RS56478B1 - Integrisani postupak za dobijanje amonijum nitrata - Google Patents

Description

OBLAST TEHNIKE PRONALASKA

Ovaj pronalazak se odnosi na postupak za dobijanje amonijum nitrata tako što spaja proizvodnju azotne kiseline sa proizvodnjom amonijum nitrata.

STANJE TEHNIKE

WO 2012/071616 otkriva integrisani postupak za dobijanje amonijum nitrata u kome se:

a) gasna smeša koja ulazi u oksidator sastoji najmanje od amonijaka i vodene pare i taj oksidacioni gas se izlaže uslovima pri kojima amonijak oksidiše i daje reakcionu smešu koja sadrži azot monoksid i vodenu paru,

b) ta reakciona smeša hladi u izmenjivaču toplote pri čemu azot monoksid oksidiše, a vodena para se kondenzuje i proizvodi te oksidacije azot monoksida reaguju sa kondenzovanom vodom koja ih apsorbuje, čime se dobija struja azotne kiseline i c) struja azotne kiseline se dovede u reakciju sa strujom amonijaka da se dobije amonijum nitrat.

Kao što je otkriveno u WO 2012/071616, amonijak se u mlazevima dodaje azotnoj kiselini i amonijum nitratu da se dobiju faze. Takođe, u jednoj realizaciji otkrivenog procesa, vodena para koja se dobija prilikom koncentrovanja rastvora amonijum nitrata u fazu kojom se dobija amonijum nitrat prebacuje se u fazu kojom se dobija azotna kiselina radi dobijanja bar jednog dela pare kao komponente smeše koja ulazi u oksidator radi dobijanja jednog dela vodene ili komponente vodene pare početne smeše od koje se dobija smeša za oksidator. Kao što je kasnije otkriveno u jednoj realizaciji, u amonijum nitrat produkujuću fazu može se dodati amonijum u malom višku (da bi se smanjila korozija uparivača i parcijalni pritisak azotne kiseline u prostoru za pare u uparivaču) i, posledično, u fazu za dobijanje azotne kiseline, mogla bi se sa vodenom parom dodati mala količina amonijaka (znatno manja od 10% amonijačne komponente smeše koja se ubacuje u oksidator).

Sadašnji pronalazači su utvrdili da se veličina reaktora za amonijum nitrat može smanjiti ako se amonijak doda u značajnom višku u amonijum nitrat produkujuću fazu (tj., najmanje 10%), što može biti zahtev u pogledu preciznosti mešanja tokom kompletne reakcije azotne kiseline. Takođe je utvrđeno da se amonijak u značajnom višku može dodati iz amonijum nitrat produkujuće faze u fazu produkcije azotne kiseline u vodenoj pari koja sadrži u suštini ukupnu količinu potrebnu za fazu produkcije azotne kiseline.

Kao što je još otkriveno u WO 2012/071616, oksidacioni gasni konstituent u oksidatorskoj smeši sadrži gas u kome ima više od oko 80% kiseonika. Međutim, sadašnji pronalazači su utvrdili da taj oksidacioni gas može da sadrži vazduh ili neku drugu mešavinu oksidacionog gasa koja sadrži manje od 80% kiseonika; ako se uzme da će reakciono-apsorpciona količina biti znatno veća, to će se kompenzovati manjim troškovi primene oksidacionog gasa sa manjim udelom kiseonika.

KRATAK PRIKAZ PRONALASKA

Sadašnji pronalazak se može definisati kao postupak za dobijanje amonijum nitrata u kome:

a) se gasna oksidatorska mešavina koja se sastoji najmanje od pretežno amonijaka, vodene pare i oksidacionog gasa koji sadrži kiseonik izlaže uslovima pod kojima se amonijak oksidiše i daje reakcionu smešu koja uključuje azot monoksid i vodenu paru,

b) ta reakciona smeša se hladi u izmenjivaču toplote gde se azot monoksid oksidiše, vodena para kondenzuje, a produkti oksidacije azot monoksida reaguju sa kondenzovanom vodom i bivaju apsorbovani u nju, čime se dobija struja azotne kiseline gde je skoro sav azot monoksid iz reakcione smeše pretvoren u azotnu kiselinu,

c) struja azotne kiseline reaguje sa strujom amonijaka u amonijum nitrat produkujućoj fazi čine se dobija amonijum nitrat,

d) se najmanje 80% vodene pare u oksidatorskoj smeši dobija u amonijum nitrat produkujućoj fazi i

e) se najmanje 10% amonijaka u oksidatorskoj smeši dobija od vodene pare koja ga nosi iz amonijum nitrat produkujuće faze.

