NL7907422A - Werkwijze voor het bereiden van salpeterzuur. - Google Patents

Description

%.

YO 8k25_____________________________________ .

Werkwijze voor het bereiden van salpeterzuur.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het bereiden van salpeterzuur met een concentratie van 50-65 gew.$ door compressie en absorptie van gekoelde, stikstofoxydebevattende, onder druk staande en van een ammoniakverbranding afkomstige reaktiegassen 5 in--water. Het volgens de onderhavige werkwijze bereide salpeterzuur is in het bijzonder geschikt voor verdere verwerking tot bemestings-middelen.

Bij de werkwijze van bovengenoemde soort voor het bereiden van salpeterzuur is vereist, dat ongewenste reakties van de niet onschade-10 lijke reaktiecomponenten in hoge mate worden voorkomen, resp. ongewenste nevenprodukten zoveel mogelijk zonder schade worden af gevoerd en voor het overige de investeringen aan materiaal en energie draagt resp. zichzelf compenserend worden gehouden.

Yoor de bereiding van salpeterzuur uit reaktiegassen, die van 15 een ammoniakverbranding afkomstig zijn, zijn onder de naam "tweedruk-inrichtingen” inrichtingen bekend, waarbij de verbranding bij ongeveer 2-7 bar absoluut en de absorptie bij ongeveer 8-20 bar absoluut verloopt. Deze tweedrukinrichtingen onderscheiden zich enerzijds dtfor een hoge NH3-opbrengst, geringe platinaverliezen en langere bedrijfsperioden 20 bij de verbranding en anderzijds door een hoge oxydatiegraad en een gering reaktievolume bij de absorptie. Tweedrukinrichtingen hebben echter Voor het verhogen van de druk van de verbrandingsgassen een tus— sengeschakelde gascompressor nodig. Het van de ammoniakverbranding afkomstige hete reaktiegas wordt op bekende wijze door middel van warmte-25 uitwisselaars voor stoomproduktie, ten behoeve van de opwarming van het restgas en met behulp van waterkoelers tot ongeveer 50°C afgekoeld en vervolgens naar de zuighuis van de gascompressor geleid.

In de gascompressor vindt de drukverhoging plaats tot op de voor de daaropvolgende absorptie gekozen» bedrijfsdruk. Hoewel dergelijke 30 tweedrukinrichtingen in vele toepassingsgevallen de economisch beste oplossing voorstellen, vormen toch veiligheidsproblemen een beswaar.

Tengevolge van chemische nevenreafctles .van niet verbrand ammoniak uit 730 74 22 •ί - 'ψ . * - 2 de ammoniakverbranding met stikstofoxyden worden bijv. ammonzouten in het reaktiegas gevormd. Deze ammonzouten zetten zich in hoofdzaak af in de zuigleiding naar de gascompressor en in de gascompressor en leiden daar onder andere tot een verhoogde behoefte aan aandri jfirermogen.

5 Zou dit nog als onvermijdelijk geaccepteerd kunnen worden, betekenen deze afzettingen bovendien een verhoogd veiligheidsrisico vanwege explosiegevaar.

Bij een alleszins mogelijke explosieachtige ontleding van het ammoniumnitraat, bij afzettingen van ammoniumnitriet, die tijdens de 10 aanloopperiode kunnen ontstaan, is het gevaar nog veel groter, kan een volledige verwoesting van de compressor en daarmee verbonden verdere onderdelen van de apparatuur, resp. zelfs verwonding van het bedrijfs— personeel optreden.

Omdat men geen middel ter verhindering van dergelijke afzet-15 tingen heeft kunnen vinden, worden maatregelen getroffen om deze afzettingen te verwijderen. De gascompressor wordt voorzien van inrichtingen, waarmee water, voortdurend of met':tussenpozen kan worden ingesproeid. Hoewel de afzettingen, gemakkelij'k in water oplossen, kan vanwege de plaatselijk begrensde waterinsproeiing geen volledige 20 verwijdering van alle afzettingen in het ruimtelijk gecompliceerde .compressorhuis worden gerealiseerd. Ook is de waterinsproeiing niet geheel zonder problemen, maar kan tot erosies in de gaskanalen, tem-peratuurbarsten aan het huis en een voortijdige vorming van salpeter- -zuur leiden, die bij de in de volgende compr es sort rappen optredende 25 verdamping corrosiebeschadigingen veroorzaakt.

Doel van de uitvinding is om de afzetting van ammoniumz out en in de HO-gascompressor en de daarmede verbonden bedrijfsonveiligheid te vermijden.

Dit doel wordt volgens de uitvinding gerealiseerd, doordat 30 de gekoelde reaktiegassen, die van een ammoniakverbranding afkastig zijn, aan een eerste absorptietrap worden toegevoerd, de druk van de afvoergassen uit de eerste absorptietrap met een faktor van tenminste 1,8 wordt verhoogd, de gecomprimeerde afvoergassen aan een tweede ab— sorptietrap in de hoge druk absorptiekolom worden toegevoerd, na afkoe— 35 ling door warmteuitwisseling met het restgas uit de tweede absorptie- 790 74 22 . 3 trap, het bodenprodukt uit de eerste absorptietrap aan zuurontgassing wordt toegvoerd enh het zuur condensaat uit de laatste koeling van de reaktiegassen tezamen met het totale of gedeeltelijke bodemprodukt uit de tweede absorptietrap aan de eerste absorptietrap als kopprodukt 5 wordt toegevoerd.

