JPH0547485B2 - - Google Patents
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- JPH0547485B2 JPH0547485B2 JP59019809A JP1980984A JPH0547485B2 JP H0547485 B2 JPH0547485 B2 JP H0547485B2 JP 59019809 A JP59019809 A JP 59019809A JP 1980984 A JP1980984 A JP 1980984A JP H0547485 B2 JPH0547485 B2 JP H0547485B2
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Classifications
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Description
本発明は、大気圧より大きい圧力下に維持され
ている水溶液中でアンモニヤを用いて硝酸を中和
し、且つ、硝酸アンモニウム溶液を濃縮するため
に、蒸発により得られた硝酸アンモニウム水溶液
を中和反応により放出された熱の少くとも一部を
用いて濃縮することにより、硝酸アンモニウムの
濃縮溶液を製造する方法及び装置に係る。 本発明は、とりわけ、比較的低濃度の硝酸溶液
を用いるが、充分な濃度をもつ硝酸アンモニウム
溶液を提供しうるオートサーミツク法に係る。 硝酸アモニウムの工業的製造の多くは窒素ある
いは複合農業用肥料の製造を目的とするものであ
る。これらの肥料の製造のために、硝酸アンモニ
ウムを望ましくは熱濃厚溶液の形態で用い、その
濃度は90重量%以上であることが望ましい。一般
的に、94ないし95重量%あるいは97ないし98重量
%のいずれかの硝酸アンモニウム溶液が用いられ
ている。 アンモニアは一般に無水液体として入手可能で
ある。アンモニアは、液体アンモニアの蒸発工程
と関連している冷却ポテンシアルが使用された後
で無水ガスとして望ましくは用いられる。 アンモニアの燃焼により生成される工業的硝酸
は56ないし60重量%濃度で通常入手可能である。 最近の工業的製造法のあるものによれば、65か
ら67重量%の濃度をもつ酸の形態での製造分画を
得ることができるが、生態学的および経済的制約
によりこの分画は単位生産の約1/4にまで限定さ
れており、一方生産物の主流は硝酸の約60重量%
の濃度である。 硝酸の別の製造源には、約40重量%濃度に希釈
された硝酸を製造する別の化学的製法に於いて残
留亜硝酸ガスを洗滌する装置が設けられている。 アンモニヤによる硝酸の中和反応は発熱反応で
ある。通常の工業的条件下に於いて、出発硝酸の
濃度が54ないし60重量%であると、利用可能な熱
は約104メガジユール/キロモルである。 合成プロセスは既知であり、そのプロセスによ
れば、中和反応は大量の硝酸アンモニウム溶液中
で反応タンク内で実施し、次にこの溶液は外部か
ら熱量を供給しないで94ないし95重量%の最終濃
度に調整される。これらの既知の方法において
は、中和反応により放出された熱は試薬から生成
した水の蒸発による系の水蒸気として除去され
る。系の水蒸気生産が大であればあるほど、反応
タンク中で生産される硝酸アンモニウム溶液の濃
度は高くなる。 比較的高温度レベルの反応熱を回収するため
に、既知の方法においては、反応は約4バールの
絶対圧力下で実施されている。 たとえば米国特許第2551569号明細書中に既述
されているように、反応中に放出された系の水蒸
気は、反応器から引き抜かれた(回収された)硝
酸アンモニウム溶液を最終濃度にするために加熱
流体として再使用される。反応タンクの操作温度
が高ければ高いほど、この系の水蒸気中に含まれ
る硝酸アンモニウム、アンモニア及び硝酸の量が
ますます大となる。この事実よりみちびかれる主
なる結論は、この水蒸気を再使用する装置は腐蝕
抵抗性の特殊合金より構成されなければならない
ということである。その上、この反応系の水蒸気
により生成される凝縮物は、アンモニウムイオン
及び硝酸イオンの大部分を除去するための前処置
を施さずには排出し得ないということである。 英国特許出願No.2096124は、硝酸アンモニウム
溶液の蒸発により濃縮するため中和反応による生
成熱を使用する硝酸アンモニウムの製造法を記述
している。この方法においては、反応器から引き
抜かれた硝酸アンモニウム溶液の主流を蒸気圧に
まで減圧し、生じた溶液を再加熱し且つ硝酸アン
モニウム溶液の第2の流れにより蒸発して濃縮し
ている。 多段階において実施されてよいこの方法による
と、主流を第1減圧と同様に早期に再加熱し、反
応器から引き抜かれた第2の流れにより継続的段
階の各々の段階中で加熱することになる。 今までの既知方法のいずれにおいても、硝酸ア
モニウムを約55〜56重量%の通常の硝酸から合成
する場合、そのエネルギー収支から硝酸アンモニ
ウム溶液の最終濃度を充分に高くすること即ち95
%以上の濃度にすることができなかつた。 本発明の目的は、硝酸アンモニウムの合成に対
する既知方法のエネルギー収支を改善することで
あり、特に系の水蒸気を生じないで実施する方法
のエネルギー収支を改善することである。本発明
は、希釈硝酸を用いてさえも95%以上の硝酸アン
モニウム溶液の最終濃度を得ることを可能にする
硝酸アンモニウムの製造方法と装置を提供するも
のである。 本発明方法は、必要ならば、硝酸アンモニウム
の形成の間反応循環系で循環が維持されかつ硝酸