Predmetni pronalazak se još može definisati kao dobijanje amonijum nitrata (u bilo kojem od njegovih različitih mogućih oblika) kada se primeni gore opisani postupak.

Izraz „oksidacioni gas“, kako se koristi u gornjoj i potonjim definicijama pronalaska, treba razumeti tako da on uključuje vazduh ili neku drugu oksidacioni gasnu smešu ili, što je poželjno, kao gas koji sadrži više od oko 80%, a najpoželjnije je da sadrži više od 95% kiseonika.

Takođe, izraz „u suštini sav“ azot monoksid iz gornje i potonjih definicija pronalaska označava količinu azot monoksida koja je veća od 90%, poželjno veća od 95%, a najpoželjnije količina što je moguće bliža 100% količine prisutne u reakcionoj smeši. Kada dođe do konverzije u izmenjivaču toplote koja je na nivou nižem od najpoželjnijeg nivoa, reakciono-apsorpcioni postupak se može nastaviti u narednom reaktoru-apsorberu ili cevi, uz izmenjivanje toplote ili bez njega. Prema tome, konverzija blizu 100% u izmenjivaču toplote nije neophodna zato što se postupak reakcije-apsorpcije može nastaviti, osim u izmenjivaču toplote, u narednom adijabatskom reaktoru-apsorberu, mada u ograničenom stepenu. To jest, poznato je da su više temperature pogubne za konverziju i apsorpciju azot monoksida i da, u meri u kojoj se potonja reakcija-apsorpcija odvija adijabatski, može doći do značajnog porasta temperature u reakcionoj struji. Na primer, ako se ide sa adijabatskom konverzijom azot monoksida sa 99% na 100%, to bi podrazumevalo porast temperature reda veličina 2,5 ºC, dok bi porast temperature za konverziju sa 90% na 100% bio za 24 ºC.

Takođe, izraz „koncentracija“ koji se koristi u ovom opisu, treba razumeti kao:

u kontekstu vodenih rastvora – procenat čistog konstituenta (npr., amonijum nitrata ili azotne kiseline) u rastvoru sračunato na w/w bazu,

a u kontekstu gasnih mešavina – procenat čiste komponente (npr., kiseonika) u smešu sračunato na v/v bazu.

Struja koji se dobije u amonijum nitrat produkujućoj fazi sadrži između 80% i 100% komponente vodene pare iz gasne oksidatorske smeše, a najpoželjnije je da sadrži oko 100% komponente vodene pare iz gasne oksidatorske smeše. Kada se dobije manje od 100% vodene pare iz amonijum nitrat produkujuće faze, ostatak potrebne količine pare dobiće se iz nekog drugog izvora.

Dok udeo amonijaka dobijenog u amonijum nitrat produkujućoj fazi može biti na nivou od 10%, on će poželjno biti znatno veći, čak može da se sadrži u količini od 80% u gasnoj oksidatorskoj mešavini, a ostatak potrebnog amonijaka se dobija iz spoljašnjeg izvora amonijaka. Međutim, amonijak dobijen iz amonijum nitrat produkujuće faze poželjno je da sadrži 80% do 100% amonijačne komponente u gasnoj oksidatorskoj smeši, a najpoželjnije je da sadrži oko 100% amonijačne komponente u gasnoj oksidatorskoj smeši. U ovom poslednjem slučaju, kao što će biti kasnije opisano u ovom opisu, amonijak će se dodavati u amonijum nitrat produkujuću fazu iz spoljašnjeg izvora u količini koja je približno jednaka ukupnoj količini koja će se potrošiti u amonijum nitrat i produkujućoj fazi azotne kiseline. To će biti nešto više od dvostruke količine koja će se potrošiti u amonijum nitrat produkujućoj fazi.

