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La présente invention concerne un procédé et un appareillage pour la fabrication du nitrate ammonique moyennant neutralisation diacide nitrique par de l'ammoniac.
Dans cette technique, il est courante actuellement, d'effectuer la réaction de neutralisation au sein d'une solution de nitrate ammonique déjà formé que l'on fait circuler, en circuit fermé, entre un compartiment de neutralisation proprement dit et un compartiment d'évaporation. On est ainsi à même de tirer parti de la chaleur de réaction dégagée, pour préconcentrer les solutions salines obtenues. Etant donné, toutefois, les températures élevées que les solutions salines peuvent atteindre aux fortes concentrations en nitrate, on s'expose à des pertes sensibles en azote si on
ne prend pas soin d'effectuer la neutralisation sous une pression plus élevée que l'évaporation et de travailler avec un écart de pression suffisant, pour empêcher l'ébullition tumultueuse du courant de liquide, en voie de
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moniac.
On connaît plusieurs procédés et appareils pour créer dans
le compartiment de neutralisation d'une installation de fabrication de nitrate ammonique, une pression supérieure à celle régnant dans le compartiment d'évaporation, afin de permettre, pratiquement sans perte d'azote, l'utilisation d'une partie de la chaleur de réaction pour la préconcentration des solutions salines.
Il est à remarquer, toutefois, que dans tous les procédés préconisés jusqu'à présent, seule la neutralisation est effectuée sous pression superatmosphérique, alors que l'évaporation a toujours lieu à la pression atmosphérique ou même sous vide. Or, grâce à l'emploi, dans la fabrication du nitrate ammonique, d'acide nitrique de degré relativement
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centrations couramment atteintes par les procédés actuels-de fabrication,
la chaleur de réaction de la neutralisation est en excédent par rapport a la chaleur que nécessite encore l'évaporation finale de l'eau contenue dans les solutions préconcentrées de nitrate quittant le saturateur, c.à.d. à la concentration totale de ces dernières. De plus, la vapeur émise suivant les procédés connus, ' la pression atmosphérique ou même réduite, se présente sous un potentiel énergétique trop faible, pour, d'une façon générale, être directement utilisable, soit à la concentration finale des solutions de nitrate, soit à d'autres buts industriels. En pratique, elle ne peut guère être utilisée que partiellement pour préchauffer les réactifs et cette utilisation imparfaite de la chaleur contenue encore dans la vapeur laisse déficitaire le bilan thermique de l'ensemble des opérations de neutralisation
et de concentration. '
Le procédé, objet de la présente invention a pour but, dans
la fabrication de nitrate ammonique sous forme de solutions concentrées et chaudes, de valoriser davantage encore la chaleur de réaction due à la neutralisation de l'acide nitrique par l'ammoniac, ainsi que la chaleur de
la vapeur d'appoint éventuellement injectée pour augmenter le débit de la circulation de la solution de nitrate ammonique entre les compartiments de neutralisation et d'évaporation. On y parvient en n'utilisant pas seule-
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accumulée sous pression par la chaleur de réaction, mais en mettant à profit, plus rationnellement, en outre, la chaleur contenue dans la vapeur résultant de cette évaporation et injection éventuelle� en captant cette vapeur dans des conditions telles que, sous un potentiel énergétique plus élevée elle soit mieux utilisable, industriellement, que dans les procédés connus, et cela, par ex. pour la concentration finale des solutions et/ou pour d'autres applications industrielles.
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ce qui n'avait pas encore été réalisé.. ni même proposé jusqu'à présent. Cette façon d'opérer présente, en effet, des avantages considérables, tant techniques qu'économiques, en fournissant directement et sans compression spéciale, de la vapeur sous pression et rendant positif, c.à.d. bénéficiaire au lieu de déficitaires, le bilan thermique des opérations accouplées
de neutralisation et de concentration finale.
Au point de vue constructif, on réalise le principe de l'invention en aménageant en tant que chaudière, fonctionnant sous pression, le compartiment d'évaporation, ou, le cas échéant, la combinaison des compartiments de neutralisation et d'évaporation constituant le saturateur.