アンモニウム水溶液の蒸気圧よりも高い圧力下と
される、水溶液中のアンモニアによつて、硝酸を
中和して、硝酸アンモニウムを製造するに際し
て、硝酸アンモニウム溶液を最終濃度にする1つ
以上の蒸発器が反応領域から得られた熱によつて
再加熱される装置を用いる。その中の複膨脹(複
減圧)によつて、反応領域からの回収硝酸アンモ
ニウム溶液を濃縮するため、少なくとも一部、中
和反応から放たれる熱を使用する。そして反応領
域から回収された溶液を分離器に導入して第1の
中間圧とし第1の断熱膨脹を達成することによつ
て、前記装置中での中間再加熱をすることなく、
複膨脹による第1段階の濃縮を達成し、その結
果、蒸気と不完全に濃縮された溶液とを生成し、
その後、全ての不完全濃縮溶液を、収集し、直後
に第2の圧力に膨脹させ、そして、蒸発器に導入
し、第1の膨脹のときに放たれた加熱蒸気を利用
して、前記溶液を濃縮することを特徴とする。 本発明装置は、得られた硝酸アンモニウム水溶
液の蒸気圧力より高い圧力のもとで循環している
硝酸アンモニウムの混合物を含む閉じた循環回路
中、65℃に加熱された気体状のアンモニアと硝酸
とが導入される反応領域と、反応領域から回収さ
れた硝酸アンモニウムの溶液が少なくとも1回の
複膨脹にかけられる活性蒸発領域とを有する硝酸
アンモニウム製造装置であつて、 第1の中間圧をもたらす第1の断熱膨脹を達成
して、蒸気と不完全に濃縮された溶液とを生ずる
セパレータと、中間の再加熱なしに第2の圧力
に、不完全濃縮溶液を、膨脹するため、セパレー
タの液体出口に連結した膨脹弁と、前記膨脹弁の
出口に連結した第1の入口と、セパレータの蒸気
出口に連結した第2の入口とを備えた蒸発器(フ
イルム蒸発器)とを有し、蒸発器は、別の蒸発器
の少なくとも1つに向けて、濃縮溶液を分配する
出口を有し、反応領域から獲得できる熱によつて
加熱される第2の濃縮段階を達成する装置であ
る。 本発明方法の第一の具体的態様に於いては、前
記混合物をその最終濃度に調整する上記蒸発器を
加熱するために、再循環溶液の少なくとも一部を
加熱流体として使用する。 本発明の一つの特徴によれば、中和反応をアン
モニアがわずかに過剰に存在する条件で実施し、
次にこれを、第1の減圧段階直前に反応領域から
引き抜かれた溶液中で硝酸を補添することにより
中和する。 他の具体的態様に於いては、反応領域中で再循
環される溶液を低圧水蒸気を生成するために熱交
換器中で加熱流体として使用し、一方、反応領域
から引き抜いた溶液を減圧下に多効装置
(multiple effect installation)中で濃縮し、混
合物を最終濃度にまで濃縮する蒸発器は反応領域
の熱交換器中で生成する水蒸気の少くともいくら
かを利用するようになつている。 中和反応は3ないし10バール(1バール=106
ダイン/cm2)の絶対圧力下での反応領域で有利に
実施される。 本発明はまた、上記した方法に用いられる硝酸
アンモニウムの製造装置にも係る。 具体的態様として、本発明の反応領域は、管状
であつてもよい反応器と、その機能が反応により
発生した熱を除去して温度を安定化させる少なく
とも一つの間接交換器と再循環ポンプとを本質的
に含む反応ループからなる。 本発明の他の特徴とその詳細は、以下の非制限
的実施例および図面の記載から明らかとなるであ
ろう。 本発明方法の操作原理は、第1図のダイアグラ
ムに示され且つ54%の通常濃度の硝酸を用いて二
つの減圧段階で稼働する装置に説明されている。 硝酸アンモニウムは、溶液の蒸気圧より大きい
圧力下に維持された水溶液中で気体アンモニアお
よび/又は可能ならば水性アンモニアを用いて硝
酸を中和し、得られた硝酸アンモニウムの水溶液
を蒸発により濃縮することによつて得られる。 第1図に示すごとく、反応領域は番号1により
全体として示される反応ループにより構成されて
おり、反応ループは本質的に管状反応器又は静止
ミキサー(static mixer)2、熱交換器3、再循
環ポンプ4および膨張容器5を含む。5バールの
圧力下で水蒸気により加熱される第2の熱交換器
6は唯装置をスタートさせるためにのみ用いられ
る。 約54%の濃度をもつ硝酸7および気体状アンモ
ニア8からなる試薬を静止ミキサー2により反応
ループ1へ導入し、反応混合物のいくらかを再循
環させる。 操作圧を蒸発を防ぐため約4.6バールに調整す
る。反応ループ1から引き抜かれる硝酸アンモニ
ウム溶液は試薬により提供された水のすべてを含
む。 通常濃度の酸にとつて必須の再循環速度は、反
応による温度増加を制限するために例えば約10℃
になるように調整される。反応熱を加熱流体によ
る熱交換器3で除去し、加熱流体は該熱を95%溶
液の最終濃度段階16へと移行させる。 すべての試薬を含む熱希釈溶液を連続的に引き
抜くためのライン10により、反応ループ1の操
作上の平衡状態が保たれる。 蒸発が反応ループ1内で生じないので、酸性度
(PH)のコントロールは、遊離硝酸の存在を避け
るために10′で調整される。このようにして腐
蝕の危険性を最小にすることができる。 溶液10を多段作用装置における蒸発により濃
縮する前に、遊離アンモニアの存在を除去し、揮
発によりこの試薬の損失を減少させるために点1
1で酸性度を調整することが有利である。 次いで、この熱溶液をセパレータ12中で断熱
的減圧にかけ、約1バールの中間圧に調整する。
反応ループから圧力下に引き抜かれた熱溶液の断
熱的減圧により、ある量の水蒸気が放出される。
溶液温度は低下し、硝酸アンモニウム濃度は増加
する。従来法とは異なり、セパレーター12に集