Azotna kiselina dobijena gore definisanim procesom biće po prirodi stvari razblažena. Ta azotna kiselina imaće, na primer, koncentraciju od reda veličina 20% do 50% u zavisnosti od količine vode koja se nalazi u reakcionoj smeši, kao i od sastava oksidacionog gasa. Posledično, u ovom slučaju, amonijum nitrat dobijen početnom reakcijom razblažene azotne kiseline i amonijaka u amonijum nitrat produkujućoj fazi takođe će predstavljati relativno malu težinsku frakciju (npr., reda veličina 30% do 60%) u struji produkta reakcije (koja može biti dvofazna), ali rastvor amonijum nitrata u dobijenoj tečnoj fazi može se koncentrovati (npr., do nivoa od 75% do 85%) dodavanjem toplote (koja se može dobiti u fazi produkcije azotne kiseline kao što je opisano u nastavku) da bi se osušio višak vode.

Toplota za koncentrovanje rastvora amonijum nitrata u gore navedenoj struji kao produktu reakcije može se preneti u amonijum nitrat produkujuću fazu direktnom izmenjivanjem toplote između reakcione smeše (koja se dobija oksidacijom amonijaka u fazi dobijanja azotne kiseline) i dvofaznog proizvoda reakcije (struje) ili indirektnim izmenjivanjem toplote između ove dve faze koristeći posredničku spajajuću petlju medijuma za razmenu toplote kao što je voda ili vodena para/voda. Ova toplota se može još dobiti iz toplote reakcije amonijaka i azotne kiseline, odnosno, iz spoljašnjeg izvora.

U jednoj realizaciji predmetnog pronalaska, vodena para i amonijak za oksidatorsku smešu dobijaju se iz faznog separatora povezanog sa uparivačem rastvora amonijum nitrata u amonijum nitrat produkujućoj fazi. Odvajanje tečne i parne faze može se vršiti uz pomoć separatora na bilo koji od raznih mogućih načina uključujući elektrostatičko taloženje ili primenom demister uređaja kao pomoć u odvajanju kapljica tečnosti koja sadrži amonijum nitrat. U ovom slučaju, demister uređaj može se (a ne mora) prskati vodom ili nekom drugom tečnošću da se spreči nagomilavanje čestica amonijum nitrata. Ako se koristi voda ili neka druga tečnost, ona se može dobiti ili iz spoljašnjeg izvora ili iz same amonijum nitrat produkujuće faze.

U sledećoj realizaciji pronalaska, u amonijum nitrat produkujućoj fazi se mogu koristiti bar dva uparivača rastvora amonijum nitrata i, shodno tome, povezana separatora, pri čemu se vodena para i amonijak za oksidatorsku smešu mogu dobiti iz prvog separatora, a bar jedan deo vodene pare iz drugog separatora može se kondenzovati da se dobije struja koji će se koristiti kao voda za pranje demister uređaja u jednom ili oba fazna separatora.

U alternativnoj realizaciji pronalaska u kome može biti potrebna voda za pranje, može se koristiti samo jedan uparivač rastvora amonijum nitrata, a parna faza iz pridruženog (jednog) separatora se može podeliti u dve struje, jedna koja ulazi u sastav oksidatorske smeše, a druga koja će se kondenzovati i koristiti kao voda za pranje, pri čemu ova druga može sadržati značajnu koncentraciju rastvorenog amonijaka.

Integrisanjem raznih mogućih (neobaveznih) predmeta ovog pronalaska, može se obrazovati integrisani postupak u kojem, u stabilnom stanju:

a) jedine dve materije u oksidatorskoj smeši su amonijak i oksidacioni gas koji sadrži kiseonik, poželjno gas koji sadrži najmanje 80% kiseonika ili, alternativno, vazduh. Teška vodena para i voda za pranje (ako se koristi) koji se upotrebljavaju u procesu dobijaju se hemijskim reakcijama u samom procesu i izlaze kao (deo) krajnjeg proizvoda.

b) Posledično ne postoji (a) nikakva potreba za dodavanjem vode i nikakva kontaminirana voda ili efluent se ne mora dobijati, mada u početku može biti potrebno prisustvo privremenog dodavanja vode i efluenta.

c) Ovaj integrisani postupak je sam sebi dovoljan što se tiče toplote.