La pression qui, grâce à cette disposition, s'établit dans le compartiment d'évaporation au-dessus du niveau de la solution de nitra-
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d'ébullition. Pour les concentrations pratiquement réalisables (de 70-85%) des solutions de nitrate dans l'évaporateur, cettepression peut facilement atteindre 3 à 6 ata et la vapeur obtenue sous une telle pression, est évidemment beaucoup plus intéressante, au point de vue .industriel, que la vapeur produite sous pression atmosphérique ou réduite.
Grâce à sa température élevée (entre 170 et 185,00). cette vapeur, légèrement surchauffée par rapport à son point de saturation, peut
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gent de chauffage, indirect ou directe et cela notamment pour la concentra� tion finale des solutions de nitrate ainsi qu'en'tant que matière première ou auxiliaire de certains procédés chimiques utilisant de la vapeur sous
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Suivant la concentration de l'acide mis en oeuvre et le degré auquel la préconcentration est poussée dans l'évaporateur du saturateur, la quantité de vapeur produite peut dépasser dans une mesure plus ou moins
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nitrate et laisser ainsi d'intéressantes disponibilités pour d'autres utilisations, ne se rattachant pas directement à la fabrication du nitrate ammonique même.
Si, pour les utilisations envisagées, une certaine contamination de la vapeur par des produits provenant de la réaction est sans importance, on peut même, en effectuant l'évaporation sous pression également, se dispenser d'avoir recours à deux compartiments nettement distincts de neutralisation et d'évaporation et se contenter de dispositifs assez rudimentaires pour provoquer dans le saturateur une circulation de la solution en circuit fermé. Cela est notamment le cas avec certains types de saturateurs dans lesquels les réactifs sont introduits à la base d'une importante colonne de liquide, agissant par pression hydrostatique.
Dans certains autres cas, par contre, il peut être préférable de ne pas employer la vapeur telle qu'elle sorte de l'évaporateur, parce qu'elle est susceptible de véhiculer. par entraînement, des' produits introduits ou formés dans le saturateur et d'occasionner ainsi des corrosions et/ou de contaminer les produits de fabrication consommant de la vapeur directe. Mais, eu égard à la pression.de régime assez élevée de 3 à 6 ata, sous laquelle cette vapeur est obtenue dans l'évaporateur, on peut, moyennant un échangeur, transformateur de vapeur, produire de la vapeur non contaminée, de.pression moindre, par ex. 2 à 5 ata, mais suffisante encore pour beaucoup d'applications.
En appliquant le principe de la pompe de chaleur, on peut, d'autre part, moyennant un surpresseur de vapeur éventuellement combiné avec un échangeur, transformateur de vapeur, produire aussi de la vapeur de pression et température encore plus élevée que celle directement obtenue dans l'évaporateur du saturateur et valoriser ainsi encore davantage l'excédent de la chaleur de réaction.
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de dissolution de l'acide nitrique, ainsi que de la vapeur éventuellement injectée, sous forme de vapeur sous pression et les diverses possibilités d'utilisation industrielle de cette dernière qui en dérivent, sont d'une application très générale. Moyennant aménagement du compartiment d'évaporation en chaudière sous pression, on peut, en effet, l'adapter indifféremment aux divers procédés et appareils connus de fabrication de nitrate ammonique effectuée à la neutralisation, sous une pression plus élevée qu'à l'évaporation, et travaillant avec un compartiment de neutralisation soit extérieur, soit partiellement ou totalement incorporé au compartiment d'évaporation. C'est dans ce dernier cas, c.à.d. dans les saturateurs à
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ment d'évaporation, que l'invention est particulièrement avantageuse aux points de vue tant constructif qu'opératoire.
Les schémas annexés et l'exemple ci-dessous, nullement limitatifs, illustrent la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention et diverses des possibilités de production de vapeur sous pression au dépens de la chaleur de réaction de la neutralisation de l'acide nitrique par l'ammoniac d'une part et d'utilisation de cette vapeur d'autre part.
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sous pression, de nitrate ammonique, avec utilisation directe d'une partie de la vapeur produite, pour la concentration finale des solutions préconcentrées et du reste pour d'autres buts (chauffage ou réactions chimiques),
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peur sous pression est évacuée par la conduite "E" et que la solution préconcentrée de nitrate est envoyée par la conduite "F" à la concentration <EMI ID=14.1>
partiellement refroidie elle peut encore servir p.ex. au préchauffage de l'a- cide et de l'ammoniac ou être envoyée dans un économiseur.