められた溶液を直ちに第1の減圧圧力よりも更に
低い第2圧にまで減圧し、第1減圧ステツプ中に
放出された水蒸気14で加熱されている蒸発器1
3に導入する。その凝縮物を導管14′を通して
排出する。 交換器−蒸発器13中で生成した溶液を次いで
導管15′およびポンプ15を介して第2の交換
器−蒸発器16に導びく。交換器−蒸発器16内
で、該溶液は、ループ17で循環している液体す
なわち再循環溶液により、交換器3中での生成熱
量による蒸発により、加熱され且つ濃縮されるこ
とになる。 蒸発器16中で回収された濃縮溶液は、95%濃
度の硝酸アンモニウムを有している。 蒸発器13中の溶液により放出された水蒸気流
を導管18を通して除去する。 酸濃度が54%以上の場合には、本発明方法は水
蒸気送出し(exporting)方法とさえなることも
ある。 本発明方法は、セパレータ12中での第1の初
期減圧、および初期減圧による生成水蒸気を加熱
流体として用いる蒸発器13中での第2の濃縮と
を含むものである。 蒸発器13中で溶液温度が、初期減圧ステツプ
中に放出された水蒸気の凝縮温度よりも低いこと
は明らかである。 溶液の第2の減圧中にみられる冷却は、蒸発器
13中での結晶生成の危険をともない得る。 すべての既知方法においては、第1減圧後に得
られた溶液を、系内の水蒸気によるか(US−
A2551569)あるいは中和反応器の熱溶液による
か(GB−A2096124)あるいは中和熱を伝達する
加熱流体によるか(FR−A1356054)のいずれか
により、蒸発器中で直ちに再加熱している。 これらの方法と異なり、本発明は、初期減圧中
に放出された水蒸気の凝縮熱を用いてこの第1減
圧直後に蒸発させることにより濃縮を実施する。
このようにすると、かなりの量のエネルギーが節
約される。 初期熱溶液が希薄であればあるほど、熱エネル
ギーの回収はより大きくなる。 本発明方法によると、反応熱すべてを貯えるこ
とが可能であり、この反応熱は比較的高温度レベ
ルで回収されて、最終濃縮領域での硝酸アンモニ
ウムの溶液を再加熱するために用いられる。 第表は、最初濃度が低い異なつた硝酸アンモ
ニア溶液の濃度に対して、減圧とそれに続くオー
トサーミツクな蒸発とにより達成され得るエネル
ギーの節約および性能を示す。 第表は、複減圧(double depressurisation)
を行ない且つ薄膜蒸発器を含む、第1図に示す如
き装置に於いて得られる結果を総括したものであ
る。溶液15′および凝縮物14′の間の温度差は
約4℃に達する。 各々のテストにおいて、減圧前の溶液10の温
度は180℃に調整されている。 これらのテストにおいて、蒸発器13中の圧力
を結晶化温度に達しない様に選択した。エネルギ
ーの節約は、第1減圧ステツプ中に放出された水
蒸気の濃縮熱を再利用したことから生じたもので
ある。 第表はまた、従来の既知方法による単一減圧
操作における硝酸アンモニウム溶液の濃縮重量%
および蒸発した水の量をも示している。この既知
方法に於いては、溶液をセパレータ12の単一段
階で蒸発器13に課せられる圧力と同じ圧力に減
圧した。
ている水溶液中でアンモニヤを用いて硝酸を中和
し、且つ、硝酸アンモニウム溶液を濃縮するため
に、蒸発により得られた硝酸アンモニウム水溶液
を中和反応により放出された熱の少くとも一部を
用いて濃縮することにより、硝酸アンモニウムの
濃縮溶液を製造する方法及び装置に係る。 本発明は、とりわけ、比較的低濃度の硝酸溶液
を用いるが、充分な濃度をもつ硝酸アンモニウム
溶液を提供しうるオートサーミツク法に係る。 硝酸アモニウムの工業的製造の多くは窒素ある
いは複合農業用肥料の製造を目的とするものであ
る。これらの肥料の製造のために、硝酸アンモニ
ウムを望ましくは熱濃厚溶液の形態で用い、その
濃度は90重量%以上であることが望ましい。一般
的に、94ないし95重量%あるいは97ないし98重量
%のいずれかの硝酸アンモニウム溶液が用いられ
ている。 アンモニアは一般に無水液体として入手可能で
ある。アンモニアは、液体アンモニアの蒸発工程
と関連している冷却ポテンシアルが使用された後
で無水ガスとして望ましくは用いられる。 アンモニアの燃焼により生成される工業的硝酸
は56ないし60重量%濃度で通常入手可能である。 最近の工業的製造法のあるものによれば、65か
ら67重量%の濃度をもつ酸の形態での製造分画を
得ることができるが、生態学的および経済的制約
によりこの分画は単位生産の約1/4にまで限定さ
れており、一方生産物の主流は硝酸の約60重量%
の濃度である。 硝酸の別の製造源には、約40重量%濃度に希釈
された硝酸を製造する別の化学的製法に於いて残
留亜硝酸ガスを洗滌する装置が設けられている。 アンモニヤによる硝酸の中和反応は発熱反応で
ある。通常の工業的条件下に於いて、出発硝酸の
濃度が54ないし60重量%であると、利用可能な熱
は約104メガジユール/キロモルである。 合成プロセスは既知であり、そのプロセスによ
れば、中和反応は大量の硝酸アンモニウム溶液中
で反応タンク内で実施し、次にこの溶液は外部か
ら熱量を供給しないで94ないし95重量%の最終濃
度に調整される。これらの既知の方法において
は、中和反応により放出された熱は試薬から生成
した水の蒸発による系の水蒸気として除去され
る。系の水蒸気生産が大であればあるほど、反応
タンク中で生産される硝酸アンモニウム溶液の濃
度は高くなる。 比較的高温度レベルの反応熱を回収するため
に、既知の方法においては、反応は約4バールの
