CN117561213A - 用于生产硝酸的双压系统及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本公开公开了一种用于以降低的功率生产硝酸的生产设备，系统源自最先进的双压硝酸设备，其特征在于所述系统进一步包括用于将尾气流分流成与压缩空气和富氧气体流体连通的第一尾气流以及第二尾气流的第一装置，和/或用于将尾气流分流成与压缩空气和富氧气体流体连通的第三尾气流以及第四尾气流的装置。本公开的生产设备允许通过空气压缩机来降低功率。本公开进一步涉及一种用于操作所述系统的方法、本公开的系统用于执行本公开的方法的用途以及一种用于将最先进的双压硝酸设备改造成本公开的系统的方法。

Description

用于生产硝酸的双压系统及其操作方法

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。氨经若干阶段转化为硝酸。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)

氧化氮气体的冷却首先通过使用废热回收系统回收氨转化为氧化氮的热量，然后通过使用冷却器冷凝器(在该冷却器冷凝器中，冷凝的硝酸与统称为NOx气体的氧化氮、二氧化氮以及四氧化二氮和硝酸气体分离)，最后通过加热在吸收塔(在该吸收塔中，NO_x气体被吸收)的出口处释放的尾气来完成。

通过在水中吸收，随后经由NO_x气体压缩机压缩，二氧化氮和四氧化二氮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达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为氧化氮)、氧化区段(将氧化氮转化为二氧化氮和四氧化二氮)、吸收器单元(用于将NO_x气体吸收到水中)和漂白器单元(从硝酸水溶液中去除未反应的溶解气体，特别是含有NO_x和气体的溶解气体，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更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通常在2巴至6巴下操作，且高压吸收器单元在9巴至16巴下操作。

双压工艺需要空气压缩机以将低压空气(其包含按体积计约21％的氧气)馈入转化器，并需要NO_x气体压缩机以将高压NO_x气体馈入吸收器单元。空气压缩机的工作压力为2巴至6巴，包括端值，并且NO_x气体压缩机的工作压力为9巴至16巴，包括端值。

空气压缩机的驱动力通常源自尾气涡轮机和蒸汽涡轮机或电源(比如电动机)。因此，双压硝酸生产设备的压缩机组通常包括空气压缩机、NO_x气体压缩机、尾气涡轮机和蒸汽涡轮机或电源(比如电动机)。

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，并将所得氨/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 NO_x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NO_x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NO_x流22中分离出水性稀硝酸混合物17。将气态NO_x流22送至NO_x气体压缩机40，其中其压力从低压升高至高压，约等于吸收器单元41的操作压力。水性稀硝酸混合物17被送至吸收器单元41，通常称为吸收塔。加压的NO_x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中冷却，然后引导至吸收塔41。在吸收塔41内，加压的NO_x气体流24与水反应以产生尾气5和还含有残余NO_x气体的粗硝酸流27，该流馈入漂白器62。然后在于低压下操作的漂白器单元62内用气态介质72(比如含氧气体或空气)汽提出粗硝酸流27中的残余NO_x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NO_x气体压缩机40的驱动力均源自尾气膨胀机7和蒸汽涡轮机51或电源(比如电动机)(未示出)。氨转化器37中产生的热量用于在包括热交换器66和67的尾气热交换器43中加热尾气5，因此任选地存在尾气加热器。尾气5在热交换系统43中与NO_x气体/蒸汽混合物15进行热交换，并在尾气膨胀机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。一次空气的增加还导致更大量的气体随后被处理到NO_x气体压缩机中。这需要进一步改造NO_x气体压缩机或安装新的气体压缩机，以及修改或更换尾气涡轮机和/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，它需要增加现有设备，即空气压缩机、NO_x气体压缩机以及相应的涡轮机和电动机的修改或更换成本。此外，设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和用于操作该系统的方法，其允许减少或甚至抑制操作双硝酸设备中的空气压缩机所需的功率。

背景技术

CN110540178A(中国成达工程有限公司，2019年)公开了一种生产硝酸的工艺。一种中压法生产硝酸的方法，其特征在于，氨氧化和吸收压力为0.5MPa至0.6MPa；离开吸收塔的尾气通过碳分子筛变温吸附(TSA)处理装置，以将尾气中的氧化氮含量降低至100mg/Nm³以下；空气压缩机的工艺空气作为碳分子筛变温吸附处理装置的再生解吸气体，并且含有氧化氮的再生解吸气体可返回氨氧化反应器重复使用；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50PPM至100PPM；硝酸漂白塔布置在吸收塔的底部，并且两个塔一体化，从而缩短了工艺流程，并且降低了设备投资。然而，就空气压缩机压缩的空气量而言，要压缩的空气量与没有TSA单元时的空气量相同：在存在TSA单元的情况下，压缩的空气量最初直接在TSA单元与氨氧化反应器之间分配，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为在氨氧化反应器中。

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：提供含有氧化氮的气态流出物的反应器；其中氧化氮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NO_x气体，从而提供部分汽提的硝酸流和载有氧化氮的空气流，前者被馈入第二LP漂白器单元，而后者被再循环到NO_x气体压缩机上游的氧化区段。

还提供了另一空气压缩机，其为第一HP漂白器单元提供空气。因此，需要能量以便在高压下操作第一HP漂白器单元，然后将NO_x气体再循环到NO_x气体压缩机的递送侧。

因此，仍然需要一种工艺和相应的设备设置，以最大限度地减少或者甚至抑制操作NO_x气体压缩机以及特别地还操作空气压缩机所需的能量，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，一种以降低的功耗和减少的排放生产硝酸的生产设备，其包括：

·空气压缩机，该空气压缩机提供压缩空气；

·第一富氧气体的供应，比如与压缩空气流体连通的高压水电解槽，该第一富氧气体与压缩空气的混合提供第一含氧气体的一部分；

·混合装置，该混合装置用于将该第一含氧气体与氨气流混合以产生氨/含氧气体混合物；

·氨转化器，该氨转化器可在等于或高于P1且低于P2的压力下操作，用于氧化该氨/含氧气体混合物中的氨，以产生包含水和氧化氮的NOx气体/蒸汽混合物；

·用于调节该氨转化器中的氨浓度和/或氧浓度的装置，特别是用于控制该含氧气体中的该第一富氧气体的流量的装置和/或用于控制该氨气流的流量的装置，用于将该氨转化器内部的氧与氨摩尔比维持在至少1.2的比率，特别是在1.2与9之间；

·在该氨转化器下游的第一气体冷却器/冷凝器，以产生水性稀硝酸混合物和气态NO_x流；

·NOx气体压缩机，该NOx气体压缩机用于压缩该气态NOx流，以产生压力为P2的经压缩NO_x气体流；

·吸收塔，该吸收塔用于从水中的该经压缩NO_x气体流中吸收该NO_x气体，以产生含有残余NO_x气体的粗硝酸流和包含NO_x气体的尾气，包括用于排空该尾气的吸收塔尾气出口；

·位于该气体冷却器/冷凝器上游的热交换系统，该热交换系统用于利用来自该氨转化器的该NO_x气体/蒸汽混合物的热量加热尾气流；

·第二气体冷却器/冷凝器，该第二气体冷却器/冷凝器用于在将该经压缩NO_x气体流提供给该吸收塔之前从该流中分离并冷凝蒸汽；

·第二含氧气体，该第二含氧气体具有：

a)等于或高于P1且高达P2的压力，用于在该氨转化器下游和该NO_x气体压缩机上游供应氧气；或者

b)高于P2的压力，用于向该经压缩NO_x气体流供应氧气；

·用于控制该第二含氧气体的流量使得尾气流含有按体积计至少0.5％氧气的装置；以及

·第一压力释放装置，该第一压力释放装置位于该热交换系统的下游，用于使尾气流膨胀，以产生压力等于或高于P1且低于P2的第一经膨胀尾气，其中该第一压力释放装置可以至少部分地为该NO_x气体压缩机和/或该空气压缩机提供动力。

该生产设备的特征在于，该生产设备进一步包括：

·用于将气体流分流的第一和/或第二装置，其中

(i)该第一分流装置是用于将尾气流分流成第一尾气流和第二尾气流的装置，其中该第一尾气流具有等于或高于P1且高达P2的压力并且与该第一富氧气体和压缩空气流体连通，并且其中压缩空气、该第一富氧气体和该第一尾气流的混合提供该第一含氧气体，并且

(ii)该第二分流装置是用于将尾气流分流成第三尾气流和第四尾气流的装置，其中该第三尾气流具有等于或高于P1且高达P2的压力并且与压缩空气和该第一富氧气体流体连通，并且其中该第三尾气、压缩空气和该第一富氧气体的混合提供第二含氧气体，并且其中第二含氧气体在该氨转化器的下游和该NO_x气体压缩机的上游供应；

或者

该第二分流装置是用于将尾气流分流成第三尾气流和第四气体流的装置，并且其中该第三尾气流与压缩空气和该第一富氧气体流体连通，并且其中该第三尾气、压缩空气和该第一富氧气体的混合以及所混合的第三尾气、压缩空气和该第一富氧气体在加压装置中的加压提供压力高于P2的该第二含氧气体，并且其中该第二含氧气体在该NO_x气体压缩机的下游和该吸收塔的上游供应。

