DE102014006017B4

DE102014006017B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Salpetersäure

Info

Publication number: DE102014006017B4
Application number: DE102014006017.9A
Authority: DE
Inventors: Joachim Rohovec; Walter Bachleitner; Thomas Berger
Original assignee: Messer Group GmbH
Current assignee: Messer Group GmbH
Priority date: 2014-04-23
Filing date: 2014-04-23
Publication date: 2022-04-21
Anticipated expiration: 2034-04-24
Also published as: DE102014006017A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen von Salpetersäure, bei dema. in einer Ammoniakverbrennungsanlage (2) Ammoniak mit Sauerstoff zu Stickoxiden und Wasserdampf umgesetzt wird,b. die Stickoxide und der Wasserdampf aus Schritt (a.) in einem Kondensator (3) auf eine Temperatur abgekühlt werden, bei dem der Wasserdampf kondensiert, wobei die Stickoxide teilweise mit dem kondensierten Wasserdampf und Sauerstoff zu einer Salpetersäure enthaltenden Lösung reagieren und teilweise in einem stickoxidhaltigen Gasgemisch verbleiben,c. das stickoxidhaltige Gasgemisch aus Schritt (b.) einem Absorptionsturm (4, 5) zugeführt wird, in dem es mit Wasser und Sauerstoff in Kontakt gebracht wird, wobei das stickoxidhaltige Gasgemisch mit dem Wasser und dem Sauerstoff zumindest teilweise unter Bildung einer wässerigen, Salpetersäure enthaltenden Lösung reagiert, die sich am Boden des Absorptionsturms (4, 5) ansammelt,d. Salpetersäure enthaltende Lösung aus Schritt (b) und/oder die Salpetersäure enthaltende Lösung aus Schritt (c.) vom Boden des Absorptionsturms (4, 5) bzw. dem Kondensator (3) abgezogen, mittels einer Fördereinrichtung (13, 15, 22) über eine Steigleitung (12, 21) einem Kopfbereich des Absorptionsturms (4, 5) zugeführt wird,e. wenigstens ein Teilstrom der Salpetersäure enthaltende Lösung aus dem Absorptionsturm (4) abgezogen und einem Kopfbereich einer Bleichkolonne (6) zugeführt wird undf. dem Absorptionsturm (4, 5) und/oder der Bleichkolonne (6) über wenigstens eine Sauerstoffzuleitung (26, 27, 28, 29) zusätzlicher Sauerstoff zugeführt wird,dadurch gekennzeichnet, dassg. der Sauerstoff aus Schritt (f.) in den Absorptionsturm (4, 5) und/oder in die Bleichkolonne (6) eingesprüht wird und bei seiner Zuführung in den Absorptionsturm (4, 5) und/oder die Bleichkolonne (6) eine sauerstoffreiche Atmosphäre ausbildet, innerhalb der die jeweils zugeführte Salpetersäure enthaltende Lösung aus Schritt (d.) und/oder Schritt (e.) unter Ausbildung eines Salpetersäure enthaltenden Aerosols (39) zerstäubt wird, wobei die Temperatur der Atmosphäre im Kopfbereich des Absorptionsturms (4, 5) und/oder der Bleichkolonne (6) zwischen 0°C und minus 30°C beträgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Salpetersäure nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Herstellen von Salpetersäure nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6.
Zur technischen Herstellung von Salpetersäure kommt im Allgemeinen ein vierstufiges, katalytisches Ammoniakoxidationsverfahren (Ostwald-Verfahren) zum Einsatz. Im ersten Schritt wird dabei Ammoniak und Sauerstoff in einem Reaktor (im Folgenden auch „Ammoniakverbrennungseinrichtung“ genannt) an einem meist aus Edelmetallen, beispielsweise Platin-Rhodium, bestehenden Netzkatalysator, zu Stickstoffmonoxid und Wasserdampf umgesetzt: $4 {NH}_{3} + 5 O_{2} ⇆ 4 NO + 6 H_{2} O$

Um die angestrebte Reaktion gegenüber Konkurrenzreaktionen zu begünstigen, liegt im Reaktor eine möglichst hohe Betriebstemperatur von beispielsweise 900°C vor, die lediglich durch die Stabilität des Edelmetallnetzes und den damit verbundenen drohenden Verlust von Edelmetall begrenzt wird. Im Allgemeinen arbeitet man in der Ammoniakverbrennungseinrichtung mit einer überstöchiometrischen Menge an Sauerstoff aus Luft (auch „Primärluft“ genannt), um die Entflammbarkeit der Reaktionsmischung und die Reaktorausgangstemperatur unter Kontrolle zu halten und zusätzlichen Sauerstoff für nachfolgende Oxidationsreaktionen bereitzustellen. Anschließend wird der Reaktoraustrag in mehreren Wärmetauschern abgekühlt und schließlich in einem üblicherweise wassergekühlten Kondensator auf eine Temperatur abgekühlt, in der das bei der Reaktion entstehende Wasser kondensiert. Dabei reagiert ein Teil des Stickstoffmonoxids mit Sauerstoff unter Bildung von Stickstoffdioxid (NO₂) beziehungsweise dessen Dimer N₂O₄ welches wiederum mit dem auskondensierenden Wasser unter Bildung einer wässerigen, Salpetersäure enthaltenden Lösung reagiert. Die so entstehende „Schwachsäure“ (engl. „weak acid“) enthält im Übrigen auch Stickoxide, insbesondere Stickstoffmonoxid, sowie Stickstoffdioxid bzw. Distickstofftrioxid (N₂O₃) in gelöster Form. Das verbleibende, nicht in Lösung gehende Gasgemisch („Prozessgas“) wird einem Absorptionsturm (auch „Absorptionskolonne“ genannt) zugeführt, in welchem ein weiterer Teil des gasförmigen Stickstoffmonoxids mit Sauerstoff zu Stickstoffdioxid bzw. dessen Dimer Distickstofftetraoxid oxidiert, die anschließend mit Wasser wieder zu Salpetersäure umgesetzt werden:

(2)	2 NO + O₂ ⇆ 2 NO₂	(hauptsächlich in der Gasphase)
(3)	2 NO₂ ⇆ N₂O₄	(hauptsächlich in der Gasphase)
(4)	NO₂ + H₂O ⇆ HNO₃ + NO	(hauptsächlich in der flüssigen Phase)
(5)	N₂O₄ + H₂O ⇆ HNO₃ + HNO₂	(hauptsächlich in der flüssigen Phase)
(6)	3 HNO2 ⇆ HNO₃ + H₂O + 2 NO
(hauptsächlich in der flüssigen Phase) (7)	2 N₂O₄ + O₂ + 2 H₂O ⇆ 4 HNO₃	(in sehr geringem Umfang in der flüssigen Phase)
