用于制备硝酸的方法和生产设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于根据权利要求1的前序制备硝酸的方法。本发明进一步涉及用于 制备硝酸的生产设备。
【背景技术】
[0002] 对于工业制备硝酸，一般是使用四级催化氨氧化方法（奥斯特瓦尔德方法）。在第 一步骤中，在一个反应器（此后也称为"氨燃烧器具"）中，在主要包括贵金属（例如铂-铑） 的网状催化剂存在下，使氨和氧反应，以形成一氧化氮和蒸汽：
[0004] 为了促进所追求的反应超过竞争反应，在反应器中，运行温度要尽可能的高，例如 900°C，该温度仅受贵金属网的稳定性和与此相关的贵金属的受到威胁的损失的限制。一般 地，为了保持反应混合物的可燃性并且使反应器出口温度处于控制下，并且为了提供用于 随后的氧化反应的另外的氧，采用了超化学计量的量的空气或氧。随后，在冷凝器中将反应 器排出物冷却至水凝结的温度。在这一情况下，一些一氧化氮与水和氧反应，以形成水性含 硝酸的溶液，该水性含硝酸的溶液还另外包含溶解形式的氮氧化物，特别是一氧化氮。并 未进入溶液的剩余气体混合物被进料至吸收塔（此后也称为"吸收柱"），在吸收塔中一些 气态一氧化氮被氧氧化，所述氧是以大气氧的形式、或以纯氧的形式提供的，以形成二氧化 氮、或其二聚体四氧化二氮，这些随后与水反应，以形成硝酸：
[0006] 在这一情况下，水通常逆流穿过吸收塔，以追溯气体流。在吸收塔的底部，硝酸聚 集在水性溶液中。将这一含硝酸的溶液，在其是在冷凝器中已形成的含硝酸的溶液时，带 离、泵送至吸收塔的顶部并且在那里喷洒，以使仍存在于该溶液中的亚硝气反应，以形成硝 酸。在很多情况下，还顺序地连接多个吸收塔，其中气体流、或带离的硝酸，逆流穿过该系列 的吸收塔。为了增加对亚硝气的吸收能力，将这一个或多个吸收塔中的气体升高至从1至 15巴（g)的更高的压力。在具有在从1至5巴的较低压力下运行的吸收柱的设备（低压和 中压设备）中，废气中的亚硝废气的分数非常高，这特别是由于在吸收柱中通常用作含氧 气体的空气中的低氧分压。虽然施加更高压力导致废气中的氮氧化物的残余含量减小，但 是它是与用于压缩的相当大地增加的成本以及相应地适用于更高压力的设备部件的设计 相关联的。
[0007] 因此为了增加该方法的效率，已经做出了尝试，以通过在不同位点引入另外的氧 来增加氧分压，并且由此减小废气中的亚硝气的分数。
[0008] 例如，EP0 799 794A1提出供应氧、或富氧气体至以上概述的方法中，以用于在 氨燃烧器具的下游但是在吸收柱的上游生产硝酸。
[0009] 根据US5 266 291B1和US5 360 603B1的传授内容，将富氧空气引入氨氧化 反应器中。可获得的过量的氧允许氨供应的增加，并且因此允许现有能力的增加；然而，通 过将水或惰性气体引入反应器的入口部分，系统的温度和可燃性必须同时保持在控制下。
[0010] EP1 013 604B1提出将额外的氧注入含硝酸的物料流中，用来在其中形成气泡 /液体混合物，该混合物具有气泡的精细分散，这些气泡具有小于约0. 1_的直径。其结果 是，实现了气体和液体混合物之间的大表面积，它的结果是，据说形成的硝酸中的污染物被 最小化，并且据说对系统中额外进料氧的需求减小了。
[0011] US4 235 858B1披露了用于硝酸生产的方法，其中使冷氧（T〈0°C)进入吸收塔。 在这一情况下，引入物继续向前进入吸收塔的气体室中。据说氧的低温促进根据（2)和（3) 的从一氧化氮产生二氧化氮或四氧化二氮，并且由此增加了硝酸生产的总量。
【发明内容】