在根据本公开的生产设备的一个实施例中，该生产设备进一步包括用于控制该第一尾气流和/或第三尾气流的流量的装置。

本发明人已经发现，代替仅将一次空气和二次空气作为由空气压缩机提供的压缩空气来供应，可以将分别由第一分流装置和第二分流装置提供的第一尾气流和/或第三尾气流再循环。富氧气体和第二含氧气体分别向氨转化器和吸收塔提供氧气，使得即使在由空气压缩机提供的压缩空气量减少的情况下，氨转化器和吸收塔中的氧浓度也至少等于最先进的双压硝酸设备中的氧浓度。

因此，尾气，特别是氧含量受控的尾气，可以作为一次空气和二次空气两者进行再循环。因此，要供应较少的压缩空气，使得需要压缩的空气较少并且空气压缩机的功率需求降低。同时，减小了空气压缩机和传统气体膨胀机(其中尾气在最先进的单压硝酸设备中膨胀)的尺寸，使得减小了设备的占地面积。此外，还减少了离开生产设备的NO_x排放物。因此，相对于对应的最先进的单压硝酸设备中的尺寸，减小了用于处理这些NO_x排放物的处理单元的尺寸。此外，加压氧气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，该生产设备进一步包括以下项中的一者或多者：

·蒸汽涡轮机，其中该蒸汽涡轮机可以至少部分地为该NO_x气体压缩机和/或该空气压缩机提供动力；

·热交换器，该热交换器用于在该第一经膨胀尾气与尾气流、特别是较冷的尾气流之间交换热量，其中该第一经膨胀尾气以低于300℃的温度离开该热交换器，其中：

·与该尾气进行热交换后的该第一经膨胀尾气被进一步供应给该第一分流装置，特别是在该热交换器下游的该第一经膨胀尾气与该第一分流装置直接流体连通；并且/或者

·在该吸收塔的出口处的该尾气被分流成第三尾气流和第四尾气流，特别是比该第一经膨胀尾气冷的该尾气流被分流成第三尾气流和第四尾气流；

·脱NO_x处理单元；以及

·第二压力释放装置，该第二压力释放装置用于将该第二尾气流膨胀至大气压，以产生第二经膨胀尾气。

在根据本公开的生产设备的一个实施例中，该生产设备进一步包括漂白器，该漂白器用于漂白该含有残余NO_x气体的粗硝酸流，以提供经漂白硝酸流，该漂白器具有入口和废气出口，该入口与供应富氧漂白气体的高压水电解槽流体连通，如果该漂白器在等于或高于P1且高达等于P2的压力下操作则该废气出口与在该氨转化器下游和该NO_x气体压缩机上游的任何气体流流体连通，或者如果该漂白器在高于P2的压力下操作则该废气出口与在该NO_x气体压缩机下游和该吸收塔上游的任何流流体连通，使得该第二含氧气体的供应至少部分地来自于废气。

在根据本公开的生产设备的一个实施例中，该生产设备进一步包括与任何尾气流直接流体连通的第二富氧气体流，特别是与在第一压力释放装置上游的任何尾气流直接流体连通的经加压富氧气体流。

在根据本公开的生产设备的一个实施例中，该生产设备进一步包括第一富氧气体、第二富氧气体、第二含氧气体、富氧漂白气体和废气，所有这些气体至少部分地由高压水电解槽提供。

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功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：

a)在该空气压缩机中压缩空气，从而提供压缩空气；

b)将步骤a)中获得的压缩空气供应至该混合装置；

c)将该氨气流供应至该混合装置，从而产生该氨/含氧气体混合物；

d)在等于或高于P1且低于P2的压力下，在该氨转化器中氧化该氨/含氧气体混合物中的氨，从而产生包含水和氧化氮的该气态NO_x气体/蒸汽混合物；

e)在该热交换系统和该气体/冷却器冷凝器中冷却该气态NO_x气体/蒸汽混合物中的该NO_x气体，从而产生水性稀硝酸混合物和该气态NO_x流；

f)在该NO_x气体压缩机中压缩该气态NO_x流，从而提供具有压力P2的该加压的NO_x经压缩气体流；

g)在该吸收塔中吸收该加压的气态NO_x流，从而提供该含有残余NO_x气体的粗硝酸流和包含NO_x气体的该尾气；

h)用来自该氨转化器的该NO_x气体/蒸汽混合物的热量在该热交换系统中加热该尾气，特别是加热到150℃至650℃范围内的温度；

i)在附加气体冷却器/冷凝器中冷却该经压缩NO_x气体流，特别是由此提供温度在20℃至60℃范围内的该经压缩NO_x气体流；以及

j)将步骤h)中获得的该尾气的至少一部分在该第一压力释放装置中膨胀，从而提供该第一经膨胀尾气。

该方法的特征在于，其进一步包括以下步骤：

k)用第一分流装置将尾气流，特别是在吸收塔下游的尾气流分流成第一尾气流和第二尾气流，并且/或者用第二分流装置将尾气流分流成第三尾气流和第四尾气流；

l)将该第一尾气流与第一富氧气体和压缩空气混合，从而提供第一含氧气体，并且/或者将该第三尾气流与压缩空气和该第一富氧气体混合，从而提供第二含氧气体；

m)调节步骤l)中混合的该第一富氧气体的流量或该氨气流的流量，以将该氨转化器内部的氧与氨摩尔比维持为至少1.2的比率，特别是在1.2与9之间；

n)向混合单元供应该第一含氧气体；

o)调节该第二含氧气体的流量，使得尾气流，特别是在该吸收塔下游的尾气流含有按体积计至少0.5％氧气；以及

p)在等于或高于P1且高达P2的压力下在该氨转化器下游和该NO_x气体压缩机上游，或者在高于P2的压力下在该NO_x气体压缩机下游和该吸收塔上游供应该第二含氧气体。

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：

q)调节该第一尾气流和/或该第三尾气流的流量。

在根据本公开的方法的一个实施例中，在步骤l)中对该第一尾气流进行混合，并且其中在步骤k)中对该第一经膨胀尾气进行分流，并且其中该方法进一步包括以下步骤：

r)在步骤h)之前，在热交换器中加热步骤g)中获得的该尾气与步骤j)中获得的该第一经膨胀尾气，特别是在该热交换器中加热比该第一经膨胀尾气冷的该尾气流与步骤j)中获得的该第一经膨胀尾气，从而使待在步骤l)中混合的该尾气达到低于300℃的温度；

s)在步骤h)之前以及步骤r)之后处理在脱NO_x处理单元中获得的尾气，特别是在该脱NOx单元中处理从步骤r)加热的该尾气流；

t)在第二压力释放装置中使该第二尾气流膨胀，从而提供第二经膨胀尾气；

以及

u)在蒸汽涡轮机中回收该氨转化器中产生的热能的至少一部分。

在根据本公开的方法的一个实施例中，该第三尾气流在步骤l)中混合，并且其中步骤g)中获得的该尾气在步骤k)中被分流成第三尾气流和第四尾气流。

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：

v)在漂白器中漂白步骤g)中获得的该含有残余NO_x气体的粗硝酸流，从而产生经漂白硝酸流。

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：

w)将第二富氧气体流，特别是作为经加压富氧气体流，供应至尾气流，特别是在该第一压力释放装置的上游。

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)操作高压水电解槽，从而产生经加压氧气；以及

y)由步骤x)中该水电解槽产生的氧气提供该第一富氧气体、该第二含氧气体、第二富氧气体、富氧漂白气体和富氧废气的至少一部分。

在本公开的一个方面，公开了本公开的生产设备用于执行本公开的方法的用途。

在本公开的一个方面，公开了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：

·空气压缩机，该空气压缩机用于提供压缩空气流；

·混合装置，该混合装置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；

·氨转化器，该氨转化器可在等于或高于P1且低于P2的压力下操作，用于氧化该氨/含氧气体混合物中的氨，以产生包含水和氧化氮的NO_x气体/蒸汽混合物；

·在该氨转化器下游的第一气体冷却器/冷凝器，以产生水性稀硝酸混合物和气态NO_x流；

·NOx气体压缩机，该NOx气体压缩机用于压缩该气态NOx流，以产生压力为P2的经压缩NOx气体流；

·吸收塔，该吸收塔用于从水中的该经压缩NO_x气体流中吸收该NO_x气体，以产生含有残余NO_x气体的粗硝酸流和包含NO_x气体的尾气，包括用于排空该尾气的吸收塔尾气出口；

·热交换系统，该热交换系统用于利用来自该氨转化器的该NO_x气体/蒸汽混合物的热量加热尾气流；

·第二气体冷却器/冷凝器，该第二气体冷却器/冷凝器用于在该经压缩NOx气体流在该吸收塔中吸收之前从该经压缩NO_x气体流中分离和冷凝蒸汽；以及

·第一压力释放装置，该第一压力释放装置用于使尾气流膨胀，以产生压力等于或高于P1且低于P2的第一经膨胀尾气，其中该第一压力释放装置可以至少部分地为该NO_x气体压缩机提供动力；

