DK162212B

DK162212B - Fremgangsmaade og apparat til fremstilling af ammoniumnitrat

Info

Publication number: DK162212B
Application number: DK045884A
Authority: DK
Inventors: Roger Victor Pouilliart; Francis Charles Van Hecke
Original assignee: Roger Victor Pouilliart; Hecke Francis C
Priority date: 1983-02-08
Filing date: 1984-02-01
Publication date: 1991-09-30
Also published as: NO162228C; MX160144A; IN162664B; ES8506243A1; DE3462123D1; ATE25068T1; JPH0547485B2; AU2423984A; DK45884D0; AU577272B2; NO840454L; EP0116529B1; US4645656A; EP0116529A1; ZA84787B; CA1256672A; LU84636A1; BR8400539A; ES529526A0; NO162228B

Description

i

DK 162212 B

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde og et apparat til fremstilling af ammoniumnitrat ved neutralisering af salpetersyre med en vandig ammoniakopløsning, 5 som eventuelt holdes i cirkulation i et reaktionsafsnit, og som holdes under et tryk, der er større end damptrykket af den dannede vandige ammoniumnitratopløsning, under anvendelse af i det mindste en del af den varme, som dannes ved neutraliseringsreaktionen, til koncentrering 10 af ammoniumnitratopløsningen, som udtages fra en reaktionszone, koncentreres under en dobbelt tryksænkning i et inddamperanlæg, hvori mindst en første inddamper opvarmes ved hjælp af damp dannet ved en adiabatisk tryksænkning af ammoniumnitratopløsningen i en separator, og 15 en inddamper, hvori ammoniumnitratopløsningen koncentreres til slutkoncentrationen, opvarmes ved hjælp af varme, som fås fra reaktionszonen.

Opfindelsen angår især en autotermisk fremgangsmåde, ved hvilken der kan fremstilles en ammoniumnitratopløsning 20 af en tilstrækkelig koncentration ved anvendelse af salpetersyreopløsninger af relativtlav koncentration.

Størsteparten af den industrielle fremstilling af ammoniumnitrat tager sigte på fremstillingen af nitrogenhol-dige eller komplekse jordbrugsgødningsstoffer. Til frem-25 stillingen af disse gødningsstoffer anvendes ammoniumnitrat fortrinsvis i form af en varm koncentreret opløsning med en koncentration på mindst 90 vægtprocent. Sædvanligvis anvendes ammoniumnitratopløsninger med en koncentration på 94-95 eller 97-98 vægtprocent.

30 Ammoniak fås sædvanligvis som en vandfri væske. Det foretrækkes at anvende en vandfri gas efter udnyttelsen af den kølekapacitet, som er forbundet med fordampningen af den flydende ammoniak.

Industriel salpetersyre, der fremstilles ved forbrænding 35 af ammoniak, fås sædvanligvis i en koncentration på 56-60 vægtprocent-. Ved nogle nyere industrielle produktions-

DK,162212B

2 'fremgangsmåder er det blevet muligt at fremstille en fraktion i form af en syre med en koncentration på 65-67 vægtprocent/ men økologiske og økonomiske faktorer begrænser denne fraktion til ca. 1/4 af enhedsproduktionen/ medens 5 størsteparten af den producerede salpetersyre har en koncentration på ca. 60 vægtprocent.

Salpetersyre fås endvidere ved udvaskning af nitrø.se restgasser i forskellige kemiske produktionsprocesser, hvorved der fås fortyndet salpetersyre med en koncentra-10 tion på ca. 40 vægtprocent.

Neutraliseringsreaktionen mellem salpetersyre og ammoniak er eksoterm. Under normale industrielle betingelser er den tilgængelige varmemængde ca. 104 megajoule/Kmol, medens udgangssalpetersyren har en koncentration på 54-60 15 vægtprocent.

Ved de ældste fremgangsmåder, f.eks. den i fransk patentskrift nr. 730.380 beskrevne, udføres neutraliseringsreaktionen ved atmosfærisk tryk. Det er da kendt af koncentrere den opløsning, der er udtages fra reaktoren, 20 i en række separatorer underkastet successivt stærkere vakuum.

Det er kendt at gennemføre neutraliseringsreaktionen i en tankreaktor i en betydelig mængde ammoniumnitratopløsning, som derefter indstilles på en slutkoncentration på 94-95 vægtprocent, uden at der sker varmetilførsel udefra. Ved 25 disse kendte fremgangsmåder fjernes varmen, som frigøres ved neutraliseringsreak.tionen, i form af procesdamp ved fordampning af noget af vandet, som er dannet af reaktanterne. Jo større dampproduktionen er ved fremgangsmåden, desto højere bliver koncentrationen af ammoniumnitratopløsningen, 30 som dannes i reaktortanken.

For at genvinde reaktionsvarmen ved- en relativ høj temperatur gennemføres de kendte fremgangsmåder under et absolut tryk på ca. 4 bar.