(8)	HNO2 + ½ O2 ⇆ HNO₃	(in sehr geringem Ausmaß in der flüssigen Phase)

Das Wasser durchläuft dabei den Absorptionsturm üblicherweise im Gegenstrom zum aufsteigenden Gasstrom, wobei der Absorptionsturm zur Intensivierung des Stoffaustausches meist mit Füllkörpern, Packungen oder Böden, wie beispielsweise Sieb- oder Glockenböden ausgerüstet ist. Die Salpetersäure sammelt sich am Boden des Absorptionsturms in einer wässrigen Lösung an. Diese Salpetersäure enthaltende Lösung - auch „Rohsäure“ genannt - wird zum Kopf einer sich an den Absorptionsturm anschließenden Bleichkolonne gepumpt und dort eingesprüht, um die noch in der Lösung enthaltenen nitrosen Gase zu Salpetersäure umzusetzen. In vielen Fällen werden auch mehrere Absorptionstürme hintereinander geschaltet, wobei die Reihe der Absorptionstürme vom Gasstrom bzw. der abgezogenen Salpetersäure im Gegenstrom durchlaufen wird. Die abschließende Behandlung in der Bleichkolonne erfolgt üblicherweise im Gegenstrom mit reiner komprimierter Luft, welche „Sekundärluft“ genannt wird. Die Bleichkolonne arbeitet dabei bei ähnlichen oder geringeren Drücken wie die Absorptionskolonnen, wobei die üblichen Drücke zwischen 0 und 5 bar(g) liegen können. Dabei durchläuft die Rohsäure vom Kopf der Kolonne her üblicherweise mehrere Böden, an welchen sie durch die im Gegenstrom laufende Sekundärluft „gebleicht“ und damit zur transparenten Produktsäure verwandelt wird, welche am Sumpf der Bleichkolonne abgezogen wird. Die Bleichkolonne ist dazu mit Siebböden, Glockenböden oder Füllkörpern ausgestattet, an denen zu geringem Teil die Reaktionen (7) und (8) ablaufen. Hauptsächlich werden jedoch die oben genannten gelösten nitrosen Gase durch den hohen Inertgasanteil der Sekundärluft gestrippt, anschließend der resultierende, mit NOx angereicherte Sekundärluftstrom wieder mit dem Prozessgas vereint und der Absorptionskolonne zugeführt. Die so aus der Rohsäure ausgetragenen NO_x-Gase werden demnach im Kreis geführt und müssen in der Absorptionskolonne absorbiert werden. Ein nicht unbeträchtlicher Teil dieses wertvollen NOx-Gases geht durch die limitierte Kapazität der Absorptionskolonne über das Abgas verloren. Um die Absorptionsfähigkeit der nitrosen Gase zu erhöhen, werden die Gase im Absorptionsturm bzw. in den Absorptionstürmen auf einen erhöhten Druck von 1 bis 15 bar(g) gebracht. Bei Anlagen, deren Absorptionstürme auf einem vergleichsweise niedrigen Druck von 1 bis 5 bar(g) arbeiten (Nieder- und Mitteldruckanlagen), ist der Anteil nitroser Abgase im Abgas sehr hoch, was insbesondere auf einen niedrigen Sauerstoffpartialdruck in der üblicherweise als Oxidationsmittel eingesetzten Luft zurückzuführen ist. Das Anlegen höherer Drücke führt zwar zu einer Verringerung des Restgehaltes an Stickoxiden im Abgas, ist jedoch mit erheblichen Mehrkosten für die Kompression und für die den höheren Drücken angepasste Auslegung der Anlagenkomponenten verbunden.
Zur Steigerung der Effizienz des Verfahrens wurde daher bereits versucht, durch Einleitung zusätzlichen Sauerstoffs an verschiedenen Stellen der Anlage den Sauerstoffpartialdruck zu erhöhen und somit den Anteil nitroser Gase im Abgas zu reduzieren.
So wird in der EP 0 799 794 A1 vorgeschlagen, Sauerstoff oder ein mit Sauerstoff angereichertes Gas in den oben skizzierten Prozess zur Salpetersäureproduktion stromab zur Ammoniakverbrennungseinrichtung, jedoch stromauf zum Absorptionsturm zuzuführen.
Gemäß der Lehre der US 5 266 291 B1 und der US 5 360 603 B1 wird mit Sauerstoff angereicherte Luft in den Ammoniakoxidationsreaktor eingeleitet. Der zur Verfügung stehende überschüssige Sauerstoff ermöglicht eine Erhöhung der Ammoniakzufuhr und somit eine Erhöhung der bestehenden Kapazität; jedoch muss zugleich die Temperatur des Systems und die Entflammbarkeit durch Einleitung von Wasser oder Inertgasen in den Eingangsteil des Reaktors unter Kontrolle gehalten werden.
In der US 3 542 510 A1 wird vorgeschlagen, in einer Anlage zur Erzeugung von Salpetersäure einen Stickoxide enthaltenden Prozessgasstrom soweit abzukühlen, dass er kondensiert. Das Kondensat wird anschließend mit einem Luftstrom kontaktiert, um eine möglichst vollständige Oxidation der darin enthaltenen Stickoxide herbeizuführen. Ziel ist die Erzeugung von hochkonzentrierter Salpetersäure.
Aus der US 5 167 935 A1 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung von Salpetersäure bekannt, bei der Salpetersäure enthaltende Lösung aus einem Absorptionsturm einem Behälter zugeführt wird, in dem eine sauerstoffreiche Atmosphäre aufrecht erhalten wird. Dadurch soll die Löslichkeit von NO in der Flüssigkeit, und damit dessen Umsetzung zu NO₂, gesteigert werden.
In dem Artikel von G.C. Inskeep und T.H. Henry: Nitric Acid in Great Britain. Ind. Eng. Chem., Vol. 45, 1953, No. 7, S. 1386-1395 wird eine Produktionsanlage für Salpetersäure beschrieben, in der eine zusätzliche Zufuhr von Luft in die die Absorptionstürme der Anlage verbindenden Gasleitungen die vollständige Oxidation der Stickoxide verbessern soll.
Aus der US 4 235 858 B1 ist ein Verfahren zur Salpetersäureproduktion bekannt, bei denen Wasser und kalter Sauerstoff (T<0°C) in den Gasraum des Absorptionsturms geleitet wird. Die tiefe Temperatur des Sauerstoffs fördert die Erzeugung von Stickstoffdioxid bzw. Distickstofftetraoxid aus Stickstoffmonoxid entsprechend der Reaktionen (2) und (3) und erzeugt mit dem zugeführten Wasser entsprechend der Reaktionen (4), (5) und (6) Salpetersäure.