改造成根据本公开的生产设备的方法。该改造方法包括以下步骤：

·引入与压缩空气流体连通的第一富氧气体的供应，比如高压水电解槽；

·引入用于调节氨转化器中的氨浓度和/或氧浓度的装置，特别是用于控制含氧气体中的第一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，用于将该氨转化器内部的氧与氨摩尔比维持在至少1.2的比率，特别是在1.2与9之间；

·引入第二含氧气体的供应，该第二含氧气体具有：

(a)等于或高于P1且高达P2的压力，用于在NO_x气体压缩机上游供应氧气；或者

(b)高于P2的压力，用于向经压缩NO_x气体流供应氧气，

使得尾气流含有按体积计至少0.5％氧气；

·在吸收塔下游引入用于分流尾气流的第一装置和/或用于分流尾气流的第二装置，其中

(i)该第一分流装置是用于将尾气流分流成第一尾气流和第二尾气流的装置，并且其中该第一尾气流具有等于或高于P1且高达P2的压力并且与该第一富氧气体和压缩空气流体连通，并且其中压缩空气、该第一富氧气体和该第一尾气流的混合提供该第一含氧气体，并且

(ii)该第二分流装置是用于将尾气流分流成第三尾气流和第四尾气流的装置，其中该第三尾气流具有等于或高于P1且高达P2的压力并且与压缩空气和该第一富氧气体流体连通，并且其中该第三尾气、压缩空气和该第一富氧气体的混合提供该第二含氧气体，并且其中该第二含氧气体在该氨转化器的下游和该NO_x气体压缩机的上游供应；

或者

该第二分流装置是用于将尾气流分流成第三尾气流和第四气体流的装置，并且其中该第三尾气流与压缩空气和该第一富氧气体流体连通，并且其中该第三尾气、压缩空气和该第一富氧气体的混合以及所混合的第三尾气、压缩空气和该第一富氧气体在加压装置中的加压提供压力高于P2的该第二含氧气体，并且其中该第二含氧气体在该NO_x气体压缩机的下游和该吸收塔的上游供应。

附图说明

图1：根据现有技术的硝酸设备，其包括在等于或高于P1且低于吸收塔(41)的操作压力(P2)的压力下操作的氨转化器(37)

图2A：根据本公开的硝酸设备，其包括压力等于或高于氨转化器(37)的操作压力且低于吸收塔(41)的操作温度的含氧气体(67)

图2B：根据本公开的硝酸设备，其包含压力高于吸收塔(41)的操作温度的含氧气体(67)

图3A：根据本公开的硝酸设备，其包括漂白器(62)，该漂白器在等于或高于氨转化器(37)的操作压力且低于吸收塔(41)的操作温度的压力下操作

图3b：根据本公开的硝酸设备，其包括漂白器(62)，该漂白器在等于或高于吸收塔(41)的操作温度的压力下操作

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、实施例或实例描述一起的特征、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通过任何组合进行组合，除所述特征和/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(比如参数、数量、时间段和类似值)的范围时使用的术语“从...到...”或“在...至...范围内”或“高达”，旨在包括与所公开的范围相关的限制。

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。

本公开总体上涉及一种用于生产硝酸的系统和方法，特别是在双压生产设备中，与传统的系统和方法相比具有重要的收益，其中由加压空气组成的传统一次空气和/或二次空气部分地被以下项的组合替代：(i)氧气或富氧气体，特别是加压氧气或富氧气体，比如由如本文进一步讨论的高压水电解槽产生的；以及(ii)经再循环尾气流。换句话说，在根据本公开的用于生产硝酸的系统和方法中：

(i)氧气或富氧气体，特别是加压氧气或富氧气体，比如由高压水电解槽产生的气体，与压缩空气，特别是与尾气流的一部分混合使用，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提供至氨转化器，并且(b)用于在氨转化器的下游提供第二含氧气体流，比如第二含氧气体流，该第二含氧气体流在氨转化器的下游(比如在氧化区段中和/或在吸收器上游)与含NOx气体流混合，和/或用作漂白器中的汽提气体，特别地，其中含氧漂白器废气随后在氨转化器的下游和吸收器的上游与含NOx气体流混合；并且

(ii)离开吸收器的尾气被分流成第一尾气流和第二尾气流和/或第三尾气流和第四尾气流，其中第一尾气流与氧气或富氧气体，特别是加压氧气或富氧气体(比如由高压水电解槽产生的)混合，并且与加压空气混合以提供第一含氧气体流；和/或其中离开吸收器的尾气的一部分，特别是第三尾气流，也可以与氧气或富氧气体混合，特别是加压氧气或富氧气体(比如由高压水电解槽产生)混合以提供第二含氧气体流。

用于生产硝酸的双压生产设备

参考图2A、图2B、图3A和图3B。

在本公开的一个方面，一种用于以降低的功耗和减少的排放生产硝酸的生产设备，其包括：空气压缩机36，该空气压缩机提供压缩空气34；与压缩空气34流体连通的第一富氧气体50的供应，第一富氧气体50与压缩空气34的混合提供第一含氧气体56的一部分；混合装置35，该混合装置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；氨转化器37，该氨转化器可在等于或高于P1且低于P2的压力下操作，用于氧化氨/含氧气体混合物14中的氨，以产生包含水和氧化氮的NO_x气体/蒸汽混合物15；用于调节氨转化器37中的氨浓度和/或氧浓度的装置(未示出)，特别是用于控制含氧气体56中的第一富氧气体50的流量的装置和/或用于控制氨气流32的流量的装置，用于将氨转化器37内部的氧与氨摩尔比维持在至少1.2的比率，特别是在1.2与9之间；在氨转化器37下游的第一气体冷却器/冷凝器38，以产生水性稀硝酸混合物17和气态NO_x流22；NO_x气体压缩机40，用于压缩气态NO_x流22，以产生压力为P2的经压缩NO_x气体流24；吸收塔41，该吸收塔用于从水中的经压缩NO_x气体流24中吸收该NO_x气体，以产生含有残余NO_x气体的粗硝酸流27和包含NO_x气体的尾气5，包括用于排空尾气5的吸收塔尾气出口6；位于气体冷却器/冷凝器38上游的热交换系统43，该热交换系统用于利用来自氨转化器37的NO_x气体/蒸汽混合物15的热量加热尾气流；第二气体冷却器/冷凝器39，该第二气体冷却器/冷凝器用于在将经压缩NO_x气体流24提供给吸收塔41之前从该流中分离并冷凝蒸汽；第二含氧气体68、72、77，该第二含氧气体具有a)等于或高于P1且高达P2的压力，用于在氨转化器37下游和NO_x气体压缩机40上游供应氧气(图2A和图3A)或者b)高于P2的压力，用于向经压缩NO_x气体流24供应氧气(图2B和图3B)；用于控制第二含氧气体68、72、77的流量使得尾气流5、10、64、69、80、83、84、85含有按体积计至少0.5％氧气的装置；以及第一压力释放装置7，该第一压力释放装置位于热交换系统43的下游，用于使尾气流膨胀，以产生压力等于或高于P1且低于P2的第一经膨胀尾气64，其中第一压力释放装置7可以至少部分地为NO_x气体压缩机40提供动力。

该生产设备的特征在于，该生产设备进一步包括用于将气体流分流的第一和/或第二装置55、82，其中(i)第一分流装置55是用于将尾气流分流成第一尾气流10和第二尾气流80的装置，其中第一尾气流10具有等于或高于P1且高达P2的压力并且与第一富氧气体50和压缩空气34流体连通，并且其中压缩空气34、第一富氧气体50和第一尾气流10的混合提供第一含氧气体56，并且(ii)第二分流装置82是用于将尾气流分流成第三尾气流83和第四尾气流85的装置，其中第三尾气流83具有等于或高于P1且高达P2的压力并且与压缩空气34和第一富氧气体50流体连通，并且其中第三尾气83、压缩空气34和第一富氧气体50的混合提供第二含氧气体68、72、77，并且其中第二含氧气体68、72、77在氨转化器37的下游和NO_x气体压缩机40的上游供应；或者第二分流装置82是用于将尾气流分流成第三尾气流84和第四气体流85的装置，并且其中第三尾气流84与压缩空气34和第一富氧气体50流体连通，并且其中第三尾气83、压缩空气34和第一富氧气体50的混合以及所混合的第三尾气83、压缩空气34和第一富氧气体50在加压装置78中的加压提供压力高于P2的第二含氧气体68、72、77，并且其中第二含氧气体68、72、77在NO_x气体压缩机40的下游和吸收塔41的上游供应。

如本文所定义，富氧气体是包含超过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％的氧气的气体。富氧气体可以例如通过空气分离单元或通过水电解槽提供。

如本文所定义，空气压缩机能够提供至少300000m³/h的压缩空气。

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。

通常，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与热交换器67之间)将尾气流分流。特别地，该生产设备进一步包括热交换系统，使得气态NO_x流22或经NO_x压缩气体流24与尾气5交换热量。