[0012] 尽管此类改进，能够实现在硝酸生产开始时描述的方法的能力的进一步提高和方 法优化，这也是本发明的目标。
[0013] 这一目标是通过具有如权利要求1所述的特征的方法，以及还通过具有如权利要 求7所述的特征的用于制备硝酸的生产设备来实现的。本发明有利的实施例在从属权利要 求中说明。
[0014]因此，用于制备硝酸的根据本发明所述的方法其特征在于：将氧引入水性含硝酸 的溶液中，这引起冷凝器中氨燃烧的反应产物的凝结，和/或引起该吸收塔（或这些吸收 塔）中含氮氧化物气体的吸收，并且经由升流管道进料至该吸收塔的上部区，特别是顶部 空间（或这些吸收塔的顶部空间）。本发明源自以下基本概念：氮氧化物（基本上是一氧 化氮）还在含硝酸的溶液中以溶解形式存在。通过引入氧，这些氮氧化物与氧和水反应：
[0016]这一反应基本上以形成硝酸的方向继续，逆反应是可忽视的。因为更高压力促进 反应的气体起始材料，含硝酸的溶液在引入氧之前被"压缩"，也就是说，使其达到高于吸收 塔中的运行压力的压力。在最简单的情况下，在无论如何特别高的压力占优势的点，将用于 这一目标的氧进料至该系统中。为了这一目标，具体地，升流管道的大地测量学上的下部区 段是适合的，因为基于在含硝酸的溶液输送至吸收塔的顶部空间期间的流体静压力，与吸 收塔的运行压力相比，升高的压力已经占优势。因此，优选地，在每一情况下，在升流管道位 于该吸收塔的底部的高度或低于该高度的点将氧引入升流管道排出的上部区。然而，本发 明还包括那些实施例，其中在升流管道中或在由此分叉的旁通管中产生高压，特别是比与 升流管道中含硝酸的溶液的流体静压力对应的压力更高的压力。在本发明的上下文中，还 可想到的是，此外，在压力容器中相应地高压下，用氧分批处理含硝酸的溶液。在本发明的 上下文中，并不排除，此外，除了将氧引入含硝酸的溶液，在别处引入额外的氧，例如直接引 入吸收塔。
[0017] 证明是特别有利的，在氧的进料前，将含硝酸的溶液压缩至比引入含硝酸溶液的 吸收柱的运行压力更高（例如高至少1至2巴）的压力。这是有利的，特别是对于具有仅 1至5巴（g)的运行压力的低压力柱和中压力柱而言。优选地，在这些情况下，在氧的进料 前，使含硝酸的溶液达到优选至少4.5巴（g)的压力。通过对压力升高的另外测量，例如像 适当设计的输送器具，可以实现另外有利的压缩，例如压力达到5和15巴（g)之间的值。
[0018] 作为"氧"，优选是使用具有按体积计至少95%纯度的氧，但是也可以按空气的形 式或作为另一种含氧气体混合物，来进料氧。按气体形式，或另外按低温液化形式，将氧进 料至含硝酸的溶液，其中至少在后一种情况下，必须小心，以确保流动路径并不因为低温介 质的进料而结冰。可替代地，可以在将液体氧进料至含硝酸的溶液之前，将它汽化。这可以 在常规空气蒸发器中进行，或以其他方式利用液体氧的冷含量，例如用于氨燃烧的反应产 物的上述冷却。
[0019] 本发明的有利发展提供了，在低于环境温度的温度下，优选低于o°c的温度进料 氧，或含氧气体。在这一实施例中，本发明源自以下知识：在升流管道中、并且随后在吸收塔 中进行的放热反应步骤，温度越低，就进行得越快。通过进料冷的或低温的氧，反应混合物 的温度被降低，并且由此反应速度被加快。例如，根据本发明所要求的冷氧被储存在良好绝 热的罐设施和/或可以直接抽取自空气分离设备的氧产物流。因为在后一种情况下，这样 一个设备的氧已经以低温液体形式出现，所以用于冷却氧的复杂装置被省去了。达到这一 程度，在装置方面，特别有利地是将用于硝酸生产的器具与低温空气分离设备组合在一起。
[0020] 再次优选的本发明的实施例提出，在分配给对应的升流管道的旁通管中，一个子 流分叉自含硝酸的溶液，该子流被压缩并且富