DK 162212 B

3 USA-patentskrift nr. 2.551.569 beskriver eksempelvis en fremgangsmåde, der er særlig nyttig til fremstilling af en opløsning, der indeholder ca. 95% ammoniumnitrat, ved 5 hjælp af salpetersyre med en koncentration mellem 40 og 50%.

Reagenserne indføres i en reaktor, der udgøres af et reaktionsafsnit. I denne reaktor anvendes reaktionsvarmen til fremstilling af procesdamp. Produktet, der er 10 flydende og allerede underkastet en koncentrationsforøgelse ved fremstillingen af procesdampen, udtages fra reaktionsafsnittet og føres efter passage gennem en varmeveksler frem til en første fordamper, hvor den underkastes en første tryksænkning i den øverste del af 15 denne fordamper. En mere koncentreret opløsning forlader fordamperen og føres efter opvarmning med den ovennævnte varmeveksler som mellemled til en anden fordamper. Den anden fordamper opvarmes af den i reaktoren frembragte procesdamp. Den mere koncentrerede opløsning, der kommer 20 ud fra den første fordamper, underkastes i den anden fordamper en anden fordampning og en anden tryksænkning, idet den frigjorte damp i den anden fordamper anvendes til at opvarme den første fordamper.

Herfra er det kendt at genanvende procesdampen, som fri-25 gøres under reaktionen, som et opvarmningsmedium for at bringe ammoniumnitratopløsningen, som udtages fra reaktoren, op på slutkoncentrationen.

En flerdobbelt tryksænkning af ammoniumnitratopløsningen er således kendt, når man udfører neutralisationsreaktio-30 nen med kogende opløsninger, og når man foretager en mellemliggende opvarmning mellem tryksænkningerne.

Fra fransk patentskrift nr. 1.028.427 er det kendt at udføre en forkoncentrering ved inddampning i reaktoren, efterfulgt af en enkelt tryksænkning af ammoniumnitrat-

DK 162212 B

4 opløsningen ved et lavere tryk, hvor koncentreringen ved fordampningen realiseres ved hjælp af indirekte opvarm-»' ning fra den i reaktoren i løbet af forkoncentreringen 5 dannede damp.

I disse kendte fremgangsmåder udføres neutralisationsreaktionen af salpetersyren i kogende opløsninger. Det maksimale temperaturniveau, ved hvilket reaktionsvarmen er tilgængelig til den endelige koncentrering, er kon-10 dehsationstemperaturen for procesdampen i løbet af reaktionen.

Jo højere driftstemperatur for tankreaktoren, desto større mængder ammoniumnitrat, ammoniak.og salpetersyre er indeholdt i denne procesdamp. En væsentlig følge af 15 dette er, at apparatet, hvori dampen genanvendes, skal være konstrueret af særlige legeringer, som er korrosionsbestandige. Endvidere kan kondensaterne, som dannes ved denne procesdamp, ikke skylles bort uden forudgående fjernelse af størsteparten af ammoniumionerne og nitra-20 tionerne.

Tysk fremlæggelsesskrift nr. 1.179.543 beskriver en fremgangsmåde til fremstilling af en ammoniumnitratop-løsning koncentreret til 98 vægtprocent ud fra salpetersyre i relativt svag koncentration, mellem 54 og 60 25 vægtprocent, og ammoniak, eventuelt i vandig opløsning, under anvendelse af den ved neutralisationsreaktionen frigjorte varme. Fremgangsmåden omfatter et første koncentreringstrin, i løbet af hvilket ammoniumnitratop-løsningen, der udtages fra reaktionszonen, underkastes en 30 dobbelt adiabatisk tryksænkning.

Det endelige koncentreringstrin udføres i en varmeveksler med en særlig udformning, inspireret af en fordamper. Denne varmeveksler opvarmes af reaktionsblandingen. Tilbageføringen til reaktoren af en opløsning, som er

DK 162212 B

5 blevet koncentreret ved en fordampning forårsaget af en tryksænkning, gør det muligt at realisere det første trin i koncentreringen, fra at reaktanterne tages i anvendel-5 se.

Fremgangsmåden omfatter et andet koncentreringstrin, i løbet af hvilken ammoniumnitratopløsningen, der udtages fra reaktionszonen, underkastes en dobbelt adiabatisk tryksænkning.

10 Fremgangsmåden udnytter den i et første trin frigjorte damps kondensationsvarme til opvarmning i et følgende trin af den forkoncentrerede opløsning.

Den mindste del af den afspændte forkoncentrerede opløsning, der er udnyttet i løbet af den første adiabatiske 15 tryksænkning, føres til den anden tryksænkning.

Den største del af den afspændte opløsning tilbageføres til reaktionszonen af en recirkulationspumpe.

Anvendelsen af et recirkulationsafsnit har principielt til formål at muliggøre udnyttelse af en maksimal mængde 20 damp i løbet af den første tryksænkning og begrænse afkølingen af opløsningen til et acceptabelt minimum med henblik på at udnytte kondensationsvarmen til i et følgende trin at opvarme kun en del af den forkoncentrerede opløsning. Fremgangsmåden gør det muligt helt at undgå 25 risiko for krystallisation i løbet af den anden tryksænkning.

