在热反应器中合成氮氧化物和硝酸的方法与流程

本公开涉及氮氧化物(nox)的生产，且尤其涉及no、no2和hno3的生产。

背景技术：

1、氮氧化物(nox)通常用于生产硝酸，硝酸用于生产肥料的主要成分硝酸铵，用于生产炸药，作为溶剂和用于其他化学工艺，以及用于漂白和灭菌。氮是植物的关键元素，并且因此是肥料中最重要的营养素之一。在上个世纪，已经从大气氮中生产了含氮肥料，主要是通过哈伯-博施法(haber-bosch process)从源于化石基蒸汽重整的氢和分子氮生产氨，然后通过奥斯特瓦尔德法(ostwald process)通过氨的氧化生产硝酸。然后，硝酸被用作例如用于生产硝酸盐肥料的来源。

2、替代地，可以通过1903年发明的伯克兰-艾德法(birkeland-eyde process)通过固氮来生产硝酸。在电弧的帮助下，进行大气氮到no的热氧化，并且当气体在氧存在下冷却时，no自发地转化为no2。随后将no2用水洗涤并从而将其转化为硝酸。然而，氮气的热氧化对能源的要求很高，并因此哈伯-博施法和奥斯特瓦尔德法成为商业上用于从空气中固氮和生产硝酸的主要工艺。

3、由于蒸汽重整以及哈伯-博施法与奥斯特瓦尔德法结合排放温室气体(co2、no、n2o)，因此氮的热氧化又作为感兴趣的选项回归。然而，由于伯克兰-艾德法的高能源需求，特别是在能源效率方面还需要改进。

技术实现思路

1、一个目标是提供一种基本上碳中和且工业上可行的方法，所述方法是相较于以前的热氧化方法更为节能的用于生产氮氧化物(nox)以及硝酸(hno3)的路线。

2、因此，作为本公开的第一方面，提供了一种用于合成氮氧化物(nox)的方法，包括以下步骤：

3、-提供包括氧和氮的气体混合物；以及

4、-在热反应器中，在10-100bar的压力下加热所述气体混合物到至少2300k的温度，形成包括nox的气体混合物。

5、作为本公开的第二个方面，还提供了一种用于合成硝酸(hno3)的方法，包括以下步骤：

6、-提供包括氧和氮的气体混合物；

7、-在热反应器中，在10-100bar的压力下加热所述气体混合物到至少2300k的温度，形成包括nox的气体混合物；

8、-在冷却步骤中冷却所述气体混合物，形成包括no2的冷却气体混合物，其中，所述冷却步骤包括急冷所述包括nox的气体混合物；

9、-任选地，使所述包括no2的冷却气体混合物减压；

10、-湿法洗涤所述包括no2的气体混合物形成hno3；和

11、-任选地，将未反应的废气从所述湿法洗涤中再循环到所述热反应器中。

12、温度和压力的组合降低了由氧和氮气形成nox的能耗。本发明人已经发现，通过施加10-100bar的压力和大于2300k的温度，对减少形成nox所需的能量存在显著的效应。

13、一般来说，权利要求中使用的所有术语应根据其在技术领域中的普通含义进行解释，除非本文明确地另行定义。所有提到“一个/一种/所述元素、装置、组件、手段、步骤等”的地方都应公开解释为指所述元素、装置、组件、手段、步骤等的至少一个实例，除非另有明确说明。除非明确指出，否则本文所公开的方法步骤不一定要按照所公开的确切顺序执行。

技术特征：

1.一种用于合成氮氧化物(nox)的方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述热反应器是等离子体反应器。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述包括氧和氮的气体混合物具有的氧含量为25-60％(vol/vol)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述热反应器是通过用射频波或微波加热所述包括氧和氮的气体混合物来操作的。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述急冷是通过使气体混合物与急冷介质接触来进行的，所述急冷介质是水或包括氧和氮的气体混合物，其中，所述气体混合物优选地包括从所述冷却步骤中再循环的氧、氮和no，和/或有意从所述热反应器周围旁通的氧和氮。

7.根据权利要求5或6所述的方法，进一步包括使所述包括no2的冷却气体混合物减压的步骤。

8.根据权利要求5-7中任一项所述的方法，进一步包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的方法，其中，能量提取的至少一部分是在涡轮系统中进行的，其中，所述涡轮系统优选包括冷却器或冷凝器。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，能量提取的至少一部分是通过将所述气体混合物引入热交换器中进行的，其中，所述热交换器优选产生能够在汽轮机中回收的蒸汽。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括湿法洗涤所述包括no2的气体混合物从而形成硝酸(hno3)的步骤。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，未反应的废气从所述湿法洗涤中再循环到所述热反应器。

13.一种用于合成硝酸(hno3)的方法，包括以下步骤：

14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在15-70bar的压力下加热所述包括氧和氮的气体混合物到至少2300k的温度。

技术总结
提供了用于合成氮氧化物(NOx)的方法，包括以下步骤：提供包括氧和氮的气体混合物；以及在热反应器中在10‑100bar的压力下加热气体混合物到至少2300K的温度，形成包括NOx的气体混合物。还提供了用于生产HNO3的方法。

技术研发人员：古斯塔夫·福斯贝里,彼得·贝灵,杰勒德·雅克布斯·范·罗伊
受保护的技术使用者：奈乔卡普特公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13