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est envoyée hors du système, où la vapeur peut.. soit être utilisée telle
quelle,!) sous sa pression initiale, dans des buts de chauffage ou comme réac-
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rée par la conduite "L" vers l'installation de réduction de pression où elle
est éliminée.
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amenée par la conduite "Q" est transformée en vapeur secondaire de pression
plus basse et qui est dirigée vers le réseau d'utilisation par la conduite
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envoyée par la conduite "T" à son utilisation ultérieure.
Suivant une autre variante de mise en oeuvre,, plus avantageuse� à certains points de vue., on peut aussi envoyer d'abord dans un
échangeur l'excédent de vapeur primaire sous pression, évacuée par "E" et
surcomprimer ensuite la vapeur secondaire produite dans cet échangeur.
Exemple.
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vapeur vive à 8 ata. On a retiré 5.900 kgs/heure de solution titrant 80%
poids de nitrate ammonique et on a produit 2.100 kgs/heure de vapeur sous
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vapeur général de l'usine.
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The present invention relates to a process and an apparatus for the manufacture of ammonium nitrate by neutralizing di-nitric acid with ammonia.
In this technique, it is currently common practice to carry out the neutralization reaction in a solution of ammonium nitrate already formed which is circulated, in a closed circuit, between a neutralization compartment proper and a compartment of evaporation. It is thus able to take advantage of the heat of reaction released, to preconcentrate the salt solutions obtained. Due, however, to the high temperatures that saline solutions can reach at high nitrate concentrations, one is exposed to significant nitrogen losses if one
does not take care to carry out the neutralization under a pressure higher than the evaporation and to work with a sufficient pressure differential, to prevent the tumultuous boiling of the liquid stream, in the process of
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moniac.
Several methods and apparatus are known for creating in
the neutralization compartment of an ammonium nitrate manufacturing plant, a pressure greater than that prevailing in the evaporation compartment, in order to allow, practically without loss of nitrogen, the use of part of the heat of reaction for the preconcentration of saline solutions.
It should be noted, however, that in all the processes recommended until now, only the neutralization is carried out under superatmospheric pressure, while the evaporation always takes place at atmospheric pressure or even under vacuum. Now, thanks to the use, in the manufacture of ammonium nitrate, of nitric acid of relatively
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centrations commonly achieved by current manufacturing processes,
the heat of reaction of neutralization is in excess of the heat still required by the final evaporation of the water contained in the preconcentrated solutions of nitrate leaving the saturator, i.e. to the total concentration of the latter. In addition, the vapor emitted according to the known processes, at atmospheric or even reduced pressure, has an energy potential that is too low to, in general, be directly usable, either at the final concentration of nitrate solutions, or for other industrial purposes. In practice, it can hardly be used more than partially to preheat the reagents and this imperfect use of the heat still contained in the steam leaves the heat balance of all the neutralization operations in deficit.
and concentration. '
The object of the method of the present invention is, in
the manufacture of ammonium nitrate in the form of concentrated and hot solutions, to further enhance the heat of reaction due to the neutralization of nitric acid by ammonia, as well as the heat of
the make-up vapor possibly injected to increase the flow rate of the circulation of the ammonium nitrate solution between the neutralization and evaporation compartments. This is achieved by not using alone-
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accumulated under pressure by the heat of reaction, but taking advantage, more rationally, in addition, of the heat contained in the steam resulting from this evaporation and possible injection � by capturing this vapor under conditions such that, under a higher energy potential, it is better usable, industrially, than in the known processes, and this, for example. for the final concentration of solutions and / or for other industrial applications.
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which had not yet been achieved .. nor even proposed until now. This way of operating presents, in fact, considerable advantages, both technical and economic, by supplying directly and without special compression, steam under pressure and making positive, ie. beneficiary instead of loss-making, the thermal balance of the coupled operations
neutralization and final concentration.
From a construction point of view, the principle of the invention is achieved by arranging as a boiler, operating under pressure, the evaporation compartment, or, where appropriate, the combination of the neutralization and evaporation compartments constituting the saturator .