De met de uitvinding bereikte voordelen bestaan in het bijzonder hierin, dat in het reaktiegas uit de ammoniakverbranding aanwezige ammoniumnitriet en ammoniumnitraat reeds in de voor de NO-gascompressor geschakelde eerste absorptietrap door het ruwe zuur worden uitgewassen. ^ Het in de NO-gascompressor stromende reaktiegas is vrij van ammonium- nitriet en -nitraat. De gevreesde afzettingen in de meertraps NO-gas-compressor worden niet gevormd.

Bovendien wordt nog een speciaal energetisch voordeel gerealiseerd. De in het ruwe zuur opgeloste stikstofoxiden worden niet meer 15 over de NO-compressor geleid, waardoor een vermindering van het aandrijf- vermogen wordt gerealiseerd.

Door de gedeeltelijke-absorptie van de stikstofoxiden in de eerste absorptietrap en de afkoeling daar van de gassen en de daarmee verbonden verdere waterafname, wordt de hoeveelheid NO-gas tot op 20 92% van de uitgangshoeveelheid verminderd, wat een verdere afname van het vereiste aandrijfvermogen van de N0-compressor tengevolge heeft.

Het vereiste aandrijfvermogen van de NO-compressor kan bijv. rekening houdend met alle veranderingen, echter bij constante verhoudingen na de luchtcompressor en voor de restgasturbine met 15$ teruglopen.

25 Het lagere dauwpunt van het NO-gas na de compressor bewerkt een vermindering van de zuurcorrosie in het appar^uurgedeëlte tussen de NO-compressor en de tweede absorptietrap. Door de dauwpuntverschuiving wordt een benutting van de voelbare warmte via de restgavoorverwarming tot lagere NO-gastemperaturen mogelijk. Omdat de hoeveelheid NO-gas na 30 de compressor en de hoeveelheid restgas nagenoeg even groot zi'jn, is in vergelijking met een gebruikelijke inrichting verdere afkoeling van het NO-gas door middel van een extra gaskoeler niet noodzakelijk., alsook niet een voorverwarming van het restgas door middel van de secondaire lucht.

35 Sen uitvoeringsvoorbeeld van de uitvinding is in figuur 1 weer— 790 74 22 - * k δ gegeven en wordt hier..nader toegelicht.

De lucht uit luchtcompressor 1 met een druk van 5,7 bar wordt in telkens een primaire luchtstroom en een secondaire luchtstroom verdeeld. Aan de primaire lucht wordt ammoniak bijgemengd en dit mengsel 5 wordt in verbrandingsreaktor 2 bij aanwezigheid van platina-rhodium-netten tot HO-houdend gas verbrand. De voelbare warmteinhoud van het UO-houdende gas wordt in hoge mate. benut voor het opwekken van stoom en -verwarming van het restgas in de warmteuitwisselaarsectie 3. De verdere afkoeling van het NO-houdende gas vindt vervolgens plaats in de van 10 koelwater voorziene 'gaskoeler U, waarin tegelijkertijd de aikoellucht van de zuurontgassing wordt geleid. In de gaskoeler U wordt door daling van de temperatuur beneden de dauwpunttemperatuur van het gas zuurcondensaat vèrkregen. Op zijn verdere weg naar de omzetting in salpeterzuur komt het afgekoelde ITO-houdende gas in de eerste absorptie- 1-5 trap, de middendrukabsorptiekolom 5 en door-stroomt deze op bekende wijze.

Het grootste gedeelte van de stikstofoxiden in het restgas wordt geabsorbeerd, ammoniumnitraat en -nitriet worden uitgewassen en het gas aan HO-gascompressor 6 toegevoerd, waar het tot ongeveer 20 12 bar wordt verdicht.

Het de NO-gascompressor verlatende, tengevolge van de compres-siewarmte hete gas wordt in de restgasvoorverwarmer 7 afgekoeld, voordat het in de tweede absorptietrap, de hoge druk absorptiekolom 8 komt. Hier vindt in tegenstroom met van boven naar beneden stromende 25 proceswater de absorptie van de stikstofoxyden tot aan het toelaatbare ..... NQ -gehalte in het restgas plaats·, welk restgas de hoge druk absorptie-

A

kolom aan de bovenzijde verlaat en in de restgasvoorverwarmer 7 wordt opgewarmd.· Het uit hoge druk absorptiekolom 8 vloeiende produkt wordt samen met het zuurcondensaat uit gaskoëler k aan middendrukabsorptie— 30 kolom 5 toegevoerd.