如本文所定义，尾气流是在吸收塔下游、在吸收塔41与第一尾气流52和第一富氧气体50之间的连通部之间提供的任何气体流。

如本文所定义，分流装置是适合于将尾气流分流以产生例如第一尾气流10和第二尾气流80或第三尾气流83、84和第四尾气流85的任何装置。特别地，分流装置是具有一个入口和两个出口的T形连接件，使得流过该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的压力的任何合适的装置。特别地，压力释放装置是气体膨胀机或气体喷射器。气体喷射器具有简化设备的益处，同时降低了通过喷射器处理的尾气流的压力。通过气体喷射器处理的该尾气流是动力气体，并且馈入喷射器的第二气体可以例如是压力低于通过气体喷射器处理的尾气流的环境空气，例如大气压。特别地，将尾气流作为动力气体馈入喷射器，并且馈入喷射器的第二气体是压力低于正在通过气体喷射器处理的尾气流的氧气。通过气体喷射器馈送空气或氧气都有助于增加再循环的第一尾气流10和/或第三尾气流83、84中的浓度，从而减少对第一富氧气体50的需求。特别地，将尾气流作为动力气体馈入喷射器，并且馈入喷射器的第二气体是NO_x气体/蒸汽混合物15或气态NO_x流22。

本领域技术人员将认识到，用于分流的装置可以结合在压力释放装置内部，只要压力释放装置包括至少两个用于被减压的气体流的出口。

如本文所定义，用于调节氨和/或氧浓度的装置是适合于实现目标氨和/或氧浓度的任何装置。特别地，此类装置是气流控制装置，特别是流量控制阀或孔口或导向叶片，用于控制第一富氧气体50和/或氨气流32的流量。特别地，该装置是集成工艺控制系统，其中测量氧浓度，从而通过控制第一富氧气体50的流量来确定和实现氧气的目标流量。氧浓度还可以通过使用第一富氧气体50的氧浓度、第一富氧气体50和氨气流32引入系统的流量以及第一富氧气体50和氨气流32混合的相对流量值的计算来确定。

通常，P1的范围为2巴至6巴，P2的范围为9巴至16巴。本领域技术人员将确定进入氨转化器37和吸收塔41的气体中的最佳氧浓度，以便氨向氧化氮的催化转化在氨转化器37中最佳地进行并且吸收塔41中NO_x气体的吸收最佳地进行。本领域技术人员还将权衡增加吸收塔41中的氧含量的益处(即由于改进的吸收而减小塔尺寸)与吸收塔41下游的较高气体体积的缺点，这意味着需要设备(比如较大尺寸的热交换器)用于加热尾气。

本发明人已经发现，代替仅将一次空气和二次空气作为由空气压缩机36提供的压缩空气34来供应，可以将分别由第一分流装置55和第二分流装置82提供的第一尾气流10和/或第三尾气流83、84再循环，特别是当控制再循环尾气流的氧含量时。具有压力P1的第一富氧气体50和第二含氧气体68向氨转化器37和吸收塔41提供氧气，使得即使在由空气压缩机36提供的压缩空气34量减少的情况下，氨转化器37和吸收塔41中的氧浓度也至少等于最先进的双压硝酸设备中的氧浓度。因此，高压氧气或富氧气体的单独供应确保氨转化器中的氧和氨浓度允许生产商业级硝酸。本领域技术人员将认识到，如果第一富氧气体50的压力处于使得第一含氧气体56的压力(考虑到相关压降)低于氨转化器37的操作压力的压力，则第一富氧气体50可以通过空气压缩机36被压缩。然后，压缩空气与第一富氧气体50之间的流体连通被引入空气压缩机36内部。

因此，尾气可以作为一次空气和二次空气两者进行再循环。因此，要供应较少的压缩空气34，使得需要压缩的空气较少并且空气压缩机34的功率需求降低。同时，减小了空气压缩机36和传统第二压力释放装置60(其中尾气5在最先进的双压硝酸设备中膨胀)的尺寸，使得减少了设备的占地面积。此外，还减少了离开生产设备的NO_x排放物。因此，相对于对应的最先进的双压硝酸设备中的尺寸，减小了用于处理这些NO_x排放物的处理单元的尺寸。

在根据本公开的生产设备的一个实施例中，该生产设备进一步包括用于控制该第一尾气流和/或第三尾气流10、83、84的流量的装置。

第一尾气10的流量的控制使得能够保持对氨转化器37内部的压力和温度的进一步控制。类似地，第三尾气83、84的流量的控制使得能够保持对吸收塔41内部的压力和温度的进一步控制。

在根据本公开的生产设备的一个实施例中，该生产设备进一步包括以下项中的一者或多者：蒸汽涡轮机51，其中该蒸汽涡轮机可以至少部分地为空气压缩机和/或NO_x气体压缩机40提供动力；热交换器79，该热交换器用于在第一经膨胀尾气64与尾气流5，特别是比该第一经膨胀尾气冷的尾气流之间交换热量，其中第一经膨胀尾气64以低于300℃的温度离开热交换器79，并且其中与尾气5进行热交换后的第一经膨胀尾气64被进一步供应给第一分流装置55，特别是其中在热交换器下游79的第一经膨胀尾气64与第一分流装置55直接流体连通；并且/或者在吸收塔41的出口6处的尾气5被分流成第三尾气流83、84和第四尾气流85；脱NO_x处理单元70；以及第二压力释放装置60，该第二压力释放装置用于将第二尾气流80膨胀至大气压，以产生第二经膨胀尾气69。

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。

有利地，第一分流装置55和/或第二分流装置82位于热交换系统43的下游。事实上，第一尾气流10和第二尾气流80此时均处于最佳温度。这意味着第一尾气流10处于低于300℃的温度，使得可以将第一尾气流10馈入氨转化器37，而不必调节通过流32馈送的氨的量，以便维持氨转化器37可操作的温度。通常，氨转化器在800℃至950℃范围内的温度下操作。此外，第一分流装置55在热交换系统43下游的位置赋予第二尾气流80用于膨胀的最佳温度，比如以提供可用于至少部分地为空气压缩机36或NO_x气体压缩机40提供动力的最佳能量。

此外，蒸汽涡轮机51的存在允许回收氨转化器37中产生的蒸汽的热量，并且该回收的热量可以至少部分地用于为空气压缩机36或NO_x气体压缩机40提供动力。

特别地，离开吸收塔41的出口6的尾气5在热交换器73中被加热，特别是首先在热交换系统43的热交换器67中，然后在热交换器73中，从20℃至250℃范围内的初始温度加热到100℃至450℃范围内的温度。随后，离开热交换器73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，离开热交换器73的尾气处于最佳温度，以便在脱NO_x处理单元70中进行处理，并且因此脱NO_x处理单元70位于热交换器73与尾气加热器43之间。本领域技术人员将毫无困难地选择脱NO_x处理单元70的适当位置，使得脱NO_x处理单元70的操作温度与对应尾气流的温度一致。在存在脱NO_x处理单元70的情况下，通过第二尾气流69、80离开生产设备的NO_x排放物减少。

特别地，尾气5的一部分，即由第二分流装置82提供的第二尾气流83、84，在第三尾气流83具有等于或高于P1且低于P2的压力的情况下可以在氨转化器37的下游和NO_x气体压缩机40的上游进行再循环，或者在第三尾气流84具有高于P2的压力的情况下在NO_x气体压缩机40的下游和吸收塔41的上游进行再循环，这降低了由空气压缩机36提供的二次空气的负荷。

在根据本公开的生产设备的一个实施例中，该生产设备进一步包括用于漂白含有残余NO_x气体的粗硝酸流27的漂白器62，以经由出口71提供经漂白硝酸流75，该漂白器具有气体入口81和用于废气77的气体出口73，该气体入口与供应富氧漂白气体72的高压水电解槽63流体连通，该气体出口在漂白器62在等于或高于P1且高达等于P2的压力下操作(图3A)的情况下与氨转化器37下游和NO_x气体压缩机40上游的任何气体流流体连通，或者在漂白器62在高于P2的压力下操作(图3B)的情况下与NO_x气体压缩机40下游和吸收塔41上游的任何流流体连通，使得第二含氧气体68的供应至少部分地来自废气72、77。

在根据本公开的生产设备的一个实施例中，富氧气体50、第二含氧气体68、72、77、富氧漂白气体72和富氧废气77至少部分地由高压水电解槽63提供。换句话说，在具体实施例中，本公开的系统包括高压水电解槽，其中高压水电解槽，特别是其阳极，与压缩空气流流体连通，以提供富氧气体/压缩空气流混合物。

水电解槽是一种用于电解水的装置，由于电流通过其中，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，以及氧气。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-；

由碱性溶液(比如氢氧化钾)组成的电解质；以及将阳极和阴极分隔的多孔隔膜，以避免氢气和氧气混合在一起形成爆炸性混合物。替代性地，阳极和阴极可以由固体聚合物电解质(比如含氟聚合物Nafion)隔开，其中电解质提供质子从阳极到阴极的选择性输送，以及阳极和阴极之间的电绝缘，并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。替代性地，为了增强电极反应，阳极和阴极可以含有可分别由铱和铂制成的催化剂。电绝缘材料的隔膜基于例如氧化锆。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的辅助设备。

通过在每个电池上施加对应于最新技术的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。高压水电解槽在高于P1的压力下操作，或者在高于P2的压力下操作，特别是高于2巴，特别是作为在9巴至30巴的高压下的高压水电解槽，更特别地是15巴至30巴并且可以在50℃至80℃或60℃至80℃的温度下操作。