絶対圧力下で実施されている。 たとえば米国特許第2551569号明細書中に既述
されているように、反応中に放出された系の水蒸
気は、反応器から引き抜かれた(回収された)硝
酸アンモニウム溶液を最終濃度にするために加熱
流体として再使用される。反応タンクの操作温度
が高ければ高いほど、この系の水蒸気中に含まれ
る硝酸アンモニウム、アンモニア及び硝酸の量が
ますます大となる。この事実よりみちびかれる主
なる結論は、この水蒸気を再使用する装置は腐蝕
抵抗性の特殊合金より構成されなければならない
ということである。その上、この反応系の水蒸気
により生成される凝縮物は、アンモニウムイオン
及び硝酸イオンの大部分を除去するための前処置
を施さずには排出し得ないということである。 英国特許出願No.2096124は、硝酸アンモニウム
溶液の蒸発により濃縮するため中和反応による生
成熱を使用する硝酸アンモニウムの製造法を記述
している。この方法においては、反応器から引き
抜かれた硝酸アンモニウム溶液の主流を蒸気圧に
まで減圧し、生じた溶液を再加熱し且つ硝酸アン
モニウム溶液の第2の流れにより蒸発して濃縮し
ている。 多段階において実施されてよいこの方法による
と、主流を第1減圧と同様に早期に再加熱し、反
応器から引き抜かれた第2の流れにより継続的段
階の各々の段階中で加熱することになる。 今までの既知方法のいずれにおいても、硝酸ア
モニウムを約55〜56重量%の通常の硝酸から合成
する場合、そのエネルギー収支から硝酸アンモニ
ウム溶液の最終濃度を充分に高くすること即ち95
%以上の濃度にすることができなかつた。 本発明の目的は、硝酸アンモニウムの合成に対
する既知方法のエネルギー収支を改善することで
あり、特に系の水蒸気を生じないで実施する方法
のエネルギー収支を改善することである。本発明
は、希釈硝酸を用いてさえも95%以上の硝酸アン
モニウム溶液の最終濃度を得ることを可能にする
硝酸アンモニウムの製造方法と装置を提供するも
のである。 本発明方法は、必要ならば、硝酸アンモニウム
の形成の間反応循環系で循環が維持されかつ硝酸
アンモニウム水溶液の蒸気圧よりも高い圧力下と
される、水溶液中のアンモニアによつて、硝酸を
中和して、硝酸アンモニウムを製造するに際し
て、硝酸アンモニウム溶液を最終濃度にする1つ
以上の蒸発器が反応領域から得られた熱によつて
再加熱される装置を用いる。その中の複膨脹(複
減圧)によつて、反応領域からの回収硝酸アンモ
ニウム溶液を濃縮するため、少なくとも一部、中
和反応から放たれる熱を使用する。そして反応領
域から回収された溶液を分離器に導入して第1の
中間圧とし第1の断熱膨脹を達成することによつ
て、前記装置中での中間再加熱をすることなく、
複膨脹による第1段階の濃縮を達成し、その結
果、蒸気と不完全に濃縮された溶液とを生成し、
その後、全ての不完全濃縮溶液を、収集し、直後
に第2の圧力に膨脹させ、そして、蒸発器に導入
し、第1の膨脹のときに放たれた加熱蒸気を利用
して、前記溶液を濃縮することを特徴とする。 本発明装置は、得られた硝酸アンモニウム水溶
液の蒸気圧力より高い圧力のもとで循環している
硝酸アンモニウムの混合物を含む閉じた循環回路
中、65℃に加熱された気体状のアンモニアと硝酸
とが導入される反応領域と、反応領域から回収さ
れた硝酸アンモニウムの溶液が少なくとも1回の
複膨脹にかけられる活性蒸発領域とを有する硝酸
アンモニウム製造装置であつて、 第1の中間圧をもたらす第1の断熱膨脹を達成
して、蒸気と不完全に濃縮された溶液とを生ずる
セパレータと、中間の再加熱なしに第2の圧力
に、不完全濃縮溶液を、膨脹するため、セパレー
タの液体出口に連結した膨脹弁と、前記膨脹弁の
出口に連結した第1の入口と、セパレータの蒸気
出口に連結した第2の入口とを備えた蒸発器(フ
イルム蒸発器)とを有し、蒸発器は、別の蒸発器
の少なくとも1つに向けて、濃縮溶液を分配する
出口を有し、反応領域から獲得できる熱によつて
加熱される第2の濃縮段階を達成する装置であ
る。 本発明方法の第一の具体的態様に於いては、前
記混合物をその最終濃度に調整する上記蒸発器を
加熱するために、再循環溶液の少なくとも一部を
加熱流体として使用する。 本発明の一つの特徴によれば、中和反応をアン
モニアがわずかに過剰に存在する条件で実施し、
次にこれを、第1の減圧段階直前に反応領域から
引き抜かれた溶液中で硝酸を補添することにより
中和する。 他の具体的態様に於いては、反応領域中で再循
環される溶液を低圧水蒸気を生成するために熱交
換器中で加熱流体として使用し、一方、反応領域
から引き抜いた溶液を減圧下に多効装置
(multiple effect installation)中で濃縮し、混
合物を最終濃度にまで濃縮する蒸発器は反応領域
の熱交換器中で生成する水蒸気の少くともいくら
かを利用するようになつている。 中和反応は3ないし10バール(1バール=106
ダイン/cm2)の絶対圧力下での反応領域で有利に
実施される。 本発明はまた、上記した方法に用いられる硝酸
アンモニウムの製造装置にも係る。 具体的態様として、本発明の反応領域は、管状
であつてもよい反応器と、その機能が反応により
発生した熱を除去して温度を安定化させる少なく
とも一つの間接交換器と再循環ポンプとを本質的
に含む反応ループからなる。 本発明の他の特徴とその詳細は、以下の非制限
的実施例および図面の記載から明らかとなるであ
ろう。 本発明方法の操作原理は、第1図のダイアグラ
ムに示され且つ54%の通常濃度の硝酸を用いて二
つの減圧段階で稼働する装置に説明されている。 硝酸アンモニウムは、溶液の蒸気圧より大きい