Denne fremgangsmåde, som anvender et energitilskud udefra til efter, tryksænkning igen at komprimere den opløsning, der føres til reaktionsafsnittet, har den ulempe ikke at 30 udnytte det meste af den i reaktionszonen tilgængelige reaktionsvarme. En del af reaktionsvarmen på forhøjet temperaturniveau føres bort af den overskydende recir-

DK 162212 B

6 kulation og frigøres i løbet af den første tryksænkning under dannelse af damp af lavt tryk.

Fra fransk patentskrift nr. 715.917 er det kendt, at 5 neutraliseringsreaktionen kan udføres under tryk uden kogning af opløsningen, og til koncentreringen af ammo-niumnitratopløsningen ved fordampning at anvende den ved neutraliseringsreaktionen af denne frembragte varme. Ved denne kendte fremgangsmåde afspændes strømmen af ammo-10 niumnitratopløsning, der udtages fra reaktoren, fuldstændigt ved et fordampningstryk, den fremkomne opløsning genopvarmes og koncentreres ved fordampning ved hjælp af indirekte opvarmning med opløsningen fra reaktoren under tryk, hvor man har arbejdet under et højere tryk end 15 denne opløsnings damptryk.

Der kan anvendes et lille overskud af ammoniak for at undgå korrosion af apparatet fremkaldt af salpetersyren, og overskuddet af ammoniak og dampen kan adskilles ved hjælp af en destillationskolonne.

20 Fra GB-patentbeskrivelse nr. 2.096.124 kendes en fremgangsmåde til fremstilling af en koncentreret opløsning med mere end 95% ammoniumnitrat ved hjælp af 55-56 vægtprocents salpetersyre, ved hvilken den varme, som dannes ved selve neutraliseringsreaktionen, anvendes til koncen-25 treringen ved inddampning af ammoniumnitratopløsningen.

Ved denne fremgangsmåde sænkes trykket i en hovedstrøm af ammoniumnitratopløsning, som udtages fra reaktoren, til et fordampningstryk, og den dannede opløsning genopvarmes og koncentreres ved inddampning ved hjælp af en 30 sekundær strøm af ammoniumnitratopløsningen.

Denne fremgangsmåde, som kan gennemføres i flere trin, anvender genopvarmning af hovedstrømmen på så tidligt et stadium som den første tryksænkning og i hvert af de følgende trin ved hjælp af den sekundære strøm, som

DK 162212 B

7 udtages fra reaktoren.

Det er formålet med den foreliggende opfindelse at forbedre energiudbyttet ved de kendte fremgangsmåder til 5 fremstilling af ammoniumnitrat, især energiudbyttet ved de fremgangsmåder, som gennemføres uden dannelse af procesdamp .

Ved den foreliggende opfindelse tilvejebringes en fremgangsmåde og et apparat til fremstilling af ammonium-10 nitrat, hvor det er muligt at fremstille ammoniumnitrat-opløsningen i en slutkoncentration på mere end 95%, selv om der anvendes fortyndet salpetersyre.

Fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse er i det væsentlige ejendommelig ved, at det første koncen-15 treringstrin udføres ved en dobbelt afspænding uden mellemliggende opvarmning i et inddampningsapparat, i hvilket mindst en inddamper opvarmes ved hjælp af damp frigjort i en separator ved en adiabatisk tryksænkning i separatoren af en strøm af ammoniumnitratopløsning, som 20 udtages fra reaktionszonen i en mængde, som svarer til de reaktanter, der er taget i anvendelse.

Ved en særlig udførelsesform for fremgangsmåden ifølge opfindelsen anvendes mindst en del af recirkuleringsopløsningen som varmefluidum til opvarmning af inddamperen, hvori 25 blandingen koncentreres til slutkoncentrationen.

Ved et karakteristisk træk ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen gennemføres neutraliseringsreaktionen i nærværelse af et mindre overskud af ammoniak, som derpå neutraliseres ved tilsætning af salpetersyre til den opløsning, 30 som udtages fra reaktionszonen lige inden det første tryksænkningstrin.

Ved en særlig udførelsesform for fremgangsmåden ifølge opfindelsen anvendes opløsningen, som recirkuleres i reaktionszonen, som opvarmningsvæske i en varmeveksler til dannelse

DK 162212B

8 af lavtryksdamp, medens opløsningen, som udtages fra reaktionszonen, koncentreres i et flereffektanlæg under aftagende tryk, og indamperen, hvori blandingen koncentreres til slutkoncentrationen, anvender i det mindste en del af den 5 damp, som dannes i varmeveksleren i reaktionszonen.

Neutraliseringsreaktionen foregår fordelagtigt i reaktions-zonen under et absolut tryk på 3-10 bar.

Opfindelsen angår også et apparat til fremstilling af ammo-niumnitrat under anvendelse af den ovenfor beskrevne frem-10 gangsmåde.