因此，高压水电解槽导致在阴极处产生加压氢气并在阳极处产生加压氧气，所产生的氧气和氢气具有比大气压力更高的压力。进行高压电解需要对电解过程中使用的水进行加压。由于对水加压比对气体加压需要更少的动力，因此使用高压水电解槽可以以最小的功耗产生加压富氧气体。

当含有残余NO_x气体的粗硝酸流27被漂白时，硝酸溶液中的NO_x气体和亚硝酸HNO₂的量减少。这继而导致硝酸溶液中产生的棕色烟雾减少。另外，漂白器提供的硝酸溶液质量更高，也更纯净。方便地，当含有残余NO_x气体的粗硝酸流27被漂白时，第二含氧气体68的供应通过富氧漂白气体72实现，并继而通过漂白器62和废气77实现。

在根据本公开的生产设备的一个实施例中，该生产设备进一步包括与任何尾气流直接流体连通的第二富氧气体流74，特别是与在第一压力释放装置7上游的任何尾气流直接流体连通的经加压富氧气体流。

第二富氧气体流74的馈送允许减少必须提供给混合单元35的第一富氧气体50的量。特别地，第二富氧气体流74可以在热交换系统43的下游和第一压力释放装置7的上游馈送，这允许从第一压力释放装置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，该生产设备进一步包括第一富氧气体50、第二含氧气体68、72、77、第二富氧气体流74、富氧漂白气体72和废气77至少部分地由高压水电解槽63提供。

方便地，高压水电解槽63向生产设备中需要馈送氧气的所有各个点提供氧气。特别地，来自电解槽63的氧气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和富氧废气77的所有氧气。以这种方式，系统被简化并且可以包括单一氧气源，在标准压力调节之后可以从该单一氧气源产生处于期望压力的含氧气体流。此外，在吸收塔的上游供应额外的加压富氧气体改善了吸收塔中NO_x气体的吸收，这继而导致额外的硝酸产量并减少向大气的排放。另外或替代性地，可以减小吸收塔的尺寸。

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，还可以产生氢气。这种氢气以绿色方式生产，即不传统使用天然气，其产生温室气体二氧化碳CO₂。然后氢气可用于在Haber-Bosch(或通常称为合成气单元)中产生氨。然后，高压水电解槽使得能够整合氨和硝酸生产过程。

一种生产硝酸的方法

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功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)在空气压缩机36中压缩空气，从而提供压缩空气34；b)将步骤a)中获得的压缩空气34供应至该混合装置35；c)将氨气流32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，在氨转化器37中氧化氨/含氧气体混合物14中的氨，从而产生包含水和氧化氮的气态NO_x气体/蒸汽混合物15；e)在热交换系统43和气体/冷却器冷凝器38中冷却气态NO_x气体/蒸汽混合物15中的NO_x气体，从而产生水性稀硝酸混合物17和气态NO_x流22；f)在NO_x气体压缩机40中压缩气态NO_x流22，从而提供具有压力P2的加压的NO_x经压缩气体流24；g)在吸收塔41中吸收加压的气态NO_x流24，从而提供含有残余NO_x气体的粗硝酸流27和包含NO_x气体的尾气5；h)用来自氨转化器37的NO_x气体/蒸汽混合物15的热量在热交换系统43中加热尾气5，特别是加热到150℃至650℃范围内的温度；i)在附加气体冷却器/冷凝器39中冷却经压缩NO_x气体流24，特别是由此提供温度在20℃至60℃范围内的经压缩NO_x气体流24；以及j)将步骤h)中获得的尾气5的至少一部分在第一压力释放装置7中膨胀，从而提供第一经膨胀尾气64。

该方法的特征在于，其进一步包括以下步骤：k)用第一分流装置55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，并且/或者用第二分流装置82将尾气流分流成第三尾气流83、84和第四尾气流85；l)将第一尾气流10与第一富氧气体50和压缩空气34混合，从而提供第一含氧气体56，并且/或者将第三尾气流83、84与压缩空气34和第一富氧气体50混合，从而提供第二含氧气体68、72、77；m)调节步骤l)中混合的第一富氧气体50的流量或氨气流32的流量，以将氨转化器37内部的氧与氨摩尔比维持为至少1.2的比率，特别是在1.2与9之间；n)向混合单元35供应第一含氧气体56；o)调节第二含氧气体68的流量使得(在吸收塔41下游的)尾气流5、10、64、69、80、83、84、85含有按体积计至少0.5％氧气；以及p)在等于或高于P1且高达P2的压力下在氨转化器37下游和NO_x气体压缩机40上游供应第二含氧气体68、72、77，或者在高于P2的压力下在NO_x气体压缩机40下游和吸收塔41上游供应该第二含氧气体。

通常，P1的范围为2巴至6巴，P2的范围为9巴至16巴。本领域技术人员将确定进入氨转化器37和吸收塔41的气体中的最佳氧浓度，以便氨向氧化氮的催化转化在氨转化器37中最佳地进行并且吸收塔41中NO_x气体的吸收最佳地进行。本领域技术人员还将权衡增加吸收塔41中的氧含量的益处(即由于改进的吸收而减小塔尺寸)与吸收塔41下游的较高气体体积的缺点，这意味着需要设备(比如较大尺寸的热交换器)用于加热尾气。

本发明人已经发现，代替仅将一次空气和二次空气作为由空气压缩机36提供的压缩空气34来供应，可以将分别由第一分流装置55和第二分流装置82提供的第一尾气流10和/或第三尾气流83、84再循环。具有压力P1的第一富氧气体50和第二含氧气体68向氨转化器37和吸收塔41提供氧气，使得即使在由空气压缩机36提供的压缩空气34量减少的情况下，氨转化器37和吸收塔41中的氧浓度也至少等于最先进的双压硝酸设备中的氧浓度。本领域技术人员将认识到，如果第一富氧气体50的压力处于使得第一含氧气体56的压力(考虑到相关压降)低于氨转化器37的操作压力的压力，则第一富氧气体50可以通过空气压缩机36被压缩。然后，压缩空气与第一富氧气体50之间的流体连通被引入空气压缩机36内部。

因此，尾气可以作为一次空气和二次空气两者进行再循环。因此，要供应较少的压缩空气34，使得需要压缩的空气较少并且空气压缩机34的功率需求降低。同时，减小了空气压缩机36和传统第二压力释放装置60(其中尾气5在最先进的双压硝酸设备中膨胀)的尺寸，使得减少了设备的占地面积。此外，还减少了离开生产设备的NO_x排放物。因此，相对于对应的最先进的双压硝酸设备中的尺寸，减小了用于处理这些NO_x排放物的处理单元的尺寸。

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：q)调节第一尾气流和/或第三尾气流10、83、84的流量。第一尾气10的流量的控制使得能够保持对氨转化器37内部的压力和温度的进一步控制。类似地，第三尾气83、84的流量的控制使得能够保持对吸收塔41内部的压力和温度的进一步控制。

在根据本公开的方法的一个实施例中，在步骤l)中混合第一尾气流10，并且其中在步骤k)中将经膨胀尾气64分流，并且其中该方法进一步包括以下步骤：r)在步骤h)之前，在热交换器79中加热步骤g)中获得的尾气5与步骤j)中获得的第一经膨胀尾气64，从而使待在步骤l)中混合的尾气达到低于300℃的温度；s)在步骤h)之前以及步骤r)之后处理在脱NO_x处理单元70中获得的尾气5；t)在第二压力释放装置60中使第二尾气流80膨胀，从而提供第二经膨胀尾气69；以及u)在蒸汽涡轮机51中回收氨转化器37中产生的热能的至少一部分。更特别地，第一尾气流10在步骤l)中混合，并且其中经膨胀尾气64在步骤k)中被分流，并且其中该方法进一步包括以下步骤：r)在热交换器79中加热步骤j)中获得的比第一经膨胀尾气64冷的尾气流，从而使待在步骤l)中混合的尾气达到低于300℃的温度；s)在脱NO_x处理单元70中处理来自步骤r)的经加热尾气流；t)在第二压力释放装置60中使第二尾气流80膨胀，从而提供第二经膨胀尾气69；以及u)在蒸汽涡轮机51中回收氨转化器37中产生的热能的至少一部分。

有利地，第一分流装置55位于热交换系统43的下游。事实上，第一尾气流10和第二尾气流80此时均处于最佳温度。这意味着第一尾气流10处于低于300℃的温度，使得可以将第一尾气流10馈入氨转化器37，而不必调节通过流32馈送的氨的量，以便维持氨转化器37可操作的温度。通常，氨转化器在800℃至950℃范围内的温度下操作。此外，第一分流装置55在热交换系统43下游的位置赋予第二尾气流80用于膨胀的最佳温度，以提供可用于至少部分地为空气压缩机36或NO_x气体压缩机40提供动力的最佳能量。

此外，蒸汽涡轮机51的存在允许回收氨转化器37中产生的蒸汽的热量，并且该回收的热量可以至少部分地用于为空气压缩机36或NO_x气体压缩机40提供动力。

特别地，离开吸收塔41的出口6的尾气5在热交换器73中被加热，特别是在热交换系统43的热交换器67中，然后在热交换器73中，从20℃至250℃范围内的初始温度加热到100℃至450℃范围内的温度。随后，离开热交换器79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，离开热交换器79的尾气处于最佳温度，以便在脱NO_x处理单元70中进行处理，并且因此脱NO_x处理单元70位于热交换器73与尾气加热器43之间。本领域技术人员将毫无困难地选择脱NO_x处理单元70的适当位置，使得脱NO_x处理单元70的操作温度与对应尾气流的温度一致。在存在脱NO_x处理单元70的情况下，通过第二尾气流69、80离开生产设备的NO_x排放物减少。