In der EP 1 013 604 B1 wird vorgeschlagen, zusätzlichen Sauerstoff in den salpetersäurehaltigen Prozessstrom zu injizieren, um ein Gasblasen/FlüssigkeitsGemisch darin zu bilden, welches eine feine Dispersion von Gasblasen mit Durchmessern von weniger als etwa 0,1 mm aufweist. Dadurch wird eine große Grenzfläche zwischen dem Gas und dem Flüssigkeitsgemisch erzielt, wodurch Verunreinigungen in der entstehenden Salpetersäure minimiert und der Bedarf an zusätzlich in das System einzuspeisenden Sauerstoff reduziert werden sollen.
Aus der nachveröffentlichten DE 10 2013 002 201 A1 ist bereits bekannt, durch Einspeisen von kaltem gasförmigen oder flüssigem Sauerstoff in eine Leitung, durch die Salpetersäure enthaltende Lösung einem Absorptionsturm oder einer Bleichkolonne zugeführt wird, den dortigen Sauerstoff-Partialdruck zu erhöhen, wodurch die die weitere Bildung von Salpetersäure begünstigt wird.
Trotz derartiger Verbesserungen ist es möglich, eine weitere Kapazitätssteigerung und Prozessoptimierung des oben beschriebenen Verfahrens zur Salpetersäureproduktion zu erreichen, was zugleich Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist.
Gelöst ist diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Produktionsanlage zur Herstellung von Salpetersäure mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen von Salpetersäure ist also dadurch gekennzeichnet, dass der dem Absorptionsturm bzw. den Absorptionstürmen und/oder der Bleichkolonne zugeführte Sauerstoff eine sauerstoffreiche Atmosphäre ausbildet, in der wässerige, Salpetersäure enthaltende Lösung zerstäubt wird, wobei sich ein Salpetersäure enthaltendes Aerosol bildet; die Temperatur der Atmosphäre im Kopfbereich des Absorptionsturms und/oder der Bleichkolonne beträgt dabei zwischen 0°C und minus 30°C Die im Aerosol enthaltenen Stickoxide reagieren mit dem umgebenden Sauerstoff und Wasser: H₂O + 2 NO + 1 ½ O₂ ⇆ 2 HNO₃ (9)
Diese Reaktion läuft im Wesentlichen in Richtung der Bildung von Salpetersäure ab, die Rückreaktion ist vernachlässigbar.
Durch die Zerstäubung wird die Salpetersäure enthaltende Lösung in feine Aerosoltröpfchen aufgespalten, die in der sauerstoffreichen Atmosphäre nur langsam nach unten sinken. Dadurch wird eine lange Verweilzeit der Tröpfchen in der sauerstoffreichen Atmosphäre bei gleichzeitig großer Reaktionsoberfläche gewährleistet.
Als „Sauerstoff“ kommt gemäß der Erfindung bevorzugt Sauerstoff mit einer Reinheit von wenigstens 95 Vol.-% zum Einsatz, jedoch kann der Sauerstoff auch in Form von Luft oder als sonstiges, Sauerstoff enthaltendes Gasgemisch zugeführt werden. Der Sauerstoff wird bevorzugt als kaltes Gas oder verflüssigter Form zugeführt, da die im Absorptionsturm bzw. der Bleichkolonne ablaufenden exothermen Reaktionsschritte umso rascher verlaufen, je tiefer die Temperatur ist. Im Absorptionsturm und/oder in der Bleichkolonne wird so eine kalte Atmosphäre mit einer Temperatur von deutlich unter 0°C erzeugt. Um zu vermeiden, dass die Aerosol-Tröpfchen in der kalten Sauerstoff-Atmosphäre einfrieren, sollte die Temperatur der Sauerstoffatmosphäre geringfügig über der Erstarrungstemperatur der Salpetersäure enthaltenen Lösung liegen; bevorzugt beträgt die Temperatur der in den Absorptionstürmen und/oder der Bleichkolonne erzeugten sauerstoffreichen Atmosphäre im Kopfraum des Absorptionsturms bzw. der Bleichkolonne zwischen - 10°C und -30°C. Diese Temperatur kann beispielsweise durch Zumischen von kaltem bzw. warmem Sauerstoff aus unterschiedlichen Quellen auf einen vorgegebenen Wert geregelt werden.
Der erfindungsgemäß benötigte flüssige Sauerstoff wird beispielsweise in einer thermisch gut isolierten Tankanlage bevorratet und/oder kann unmittelbar dem Sauerstoff-Produktstrom einer Luftzerlegungsanlage entnommen werden. Da im zuletzt genannten Fall der Sauerstoff einer solchen Anlage bereits in tiefkalter flüssiger Form anfällt, entfallen in diesem Fall aufwändige Apparaturen zur Kühlung des Sauerstoffs. Insofern ist es besonders vorteilhaft, eine Einrichtung zur Salpetersäureproduktion mit einer kryogenen Luftzerlegungsanlage anlagentechnisch zu kombinieren.
Da ein höherer Druck der gasförmigen Ausgangsstoffe die Reaktion begünstigt, herrscht im Absorptionsturm bzw. in der Bleichkolonne bevorzugt ein Druck zwischen 4,5 bar(g) und 15 bar(g) oder noch darüber, besonders bevorzugt zwischen 8 bar(g) und 15 bar(g).
Es ist im Rahmen der Erfindung keinesfalls erforderlich, dass der gesamte Strom der Salpetersäure enthaltenen Lösung zerstäubt wird. Ebenso gut kann von der Salpetersäure enthaltenden Lösung ein Teilstrom abgezweigt und nur dieser Teilstrom in der sauerstoffreichen Atmosphäre zerstäubt werden.