Uit middendrukabsorptiekolom 5 wordt als produkt ruw zuur afgevoerd, dat in de zuurontgasser 9 door middel van de. aan de onderzijde toegevoerde secondaire lucht tot op produktkwaliteit wordt gezuiverd. Aan de secondaire lucht werd in de luchtkoeler 12.de compres— 35 siewarmte getrokken. De afvoerlucht uit de zuur ont gasser wordt zoals 79 0 7 4 22 '5 vermeld in de gaskoeler U geleid resp. voor de gaskoeler aan de H0-houdende gasstroom toegevoerd.

Het in de restgasvoorverwarmer en in de warmteuitvisselaarsec-tie 3 opgewarmde restgas verlaat via restgasturbine 10 als afvoergas 5 met ΪΓΟ-concentraties beneden de toelaatbare emissiewaarde de inrichting via een schoorsteen.

Luchtcompressor 1, restgasturbine 10, HO-gascompressor 6 en stoomturbine 11 zijn gewoonlijk tot een set machines samengevoegd.

Omdat de st-oombehoefte van de stoomturbine kleiner is dan de in de 10 warmteuitwisselaarsectie gewonnen hoeveelheid stoom, kan de meerproduk-tie worden afgegeven en verschijnt deze derhalve als creditering in de produktcalculatie.

Het volgende getallenvoorbeeld toont de gegevens van een sal-peterzuurinrichting volgens de cn-derhavige werkwij ze in vergelijking 15 met de gegevens van een inrichting volgens de gebruikelijke werkwijze. Voorbeeld

Inrichting voor het bereiden van 6k7 tato HH03-100$ in de vorm van 60 gev.% zuur.

Randvoorwaarden: lucht : 101,325 kPa, 20°C, 70$ relatieve vochtigheid; 20 koelwater: 2k-3h°C; restgas:150 dpm HO Stoomvorming: ^0 bar, ^00°C

Aandrijving van de turboset: restgasturbine en stoomturbine · geval a): werkwijze volgens de uitvinding, zie figuur 1 geval b): gebruikelijke werkwijze, zie figuur 2.

25 Onderstaand worden alleen de in beide gevallen van elkaar af wijkende grootheden vermeld, de verhoudingen aan de luchtcompressor en aan de restgasturbine zijn hij heide procesverlopen identiek.

79074 22 a ' ' ..6 ‘ ...... · 8

Grootheid dim. . geval .a) . . geval .¾) druk na de luchtcompressor har 5,69 5,69 druk voor de NO-compressor har 5 »10 5*25 druk na de N.O-compressor har 11 »70 11 ,82 ^ druk voor de RG-turhine har 10,99 10,99 temperatuur voor de NO-compressor Q°C U0 63 molstroom door de NQ-compressor kmol/h. 390^· b2J2 gevonden vermogen van de compressor kW 3386 3860 vermogen van de stoomturbine 10 (aandrijfmachine) kW ^651 5125 stoomverbruik van de stoomturbine kg/h 19069 21013· stoomexport van de salpeterzuur— . inrichting kg/h 12.103. 10159 dauwpunt van het EfO-gas na de ^ NO-compressor zonder insproeiing 0°C 36 55 met insproeiing 0°C - 65 aantal absorptiekolommen - 2 1 volume van de totale absorptie m · 363+507 670 2 warmteuitwis s elings oppervlak m 1203 1525 2Q . Aan de hand van de tabel is duidelijk, dat de investeringskos ten van de salpeterzuurinrichtingen in heide gevallen ongeveer gelijk waren, terwijl de energiebehoefte van de inrichting in geval a] aanzienlijk verminderd was. Hierbij werd met een vermindering van het rendement bij de NO-compressor in de gebruikelijke inrichting door afzet-2^ tingen tijdens bedrijf geen rekening gehouden.

790 74 22

Claims (1)

1. -τ - Werkwijze voor het bereiden van salpeterzuur, in het hijzoxider voor verdere verwerking tot bemestingsmiddel, met een concentratie van 50-65# door compressie' en absorptie van gekoelde, stikstofoxydehoudende 5 onder druk staande en van een ammoniakverbranding afkomstige reaktie- gassen in water, met het kenmerk, dat a) de gekoelde reaktiegassen aan een eerste absorptietrap in een mid-dendrukabsorpti'ekolom (5) worden toegevoerd, 1 b) de druk van de afvoergassen uit de eerste absorptietrap met een 10 faktsor van tenminste 1,8 wordt verhoogd, c) de gecomprimeerde afvoergassen aan een tweede absorptietrap in een hoge druk absorptiékolom 8 worden toegevoerd, na afkoeling door warmte uitwisseling met het restgas uit de tweede absorptietrap, d) het bodemprodukt uit de eerste absoiptietrap aan een zuurontgassing 15 wordt toegevoerd, en e) het zuur condens aat uit de laatste koeling van de reaktiegassen tezamen met het totale of gedeeltelijke bodemprodukt uit de tweede absorptietrap als kopprodukt aan de eerste absoirptietrap wordt toegevoerd. 20 790 7 4 22