特别地，尾气5的一部分，即由第二分流装置82提供的第二尾气流83、84，在第三尾气流83具有等于或高于P1且低于P2的压力的情况下可以在氨转化器37的下游和NO_x气体压缩机40的上游进行再循环，或者在第三尾气流84具有高于P2的压力的情况下在NO_x气体压缩机40的下游和吸收塔41的上游进行再循环，这降低了由空气压缩机36提供的二次空气的负荷。

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：v)在漂白器62中漂白步骤g)中获得的含有残余NO_x气体的粗硝酸流27，从而产生经漂白硝酸流75。当含有残余NO_x气体的粗硝酸流27被漂白时，硝酸溶液中的NO_x气体和亚硝酸HNO₂的量减少。这继而导致硝酸溶液中产生的棕色烟雾减少。另外，漂白器提供的硝酸溶液质量更高，也更纯净。特别地，富氧气体，比如由高压水电解槽提供的富氧气体，可以作为漂白气体72提供给漂白器62，从而产生漂白废气77，该漂白废气随后与气态NOx流22、24混合。这样，有效利用了富氧漂白气体以增加吸收塔41中的氧含量，从而增加了步骤g)中NO_x气体的吸收并减少了相应的空气排放。特别地，富氧漂白气体72由高压水电解槽63提供：由于对水加压所需的能量比对氧气加压所需的能量少，所以以最小的功耗获得加压氧气。方便地，当含有残余NO_x气体的粗硝酸流27被漂白时，第二含氧气体68的供应通过富氧漂白气体72实现，并继而通过漂白器62和废气77实现。

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)将第二富氧气体流74，特别是作为经加压富氧气体流，供应至尾气流，特别是在该第一压力释放装置7的上游。第二富氧气体流74的馈送允许减少必须提供给混合单元35的第一富氧气体50的量。特别地，第二富氧气体流74可以在热交换系统43的下游和第一压力释放装置7的上游馈送，这允许从第一压力释放装置7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：x)操作高压水电解槽63，比如在50℃至80℃、或60℃至80℃的温度以及9巴至30巴，优选地15巴至30巴的压力下，从而产生经加压氧气；以及y)由步骤x)中水电解槽63产生的氧气提供第一富氧气体50、第二含氧气体68、72、77、第二富氧气体74、富氧漂白气体72和富氧废气77的至少一部分。在某些实施例中，加压氧气或富氧气体50与压缩空气流混合。方便地，高压水电解槽63向生产设备中需要馈送氧气的所有各个点提供氧气。特别地，来自电解槽63的氧气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和富氧废气77的所有氧气。以这种方式，系统被简化并且可以包括单一氧气源，在标准压力调节之后可以从该单一氧气源产生处于期望压力的含氧气体流。

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，还可以产生氢气。这种氢气以绿色方式生产，即不传统使用天然气，其产生温室气体二氧化碳CO₂。然后氢气可用于在Haber-Bosch(或通常称为合成气单元)中产生氨。然后，高压水电解槽使得能够整合氨和硝酸生产过程。

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执行本公开的方法的用途。

用于改造最先进的双压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，该生产设备包括空气压缩机36，该空气压缩机用于提供压缩空气流34；混合装置35，该混合装置用于将压缩空气流34与氨气流32混合以产生氨/含氧气体混合物14；氨转化器37，该氨转化器可在等于或高于P1且低于P2的压力下操作，用于氧化氨/含氧气体混合物14中的氨，以产生包含水和氧化氮的NO_x气体/蒸汽混合物15；在氨转化器37下游的第一气体冷却器/冷凝器38，以产生水性稀硝酸混合物17和气态NO_x流22；NO_x气体压缩机40，用于压缩气态NO_x流22，以产生压力为P2的经压缩NO_x气体流24；吸收塔41，该吸收塔用于从水中的经压缩NO_x气体流24中吸收该NO_x气体，以产生含有残余NO_x气体的粗硝酸流27和包含NO_x气体的尾气5，包括用于排空尾气5的吸收塔尾气出口6；热交换系统43，该热交换系统用于利用来自氨转化器37的NO_x气体/蒸汽混合物15的热量加热尾气流；第二气体冷却器/冷凝器39，该第二气体冷却器/冷凝器用于在将经压缩NO_x气体流24在吸收塔41中吸收之前从该流中分离并冷凝蒸汽；以及第一压力释放装置7，该第一压力释放装置用于使尾气流膨胀，以产生压力等于或高于P1且低于P2的第一经膨胀尾气64，其中第一压力释放装置7可以至少部分地为NO_x气体压缩机40和/或加压装置78提供动力；改造成根据本公开的生产设备的生产设备的方法。

该改造方法包括以下步骤：引入与压缩空气34流体连通的第一富氧气体50的供应；引入用于调节氨转化器37中的氨浓度和/或氧浓度的装置(未示出)，特别是用于控制含氧气体56中的第一富氧气体50的流量的装置和/或用于控制氨气流32的流量的装置，用于将氨转化器37内部的氧与氨摩尔比维持在至少1.2的比率；引入第二含氧气体68、72、77的供应，该第二含氧气体具有：(a)等于或高于P1且高达P2的压力，用于在NO_x气体压缩机40上游供应氧气或者(b)高于P2的压力，用于向经压缩NO_x气体流24供应氧气，使得尾气流5、10、64、69、80、83、84、85含有按体积计至少0.5％氧气；在吸收塔41下游引入用于分流尾气流的第一装置55和/或用于分流尾气流的第二装置82，其中(i)第一分流装置55是用于将尾气流分流成第一尾气流10和第二尾气流80的装置，并且其中第一尾气流10具有等于或高于P1且高达P2的压力并且与第一富氧气体50和压缩空气34流体连通，并且其中压缩空气34、第一富氧气体50和第一尾气流10的混合提供第一含氧气体56，并且(ii)第二分流装置82是用于将尾气流分流成第三尾气流83和第四尾气流85的装置，其中第三尾气流83具有等于或高于P1且高达P2的压力并且与压缩空气34和第一富氧气体50流体连通，并且其中第三尾气83、压缩空气34和第一富氧气体50的混合提供第二含氧气体68、72、77，并且其中第二含氧气体68、72、77在氨转化器37的下游和NO_x气体压缩机40的上游供应；或者第二分流装置82是用于将尾气流分流成第三尾气流84和第四气体流85的装置，并且其中第三尾气流84与压缩空气34和第一富氧气体50流体连通，并且其中第三尾气83、压缩空气34和第一富氧气体50的混合以及所混合的第三尾气83、压缩空气34和第一富氧气体50在加压装置78中的加压提供压力高于P2的第二含氧气体68、72、77，并且其中第二含氧气体68、72、77在NO_x气体压缩机40的下游和吸收塔41的上游供应。

如本文所定义，富氧气体是包含超过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％的氧气的气体。富氧气体可以例如通过空气分离单元或通过水电解槽提供。

如本文所定义，空气压缩机能够提供至少300000m³/h的压缩空气。

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。

通常，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与热交换器67之间)将尾气流分流。特别地，该生产设备进一步包括热交换系统，使得气态NO_x流22或经NO_x压缩气体流24与尾气5交换热量。

如本文所定义，尾气流是在吸收塔下游、在吸收塔41与第一尾气流52和第一富氧气体50之间的连通部之间提供的任何气体流。

如本文所定义，分流装置是适合于将尾气流分流以产生例如第一尾气流10和第二尾气流80，或第三尾气流83、84和第四尾气流85的任何装置。特别地，分流装置是具有一个入口和两个出口的T形连接件，使得流过该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的压力的任何合适的装置。特别地，压力释放装置是气体膨胀机或气体喷射器。气体喷射器具有简化设备的益处，同时降低了通过喷射器处理的尾气流的压力。通过气体喷射器处理的该尾气流是动力气体，并且馈入喷射器的第二气体可以例如是压力低于通过气体喷射器处理的尾气流的环境空气，例如大气压。特别地，将尾气流作为动力气体馈入喷射器，并且馈入喷射器的第二气体是压力低于正在通过气体喷射器处理的尾气流的氧气。通过气体喷射器馈送空气或氧气都有助于增加再循环的第一尾气流10和/或第三尾气流83、84中的浓度，从而减少对第一富氧气体50的需求。特别地，将尾气流作为动力气体馈入喷射器，并且馈入喷射器的第二气体是NO_x气体/蒸汽混合物15或气态NO_x流22。

本领域技术人员将认识到，用于分流的装置可以结合在压力释放装置内部，只要压力释放装置包括至少两个用于被减压的气体流的出口。

如本文所定义，用于调节氨和/或氧浓度的装置是适合于实现目标氨和/或氧浓度的任何装置。特别地，此类装置是气流控制装置，特别是流量控制阀或孔口或导向叶片，用于控制第一富氧气体50和/或氨气流32的流量。特别地，该装置是集成工艺控制系统，其中测量氧浓度，从而通过控制第一富氧气体50的流量来确定和实现氧气的目标流量。氧浓度还可以通过使用第一富氧气体50的氧浓度、第一富氧气体50和氨气流32引入系统的流量以及第一富氧气体50和氨气流32混合的相对流量值的计算来确定。