Bevorzugt weisen die Tröpfchen des Salpetersäure enthaltenden Aerosols in der Sauerstoffatmosphäre des Absorptionsturms und/oder der Bleichkolonne eine mittlere Verweilzeit von mindestens 15s, bevorzugt zwischen 15s und 60s, besonders bevorzugt zwischen 25s und 35s auf. Bei diesen hohen Verweilzeiten können über 80% des HNO₂, das noch in der Salpetersäure enthaltenden Lösung vorhanden ist, umgesetzt werden. Eine längere Verweilzeit von über 60s führt dagegen zu keiner substantiellen Seigerung des Umsetzungsgrades mehr. Die Umsetzungsrate kann durch Anlegen eines Drucks von 4 bis 8 bar noch auf ca. 90% gesteigert werden. Eine weitere Druckerhöhung auf Werte von über 8 bar kann dagegen den Umsetzungsgrad nicht wesentlich erhöhen.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Dabei umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Herstellen von Salpetersäure eine Ammoniakverbrennungsanlage zum Umsetzen von Ammoniak mit Sauerstoff zu Stickoxiden und Wasserdampf durch katalytische Oxidation, einen mit der Ammoniakverbrennungsanlage verbundenen Kondensator zum Abkühlen der Reaktionsprodukte aus der Ammoniakverbrennungsanlage auf eine Temperatur unterhalb der Kondensationstemperatur von Wasser, wenigstens einen, stromab zum Kondensator angeordneten Absorptionsturm zum Waschen des im Kondensator entstehenden Gasgemisches, wenigstens eine Steigleitung zum Zuführen einer Salpetersäure enthaltenden Lösung aus dem Kondensator in den Kopfraum eines Absorptionsturms und/oder aus dem Bodenbereich eines Absorptionsturms in den Kopfraum des gleichen oder eines anderen Absorptionsturms, eine Zuführleitung zum Zuführen von Salpetersäure enthaltender Lösung in eine Bleichkolonne, innerhalb der Stickoxide aus der erzeugten Salpetersäure ausgetrieben werden, wenigstens eine mit einer Quelle für kalten gasförmigen oder flüssigen Sauerstoff verbindbare thermisch isolierte Sauerstoffzuleitung, mittels der innerhalb des Absorptionsturms bzw. der Absorptionstürme und/oder der Bleichkolonne eine sauerstoffreiche Atmosphäre erzeugt wird, sowie Mittel zum Ausbilden eines Salpetersäure enthaltenden Aerosols in der so erzeugten sauerstoffreichen Atmosphäre.
Gemäß der Erfindung wird also innerhalb der sauerstoffreichen und vorzugsweise kalten Atmosphäre, die durch die Zuführung des Sauerstoffs im Absorptionsturm bzw. in den Absorptionstürmen und/oder in der Bleichkolonne gebildet wird, ein Aerosol erzeugt, das aus feinen Tröpfchen der Salpetersäure enthaltenden Lösung besteht (im Kontext der Erfindung als „Salpetersäure enthaltendes Aerosol“ bezeichnet). Das Salpetersäure enthaltende Aerosol besitzt mit der umgebenden sauerstoffreichen Atmosphäre eine große Reaktionsoberfläche und ermöglicht, aufgrund der geringen Sinkgeschwindigkeit der Aerosoltröpfchen, eine lange Reaktionszeit. Dabei bestimmt die Größe der Tröpfchen maßgeblich die Sinkgeschwindigkeit und damit die Verweilzeit der Tröpfchen in der sauerstoffreichen Atmosphäre, neben anderen Faktoren wie insbesondere der Temperatur der sauerstoffreichen Atmosphäre, der Ausdehnung des Bereiches, in dem die sauerstoffreiche Atmosphäre vorherrscht und der Aufwärtsströmung des stickoxidhaltigen Gases, die ebenfalls für die Verweilzeit der Tröpfchen in der sauerstoffreichen Atmosphäre bedeutsam sind.
Die Mittel zur Ausbildung eines Salpetersäure enthaltenden Aerosols umfassen bevorzugt wenigstens eine mit einer Steigleitung und/oder die Ableitung strömungsverbundene Sprühdüse, die in den Absorptionsturm oder der Absorptionstürme und/oder die Bleichkolonne ausmündet/ausmünden. Bevorzugt wird die Anordnung und Ausgestaltung der Sprühdüse so gewählt, dass die erzeugten Aerosoltröpfchen bei den vorherrschenden Bedingungen im Absorptionsturm bzw. der Bleichkolonne eine durchschnittliche Verweilzeit zwischen 15s und 60s aufweisen. Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass den Aerosoltröpfchen eine möglichst lange Fallstrecke zur Verfügung gestellt wird und/oder dass die Aerosoltröpfchen bei ihrer Erzeugung einen möglichst geringen Durchmesser aufweisen. Bevorzugt weisen die in der sauerstoffhaltigen Atmosphäre versprühten Tröpfchen einen Durchmesser zwischen 50 und 100 Mikrometer oder sogar weniger als 50 Mikrometer auf. Um eine möglichst weite räumliche Verteilung der Tröpfchen in der Salpetersäure enthaltenden Lösung zu gewährleisten, wird die Salpetersäure enthaltende Lösung in einem Raumwinkel von beispielsweise 50° bis 130° versprüht.
Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Mittel zur Ausbildung eines Salpetersäure enthaltenden Aerosols wenigstens eine Sauerstoffdüse umfassen, die auf die Oberfläche einer im Absorptionsturm und/oder der Bleichkolonne vorliegenden flüssigen Phase der Salpetersäure enthaltenden Lösung gerichtet ist. Eine solche flüssige Phase liegt innerhalb des Absorptionsturms bzw. der Bleichkolonne beispielsweise im Bereich eines Bodens, etwa eines Sieb- oder Glockenbodens, oder eines zwei Böden verbindenden Ablaufrohrs vor. Mittels der Sauerstoffdüse wird der flüssige oder gasförmige Sauerstoff als starker Sauerstoffstrahl auf die Oberfläche der flüssigen Phase gerichtet und zerstäubt dabei zumindest einen Teil der flüssigen Phase unter Ausbildung eines Aerosols.
Eine ebenfalls vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Mittel zum Ausbilden eines Salpetersäure enthaltenden Aerosols jeweils eine Sprühdüse für Salpetersäure enthaltende Lösung und eine Sauerstoffdüse umfassen, die im Bereich eines Bodens des Absorptionsturms oder der Bleichkolonne, beispielsweise eines Sieb- oder Glockenbodens oder einer Füllpackung, angeordnet sind. Die Sprühdüse ist dabei beispielsweise mit einer Steigleitung für die Salpetersäure enthaltenden Lösung verbunden oder mit einer Leitung, die Salpetersäure enthaltende Lösung aus dem Bereich des gleichen oder eines anderen Bodens des Absorptionsturms und/oder der Bleichkolonne abzieht. Sprühdüse und Sauerstoffdüse sind dabei bevorzugt in räumlicher Nähe zueinander angeordnet, um eine innige Durchmischung von Sauerstoff und Aerosoltröpfchen sicherzustellen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Sprühdüse als außenmischende Zweistoffdüse ausgestaltet ist, bei der die jeweilige Steigleitung und die jeweilige Sauerstoffzuleitung an einem Düsenmund an voneinander beabstandeten Öffnungen ausmünden. Dadurch wird eine besonders innige Durchmischung von Sauerstoff und Salpetersäure enthaltener Lösung gewährleistet. Allerdings muss der Abstand beider Öffnungen so gewählt werden, dass ein Einfrieren der Düse im Betrieb vermieden wird. Die Steigleitung für die Salpetersäure enthaltende Lösung und die Sauerstoffzuleitung münden nicht notwendigerweise achsparallel am Düsenmund aus, sondern können beispielsweise auch derart winklig zueinander ausmünden, das die jeweiligen Stoffstrahlen auf einen gemeinsamen, vor dem Düsenmund gelegenen Schnittpunkt gerichtet sind.