d) Oksidacioni gas sadrži kiseonik i neće biti nikakve značajne struje efluenta, osim struje proizvoda i krajnje struje gasa koja se sastoji uglavnom od drugih konstituenata osim kiseonika koji je u početku prisutan u struji oksidacionog gasa i kao višak kiseonika, mada, kada oksidacioni gas sadrži vazduh, mada je prisutna značajna struja krajnjeg gasnog efluenta koji sadrži azot koji je u početku bio prisutan u vazduhu.

e) Ako se koriste dva uparivača i postoje dve struje vode za pranje, protok balastne vodene pare koja se usmerava u oksidator može se podesiti promenom odnosa toplotnog opterećenja između ova dva uparivača uz, na primer, povećavanje protoka vodene pare i odgovarajućeg smanjenja protoka vode za pranje.

Vodena para u oksidatorskoj smeši doprinosi održavanju smeše amonijaka i kiseonika ispod granice eksplozivnosti i ublažavanju rasta temperature za vreme oksidacije amonijaka, kao i funkcionisanju, kada je kondenzovana, u smislu apsorpcije produkata oksidacije azot monoksida.

Izmenjivač toplote koji se primenjuje u procesu apsorpcije u fazi dobijanja azotne kiseline može biti bilo koji tip izmenjivača toplote koji odvodi toplotu iz procesnog fluida (u predmetnom pronalasku reakcione smeše) u rashladni fluid, na primer, dobošasti izmenjivač toplote sa cevnim sklopom, izmenjivač toplote sa štampanim kolom, pločasti izmenjivač toplote ili toplotni izmenjivač sa ventilatorom. Prelazi za protok fluida u toplotnom izmenjivaču imaju, po mogućnosti, mali poprečni presek (npr., manji od 3 mm, a poželjno je da bude manji od 2 mm ekvivalentnog prečnika) kako bi mogli prenositi toplotu i masu i obezbediti kompaktnost toplotnog izmenjivača. Takođe, u zavisnosti od zahteva postupka, može se primeniti samo jedan izmenjivač, ali i dva i više izmenjivača se mogu povezati paralelno ili u seriji, a izraze „neki izmenjivač toplote“ ili „ovaj izmenjivač toplote“ koji se koriste u ovom opisu treba i razumeti u tom smislu. Rashladni fluid može biti gas, na primer, vazduh koga pokreće ventilator, kao i tečnost, npr., voda.

Nova primena toplotnog izmenjivača za apsorpciju u fazi apsorpcije (za razliku od primene u ranijem stanju tehnike u postupcima kule za apsorpciju u kontra struji) posledično daje relativno razblaženu azotnu kiselinu. Ta kiselina ima nizak ravnotežni pritisak pare azotne kiseline i azotnih gasova, što nameće potrebu za kontaktom u kontra struji da bi se postigla kompletna apsorpcija tih komponenata. Ipak, brzina konverzije azot monoksida u kiselinu određuje se, kako se proces približava završetku, uglavnom brzinom hemijske oksidacije azot monoksida na koju u velikoj meri utiču visoke koncentracije azot monoksida i kiseonika. U postupku predmetnog pronalaska, vodena para koja se koristi za opterećenje oksidacionog procesa, znatno se kondenzuje tokom procesa apsorpcije i tako se dobija jedan deo razblažene azotne kiseline, čime se povećava koncentracije rezidualnih gasnih reaktanata i omogućava njihova relativno brza reakcija i apsorpcija. Efekat je u tome da se pojača proces reakcije/apsorpcije koji je najjači kada, kao u jednoj realizaciji pronalaska, oksidacioni gas sadrži blizu 100% kiseonika. U jednoj alternativnoj realizaciji pronalaska, kada oksidacioni gas sadrži vazduh ili neka druga gasna mešavina sadrži znatno manje od 100% kiseonika, diluentni gas koji se ne može kondenzovati (na primer, smeša azota i argona) umanjuje intenzifikaciju koja se postiže nakon kondenzacije vodene pare, što zahteva veći toplotni izmenjivač nego što bi bio potreban kad bi oksidacioni gas bio bogatiji kiseonikom. Ako oksidacioni gas sadrži vazduh, toplotni izmenjivač treba da bude dva reda veličina ili više veći po zapremini nego u slučaju da oksidacioni gas sadrži blizu 100% kiseonika, ali, kao što je već rečeno, to se može kompenzovati mogućnošću znatnog smanjenja troškova u slučaju kada se koristi oksidacioni gas manje bogat kiseonikom.