Ved en særlig udførelsesform består reaktionszonen af et reaktionsafsnit, der i alt væsentligt omfatter en reaktor, som kan være en rørreaktor, mindst én indirekte varmeveksler, som fjerner den ved reaktionen dannede varme og følgelig 15 stabiliserer temperaturen, og en recirkuleringspumpe.

Andre karakteristiske træk og detaljer ved opfindelsen forklares nærmere i det følgende under henvisning til tegningen, der blot tjener til illustrationsformål.

Fig. 1 viser skematisk et anlæg til fremstilling af ammonium-20 nitrat, som omfatter et reaktionsafsnit og anvender fremgangsmåden ifølge opfindelsen.

Fig. 2 viser skematisk et anlæg til gennemførelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen, og som omfatter en tankreaktor med indre cirkulation.

25 Fig. 3 viser skematisk et produktionsanlæg, hvori reaktions-afsnittet indeholder en genopvarmningskedel.

Fig. 4 illustrerer et produktionsanlæg med en dobbeltvirken-de inddamper.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen illustreres ved hjælp af 30 et anlæg som vist i' diagramform i fig. 1, og som opererer med to tryksænkningstrin under anvendelse af salpetersyre med en konventionel koncentration på 54%.

Ammoniumnitratet fås ved neutralisering af salpetersyre med gasformig ammoniak og/eller eventuelt vandig ammoniak i en 35 vandig opløsning, som holdes under et tryk, som er større

9 DK 162212 B

end opløsningens damptryk, hvorpå den dannede vandige am-moniumnitratopløsning koncentreres ved inddampning.

Som vist i fig. 1 består reaktionszonen af et reaktionsafsnit, der under ét betegnes med henvisningstallet 1, og 5 som i det væsentlige består af en rørreaktor eller statisk blander 2, en varmeveksler 3, en recirkuleringspumpe 4 og en ekspansionsbeholder 5. En anden varmeveksler 6, som opvarmes ved hjælp af damp under et tryk på 5 bar, anvendes kun til anlæggets start.

10 Reagenserne bestående af salpetersyre 7 med en koncentration på ca. 54% og gasformig ammoniak 8 ledes til reaktionsafsnittet 1 ved hjælp af en statisk blander 2, medens noget af reaktionsblandingen recirkuleres.

Driftstrykket indstilles på ca. 4,6 bar for at undgå for-15 dampning. Ammoniumnitratopløsningen, som udtages fra reaktionsafsnittet 1, indeholder derefter alt vandet, som dannes af reaktanterne.

Recirkuleringshastigheden,der er afgørende for konventionelle syrekoncentrationer, reguleres, således at temperatur-20 stigningen som følge af reaktionen begrænses til f.eks. ca. 10°C. Reaktionsvarmen fjernes ved hjælp af en varmeveksler 3 ved hjælp af et varmemedium, som overfører varmen til det trin, hvori den endelige koncentration 16 af opløsningen til 95% finder sted.

25 En ledning 10 til kontinuerlig udtagning af varm fortyndet opløsning indeholdende alle reaktanterne sikrer driftsligevægtsbetingelser i reaktionsafsnittet 1.

Da der ikke foregår fordampning i reaktionsafsnittet 1, kan surhedsgraden (pH-værdien) reguleres ved 10' for at 30 undgå tilstedeværelsen af fri salpetersyre. På denne måde formindskes faren for korrosion mest muligt.

Inden opløsningen 10 koncentreres ved inddampning i et flertrinsanlæg, indstilles surhedsgraden med fordel ved et punkt 11 for at fjerne tilstedeværende fri ammoniak 35 for at formindske tab af denne reaktant ved fordampning.

DK 162212 B

10

Den varme opløsning underkastes derpå en adiabatisk tryksænkning i en separator 12 til et mellemtryk på ca. 1 bar.

Den adiabatiske tryksænkning af den varme opløsning, som udtages under tryk fra reaktionsafsnittet, forårsager fri-5 gørelse af en vis mængde damp. Opløsningens temperatur falder, og koncentrationen af ammoniumnitrat stiger. I modsætning til konventionelle fremgangsmåder underkastes opløsningen, som opsamles i separatoren 12, straks en tryksænkning til et andet tryk, som er endnu mindre end trykket 10 efter den første tryksænkning, og opløsningen ledes til en inddamper 13, der opvarmes ved hjælp af damp 14, som frigøres under det første tryksænkningstrin. Kondensaterne udtages gennem en ledning 141.

Opløsningen, som dannes i veksler-inddamperen 13, føres 15 derpå gennem en ledning 151 og ved hjælp af en pumpe 15 til en anden veksler-inddamper 16, hvori den opvarmes og koncentreres til inddampning ved hjælp af den varmemængde, som dannes i veksleren 3 ved hjælp af den recirkulerende opløsning, dvs. væsken, som cirkulerer i. afsnittet 17.

20 Den koncentrerede opløsning, som fås fra inddamperen 16, har en ammoniumnitratkoncentration på 95%.

Dampen, som frigøres ved hjælp af opløsningen i inddamperen 13, udtages gennem en ledning 18.