圧力下に維持された水溶液中で気体アンモニアお
よび/又は可能ならば水性アンモニアを用いて硝
酸を中和し、得られた硝酸アンモニウムの水溶液
を蒸発により濃縮することによつて得られる。 第1図に示すごとく、反応領域は番号1により
全体として示される反応ループにより構成されて
おり、反応ループは本質的に管状反応器又は静止
ミキサー(static mixer)2、熱交換器3、再循
環ポンプ4および膨張容器5を含む。5バールの
圧力下で水蒸気により加熱される第2の熱交換器
6は唯装置をスタートさせるためにのみ用いられ
る。 約54%の濃度をもつ硝酸7および気体状アンモ
ニア8からなる試薬を静止ミキサー2により反応
ループ1へ導入し、反応混合物のいくらかを再循
環させる。 操作圧を蒸発を防ぐため約4.6バールに調整す
る。反応ループ1から引き抜かれる硝酸アンモニ
ウム溶液は試薬により提供された水のすべてを含
む。 通常濃度の酸にとつて必須の再循環速度は、反
応による温度増加を制限するために例えば約10℃
になるように調整される。反応熱を加熱流体によ
る熱交換器3で除去し、加熱流体は該熱を95%溶
液の最終濃度段階16へと移行させる。 すべての試薬を含む熱希釈溶液を連続的に引き
抜くためのライン10により、反応ループ1の操
作上の平衡状態が保たれる。 蒸発が反応ループ1内で生じないので、酸性度
(PH)のコントロールは、遊離硝酸の存在を避け
るために10′で調整される。このようにして腐
蝕の危険性を最小にすることができる。 溶液10を多段作用装置における蒸発により濃
縮する前に、遊離アンモニアの存在を除去し、揮
発によりこの試薬の損失を減少させるために点1
1で酸性度を調整することが有利である。 次いで、この熱溶液をセパレータ12中で断熱
的減圧にかけ、約1バールの中間圧に調整する。
反応ループから圧力下に引き抜かれた熱溶液の断
熱的減圧により、ある量の水蒸気が放出される。
溶液温度は低下し、硝酸アンモニウム濃度は増加
する。従来法とは異なり、セパレーター12に集
められた溶液を直ちに第1の減圧圧力よりも更に
低い第2圧にまで減圧し、第1減圧ステツプ中に
放出された水蒸気14で加熱されている蒸発器1
3に導入する。その凝縮物を導管14′を通して
排出する。 交換器−蒸発器13中で生成した溶液を次いで
導管15′およびポンプ15を介して第2の交換
器−蒸発器16に導びく。交換器−蒸発器16内
で、該溶液は、ループ17で循環している液体す
なわち再循環溶液により、交換器3中での生成熱
量による蒸発により、加熱され且つ濃縮されるこ
とになる。 蒸発器16中で回収された濃縮溶液は、95%濃
度の硝酸アンモニウムを有している。 蒸発器13中の溶液により放出された水蒸気流
を導管18を通して除去する。 酸濃度が54%以上の場合には、本発明方法は水
蒸気送出し(exporting)方法とさえなることも
ある。 本発明方法は、セパレータ12中での第1の初
期減圧、および初期減圧による生成水蒸気を加熱
流体として用いる蒸発器13中での第2の濃縮と
を含むものである。 蒸発器13中で溶液温度が、初期減圧ステツプ
中に放出された水蒸気の凝縮温度よりも低いこと
は明らかである。 溶液の第2の減圧中にみられる冷却は、蒸発器
13中での結晶生成の危険をともない得る。 すべての既知方法においては、第1減圧後に得
られた溶液を、系内の水蒸気によるか(US−
A2551569)あるいは中和反応器の熱溶液による
か(GB−A2096124)あるいは中和熱を伝達する
加熱流体によるか(FR−A1356054)のいずれか
により、蒸発器中で直ちに再加熱している。 これらの方法と異なり、本発明は、初期減圧中
に放出された水蒸気の凝縮熱を用いてこの第1減
圧直後に蒸発させることにより濃縮を実施する。
このようにすると、かなりの量のエネルギーが節
約される。 初期熱溶液が希薄であればあるほど、熱エネル
ギーの回収はより大きくなる。 本発明方法によると、反応熱すべてを貯えるこ
とが可能であり、この反応熱は比較的高温度レベ
ルで回収されて、最終濃縮領域での硝酸アンモニ
ウムの溶液を再加熱するために用いられる。 第表は、最初濃度が低い異なつた硝酸アンモ
ニア溶液の濃度に対して、減圧とそれに続くオー
トサーミツクな蒸発とにより達成され得るエネル
ギーの節約および性能を示す。 第表は、複減圧(double depressurisation)
を行ない且つ薄膜蒸発器を含む、第1図に示す如
き装置に於いて得られる結果を総括したものであ
る。溶液15′および凝縮物14′の間の温度差は
約4℃に達する。 各々のテストにおいて、減圧前の溶液10の温
度は180℃に調整されている。 これらのテストにおいて、蒸発器13中の圧力
を結晶化温度に達しない様に選択した。エネルギ
ーの節約は、第1減圧ステツプ中に放出された水
蒸気の濃縮熱を再利用したことから生じたもので
ある。 第表はまた、従来の既知方法による単一減圧
操作における硝酸アンモニウム溶液の濃縮重量%
および蒸発した水の量をも示している。この既知
方法に於いては、溶液をセパレータ12の単一段
階で蒸発器13に課せられる圧力と同じ圧力に減
圧した。
【表】
【表】
更に、反応領域と蒸発ループとを完全に分離す
ることにより、本発明方法に於いては各操作に対
する最適酸度を選択することが可能である。この
方法により、反応ループにおいてわずかにアンモ
ニア性の反応混合物を維持し、蒸発ループ中で硝
酸を添加することにより過剰のアンモニアを中和
せしめることが可能である。 したがつて、腐蝕の危険は温度上昇のはげしい