The pressure which, thanks to this arrangement, is established in the evaporating compartment above the level of the nitra solution
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boiling point. For the practically achievable concentrations (70-85%) of the nitrate solutions in the evaporator, this pressure can easily reach 3 to 6 ata and the vapor obtained under such pressure is obviously much more advantageous from an industrial point of view. , that the vapor produced under atmospheric or reduced pressure.
Thanks to its high temperature (between 170 and 185.00). this vapor, slightly overheated compared to its saturation point, can
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gent of heating, indirect or direct and this in particular for the concentration � final tion of nitrate solutions as well as being a raw material or auxiliary of certain chemical processes using steam under
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Depending on the concentration of the acid used and the degree to which the preconcentration is pushed into the evaporator of the saturator, the quantity of vapor produced may exceed to a greater or lesser extent
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nitrate and thus leave good availability for other uses, not directly related to the manufacture of ammonium nitrate itself.
If, for the envisaged uses, a certain contamination of the vapor by products resulting from the reaction is unimportant, it is even possible, by carrying out the evaporation under pressure also, to dispense with having recourse to two clearly distinct neutralization compartments. and evaporation and be satisfied with fairly rudimentary devices to cause the solution in the saturator to circulate in a closed circuit. This is particularly the case with certain types of saturators in which the reagents are introduced at the base of a large column of liquid, acting by hydrostatic pressure.
In some other cases, on the other hand, it may be preferable not to use the steam as it leaves the evaporator, because it is likely to convey. by entrainment, products introduced or formed in the saturator and thus cause corrosions and / or contaminate the products of manufacture consuming direct steam. But, having regard to the fairly high operating pressure of 3 to 6 ata, under which this vapor is obtained in the evaporator, it is possible, by means of an exchanger, vapor transformer, to produce uncontaminated vapor, of pressure lesser, eg. 2 to 5 ata, but still sufficient for many applications.
By applying the principle of the heat pump, we can, on the other hand, by means of a steam booster possibly combined with an exchanger, steam transformer, also produce steam of pressure and temperature even higher than that directly obtained in the evaporator of the saturator and thus further recover the excess heat of reaction.
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for dissolving nitric acid, as well as any steam injected, in the form of pressurized steam and the various possibilities of industrial use of the latter which derive therefrom, are of very general application. By fitting out the evaporation compartment as a pressurized boiler, it can in fact be adapted indifferently to the various known methods and apparatuses for the manufacture of ammonium nitrate carried out at neutralization, under a higher pressure than at evaporation, and working with a neutralization compartment either external, or partially or totally incorporated in the evaporation compartment. It is in the latter case, i.e. in saturators at
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ment of evaporation, that the invention is particularly advantageous from both the constructive and operational points of view.
The appended diagrams and the example below, which are in no way limiting, illustrate the implementation of the process according to the invention and various possibilities for producing pressurized steam at the expense of the heat of reaction of the neutralization of nitric acid. by ammonia on the one hand and use of this vapor on the other hand.
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under pressure, of ammonium nitrate, with direct use of part of the vapor produced, for the final concentration of the preconcentrated solutions and the rest for other purposes (heating or chemical reactions),
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fear under pressure is discharged through line "E" and the preconcentrated nitrate solution is sent through line "F" at the concentration <EMI ID = 14.1>
partially cooled, it can still be used, for example, for preheating acid and ammonia or be sent to an economizer.
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is sent out of the system, where the steam can .. either be used as
which,!) under its initial pressure, for heating purposes or as a reaction
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through line "L" to the pressure reduction installation where it
is eliminated.
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supplied by line "Q" is transformed into secondary pressure steam
lower and which is directed towards the network of use by the pipe
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sent by the "T" line for later use.
According to another variant of implementation, more advantageous � in some respects, one can also send first in a
exchanger the excess primary steam under pressure, discharged through "E" and
then supercompress the secondary vapor produced in this exchanger.
Example.
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live steam at 8 ata. 5,900 kgs / hour of solution titrating 80% were removed
weight of ammonium nitrate and 2.100 kgs / hour of steam were produced under
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general steam plant.