所述吸收塔下游的尾气流膨胀以产生在压力P1下的膨胀的尾气的尾气膨胀机，其中所述尾气膨胀机可以至少部分地为所述NOx气体压缩机提供动力；
改造成根据权利要求1至8中任一项所述的生产设备的方法，所述方法包括以下步骤：
·引入与所述生产设备流体连通的加压空气源；
·引入富氧气体的供应端或源，诸如高压水电解槽，从而提供在所述混合装置的上游并与所述混合装置流体连通的第一含氧气体的部分；
·引入用于调整所述氨转化器中的氨和/或氧的浓度的装置，特别地是用于控制所述富氧气体的流量或所述第一含氧气体的流量的装置和/或用于控制所述氨气流的流量的装置，其用于将所述氨转化器内部的所述氧与氨摩尔比维持在至少1.2或至少1.25、特别地是在1.2与9之间或在1.25与9之间的比率；
·引入第二含氧气体的供应端，所述第二含氧气体具有：(i)等于或高于P1且最高至P2的压力，以用于向所述NOx气体压缩机上游供氧，或者(ii)高于P2的压力，以用于向所述压缩NOx气体流供氧，使得尾气流含有至少0.5体积％的氧；
·引入用于将尾气流分流成第一尾气流和第二尾气流的装置，其中所述第一尾气流具有等于或高于P1且最高至P2的压力，并且与所述富氧气体流体连通，其在与所述富氧气体混合后，提供所述第一含氧气体；
·特别地，引入用于调节被分流成所述第一尾气流和所述第二尾气流的所述尾气的量的装置；以及
·移除所述空气压缩机。
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