反応ループ中で最小に減少され、一方、アンモニ
アおよび硝酸蒸気の損失は蒸発器中で減少され
る。 本発明方法は操作上の信頼性が高く、特に180
℃に制限される最大操作温度は加熱自主性
(heating autonomy)を確保するのに充分であ
る。 減圧下に回収される水蒸気の凝縮により硝酸を
予熱してもよい。約400ミリバールの圧力で酸の
温度は約70℃に自動的に限定される。 第2図に図示されている別の具体例において、
装置は内部循環の反応タンク2を含んでいてもよ
い。 第3図および第4図に示された本発明のその他
の2つの具体例は、反応ループは反応器2、定常
レベルをもつコンテナー5、第1交換器−ボイラ
3と再循環ポンプ4を含んでいる。 硝酸は導管7を通して反応器2に導入され、気
体アンモニアは導管8を通して導入される。 ポンプ4は導管19を通して反応器中に溶液を
再循環する。反応器中で再循環された溶液は反応
熱で加熱され、熱溶液はリザーバ5を介して進
む。溶液の温度と濃度は反応ループ中の溶液の蒸
気圧を決定する。溶液濃度は使用される硝酸濃度
に依存する。安定な操作上の平衡を得るために、
再循環ループから引き抜かれた熱は、反応により
発生した熱に対して適格に償われなければならな
い。 利用できる熱エネルギーが濃縮溶液を生成する
のに要する熱エネルギーを越えるならば、第3図
ならびに第4図に図示されているように、ボイラ
−フイード水が供給される交換器−ボイラ20を
追加設置すると有利であり、これにより低圧水蒸
気を発生させることができる。 リザーバ5において、膨張弁21による溶液の
除去10を調整することにより、レベルは一定に
維持される。溶液流の大部分は導管22を通つて
交換器−ボイラ3へと導びかれ、そこで冷却され
る。 反応器2において、再循環速度が低ければ低い
ほど、混合物温度の増加は大となる。反応器2
は、接触部材を具備するかもしくは具備しない管
状型のものでもよく、又は静的ミキサー型であつ
てもよい。 膨張弁21を通して溶液はセパレータ12の方
へと引き抜かれる。 放出された水蒸気は導管14を介して薄膜垂直
熱交換器13へと除去され、真空ポンプ28によ
り調節された減圧下に管外で凝縮する。交換器1
3の管底で回収された凝縮物は、導管14′を通
つて冷却器24およびバロメトリツクガード25
へと除去される。 セパレータ12から引き抜かれた硝酸アンモニ
ウム溶液は、導管26および膨張弁27を介して
交換器13へと導びかれ、そこで管の内部壁上の
薄膜中を流下する。 減圧は真空ポンプ29により維持される。管の
壁上の溶液の蒸発により放出された蒸気は、導管
18を通つて冷却コンデンサー30へと除去さ
れ、その凝縮物はバロメトリツクガード31によ
り除去される。 試薬類は、0.3バールの底圧水蒸気が供給され
る交換機32および33中で予熱される。この低
圧水蒸気はリボイラ3の導管34から得られる。 第3図において、蒸発器13中で部分的に濃縮
された溶液は、ポンプ15により交換器−ボイラ
3へと導びかれる。交換器−ボイラ3は反応ルー
プ中再循環されている溶液により加熱されてい
る。沸とう圧は、導管34によりボイラ3に連結
されている真空ポンプ35とクーラー36のアセ
ンブリーにより調整されている。クーラー36中
で凝縮された水蒸気はバロメトリツクガード37
により除去される。最終濃度に達した溶液は貯蔵
リザーバ38に回収され、ポンプ38′によりユ
ーザーへ送られる。 第4図に示されているように、3段階で減圧を
実施する場合、蒸発器13中で部分的に濃縮され
た溶液は導管15′を通してポンプ15により交
換器−ボイラ39へと導びかれる。この交換器−
ボイラ39は、導管40を通つて反応ループ1中
を再循環している溶液によつて加熱されている。
リボイラ39において、溶液は沸点へと加熱さ
れ、発生水蒸気は導管41を通して交換器−ボイ
ラ42の加熱コイルへとおくられ、そこで凝縮
し、凝縮物は清浄器41′を通して除去される。
ボイラ39中での圧力下に沸点に到達した溶液
は、導管43と膨張弁43′を通つてボイラ42
に導びかれる。このボイラは減圧下に操作される
ものであり、真空ポンプ44、クーラー45およ
びバロメトリツクガード45′のアセンブリによ
つて調整される。 溶液は加熱コイル中で放出された凝縮熱までボ
イラ42中で沸とうすることにより濃縮された
後、ポンプ46の吸引により引き抜かれ、導管4
7を通つて交換器−ボイラ3の最終濃度段階に送
られる。 装置たとえば第4図に示されている装置の操作
に関連する操作条件を、第表にまとめる。 第表の数値でもつて表わした実施例は、第4
図に示す装置に似た装置に於いて、54重量%硝酸
と気体アンモニアとから98重量%硝酸アンモニア
溶液を製造した例を示すものである。
ることにより、本発明方法に於いては各操作に対
する最適酸度を選択することが可能である。この
方法により、反応ループにおいてわずかにアンモ
ニア性の反応混合物を維持し、蒸発ループ中で硝
酸を添加することにより過剰のアンモニアを中和
せしめることが可能である。 したがつて、腐蝕の危険は温度上昇のはげしい
反応ループ中で最小に減少され、一方、アンモニ
アおよび硝酸蒸気の損失は蒸発器中で減少され
る。 本発明方法は操作上の信頼性が高く、特に180
℃に制限される最大操作温度は加熱自主性
(heating autonomy)を確保するのに充分であ
る。 減圧下に回収される水蒸気の凝縮により硝酸を
予熱してもよい。約400ミリバールの圧力で酸の
温度は約70℃に自動的に限定される。 第2図に図示されている別の具体例において、