通常，P1的范围为2巴至6巴，P2的范围为9巴至16巴。本领域技术人员将确定进入氨转化器37和吸收塔41的气体中的最佳氧浓度，以便氨向氧化氮的催化转化在氨转化器37中最佳地进行并且吸收塔41中NO_x气体的吸收最佳地进行。本领域技术人员还将权衡增加吸收塔41中的氧含量的益处(即由于改进的吸收而减小塔尺寸)与吸收塔41下游的较高气体体积的缺点，这意味着需要设备(比如较大尺寸的热交换器)用于加热尾气。

实例

1.尾气再循环24％并使用附加的尾气膨胀机

参照图3A。环境空气4在空气压缩机36中被压缩，从而提供压缩空气34。氨32与压缩空气34在混合装置35中混合。混合装置的入口处的氧与氨摩尔比为至少1.2。将所得氨/空气混合物14馈入氨转化器37，其温度在800℃至950℃范围内，并且在5.2巴的压力下操作。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。使用蒸汽涡轮机51并且还通过如下所述加热尾气5来回收从氨转化器出来的混合物的热能。NOx气体/流混合物随后在水冷却器/冷凝器38中冷却至水冷凝的温度，并且水性稀硝酸混合物17从气态NOx流18中分离并送至吸收塔41。随后，气态NOx流被进一步氧化以将NO进一步转化为NO₂和N₂O₄，提供气态NOx流22，其在NOx气体压缩机40中被压缩至12巴的压力，从而产生经加压NOx气态流24。经加压NOx气态流24在冷却器/冷凝器39中冷却并且也被送至吸收塔41。在吸收塔单元41内，NOx气体与水反应以产生尾气5和含有残余NOx气体的粗硝酸流27。来自气态NOx流24的热量用于在尾气加热器43中将尾气5加热至575℃，从而产生经加热尾气。经加热尾气通过T形管55分流。在T形管55中分流之后，24％的经加热尾气在尾气膨胀机7上膨胀，从而提供经膨胀尾气64，然后在8巴的压力下将其与压缩空气流34和富氧气体50混合，然后在混合装置35中将所得压缩空气34/富氧气体50/经膨胀尾气64与氨32混合。重复上述混合装置35中的混合之后的步骤。混合装置的入口处的氧与氨摩尔比为至少1.2。将剩余的76％的经加热尾气送至附加的尾气膨胀机60。用气态介质72汽提出粗硝酸流27中的残余NOx气体，该气态介质是由水电解槽63产生的氧气，该水电解槽位于漂白器单元62内，该漂白器单元在与氨转化器大约相同的压力(5.2巴)下操作。水电解槽63在氨转化器37与吸收塔41之间提供富氧气体50以及氧气，使得尾气5中的氧浓度按体积计为至少0.5％。空气压缩机36和NOx压缩机40的驱动力均源自尾气膨胀机7、附加的尾气膨胀机60和蒸汽涡轮机51。与空气压缩机36、NOx气体压缩机40、尾气膨胀机7和附加的尾气膨胀机60相关联的净功率为37kW/h/t100％HNO₃。该动力由蒸汽涡轮机51产生。

2.对比示例：尾气不再循环

环境空气4在空气压缩机36中被压缩，从而提供压缩空气流34。将氨32与富氧气体/压缩空气流混合物53在混合装置35中混合，并将所得氨/空气混合物14馈入在5.2巴压力下操作的氨转化器37。混合装置35内的氧与氨摩尔比为至少1.2。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。使用蒸汽涡轮机51回收从氨转化器出来的混合物的热能。NOx气体/流混合物随后在水冷却器/冷凝器38中冷却至水冷凝的温度，并且水性稀硝酸混合物17从气态NOx流18中分离并送至吸收塔41。随后，气态NOx流被进一步氧化以将NO进一步转化为NO₂和N₂O₄，提供气态NOx流22，其在NOx气体压缩机40中被压缩至12巴的压力，从而产生经加压NOx气态流24。经加压NOx气态流24在冷却器/冷凝器39中冷却并且也被送至吸收塔41。在吸收塔41内，高压NOx气体与水反应以产生尾气5和还含有残余NOx气体的粗硝酸流27。来自气态NO_x流24的热量用于在尾气加热器43中将尾气5加热至450℃。全部尾气流5被送至尾气膨胀机7。然后，在漂白器单元62内部用压缩空气34汽提出粗硝酸流27中的残余NOx气体。漂白器单元62通常在与氨转化器大约相同的压力下操作，即5.2巴。空气压缩机36和NOx压缩机40的驱动力源自尾气膨胀剂7和蒸汽涡轮机51。与空气压缩机36、NOx气体压缩机40和尾气膨胀机7相关联的净功率为75.5kW/h/t100％HNO₃。该动力由蒸汽涡轮机51产生。

因此，与实例1相比，循环24％的尾气可节省净功率39kWh/t100％HNO₃(50％)。

Claims (15)

1.一种以降低的功耗和减少的排放生产硝酸的生产设备，其包括：

·空气压缩机，所述空气压缩机提供压缩空气；

·第一富氧气体的供应，所述第一富氧气体与压缩空气的混合提供第一含氧气体的一部分；

·混合装置，所述混合装置用于将所述第一含氧气体与氨气流混合以产生氨/含氧气体混合物；

·氨转化器，所述氨转化器可在等于或高于P1且低于P2的压力下操作，用于氧化所述氨/含氧气体混合物中的氨，以产生包含水和氧化氮的NOx气体/蒸汽混合物；

·用于调节所述氨转化器中的氨浓度和/或氧浓度的装置，特别是用于控制所述含氧气体中的所述第一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，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；

·在所述氨转化器下游的第一气体冷却器/冷凝器，以产生水性稀硝酸混合物和气态NOx流；

·NOx气体压缩机，所述NOx气体压缩机用于压缩所述气态NOx流，以产生压力为P2的经压缩NO_x气体流；

·吸收塔，所述吸收塔用于从水中的所述经压缩NO_x气体流中吸收所述NO_x气体，以产生含有残余NO_x气体的粗硝酸流和包含NO_x气体的尾气，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/冷凝器上游的热交换系统，所述热交换系统用于利用来自所述氨转化器的所述NO_x气体/蒸汽混合物的热量加热尾气流；

·第二气体冷却器/冷凝器，所述第二气体冷却器/冷凝器用于在将所述经压缩NO_x气体流提供给所述吸收塔之前从所述流中分离并冷凝蒸汽；

·第二含氧气体，所述第二含氧气体具有：

a)等于或高于P1且高达P2的压力，用于在所述氨转化器下游和所述NO_x气体压缩机上游供应氧气；或者

b)高于P2的压力，用于向所述经压缩NO_x气体流供应氧气；

·用于控制所述第二含氧气体的流量使得尾气流含有按体积计至少0.5％氧气的装置；以及

·第一压力释放装置，所述第一压力释放装置位于所述热交换系统的下游，用于使尾气流膨胀，以产生压力等于或高于P1且低于P2的第一经膨胀尾气，其中所述第一压力释放装置可以至少部分地为所述NO_x气体压缩机和/或所述空气压缩机提供动力；

其特征在于，所述生产设备进一步包括：

·用于将气体流分流的第一和/或第二装置，其中

(i)所述第一分流装置是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且高达P2的压力并且与所述第一富氧气体和压缩空气流体连通，并且其中压缩空气、所述第一富氧气体和所述第一尾气流的混合提供所述第一含氧气体，并且

(ii)所述第二分流装置是用于将尾气流分流成第三尾气流和第四尾气流的装置，其中所述第三尾气流具有等于或高于P1且高达P2的压力并且与压缩空气和所述第一富氧气体流体连通，并且其中所述第三尾气、压缩空气和所述第一富氧气体的混合提供所述第二含氧气体，并且其中所述第二含氧气体在所述氨转化器的下游和所述NO_x气体压缩机的上游供应；

或者

所述第二分流装置是用于将尾气流分流成第三尾气流和第四气体流的装置，并且其中所述第三尾气流与压缩空气和所述第一富氧气体流体连通，并且其中所述第三尾气、压缩空气和所述第一富氧气体的混合以及所混合的第三尾气、压缩空气和所述第一富氧气体在加压装置中的加压提供压力高于P2的所述第二含氧气体，并且其中所述第二含氧气体在所述NO_x气体压缩机的下游和所述吸收塔的上游供应。

2.根据权利要求1所述的生产设备，其中所述生产设备进一步包括用于控制所述第一尾气流和/或第三尾气流的流量的装置。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的生产设备，其中所述生产设备进一步包括以下项中的一者或多者：

·蒸汽涡轮机，其中所述蒸汽涡轮机可以至少部分地为所述NO_x气体压缩机和/或所述空气压缩机提供动力；

·热交换器，所述热交换器用于在所述第一经膨胀尾气与比所述第一经膨胀尾气冷的尾气流之间交换热量，其中所述第一经膨胀尾气以低于300℃的温度离开所述热交换器，并且其中：