Kada se, na primer, umesto kiseonika upotrebi vazduh kao komponenta oksidacione smeše, u fazi amonijačne oksidacije (u daljem tekstu: „oksidator“) poželjno je da se doda vazduha samo koliko treba za završetak oksidacije amonijaka. Preostali vazduh (potreban za oksidaciju azot monoksida) zatim će se dodati u struju reakcionog gasa posle oksidatora, a pre nego što počne faza apsorpcije u toplotnom izmenjivaču. U načelu, poželjno je smanjiti protok vazduha u oksidator da bi se smanjili eventualna potreba za predgrejanjem vazduha i protok kroz oksidator. Potreba za predgrejanjem vazduha (ako postoji) odrediće se povratnim protokom vodena para-amonijak u oksidator, a ako je predgrejanje potrebno, na njega poželjno utiče prenos toplote sa strujom reakcionog gasa da bi se postigla potrebna temperatura oksidatora.

Kada oksidacioni gas sadrži gas u kome ima više od 80% kiseonika (u daljem tekstu: „kiseonik“), taj kiseonik u oksidatorskoj smeši može biti u dovoljnoj količini za oksidaciju praktično cele količine amonijaka, a može se dodati još kiseonika u reakcionu smešu pre nego što se kondenzuje vodena para, kako bi se izvršila oksidacija praktično svog natrijum monoksida.

U fazi oksidacije amonijaka (kada dolazi do oksidacije smeše amonijak oksidacionog gasa i balastne vodene pare, čime se dobija uglavnom azot monoksid u okviru azotnog gasa), oksidatorska smeša se može zagrejati do temperature u opsegu od 700 ºC do 1000 ºC (obično do oko 800 ºC) pri pritisku u opsegu od 1 bara (abs.) do 15 bara (abs.) (obično oko 2 bara (abs.)) u prisustvu katalizatora. Katalizator može biti uključen u bilo koji poznati tip katalizatorskog sistema, uključujući kobalt oksidnu podlogu ili neki platina-rodijum katalizator u obliku tkanih ili pletenih slojeva gaze. Izvor zagrevanja oksidatorske smeše može biti toplota oslobođena adijabatskom reakcijom ili dobijena razmenom toplote sa spoljašnjim fluidom ili kombinacijom obe metode. Kada se koristi razmena toplote za grejanje ili hlađenje, oksidator može biti opremljen reaktorom sa toplotnim izmenjivačem.

Reakciona smeša iz procesa oksidacije amonijaka može se ohladiti do prve temperature iznad tačke rose reakcione smeše (npr., na temperaturu od oko 140 ºC) razmenom temperature sa fluidom za temperaturnu razmenu. Fluid za temperaturnu razmenu može se upotrebiti za koncentrovanje (uparavanjem) rastvora amonijum nitrata u fazi dobijanja amonijum nitrata. Prema tome, u slučaju gore opisane realizacije pronalaska, fluid za razmenu toplote može se usmeriti u toploti izmenjivač koji sadrži vazduh ili, ako ih ima više, u svaki uparivač.

Oksidacijom azot monoksida i istovremenim reakcijama koje dovode do stvaranja azotne kiseline upravlja se radnim pritiscima i temperaturama koje odgovaraju sistemu i, bar u fazi završne apsorpcije, temperaturom postojećeg rashlađivača. Do oksidacije dolazi samo u ograničenom stepenu sve dok ne počne postoksidaciono hlađenje, to jest (kao što pokazuju prethodni brojevi), prva tečnost će se dobiti na tački rose i pri radnom pritisku, a kiselina će se stvarati uporedo sa daljim hlađenjem smeše. Pri radnom pritisku od oko 15 bara (abs.), doći će do stvaranja kondenzata, prema tome, dobijanje azotne kiseline počeće na temperaturi zasićenja od oko 200 ºC i nastaviće se do temperature od oko 50 ºC, pod pretpostavkom da ovu poslednju temperaturu ograničava temperatura postojećeg rashladnog fluida. Ako je radni pritisak 2 bara (abs.), kiselina će početi da se stvara na temperaturi od oko 110 ºC.