装置は内部循環の反応タンク2を含んでいてもよ
い。 第3図および第4図に示された本発明のその他
の2つの具体例は、反応ループは反応器2、定常
レベルをもつコンテナー5、第1交換器−ボイラ
3と再循環ポンプ4を含んでいる。 硝酸は導管7を通して反応器2に導入され、気
体アンモニアは導管8を通して導入される。 ポンプ4は導管19を通して反応器中に溶液を
再循環する。反応器中で再循環された溶液は反応
熱で加熱され、熱溶液はリザーバ5を介して進
む。溶液の温度と濃度は反応ループ中の溶液の蒸
気圧を決定する。溶液濃度は使用される硝酸濃度
に依存する。安定な操作上の平衡を得るために、
再循環ループから引き抜かれた熱は、反応により
発生した熱に対して適格に償われなければならな
い。 利用できる熱エネルギーが濃縮溶液を生成する
のに要する熱エネルギーを越えるならば、第3図
ならびに第4図に図示されているように、ボイラ
−フイード水が供給される交換器−ボイラ20を
追加設置すると有利であり、これにより低圧水蒸
気を発生させることができる。 リザーバ5において、膨張弁21による溶液の
除去10を調整することにより、レベルは一定に
維持される。溶液流の大部分は導管22を通つて
交換器−ボイラ3へと導びかれ、そこで冷却され
る。 反応器2において、再循環速度が低ければ低い
ほど、混合物温度の増加は大となる。反応器2
は、接触部材を具備するかもしくは具備しない管
状型のものでもよく、又は静的ミキサー型であつ
てもよい。 膨張弁21を通して溶液はセパレータ12の方
へと引き抜かれる。 放出された水蒸気は導管14を介して薄膜垂直
熱交換器13へと除去され、真空ポンプ28によ
り調節された減圧下に管外で凝縮する。交換器1
3の管底で回収された凝縮物は、導管14′を通
つて冷却器24およびバロメトリツクガード25
へと除去される。 セパレータ12から引き抜かれた硝酸アンモニ
ウム溶液は、導管26および膨張弁27を介して
交換器13へと導びかれ、そこで管の内部壁上の
薄膜中を流下する。 減圧は真空ポンプ29により維持される。管の
壁上の溶液の蒸発により放出された蒸気は、導管
18を通つて冷却コンデンサー30へと除去さ
れ、その凝縮物はバロメトリツクガード31によ
り除去される。 試薬類は、0.3バールの底圧水蒸気が供給され
る交換機32および33中で予熱される。この低
圧水蒸気はリボイラ3の導管34から得られる。 第3図において、蒸発器13中で部分的に濃縮
された溶液は、ポンプ15により交換器−ボイラ
3へと導びかれる。交換器−ボイラ3は反応ルー
プ中再循環されている溶液により加熱されてい
る。沸とう圧は、導管34によりボイラ3に連結
されている真空ポンプ35とクーラー36のアセ
ンブリーにより調整されている。クーラー36中
で凝縮された水蒸気はバロメトリツクガード37
により除去される。最終濃度に達した溶液は貯蔵
リザーバ38に回収され、ポンプ38′によりユ
ーザーへ送られる。 第4図に示されているように、3段階で減圧を
実施する場合、蒸発器13中で部分的に濃縮され
た溶液は導管15′を通してポンプ15により交
換器−ボイラ39へと導びかれる。この交換器−
ボイラ39は、導管40を通つて反応ループ1中
を再循環している溶液によつて加熱されている。
リボイラ39において、溶液は沸点へと加熱さ
れ、発生水蒸気は導管41を通して交換器−ボイ
ラ42の加熱コイルへとおくられ、そこで凝縮
し、凝縮物は清浄器41′を通して除去される。
ボイラ39中での圧力下に沸点に到達した溶液
は、導管43と膨張弁43′を通つてボイラ42
に導びかれる。このボイラは減圧下に操作される
ものであり、真空ポンプ44、クーラー45およ
びバロメトリツクガード45′のアセンブリによ
つて調整される。 溶液は加熱コイル中で放出された凝縮熱までボ
イラ42中で沸とうすることにより濃縮された
後、ポンプ46の吸引により引き抜かれ、導管4
7を通つて交換器−ボイラ3の最終濃度段階に送
られる。 装置たとえば第4図に示されている装置の操作
に関連する操作条件を、第表にまとめる。 第表の数値でもつて表わした実施例は、第4
図に示す装置に似た装置に於いて、54重量%硝酸
と気体アンモニアとから98重量%硝酸アンモニア
溶液を製造した例を示すものである。
【表】
ギー供給
このようにして、本発明方法によると、熱の外
部からの供給なしに、54%の初期硝酸濃度から95
%以上の最終硝酸アンモニウム濃度溶液を得るこ
とが可能となる。 本発明は上述の特定の装置に限定されるもので
はなく、本発明の範囲を越えることなしに上述の
実施例に多くの変更を施すことが可能であること
は明らかである。 たとえば、リボイラ42の圧力を導管14の圧
力よりも大であるように調整したならば、リボイ
ラ42で発生した水蒸気の少くとも一部を蒸発器
13を加熱するのに再使用することが可能であ
る。
このようにして、本発明方法によると、熱の外
部からの供給なしに、54%の初期硝酸濃度から95
%以上の最終硝酸アンモニウム濃度溶液を得るこ
とが可能となる。 本発明は上述の特定の装置に限定されるもので
はなく、本発明の範囲を越えることなしに上述の
実施例に多くの変更を施すことが可能であること
は明らかである。 たとえば、リボイラ42の圧力を導管14の圧
力よりも大であるように調整したならば、リボイ
ラ42で発生した水蒸気の少くとも一部を蒸発器
13を加熱するのに再使用することが可能であ
る。
第1図は、本発明方法を用い且つ反応ループを
含む硝酸アンモニウム製造用装置の説明図であ