Hvis koncentrationen af syren er større end 54%, kan frem-25 gangsmåden endog blive en dampafgivende fremgangsmåde.

Fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse omfatter en første begyndende tryksænkning i separatoren 12 og en anden koncentrering i inddamperen 13 under anvendelse af dampen, som er dannet ved begyndelsestryksænkningen,som 30 opvarmningsmedium.

Det er klart, at temperaturen af opløsningen i inddamperen 13 er mindre end kondensationstemperaturen for dampen, som frigøres under begyndelsestryksænkningstrinnet.

DK 162212B

11

Afkølingen, som konstateres under den anden tryksænkning af opløsningen, kan medføre risiko for krystallisation i inddamperen 13.

Ved alle de kendte fremgangsmåder genopvarmes opløsningen, 5 som dannes efter den første tryksænkning, straks i en inddamper, enten ved hjælp af dampen fra fremgangsmåden (USA-pa-tentskrift nr. 2.551.569) eller ved hjælp af den varme opløsning i neutraliseringsreaktoren (britisk patentskrift nr. 2.096.124) eller ved hjælp af et opvarmningsmedium, som overfører neutraliseringsvarmen (fransk patentskrift nr. 1.356.054).

10 i modsætning til de kendte fremgangsmåder foretages der ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen en koncentrering ved fordampning umiddelbart efter den første tryksænkning, idet man anvender kondensationsvarmen fra dampen, som frigøres ved den første tryksænkning. På denne måde spares 15 en betydelig energimængde.

Jo mere den varme begyndelsesopløsning er fortyndet, desto større er genvindingen af termisk energi.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen gør det muligt at genanvende al reaktionsvarmen, som genvindes ved en relativt høj 20 temperatur, til genopvarmning af opløsningen eller opløsningerne af ammoniumnitrat i anlægget, hvor den afsluttende koncentration finder sted.

Tabel I viser energibesparelsen og de ydelser, som det er muligt at opnå for koncentreringen af forskellige ammonium-25 nitratopløsninger med aftagende begyndelseskoncentrationer ved en tryksænkning efterfulgt af en autotermisk inddamp-ning. 1 tabel I er anført de resultater, som opnås med et anlæg, som udnytter en dobbelt tryksænkning og omfatter en laminar-30 filminddamper, f.eks. den i fig. 1 viste. Temperaturforskellen mellem opløsningen 15' og kondensatet 14' udgør ca. 4°C.

DK 162212B

12

Ved hvert af forsøgene indstilles temperaturen af opløsningen 10 inden tryksænkningen på 180°C.

Ved disse forsøg vælges trykket i fordamperen 13 således, at krystallisationstemperaturen ikke nås. Energibesparel-5 sen skyldes genanvendelsen af kondensationsvarmen fra dampen, som frigøres under det første tryksænkningstrin.

I tabel I anføres endvidere koncentrationerne på vægtbasis af ammoniumnitratopløsningen og de vandmængder, som fordampes i en enkelt tryksænkningsproces i overensstemmelse 10 med kendte fremgangsmåder, når opløsningen underkastes tryksænkning i et enkelt trin i separatoren 12 til et tryk, som er identisk med trykket, som anlægges i inddamperen 13.

DK 162212 B

13 i i Pg Ep g G G x co

tn (O -H H G G O

g -ti -G d d > OS

•H g H P P H · O ''ί' O Γ'' n H G O d d O tn Μ O K ΙΠΟΟ'ΦΓ- ρ -g > m P cn P MPHZHHCMoa >d g ,____ G ω i

tu -¾ H

M ft Ό O 1

Hl d p o

G n i > G di G

d G o tn MG ili *3 ^ ni d P P ι> η h Ό ^ H G P t n tn G ‘"Τ'' m E p -H d m ill 01 co H « > g S O G tn d__> O__r— t— i

G Μ I

0) !3 d tn S i ft H g M tu 0) · lr> >i t n

'd 9 H

G s, +) ή IH I Ό Dl O) μ d G G i tn o P > -H G Λ η G H d lo m η) ϋ n o in n oo

S S 5,¾ ί Η (N Η H O

H d H g G d ' ' “ ^ ·©. S E-ι tn Η P O O _p _o__ IH ------ Η P —

d oo O

G P Ή τ3 O

d g '-'GO oo nj t? d + d h o ond g 'd'd ^ > S _ _ ^ g.H HG -sf · <ί ίο m m rad Od HtnHCntrjLntNcoa.

6i ϋ IH > G G G--- dg d bi æ tn tn

g x H G I

d >, d I Ή O

HH >d <n G H

iHPGOtn r·«. p -H IS -a. - 4J 4J uomotn d +J IH ^ H m tn G *· " " - dn amp, h g g inoonr- >0) os o — > O to co oo r> M ............