Sastav gasnih nečistoća koje se nisu kondenzovale ili apsorbovale prilikom operacije apsorpcije u fazi dobijanja azotne kiseline zavisiće od sastava oksidacionog gasa (npr., vazduha ili kiseonika) i, u slučaju da oksidacioni gas sadrži 80%+ kiseonika, one mogu da sadrže višak neizreagovanog kiseonika, argona i drugih nečistoća koje su unete u proces sa smešom oksidacionog gasa, kao i azot i azotni oksid kao nusprodukte oksidatora. Ove gasne nečistoće mogu se odvojiti od azotne kiseline u najmanje jednom separatoru pre nego što azotna kiselina i amonijak ne reaguju u fazi dobijanja amonijum nitrata.

Pošto apsorber azotne kiseline prima smešu iz oksidatora dok uparivač amonijum nitrata dodaje smešu u oksidator, ako treba sprečiti mehaničku kompresiju pare, pritisak apsorbera azotne kiseline mora biti niži od pritiska u reaktoru amonijum nitrata, a azotna kiselina će se morati pumpati na pritisku reaktora.

Reakcija azotne kiseline i amonijaka u fazi dobijanja amonijum nitrata može se izvršiti bilo kojom poznatom metodom u struci, uključujući, na primer, istovremenim adijabatskim protokom kroz liniju ili kanal odgovarajuće dužine. Reakcija se može izvršiti i u adijabatskom reaktoru (toplotni izmenjivač) u kome će se (istovremeno protičući) reagensi zagrevati ili hladiti pomoću medijuma za prenos toplote. Sledeća alternativa je da se reakcija može izvesti mešanjem amonijaka i azotne kiseline u sudu koji se, po potrebi, može zagrevati ili hladiti. Ovaj reaktor može da radi i kao uparivač.

Azotna kiselina se može zagrejati pre mešanja i reakcije sa amonijakom. Na taj način, bar jedan deo toplote oslobođene reakcijom može da za posledicu ima proizvodnju vodene pare, a ne samo predgrejanje struje amonijum nitrata do temperature ispod temperature ključanja u sledećem uparivaču. To predgrejanje azotne kiseline može se izvršiti prenosom toplote od vrućih struja iz faze dobijanja azotne kiseline, na primer iz povratne struje neke tečnosti. Alternativno, predgrejanje azotne kiseline može se izvršiti prenosom toplote iz struje koja se izdvaja iz rastvora amonijum nitrata u gore pomenutom drugom uparivaču. Ovaj amonijak se može dodati u fazi dobijanja amonijum nitrata u tečnom ili, poželjno, u gasovitom obliku.

Pritisak dodavanja mora biti najmanje onoliko visok koliko i pritisak ulazne azotne kiseline na mestu mešanja, a taj amonijak može biti na bilo kojoj pogodnoj, obično na približno sobnoj temperaturi.

Prvi uparivač će raditi na pritisku malo iznad pritiska gorionika amonijaka, a poželjno je da bude iznad atmosferskog pritiska kako bi se sprečila mogućnost infiltracije vazduha u uparivač(e) i oksidator. Uparivač(i) mogu raditi na pritiscima od, na primer, 1,5 do 2,5 bara (abs.).

Temperatura uparavanja zavisi od pritiska uparavanja i koncentracije rastvora amonijum nitrata. Na primer, tačka isparavanja 30%-tnog rastvora amonijum nitrata na pritisku od 1 bara je 107 ºC, dok je tačka isparavanja 80%-tnog rastvora amonijum nitrata na pritisku od 3 bara je oko 168 ºC. Poznato je da zagrevanje čvrstog amonijum nitrata do temperature od 170 ºC ili više nosi rizik od brzog razlaganja amonijum nitrata i, stoga, ga treba izbegavati. Prema tome, ako je jačina proizvoda, na primer, reda veličina 80% amonijum nitrata, uparivač(i) će praktično biti ograničeni na rad pri pritisku ispod 3 bara (abs.).