Anhand der Zeichnungen soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert werden. In schematischen Ansichten zeigen:

1: den Schaltplan einer erfindungsgemäßen Produktionsanlage zum Herstellen von Salpetersäure,
2: den Ausschnitt eines Absorptionsturms der Produktionsanlage aus 1. in einer Schnittansicht

1 zeigt eine Produktionsanlage 1 zur Herstellung von Salpetersäure. In an sich bekannter Weise umfasst die Produktionsanlage 1 eine Ammoniakverbrennungsanlage 2, einen Kondensator 3, mehrere, im Ausführungsbeispiel zwei, Absorptionstürme 4, 5 und eine Bleichkolonne 6. Bei den Absorptionstürmen 4, 5 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um Mitteldruck-Kolonnen, die bei einem Betriebsdruck von über 5 bar(g) bis zu 15 bar(g) arbeiten. Auch in der Bleichkolonne 6 herrscht ein Druck von bevorzugt über 5 bar(g).
Die Ammoniak-Verbrennungsanlage 2 dient dazu, gasförmigen Ammoniak und Sauerstoff in bei einer Temperatur zwischen 600°C und 900°C an einem Netzkatalysator aus einem Edelmetall, wie beispielsweise Platin oder einer Legierung aus Platin/Rhodium, zu Stickstoffmonoxid und Wasserdampf umzusetzen. Als Sauerstoff wird dabei üblicherweise Luftsauerstoff eingesetzt, jedoch kann auch reiner Sauerstoff mit einem Sauerstoffgehalt von >95 Vol.-% oder ein sonstiges sauerstoffhaltiges Gas zum Einsatz kommen. In konventionellen Anlagen zur Erzeugung von Salpetersäure wird der im Prozess benötigte Sauerstoff in Form von komprimierter Luft oder Sauerstoff (die sogenannte „Primärluft“) über eine Primärluftzuleitung 7 der Ammoniak-Verbrennungsanlage 2 zugeführt. Die Reaktionsprodukte der in der Ammoniak-Verbrennungsanlage 2 ablaufenden Reaktion, im Wesentlichen Stickstoffmonoxid und Wasserdampf sowie überschüssiger Sauerstoff, werden dem Kondensator 3 zugeführt, in welchem die Reaktionsprodukte durch thermischen Kontakt mit einem über eine Kühlmediumszuleitung 8 herangeführten Kühlmedium, beispielsweise Wasser oder verflüssigter oder kalter gasförmiger Stickstoff, auf eine Temperatur abgekühlt werden, bei der der Wasserdampf kondensiert, beispielsweise auf 60°C bis 80°C. Das beim Wärmetausch erwärmte Kühlmedium wird über eine Kühlmediumsausleitung 9 abgeführt und in die Atmosphäre entlassen oder einer anderweitigen Verwendung zugeführt. Ein Teil des Stickstoffmonoxids oxidiert mit überschüssigem Sauerstoff zu Stickstoffdioxid bzw. zu dessen Dimer Distickstofftetraoxid. Ein Teil der Stickoxide reagiert mit dem Wasser zu Salpetersäure, die sich am Boden des Kondensators 3 in einer wässerigen Lösung abscheidet. Das im Kondensator 3 vorhandene Gasgemisch wird über eine Gaszuleitung 11 in einen unteren Bereich des Absorptionsturms 4 eingeleitet. Die wässerige, Salpetersäure enthaltende Lösung aus dem Boden des Kondensators 3 wird über eine Steigleitung 12 dem Kopfraum des Absorptionsturms 4 zugeführt, wobei eine Fördereinrichtung 13 für den notwendigen Druck zur Überwindung des hydrostatischen Drucks in der Steigleitung 12 sorgt.
Die in den Kopfraum des Absorptionsturms 4 eingebrachte Salpetersäure enthaltende Lösung sinkt nach unten und wird anschließend über Böden 16, beispielsweise Sieb- oder Glockenböden, zum Bodenbereich (Sumpf) des Absorptionsturms 4 geleitet. Dabei kommt sie mit den von unten aufsteigenden, stickoxidhaltigen Gasen aus der Gaszuleitung 11 in Kontakt, wobei weitere Anteile der im Gasgemisch enthaltenen Stickoxide mit Wasser und dem im Gasgemisch enthaltenen Sauerstoff zu Salpetersäure reagieren, die sich in einer wässerigen Lösung im Sumpf des Absorptionsturms 4 ansammelt. Diese sogenannte Rohsäure wird über eine Ableitung 14 abgezogen, mittels einer Fördereinrichtung 15 zum Kopf der Bleichkolonne 6 gefördert und dort eingesprüht.
In der Bleichkolonne 6 werden in der Salpetersäure enthaltenden Lösung noch vorhandene Stickoxide entzogen. Dies erfolgt bei den in der industriellen Praxis üblicherweise eingesetzten Anlagen dadurch, dass über eine Sekundärluftzuleitung 10 Luft in den unteren Bereich der Bleichkolonne 6 eingetragen wird. Diese Sekundärluft wird von der komprimierten Ansaugluft abgezweigt und führt daher zu entsprechender Verringerung des durch die Primärluftzuleitung 7 zur Ammoniak-Verbrennungsanlage 2 geführten Primärluftanteils; so werden in Anlagen nach dem Stande der Technik zwischen 15% und 20% des komprimierten Luftgasstroms als Sekundärluft in den Sumpf der Bleichkolonne eingetragen und die verbleibenden 80 bis 85% als Primärluft der Ammoniakverbrennung zugeführt. Die in der Bleichkolonne 6 gereinigte Salpetersäure wird über eine Produktausleitung 17 abgeführt. In der Bleichkolonne 6 fällt wiederum stickoxidhaltiges Gas an, das aus dem Kopfraum der Bleichkolonne 6 abgezogen wird. Über eine Leitung 18 wird dieses stickoxidhaltige Gas in die Gaszuleitung 11 eingespeist und dem Gasgemisch aus dem Kondensator 3 beigemischt.