P G d

d d tn M

o(0 i—II ί5*, G G β Λ! Η

Pi d ' m G P tP t n O -HffiP — · p ^ tn G oo H tn nir-ii—io dd G 14 H HdX! : *· * *

GP nd >, co ^ P d O O O O

HP od H------

d d ε P M

cn m t n >t

Hg tn <ϋ H

d O G G P

Ό d > g >ι ε tH d

O ε 14 tn H · tP

men d Ih G h ^ H tn ^ιο^ον d Η Η *H d HdP *· ' 1" k du I FH GI S__rQ d__O O O O ...

tr> d

G 'G

•H ofO

g ε i bi ni 14

-H tn i G O P

Η H G I G g O OG

Gd p-Htno h d

H d tn 0 1400 O

d ε ε I t n >i Η 0 Λ

Pgd ro G H HH m id co O

ddHOHP G, *> * * *

Eh ra ih S G tn · P OtPHy? ^J*C/}$h£h ¢1 tn Is· kD lO Lf) w a d η Hg s η Ό G IH >

DK 162212 B

14

Ved at foretage en fuldstændig separation mellem reaktionszonen og fordampningsafsnittene er det endvidere muligt ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen at vælge den optimale surhedsgrad for hver enkelt operation. På denne må-5 de er det muligt at opretholde den svagt ammoniakalske reaktionsblanding i reaktionsafsnittet og at neutralisere overskud af ammoniak ved tilsætning af salpetersyre i ind-dampningsafsnittene.

Faren for korrosion formindskes derfor til et minimum i 10 reaktionsafsnittet, hvor der findes overvejende høje temperaturer, hvorimod tabet af ammoniak og af salpetersyredampe formindskes i inddamperne.

Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen opnås høj driftssikkerhed, især da den maksimale driftstemperatur, som 15 ikke overstiger 180°C, er tilstrækkelig til at sikre opvarmning ved selvforsyning.

Salpetersyren kan forvarmes ved hjælp af dampkondensatet, som genvindes under formindsket tryk. Ved et tryk på ca.

400 mbar begrænses temperaturen af syren automatisk til 20 ca. 70°C.

Ved en anden udførelsesform, som illustreres i fig. 2, omfatter anlægget en tankreaktor 2 med indre cirkulation.

Ved to andre særlige udførelsesformer for opfindelsen, som er vist i fig. 3 og 4, omfatter reaktionsafsnittet en reak-25 tor 2, en beholder 5 med konstant niveau, en første veksler-kedel 3 og en recirkulationspumpe 4.

Salpetersyre føres til reaktoren 2 gennem en ledning 7, og gasformig ammoniak tilføres gennem en ledning 8.

Pumpen 4 recirkulerer opløsningen til reaktoren gennem en 30 ledning 19. I reaktoren opvarmes den recirkulerede opløsning ved hjælp af reaktionsvarmen, og den varme opløsning

DK 162212B

15 ledes gennem et reservoir 5. Opløsningens temperatur og koncentration bestemmer opløsningens damptryk i reaktions-afsnittet. Opløsningens koncentration afhænger af koncentrationen af den anvendte salpetersyre. For at opnå en 5 stabil driftsligevægt skal den varme, som fjernes fra den recirkulerende strøm,svare nøjagtigt til den varme, som dannes ved reaktionen.

Hvis den tilgængelige termiske energi er større end den termiske energi, som kræves til fremstilling af den koncen-10 trerede opløsning, er det fordelagtigt at indsætte yderligere en veksler-kedel 20 som vist i fig. 3 og 4, som tilføres kedelfødevand til dannelse af lavtryksdamp. I reservoiret 5 holdes et konstant niveau, idet mængden af fjernet opløsning 10 reguleres ved hjælp af en ekspansions-15 ventil 21. Størsteparten af opløsningsstrømmen ledes gennem en ledning 22 til veksler-kedelen 3, hvor den afkøles.

Jo lavere recirkuleringshastighed i reaktoren 2, som kan være en rørreaktor, der eventuelt indeholder kontaktelementer, eller en statisk blandereaktor, desto større er tempe-20 raturstigningen i blandingen.

Opløsningen udtages gennem ekspansionsventilen 21 og ledes til separatoren 12.

Den frigjorte damp ledes gennem en ledning 14 til en lodret laminarfilmveksler 13, hvor den kondenserer uden på rørene 25 under nedsat tryk, som reguleres ved hjælp af en vakuumpumpe 29. Kondensaterne, som fjernes for enden af rørene i veksleren 13, udtages gennem en ledning 14' og ledes til en køler 24 og et tryksikringsaggregat 25.

Ammoniumnitratopløsningen, som udtages fra separatoren 12, 30 føres gennem en ledning 26 og en ekspansionsventil 27 til veksleren 13, hvor den som en laminarfilm flyder ned ad rørenes indre overflade.

DK 162212B

16

Der opretholdes et reduceret tryk ved hjælp af en vakuum-pumpe 29, og dampen, som frigøres ved inddampningen af opløsningen på rørenes overflade, føres gennem en ledning 18 til en køler-kondenser 30, og kondensaterne fjernes gennem 5 et tryksikringsaggregat 31.