Toplota se može preneti (kao što je napred pomenuto) iz reakcione smeše azotne kiseline u rastvor amonijum nitrata u uparivaču/uparivačima direktnim toplotno izmenjivačkim kontaktom struja ili, indirektno, medijumom toplotnog prenosa u petlji međusklopa koja se može, na primer, sastojati od kola ključajuće/kondenzovane vode ili jednofaznog vodenog kola pod pritiskom. Međusklop za toplotni prenos može se upotrebiti radi sprečavanja rizika od prekomerno visokih temperatura zidova ( >170 ºC) u toplotnom izmenjivaču koji direktno povezuje vruću reakcionu smešu (na, na primer, temperaturi od 800 ºC) sa strujom ključajućeg amonijum nitrata.

Ako reakciona smeša azotne kiseline i reakcija amonijum nitrata ne daju dovoljno toplote za koncentrovanje amonijum nitrata do odgovarajuće jačine, može se uvesti toplota iz spoljašnjeg izvora, na primer, grejanjem fluida toplotne razmene u međusklopu za toplotni prenos.

Uparavanje vode iz razblaženog rastvora amonijum nitrata može se uraditi u opremi različite konfiguracije. Na primer, razblaženi rastvor amonijum nitrata može se uparavati u toplotnom izmenjivaču uparivaču jednog prolaza (samo jedan prolaz).

1

Alternativno, ključali rastvor amonijum nitrata može se ponovo propustiti kroz toplotni izmenjivač pod uticajem dejstva gravitacionog plutanja (tj., prirodnim kruženjem) ili pumpanjem. Na primer, toplotni izmenjivač uparivač može se potopiti ispod nivoa rastvora amonijum nitrata u sudu ili može da bude deo termo-sifonskog kola izvan separatora.

Sledeća alternativa je da se rastvor amonijum nitrata može koncentrovati u film uparivaču.

U realizacijama pronalaska koje koriste spojno kolo za međuprenos toplote ključale/kondenzovane vode, temperatura zasićenja pare mora biti iznad temperature ključanja potrebnog rastvora amonijum nitrata – na primer, ako je rastvor 80%, onda je iznad 152 ºC u uparivaču pod pritiskom od 2 bara (abs.), odnosno 127 ºC u uparivaču pod pritiskom od 1 bara (abs.). Srednja temperaturna razlika između vruće i ključale tečnosti u uparivaču jednog prolaza je viša od srednje temperaturne razlike između fluida u recirkulacionom uparivaču, te, prema tome, uparivač jednog prolaza može biti manji.

U realizacijama pronalaska koje koriste jednofazno spojno kolo za međuprenos toplote i recirkulacioni uparivač, medijum za prenos toplote mora da se kruži na temperaturama iznad tačke ključanja potrebnog rastvora amonijum nitrata.

U realizacijama pronalaska koje koriste jednofazno spojno kolo za međuprenos toplote i uparivač jednog prolaza, maksimalna temperatura medijuma za prenos toplote mora biti viša od tačke ključanja potrebnog rastvora amonijum nitrata. Međutim, minimalna temperatura medijuma za prenos toplote treba samo da pređe tačku ključanja razblaženog rastvora amonijum nitrata ili amonijum nitrat reaktora, na primer, ako je rastvor amonijum nitrata 39%, temperatura je iznad 129 ºC u uparivaču od 2 bara (abs.), odnosno iznad 107 ºC u uparivaču od 1 bara (abs.). Prema tome, kada se koristi jednofazno spojno kolo za međuprenos toplote i uparivač jednog prolaza, toplota se može dobiti iz reakcione smeše azotne kiseline pri nižim temperaturama od temperatura spojnog kola za međuprenos toplote ključale/kondenzovane vode, pri čemu se povećava količina toplote dobijene iz reakcione smeše.

Sledeća prednost uparivača jednog prolaza nad recirkulacionim uparivačem može biti ta da forsirani protok rastvora amonijum nitrata može da ga učini manje sklonim prljanju kristalnim česticama nego u slučaju potopljenog toplotnog izmenjivača, pri čemu će padovi pritiska usled prirodnog protoka biti obično mnogo manji od padova pritiska kod jednofaznog protoka i, prema tome je verovatnoća da se uklone nastale prepreke manja.