Das im Absorptionsturm 4 verbliebene, stickoxidhaltige Gasgemisch wird über eine Gasableitung 19 abgeführt und in einen unteren Bereich des Absorptionsturms 5 eingeleitet. In den Kopfraum des Absorptionsturms 5 wird Wasser aus einer Wasserzuleitung 20 eingesprüht. Das von unten aufsteigende, stickoxidhaltige Gasgemisch kommt im Absorptionsturm 5 mit dem eingesprühten Wasser in Kontakt und reagiert zumindest teilweise mit diesem und im Absorptionsturm 5 vorhandenem Sauerstoff zu Salpetersäure, die sich am Boden des Absorptionsturms 5 in einer wässerigen Lösung ansammelt. Diese wässerige Salpetersäure enthaltende Lösung wird über eine Steigleitung 21 abgezogen und mittels einer Fördereinrichtung 22 zum Kopf des Absorptionsturms 4 geführt und dort eingesprüht. Im Absorptionsturm 5 noch vorhandenes Gasgemisch wird über eine Abgasleitung 23 abgeleitet und einer hier nicht gezeigten Einrichtung zur Entstickung zugeführt, in der die verbliebenen Stickoxide weitestgehend aus dem Gasgemisch entfernt werden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit umfasst das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel zwei Absorptionstürme 4, 5; es sind im Rahmen der Erfindung selbstverständlich auch Ausführungsbeispiele mit einem, drei oder mehr Absorptionstürmen denkbar, die von den stickoxidhaltigen Gasströmen und den wässerigen, Salpetersäure enthaltenden Lösungen in bekannter Weise im Gegenstrom durchlaufen werden.
Bei der erfindungsgemäßen Produktionsanlage 1 wird die Effizienz des Produktionsprozesses dadurch erhöht, dass zusätzlicher Sauerstoff eingespeist wird, der mit den in der Salpetersäure enthaltenen Lösung vorhandenen Stickoxiden zur Reaktion gebracht wird. Dieser zusätzliche Sauerstoff wird einer Quelle für flüssigen oder kalten gasförmigen Sauerstoff entnommen und den Absorptionstürmen 4, 5 sowie der Bleichkolonne 6 zugeführt. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Sauerstoffquelle um einen thermisch gut isolierten Tank 24 für flüssigen Sauerstoff; es kann sich dabei jedoch beispielsweise auch um eine Einrichtung zur kryogenen Luftzerlegung handeln, bei der flüssiger Sauerstoff als Produkt unmittelbar anfällt, oder um eine andere Quelle für gasförmigen oder flüssigen Sauerstoff. Der flüssige Sauerstoff aus dem Tank 24 wird über thermisch gut isolierte Sauerstoffzuleitungen 26, 27, 28, 29 herangeführt und in die Absorptionstürme 4,5 und/oder in die Bleichkolonne 6 eingesprüht, wobei nicht zwingend alle der hier gezeigten Sauerstoffzuleitungen 26, 27, 28, 29 gleichzeitig realisiert sein müssen. Im gezeigten Beispiel führt die Sauerstoffzuleitung 26 in den Kopfraum des Absorptionsturms 4 und die Sauerstoffzuleitung 27 in den Kopfraum der Bleichkolonne 6, während die Sauerstoffzuleitung 29 den Tank 24 mit der Absorptionskolonne 5 verbindet. Beim Eintritt in die Absorptionstürme 4, 5, bzw. in die Bleichkolonne 6 verdampft der flüssige Sauerstoff und expandiert rasch. Innerhalb eines Bereiches um den Eintragspunkt des Sauerstoffs herum bildet sich so eine sauerstoffreiche Atmosphäre aus, deren Temperatur etwas oberhalb der Schmelztemperatur der dem Absorptionsturm 4, 5 bzw. der Bleichkolonne 6 zugeführten Salpetersäure enthaltenden Lösung liegt, also beispielsweise zwischen -10°C und -30°C. Um die Temperatur auf einen bestimmten, vorgegebenen Wert zu regeln, können im Übrigen zusätzliche, hier nicht gezeigte Zuführungen für gasförmigen Sauerstoff vorgesehen sein, über die bei Bedarf, beispielsweise in Abhängigkeit von einer gemessenen Temperatur der sauerstoffreichen Atmosphäre, dem Absorptionsturm 4, 5 und/oder die Bleichkolonne 6 warmer gasförmiger Sauerstoff zugeführt wird.
In die so erzeugte sauerstoffreiche Atmosphäre im Absorptionsturm 4, 5, bzw. der Bleichkolonne 6 wird Salpetersäure enthaltende Lösung jeweils an einer Sprühdüse 31, 32, 33 eingesprüht. Die an den Steigleitungen 21 bzw. 12 angeschlossenen Sprühdüsen 31, 32 sind im Kopfraum des Absorptionsturms 4, oberhalb der Ausmündung der Sauerstoffzuleitung 26 angeordnet, während die mit der Ableitung 14 strömungsverbundene Sprühdüse 33 im Kopfraum der Bleichkolonne 6, oberhalb der Ausmündung der Sauerstoffzuleitung 27 ausmündet. Bei den Sprühdüsen 31, 32, 33 handelt es sich jeweils um eine Düsenanordnung, mittels der die Salpetersäure enthaltende Lösung in feine Tröpfchen von beispielsweise zwischen 50 Mikrometer und 100 Mikrometer Durchmesser zerteilt wird, die in einem Raumwinkel zwischen 50° und 130° im Innern des Absorptionsturms 4, 5 bzw. der Bleichkolonne 6 versprüht werden. Diese Tröpfchen bilden in der sauerstoffreichen Atmosphäre ein Aerosol und sinken aufgrund ihres geringen Durchmessers und aufgrund der nach oben gerichteten Gasströmung im Absorptionsturm 4, 5 bzw. der Bleichkolonne 6 nur langsam zu Boden. Dadurch ergibt sich eine lange Verweilzeit der Tröpfchen (Aerosolpartikel) in der sauerstoffreichen Atmosphäre, die bevorzugt zwischen 15s und 60s beträgt. Während dieser Zeit kommt es an den Oberflächen der Aerosolpartikel zur Reaktion zwischen Sauerstoff aus der sauerstoffreichen Atmosphäre mit noch in der Salpetersäure enthaltenden Lösung vorhandenen Stickoxiden unter Bildung von Salpetersäure. Die Bildung von Salpetersäure wird dabei durch die tiefe Temperatur der sauerstoffreichen Atmosphäre begünstigt.
Durch den erfindungsgemäßen Eintrag von Sauerstoff im oberen Bereich der Bleichkolonne 6 und die Versprühung der Salpetersäure enthaltenden Lösung an der Sprühdüse 33 in die sauerstoffreiche Atmosphäre hinein kann die Zuführung von Sekundärluft über die Sekundärluftzuleitung 10 deutlich reduziert und unter Umständen sogar gänzlich vermieden werden. Eine Reduzierung des Anteils an Sekundärluft führt wiederum, bei einer vorgegebenen Maximalmenge an Ansaugluft, zu einer Erhöhung der verfügbaren Primärluft-Menge in der Primärluftzuleitung 7, wodurch eine Kapazitäts-Steigerung der Produktionsanlage 1 ermöglicht wird. Neben den durch die Erzeugung des Salpetersäure enthaltenden Aerosols in der Bleichkolonne 6 bzw. Absorptionstürmen 4, 5 erzielbaren Effizienzsteigerungen kann so die Kapazität der Produktionsanlage den Marktbedingungen angepasst werden und führt so zu mehr Flexibilität für die Anlagenbetreiber, ohne wesentliche Investitionskosten auf sich nehmen zu müssen.