Reaktanterne forvarmes i vekslerne 32 og 33, som tilføres damp ved et lavt tryk på 0,3 bar. Denne lavtryksdamp fås gennem ledningen 34 fra genopvarmningskedelen 3.

I fig. 3 føres opløsningen, som delvis koncentreres i ind-10 damperen 13, ved hjælp af en pumpe 15 til veksler-kedelen 3, som opvarmes ved hjælp af opløsningen, der recirkuleres i reaktionsafsnittet. Kogetrykket indstilles ved hjælp af en vakuumpumpe 35 og en køler 36, som er forbundet med genopvarmningskedelen 3 ved hjælp af en ledning 34. Dam-15 pen, som kondenseres i køleren 36, fjernes gennem et tryksikringsaggregat 37. Opløsningen, som nu har slutkoncentration, føres til et lagerreservoir 38, hvorfra den udtages ved hjælp af en pumpe 38'.

Hvis tryksænkningen skal gennemføres i tre trin som vist 20 i fig. 4, føres opløsningen, som er delvis koncentreret i inddamperen 13, ved hjælp af en pumpe 15 gennem en ledning 15' til en veksler-kedel 39, som opvarmes ved hjælp af opløsningen, som cirkulerer i reaktionsafsnittet 1 gennem en ledning 40. I genopvarmningskedelen 39 opvarmes opløs-25 ningen til kogepunktet, og den dannede damp føres gennem en ledning 41 til varmespiralen i en veksler-kedel 42, hvor den kondenserer, og kondensatet udtages gennem et rensningsaggregat 41'. Opløsningen, som er blevet opvarmet til kogepunktet under tryk i kedelen 39, ledes gennem 30 en ledning 43 og en ekspansionsventil 43' ved kedelen, som drives under et reduceret tryk, der reguleres ved hjælp af en vakuumpumpe 44, en køler 45 og et tryksikringsaggregat 45'.

DK 162212B

17

Efter koncentrering ved kogning i kedelen 42 i det omfang, som er muligt ved hjælp af kondensationsvarmen, som frigøres i opvarmningsspiralen, føres opløsningen ved hjælp af en pumpe 46 gennem en ledning 47 til det 5 sidste koncentreringstrin i veksler-kedelen 3.

Driftsbetingelserne for et anlæg som det i fig. 4 illustrerede er anført i den efterfølgende tabel II. Fremgangsmåden ifølge opfindelsen gør det muligt at fremstille en ammoniumnitratopløsning med en slutkoncentration, 10 som er større end 95%, ud fra 54%'s salpetersyre uden tilførsel af varme udefra.

DK 162212 B

18 cd ti h Ό i : P id nu in · o) o 5 ^ (¾ H g )4 inmmooooorsiHio C· 0)3 uwiniacocor'iDNw

tQ O' Eh *P H i—I Η iH HHH

T& H

h h ft· I p* OH β O 10 ID 10 10 4) φ H OO 00 (X) (X) σι 10 H o cd 4-> 04) )4 φ β rd 'ί ΟΟ'Ο'Ο'Ο'ΌΜ'ίΟΟ 4->)η 0)4 momminmocomm •Η Φ & 4-> ο\0 Η β ti

6 -Ρ I

βω ω •η β di β β Η β Φ — Ο Η ·Η Λ φ g Η β tn g (ο Η μ m ν h S g -Η -Η ^roincMinr-'inrovøin cd g 014)4) 1 *·»***»·*».** O Μ 0) \ νοιησ\Ηο^Ηθ)θ'45ΐΓ)

ωω 4-> cd En ro m'tfmrrrorocNCM

4) u] ,d CN Γ0 CN

β in Φ ft) OH ^ O β )4 cd i A Φ in

4) 4-1 OH

in Φ β h W Φ φ t n Γ' oo > Η )4 H g ["· ^ <43 φ — -H v **· * 0044 HH 040-00(711004010000-004)^010

med O ed Η ΟΜΗΗ^^ΟΟΧ H

H Pi 4-> H)

β β O

Φ O

g m tn

Hg ro β cd cd h *—- ^—s ,—.

t n β )4 )h Ρ m βίη o Λ1 cd cd cd· ro ro Φ H o i« SX Λ Λ in g O O ω Η h β)4 in 04 cm JS4 om ro ro Φφ HO 10 >i - - - Ό Ό

HH M)4*-)4CMOO(DO

πω nd 00^4) η cd Φ 4-) 4-) ω ω o 4->tn > Λ! Αί * Φ —> m cn t n in cn ω cdcdro +))4rO'>i(roCri g in Φ Φ Φ ω cd η Η Η ΦΟ )4 ΡΡΗΡΛΗΗΗ ββο ti >1 Η ·& Φ Φ φ g g 4) Ηφ ω Η cd 4) Η 04 Ό Ό Ό pped )4 )4 Η )4 - Φ Φ Φ ed cd )4 )4 >ι Φ 4)ΗίηΗΟ^Λ,ν > > Φ φω 4-> β η — ω ω ω ΑΑΑ