る。第2図は、本発明方法を用い且つ内部循環タ
ンクを含む装置の説明図である。第3図は、反応
ループがリボイラを含む製造装置の説明図であ
る。第4図は、複動蒸発器をもつ製造装置の説明
図である。 1……反応ループ、2……管状反応器、3……
熱交換器、4……再循環ポンプ、5……膨張容
器、6……熱交換器、7……硝酸、8……気体状
アンモニア、12……セパレータ、13……蒸発
器、14……水蒸気、16……熱交換−蒸発器、
38……貯蔵リザーバ、39……交換器−ボイ
ラ、42……交換器−ボイラ。
含む硝酸アンモニウム製造用装置の説明図であ
る。第2図は、本発明方法を用い且つ内部循環タ
ンクを含む装置の説明図である。第3図は、反応
ループがリボイラを含む製造装置の説明図であ
る。第4図は、複動蒸発器をもつ製造装置の説明
図である。 1……反応ループ、2……管状反応器、3……
熱交換器、4……再循環ポンプ、5……膨張容
器、6……熱交換器、7……硝酸、8……気体状
アンモニア、12……セパレータ、13……蒸発
器、14……水蒸気、16……熱交換−蒸発器、
38……貯蔵リザーバ、39……交換器−ボイ
ラ、42……交換器−ボイラ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 必要ならば、硝酸アンモニウムの形成の間反
応循環系で循環が維持されかつ硝酸アンモニウム
水溶液の蒸気圧よりも高い圧力下とされる、水溶
液中のアンモニアによつて、硝酸を中和して、硝
酸アンモニウムを製造するに際して、硝酸アンモ
ニウム溶液を最終濃度にする1つ以上の蒸発器1
6が、反応領域1から得られる熱によつて再加熱
される蒸発装置の中、そこでの複膨脹によつて、
反応領域1からの回収硝酸アンモニウム溶液を濃
縮するため、少なくとも一部、中和反応から放た
れる熱を使用する硝酸アンモニウム製造方法にお
いて、 反応領域1から回収された溶液をセパレータ1
2に導入して第1の中間圧まで第1の断熱膨脹を
達成することによつて、蒸発装置中での中間再加
熱をすることなく、複膨脹による第1段階の濃縮
を達成し、その結果、蒸気と不完全に濃縮された
溶液とを生成し、その後、全ての不完全濃縮溶液
を、収集し、直後に第2の圧力に膨張させ、そし
て、蒸発器13に導入し、第1の膨脹のときに放
たれた加熱蒸気を利用して、前記溶液を濃縮する
ことを特徴とする硝酸アンモニウム製造方法。 2 セパレータ12中の前記硝酸アンモニウム溶
液の断熱膨脹によつて放たれた蒸気のすべてが蒸
発器13を再加熱するために使用される特許請求
の範囲第1項に記載の方法。 3 硝酸アンモニウム溶液を蒸発器16中で最終
濃度にするとき、利用される熱は、少なくとも一
部、熱運搬用の流体として溶液の再循環によつて
もたらされる特許請求の範囲第1項に記載の方
法。 4 熱交換器中の熱運搬用流体として、反応領域
1中で循環する溶液を利用して、低圧蒸気を生成
し、そして反応領域1から回収される溶液を、圧
を減じる多段階装置中で濃縮する方法であつて、
圧を減じる多段階装置中では、最終濃度での混合
物を生む蒸発器16が、前記反応領域1の熱交換
器3中で生み出された蒸気を少くとも部分的に利
用する特許請求の範囲第1項から第3項のいずれ
かに記載の方法。 5 第1の膨脹の直前、反応領域1から回収され
た溶液への、硝酸の適切な添加によつて、反応領
域1中に存在するアンモニアの僅かの超過分を中
和することを特徴とする特許請求の範囲第1項か
ら第4項のいずれかに記載の方法。 6 循環溶液の再循環の速度が、反応領域1中で
の温度上昇を制限するように調節されていること
を特徴とする特許請求の範囲第1項から第5項の
いずれかに記載の方法。 7 得られた硝酸アンモニウム水溶液の蒸気圧よ
り高い圧力のもとで循環している硝酸アンモニウ
ムの混合物を含む閉じた循環系中、65℃に予熱さ
れた気体状のアンモニアと硝酸とが導入される反
応領域1と、反応領域から回収された硝酸アンモ
ニウムの溶液が少なくとも1回の複膨脹にかけら
れる活性蒸発領域とを有する硝酸アンモニウム製
造装置であつて、 第1の中間圧までの第1の断熱膨脹を達成し
て、蒸気と不完全に濃縮された溶液とを生ずるセ
パレータ12と、中間の再加熱なしに第2の圧力
に不完全濃縮溶液を膨脹させるため、セパレータ
12の液体出口に連結した膨脹弁27と、前記膨
脹弁27の出口に連結した第1の入口と、セパレ
ータ12の蒸気出口に連結した第2の入口とを備
えたフイルム蒸発器13とを有し、蒸発器13
は、別の蒸発器16の少なくとも1つに向けて、
濃縮溶液を分配する出口15を有し、反応領域1
から得られる熱によつて加熱される第2の濃縮段
階を達成することを特徴とする装置。 8 反応循環系中の反応混合物の循環によつて得
られた付加的な熱の入力を受け、かつ、低圧蒸気
を生み出す蒸気発生器20と少なくとも1つのフ
イルム蒸発器16とを有し得るアセンブリの一部
を形成する、一続きの別の蒸発器39,16によ
つて第2の濃縮段階を達成する特許請求の範囲第
7項に記載の装置。 9 最終蒸発器16の予備的濃縮溶液の処理の前
に、硝酸アンモニウム溶液の95重量%の予備濃縮
を達成する、一対の等価な熱交換器/沸騰器3
9,42を有するアセンブリからなる特許請求の
範囲第8項に記載の装置。 10 反応領域1が、環状反応器2、熱交換器
3、及び循環ポンプ4から本質的になる反応循環
系によつて構成されている特許請求の範囲第7項
に記載の装置。
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