Alternativ oder ergänzend zur Einspeisung des Sauerstoffs in den Kopfraum des Absorptionsturms 4 und/oder der Bleichkolonne 6 und der gleichzeitigen Zerstäubung der Salpetersäure enthaltenden Lösung mittels einer Sprühdüse 31, 32, 33 kann die Bildung eines Salpetersäure enthaltenden Aerosols auch im Bereich der Böden 16 der Absorptionskolonne und/oder im Bereich hier nicht gezeigter Böden innerhalb der Bleichkolonne erfolgen. Die Zuführung des Sauerstoffs erfolgt dabei über die mit dem Tank 24 strömungsverbundene Sauerstoffzuleitung 28, die im Bereich eines Bodens 16 oder mehrere Böden 16 der Absorptionskolonne 4 ausmündet und dort in der im Folgenden beschriebenen Weise zur Bildung eines Salpetersäure enthaltenden Aerosols beiträgt.
2 zeigt einen Ausschnitt des Absorptionsturms 4 im Bereich zweier Böden 16, die im Ausführungsbeispiel als Siebböden ausgebildet sind; es sind jedoch im Rahmen der Erfindung auch andere Böden denkbar, wie beispielsweise Glockenböden oder Füllpackungen. In an sich bekannter Weise fließt die Salpetersäure enthaltende Lösung zwischen den Siebböden 16 durch Ablaufrohre 35 von oben nach unten, die jeweils im Bereich eines Siebbodens 16 ein- und ausmünden. Gleichzeitig wird stickoxidhaltiges Gas aus der Gaszuleitung 11 von unten nach oben durch den Absorptionsturm 4 geführt und durchquert die Siebböden 16 an Sieböffnungen 36. Die Salpetersäure enthaltende Lösung fließt über den Siebboden 16, von denen in 2 aus Gründen der Übersichtlichkeit nur jeweils eine pro Siebboden 16 mit Bezugszeichen markiert wurde. Das stickoxidhaltige Gas perlt aus den Sieböffnungen 36 in die über den Siebboden 16 fließende Salpetersäure enthaltende Lösung und steigt anschließend zum jeweils darüber liegenden Siebboden 16 auf.
Zur Bildung eines Salpetersäure enthaltenden Aerosols in einer sauerstoffreichen Atmosphäre wird Sauerstoff aus der Sauerstoffleitung 28 mittels einer Sauerstoffdüse 37 auf die Oberfläche der im Bereich eines Ablaufrohrs 35 abfließenden Salpetersäure enthaltende Lösung aufgestrahlt. Durch den starken Sauerstoffstrahl wird ein Teil der abfließenden Salpetersäure enthaltende Lösung zerstäubt und bildet im Bereich des Ablaufrohrs 25 ein Salpetersäure enthaltendes Aerosol 39 innerhalb einer sauerstoffreichen Atmosphäre aus, dessen Aerosolpartikel wesentlich langsamer in Richtung des jeweils unteren Siebbodens 16 bewegen, als die flüssige Phase 38 der Salpetersäure enthaltenden Lösung.
2 zeigt eine weitere beispielhafte Einrichtung zur Erzeugung eines Salpetersäure enthaltenden Aerosols 39. Diese Einrichtung umfasst eine Leitung 40, die Salpetersäure enthaltende Lösung aus der im Bereich eines Siebbodens 16 vorliegenden flüssigen Phase 38 entnimmt und mittels einer hier nicht gezeigten Fördereinrichtung zu einer Sprühdüse 41 fördert, die in einem Bereich zwischen zwei Siebböden 16 angeordnet ist. Gleichzeitig wird flüssiger Sauerstoff über eine Sauerstoffleitung 42 herangeführt, die in hier nicht gezeigter Weise mit der Sauerstoffzuleitung 28 strömungsverbunden ist. Beim Eintritt in den Absorptionsturm 4 verdampft der flüssige Sauerstoff und expandiert stark. Die an der Sprühdüse 41 eingedüste Salpetersäure enthaltende Lösung vermischt sich innig mit dem expandierenden Sauerstoff und bildet ein Salpetersäure enthaltendes Aerosol 39 im Bereich zwischen den Siebböden 16 aus. Die Ausmündung der Sauerstoffzuleitung 42 kann dabei auch - hier nicht gezeigt - gemeinsam mit der Sprühdüse 41 innerhalb einer außenmischenden Zweistoffdüse angeordnet sein, wobei jedoch darauf zu achten ist, dass er Abstand zwischen den Ausmündungen der Sauerstoffzuleitung 42 und der Sprühdüse 41 so gewählt ist, dass es beim Betrieb der Zweistoffdüse nicht zu einem Einfrieren der Sprühdüse 41 kommen kann.
Die erfindungsgemäße Erzeugung eines Salpetersäure enthaltenden Aerosols innerhalb einer sauerstoffreichen Atmosphäre, dessen Aerosoltröpfchen nur langsam nach unten sinken, gewährleisten eine lange Reaktionszeit der Salpetersäure enthaltenden Lösung mit der umgebenden sauerstoffreichen Atmosphäre und somit einen hohen Umsetzungsgrad der in dem Salpetersäure enthaltenden Aerosol vorhandenen Stickoxide.