-在所述热交换器下游的所述第一经膨胀尾气与所述第一分流装置直接流体连通；并且/或者

-比所述第一经膨胀尾气冷的所述尾气流被分流成第三尾气流和第四尾气流；

·脱NO_x处理单元；以及

·第二压力释放装置，所述第二压力释放装置用于将所述第二尾气流膨胀至大气压，以产生第二经膨胀尾气。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的生产设备，其进一步包括漂白器，所述漂白器用于漂白所述含有残余NO_x气体的粗硝酸流，以提供经漂白硝酸流，所述漂白器具有入口和废气出口，所述入口与供应富氧漂白气体的高压水电解槽流体连通，如果所述漂白器在等于或高于P1且高达等于P2的压力下操作则所述废气出口与在所述氨转化器下游和所述NO_x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出口与在所述NO_x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于所述废气。

5.根据权利要求1至4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富氧气体流，特别是与在第一压力释放装置上游的任何尾气流直接流体连通的经加压富氧气体流。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的生产设备，其中所述第一富氧气体、所述第二含氧气体、所述第二富氧气体、所述富氧漂白气体和所述废气至少部分地由高压水电解槽提供。

7.一种在根据权利要求1至6中任一项所述的生产设备中以降低的功耗和减少的排放生产硝酸的方法，其包括以下步骤：

a)在所述空气压缩机中压缩空气，从而提供压缩空气；

b)将步骤a)中获得的压缩空气供应至所述混合装置；

c)将所述氨气流供应至所述混合装置，从而产生所述氨/含氧气体混合物；

d)在等于或高于P1且低于P2的压力下，在所述氨转化器中氧化所述氨/含氧气体混合物中的氨，从而产生包含水和氧化氮的所述气态NO_x气体/蒸汽混合物；

e)在所述热交换系统和所述气体/冷却器冷凝器中冷却所述气态NO_x气体/蒸汽混合物中的所述NO_x气体，从而产生水性稀硝酸混合物和所述气态NO_x流；

f)在所述NO_x气体压缩机中压缩所述气态NO_x流，从而提供具有压力P2的加压的NO_x经压缩气体流；

g)在所述吸收塔中吸收加压的气态NO_x流，从而提供所述含有残余NO_x气体的粗硝酸流和包含NO_x气体的所述尾气；

h)用来自所述氨转化器的所述NO_x气体/蒸汽混合物的热量在所述热交换系统中加热所述尾气，特别是加热到150℃至650℃范围内的温度；

i)在附加气体冷却器/冷凝器中冷却所述经压缩NO_x气体流，特别是由此提供温度在20℃至60℃范围内的所述经压缩NO_x气体流；以及

j)将步骤h)中获得的所述尾气的至少一部分在所述第一压力释放装置中膨胀，从而提供所述第一经膨胀尾气；

其特征在于，所述方法进一步包括以下步骤：

k)用第一分流装置将尾气流分流成第一尾气流和第二尾气流，并且/或者用第二分流装置将尾气流分流成第三尾气流和第四尾气流；

l)将所述第一尾气流与所述第一富氧气体和压缩空气混合，从而提供所述第一含氧气体，并且/或者将所述第三尾气流与压缩空气和所述第一富氧气体混合，从而提供所述第二含氧气体；

m)调节步骤l)中混合的所述第一富氧气体的流量或所述氨气流的流量，诸如以将所述氨转化器内部的氧与氨摩尔比维持为至少1.2的比率；

n)向混合单元供应所述第一含氧气体；

o)调节所述第二含氧气体的流量使得尾气流含有按体积计至少0.5％氧气；以及

p)在等于或高于P1且高达P2的压力下在所述氨转化器下游和所述NO_x气体压缩机上游，或者在高于P2的压力下在所述NO_x气体压缩机下游和所述吸收塔上游供应所述第二含氧气体。

8.根据权利要求7所述的方法，其进一步包括以下步骤：

q)调节所述第一尾气流和/或所述第三尾气流的流量。

9.根据权利要求7至8中任一项所述的方法，其中在步骤l)中对所述第一尾气流进行混合，并且其中在步骤k)中对所述第一经膨胀尾气进行分流，并且其中所述方法进一步包括以下步骤：

r)在所述热交换器中将比所述第一经膨胀尾气冷的所述尾气与步骤j)中获得的所述第一经膨胀尾气一起加热，从而使待在步骤l)中混合的所述尾气达到低于300℃的温度；

s)在所述脱NO_x处理单元中处理步骤r)中加热的所述尾气流；

t)在所述第二压力释放装置中使所述第二尾气流膨胀，从而提供所述第二经膨胀尾气；以及

u)在所述蒸汽涡轮机中回收所述氨转化器中产生的热能的至少一部分。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其中所述第三尾气流在步骤l)中混合，并且其中步骤g)中获得的所述尾气在步骤k)中被分流成第三尾气流和第四尾气流。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的方法，其进一步包括以下步骤：

v)在所述漂白器中漂白步骤g)中获得的所述含有残余NO_x气体的粗硝酸流，从而产生所述经漂白硝酸流。

12.根据权利要求7至11中任一项所述的方法，其进一步包括以下步骤：

w)将所述第二富氧气体流，特别是作为经加压富氧气体流，供应至尾气流，特别是在所述第一压力释放装置的上游。

13.根据权利要求6至10中任一项所述的方法，其进一步包括以下步骤：

x)操作所述高压水电解槽，从而产生经加压氧气；以及

y)由步骤x)中所述水电解槽产生的氧气提供所述第一富氧气体、所述第二富氧气体、所述第二含氧气体、所述富氧漂白气体和所述富氧废气的至少一部分。

14.根据权利要求1至6中任一项所述的生产设备用于执行根据权利要求7至13中任一项所述的方法的用途。

15.一种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：

·空气压缩机，所述空气压缩机用于提供压缩空气流；

·混合装置，所述混合装置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；

·氨转化器，所述氨转化器可在等于或高于P1且低于P2的压力下操作，用于氧化所述氨/含氧气体混合物中的氨，以产生包含水和氧化氮的NO_x气体/蒸汽混合物；

·在所述氨转化器下游的第一气体冷却器/冷凝器，以产生水性稀硝酸混合物和气态NO_x流；

·NOx气体压缩机，所述NOx气体压缩机用于压缩所述气态NOx流，以产生压力为P2的经压缩NOx气体流；

·吸收塔，所述吸收塔用于从水中的所述经压缩NOx气体流中吸收所述NOx气体，以产生含有残余NO_x气体的粗硝酸流和包含NOx气体的尾气，包括用于排空所述尾气的吸收塔尾气出口；

·热交换系统，所述热交换系统用于用来自所述氨转化器的所述NO_x气体/蒸汽混合物的热量加热尾气流；第二气体冷却器/冷凝器，所述第二气体冷却器/冷凝器用于在所述经压缩NO_x气体流在所述吸收塔中吸收之前从其中分离和冷凝蒸汽；以及

·第一压力释放装置，所述第一压力释放装置用于使尾气流膨胀，以产生压力等于或高于P1且低于P2的第一经膨胀尾气，其中所述第一压力释放装置可以至少部分地为所述NO_x气体压缩机提供动力；

改造成根据权利要求1至6中任一项所述的生产设备的方法，其中所述方法包括以下步骤：

·引入与压缩空气流体连通的第一富氧气体的供应；

·引入用于调节所述氨转化器中的氨浓度和/或氧浓度的装置，特别是用于控制所述含氧气体中的所述第一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，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；

·引入第二含氧气体的供应，所述第二含氧气体具有：

(a)等于或高于P1且高达P2的压力，用于在所述NO_x气体压缩机上游供应氧气；或者

(b)高于P2的压力，用于向所述经压缩NO_x气体流供应氧气，使得尾气流含有按体积计至少0.5％氧气；

·在所述吸收塔下游引入用于分流尾气流的第一装置和/或用于分流尾气流的第二装置，其中

(i)所述第一分流装置是用于将尾气流分流成第一尾气流和第二尾气流的装置，并且其中所述第一尾气流具有等于或高于P1且高达P2的压力并且与所述第一富氧气体和压缩空气流体连通，并且其中压缩空气、所述第一富氧气体和所述第一尾气流的混合提供所述第一含氧气体，并且

(ii)所述第二分流装置是用于将尾气流分流成第三尾气流和第四尾气流的装置，其中所述第三尾气流具有等于或高于P1且高达P2的压力并且与压缩空气和所述第一富氧气体流体连通，并且其中所述第三尾气、压缩空气和所述第一富氧气体的混合提供所述第二含氧气体，并且其中所述第二含氧气体在所述氨转化器的下游和所述NO_x气体压缩机的上游供应；

或者

所述第二分流装置是用于将尾气流分流成第三尾气流和第四气体流的装置，并且其中所述第三尾气流与压缩空气和所述第一富氧气体流体连通，并且其中所述第三尾气、压缩空气和所述第一富氧气体的混合以及所混合的第三尾气、压缩空气和所述第一富氧气体在加压装置中的加压提供压力高于P2的所述第二含氧气体，并且其中所述第二含氧气体在所述NO_x气体压缩机的下游和所述吸收塔的上游供应。