)4)4 Φ 4) 4) Η 4) tninin OOP

φφ CM ft )4 Φ β 00 β β β β β Ο )4 4) Η Sl tn ω tn Η Η Η Η φφφ 4-> Φ Med Η cd s β β β β tn tn Μ 03 ft οω Η 4) Η Η )4 g g g PH 4-) H Td ft β Φ P )4 )4 H H Η

Hed ^i4) 4-)pOOA(dCdCd HHH

πω cd β TQ.g>>> 4-14) 4->

•Η Φ Φ t n in H H cd A A A

ω Μϋ β fi cd a d Ο Ο ο HHH

φο in η η η μ cd cd cd cd hhh

ω)4 Η)ΒβΑΑΦίη)4)4)4)4 HHH

Η X A Φ ί> Ο Ο ΟΗ βΗΗΗΗ Η Η Η Η Φ 4) (Ο g I I β Η 4) 4) 4) tn ti g ro ro x β tn tn tn in hhh η φ £ ·&ιηιΰθΟ)4!ηββββ tn tn tn Φ 4) ί> h sjssHcdcdcdcded ppm K34) HrOO'^M*o4)intntntn φφφ ed Φ ^ ΗΦΦίϋΜΦΌΗΗΗΗ β β β

EnQin EHggZSOiDriIcCirtJC HHH

DK 162212 B

19

Hvis således trykket i genopvarmningskedelen 42 indstilles på en større værdi end trykket i ledningen 14, er det muligt at genanvende i det mindste noget af den damp, som dannes i genopvarmningskedelen 42, til opvarmning af inddampe-5 ren 13.

Claims

1. Fremgangsmåde til fremstilling af ammoniumnitrat ved neutralisering af salpetersyre med en vandig ammo- 5 niakopløsning, som eventuelt holdes i cirkulation i et reaktionsafsnit, og som holdes under et tryk, der er større end damptrykket af den dannede vandige ammonium-nitratopløsning, under anvendelse af i det mindste en del af den varme, som dannes ved neutraliseringsreaktio-10 nen, til koncentrering af ammoniumnitratopløsningen, som udtages fra en reaktionszone (1), koncentreres under en dobbelt tryksaenkning i et inddamperanlæg, hvori mindst si første inddamper (13) opvarmes ved hjælp af damp dannet ved en adiabatisk tryksænkning af ammoniumnitratopløs-15 ningen i en separator (12), og en inddamper (16), hvori ammoniumnitratopløsningen koncentreres til slutkoncen-trationen, opvarmes ved hjælp af varme, som fås fra reaktionszonen, kendetegnet ved, at hele den forkoncentrerede opløsning, der fås i separatoren (12), under-20 kastes en anden tryksænkning uden mellemliggende genopvarmning i fordamperen (13).

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at ammoniumnitratopløsningen bringes til slutkoncentrationen i en laminarfilminddamper (16), som opvarmes ved anven- 25 delse af i det mindste en del af den recirkulerende opløsning som varmemedium.

3. Fremgangsmåde ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at et lille overskud af ammoniak, som er til stede i reaktionszonen (1), neutraliseres af 30 en tilsvarende mængde salpetersyre (11) i den opløsning, som udtages fra reaktionszonen (1), lige før den første tryksænkning (21).

4. Fremgangsmåde ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at mængden af tilbageført recirku DK 162212 B 21 lationsopløsning indstilles således, at temperaturstigningen i reaktionszonen (1) begrænses.

5. Apparat til fremstilling af ammoniumnitrat 5 omfattende en reaktionszone (1), i hvilken der indføres gasformig ammoniak og salpetersyre forvarmet til 65°C i en blanding af ammoniumnitrat i recirkulation underkastet et tryk højere end den fremkomne vandige ammoniumnitrat-opløsnings damptryk, og et inddampningsapparat, i hvil-10 ket ammoni'umnitratopløsningen, der udtages fra reaktionszonen, underkastes mindst en dobbelt tryksænkning, kendetegnet ved, at den fremkomne ammoniumnitratopløsning efter den første afspænding i separatoren (12) i sin helhed føres til fordamperen (13) uden mellemliggende 15 opvarmning.

6. Apparat ifølge krav 5, kendetegnet ved, at det andet koncentreringstrin udføres i en række senere inddampere (39, 16), som modtager et varmebidrag fra cirkulationen af reaktionsblandingen i reaktionszonen (1), og 20 som udgør en del af et aggregat, der eventuelt omfatter en dampgenerator (20), som producerer lavtryksdamp, og mindst en filminddamper (16), ifølge det i fig. 3 viste skema.

7. Apparat ifølge krav 6, kendetegnet ved, at 25 aggregatet ligeledes omfatter et par filmkoncentratorer, som udfører forkoncentreringen til 95 vægtprocent før behandlingen af blandingen i den sidste inddamper (16).

8. Apparat ifølge krav 5, kendetegnet ved, at reaktionszonen (1) udgøres af et reaktionsafsnit, som i det 30 væsentlige omfatter en rørreaktor (2), en varmeveksler (3) og en recirkulationspumpe (4).