Bezugszeichenliste

1: Produktionsanlage
2: Ammoniak-Verbrennungsanlage
3: Kondensator
4: Absorptionsturm
5: Absorptionsturm
6: Bleichkolonne
7: Primärluftzuleitung
8: Kühlmediumszuleitung
9: Kühlmediumsausleitung
10: Sekundärluftzuleitung
11: Gaszuleitung
12: Steigleitung
13: Fördereinrichtung
14: Ableitung
15: Fördereinrichtung
16: Boden
17: Produktausleitung
18: Leitung
19: Gasableitung
20: Wasserzuleitung
21: Steigleitung
22: Fördereinrichtung
23: Abgasleitung
24: Tank (Quelle für flüssigen Sauerstoff)
25: -
26: Sauerstoffzuleitung
27: Sauerstoffzuleitung
28: Sauerstoffzuleitung
29: Sauerstoffzuleitung
30: -
31: Sprühdüse
32: Sprühdüse
33: Sprühdüse
34: -
35: Ablaufrohr
36: Sieböffnung
37: Sauerstoffdüse
38: Flüssige Phase
39: Salpetersäure enthaltendes Aerosol
40: Leitung
41: Sprühdüse
42: Sauerstoffleitung

Claims

Verfahren zum Herstellen von Salpetersäure, bei dem a. in einer Ammoniakverbrennungsanlage (2) Ammoniak mit Sauerstoff zu Stickoxiden und Wasserdampf umgesetzt wird, b. die Stickoxide und der Wasserdampf aus Schritt (a.) in einem Kondensator (3) auf eine Temperatur abgekühlt werden, bei dem der Wasserdampf kondensiert, wobei die Stickoxide teilweise mit dem kondensierten Wasserdampf und Sauerstoff zu einer Salpetersäure enthaltenden Lösung reagieren und teilweise in einem stickoxidhaltigen Gasgemisch verbleiben, c. das stickoxidhaltige Gasgemisch aus Schritt (b.) einem Absorptionsturm (4, 5) zugeführt wird, in dem es mit Wasser und Sauerstoff in Kontakt gebracht wird, wobei das stickoxidhaltige Gasgemisch mit dem Wasser und dem Sauerstoff zumindest teilweise unter Bildung einer wässerigen, Salpetersäure enthaltenden Lösung reagiert, die sich am Boden des Absorptionsturms (4, 5) ansammelt, d. Salpetersäure enthaltende Lösung aus Schritt (b) und/oder die Salpetersäure enthaltende Lösung aus Schritt (c.) vom Boden des Absorptionsturms (4, 5) bzw. dem Kondensator (3) abgezogen, mittels einer Fördereinrichtung (13, 15, 22) über eine Steigleitung (12, 21) einem Kopfbereich des Absorptionsturms (4, 5) zugeführt wird, e. wenigstens ein Teilstrom der Salpetersäure enthaltende Lösung aus dem Absorptionsturm (4) abgezogen und einem Kopfbereich einer Bleichkolonne (6) zugeführt wird und f. dem Absorptionsturm (4, 5) und/oder der Bleichkolonne (6) über wenigstens eine Sauerstoffzuleitung (26, 27, 28, 29) zusätzlicher Sauerstoff zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass g. der Sauerstoff aus Schritt (f.) in den Absorptionsturm (4, 5) und/oder in die Bleichkolonne (6) eingesprüht wird und bei seiner Zuführung in den Absorptionsturm (4, 5) und/oder die Bleichkolonne (6) eine sauerstoffreiche Atmosphäre ausbildet, innerhalb der die jeweils zugeführte Salpetersäure enthaltende Lösung aus Schritt (d.) und/oder Schritt (e.) unter Ausbildung eines Salpetersäure enthaltenden Aerosols (39) zerstäubt wird, wobei die Temperatur der Atmosphäre im Kopfbereich des Absorptionsturms (4, 5) und/oder der Bleichkolonne (6) zwischen 0°C und minus 30°C beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck im Absorptionsturm (4, 5) bzw. der Bleichkolonne (6) zumindest 2 bar(g) bevorzugt mindestens 4 bar(g) und besonders bevorzugt zwischen 5 und 8 bar(g) beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von der dem Absorptionsturm (4, 5) und/oder der Bleichkolonne (6) zugeführten Salpetersäure enthaltenden Lösung ein Teilstrom abgezweigt und dieser in der sauerstoffreichen Atmosphäre zerstäubt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Atmosphäre im Kopfbereich des Absorptionsturms (4, 5) und/oder der Bleichkolonne (6) zwischen minus 10°C und minus 30°C beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tröpfchen des Salpetersäure enthaltenden Aerosols (39) in der Sauerstoffatmosphäre des Absorptionsturms (4, 5) und/oder der Bleichkolonne (6) eine mittlere Verweilzeit von mindestens 15s, bevorzugt zwischen 15s und 60s, besonders bevorzugt zwischen 25s und 35s aufweisen.
Vorrichtung zum Herstellen von Salpetersäure nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit a. einer Ammoniakverbrennungsanlage (2) zum Umsetzen von Ammoniak mit Sauerstoff zu Stickoxiden und Wasserdampf, b. einem mit der Ammoniakverbrennungsanlage (2) verbundenen Kondensator (3) zum Abkühlen der Reaktionsprodukte aus der Ammoniakverbrennungsanlage (2) auf eine Temperatur unterhalb der Kondensationstemperatur von Wasser, c. wenigstens einem, stromab zum Kondensator (3) angeordneten Absorptionsturm (4, 5) zum Waschen eines im Kondensator (3) entstehenden Gasgemisches, d. wenigstens einer Steigleitung (12, 21) zum Zuführen einer Salpetersäure enthaltenden Lösung aus dem Kondensator (3) in den Absorptionsturm (4, 5) bzw. in einen der Absorptionstürme (4,5) und/oder aus dem Bodenbereich des Absorptionsturms (4,5) bzw. eines der Absorptionstürme (4,5) in den Kopfraum des gleichen oder eines andern Absorptionsturms (4,5), e. eine den Absorptionsturm (4,5) oder einen der Absorptionstürme (4, 5) mit einer Bleichkolonne (6) verbindende Ableitung (14) für Salpetersäure enthaltende Lösung, f. wenigstens eine mit einer Quelle (24) für flüssigen Sauerstoff verbindbare, thermisch isolierte Sauerstoffzuleitung (26, 27, 28, 29), die in den Absorptionsturm (4, 5) und/oder die Bleichkolonne (6) zwecks Ausbildung einer sauerstoffreichen Atmosphäre ausmünden, wobei g. in wenigstens einem der Absorptionstürme (4, 5) und/oder der Bleichkolonne (6) Mittel zur Ausbildung eines Salpetersäure enthaltenden Aerosols (39) in der sauerstoffreichen Atmosphäre vorgesehen sind, wobei h. die Mittel zur Ausbildung einer Salpetersäure enthaltenden Aerosols (39) i. eine als außenmischende Zweistoffdüse ausgestaltete Sprühdüse (31, 32, 33, 41) umfassen, bei der die jeweilige Steigleitung (12, 21) und/oder Ableitung (14) und die jeweilige Sauerstoffzuleitung (26, 27, 28) an einem Düsenmund an voneinander beabstandeten Öffnungen ausmünden, und/oder ii. eine Sauerstoffdüse (37) umfassen, die auf die Oberfläche einer im Absorptionsturm (4, 5) und/oder der Bleichkolonne (6) vorliegenden flüssigen Phase der Salpetersäure enthaltenden Lösung gerichtet ist, und/oder iii. jeweils eine Sprühdüse (31, 32, 33, 41) für Salpetersäure enthaltende Lösung und eine Sauerstoffzuleitung (28, 42) umfassen, die im Bereich eines Bodens (16) des Absorptionsturms (4, 5) und/oder der Bleichkolonne (6) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Ausbildung eines Salpetersäure enthaltenden Aerosols (39) wenigstens eine mit einer Steigleitung (12, 21) und/oder die Ableitung (14) strömungsverbundene Sprühdüse (31, 32, 33, 41) umfassen, die in den Absorptionsturm (4, 5) oder der Absorptionstürme (4, 5) und/oder die Bleichkolonne (6) ausmündet/ausmünden.