Separator ili (ako ih ima dva) svaki separator u kome se odvajaju para i tečne faze iz uparivača može ugroziti bilo koji tip separatora poznat u struci. Kao što je već ranije rečeno u kontekstu jedne realizacije pronalaska, u cilju pomoći u separaciji kapljica tečnosti iz vodene pare u uparivaču, može se upotrebiti demister uređaj nekog tipa u blizini gornjeg kraja separatora, a da bi se sprečilo taloženje čestica na tom uređaju, on se može prskati tečnošću za pranje. Ta tečnost za pranje može da sadrži kondenzovanu vodu (kao što je napred opisano) ili rastvor azotne kiseline, amonijaka ili amonijum nitrata.

U jednoj realizaciji pronalaska, kada se koriste dva uparivača, tečnost za pranje se sakupljati u tacnama i odvoditi u drugi od dva uparivača pre nego što se rezidualna tečnost ponovo pusti u struju rastvora amonijum nitrata, čime se eliminiše ili smanjuje razblaženje rastvora amonijum nitrata koje bi inače uzrokovala tečnost za pranje.

Gasovite nečistoće mogu, prilikom rada sistema, da uđu ili u fazu dobijanja azotne kiseline ili u fazu dobijanja amonijum nitrata sa dodatim amonijakom, kiseonikom i/ili, ako je potrebno dopunjavanje vodom, sa dodatom vodom. Takođe, kiseonik, azot, argon i druge gasne nečistoće koje se ispuste iz separatora posle apsorbera, mogu proći iz faze dobijanja azotne kiseline u fazu dobijanja amonijum nitrata. Međutim, u načelu, vodonik (koji može ući sa amonijakom) kružiće u tom integrisanom procesu sve dok ne odreaguje sa vodom u amonijačnom gorioniku, a višak kiseonika i nečistoće nestišljivih, inertnih gasova kao što su argon i azot, zatim će proticati sve dok ne dođu do mesta oduška, najverovatnije u separatoru kiseline posle apsorbera azotne kiseline.

Rastvorene nečistoće mogu ući u proces kroz vodu za dopunu (ako je potrebna) i mogu se izbaciti sa amonijum nitratnim proizvodom.

Pod nekim uslovima je moguće da nema dovoljno toplote iz reakcione smeše (iz faze dobijanja azotne kiseline) za koncentrovanje rastvora amonijum nitrata do potrebnog stepena. Zatim, u odsustvu nekog drugog izvora toplote na dovoljno visokoj temperaturi u integrisanom procesu da bi se pokrenuo proces uparavanja, mogu se primeniti alternativne mere kao što su uparavanje sa više efekata i/ili dovod toplote iz nekog spoljašnjeg izvora.

U jednoj realizaciji pronalaska u kojoj, na primer, dovod amonijaka iz faze dobijanja amonijum nitrata u fazu dobijanja azotne kiseline sadrži približno 100% amonijačne komponente u smeši za oksidator, biće potrebno primeniti početnu proceduru za iniciranje produkcije azotne kiseline i posledičnog dobijanja dvofazne smeše amonijum nitrat-vodena para da bi se omogućilo povratno dodavanje smeše vodena para-amonijak u fazi dobijanja azotne kiseline. Ovakav početni postupak će se načelno opisati kasnije u ovom opisu.

Ovaj pronalazak će se u potpunosti razumeti iz sledećeg opisa četiri realizacije integrisanog postupka za dobijanje amonijum nitrata. Ti opisi su dati pomoću primera sa pozivom na shematske dijagrame toka kao što je prikazano na pratećim crtežima.

KRATAK OPIS CRTEŽA

Na crtežima –

Slika 1 prikazuje prvu realizaciju integrisanog postupka u kome se celokupna količina vodene pare i amonijaka u smeši oksidatora koja se dodaje u fazi dobijanja azotne kiseline dobija u fazi dobijanja amonijum nitrata,

Slika 2 prikazuje drugu realizaciju integrisanog postupka u kome se struja vodene pare kondenzuje i koristi kao voda za pranje demister uređaja u svakom od dva separatora vodene pare-amonijum nitrata u fazi dobijanja amonijum nitrata,

Slika 3 prikazuje jednu varijaciju slike 2 u kojoj se smeša vode za pranje i amonijum nitrata uzima iz separatora u okviru faze dobijanja amonijum nitrata i

Slika 4 prikazuje treću realizaciju integrisanog postupka u kome se vazduh, kao alternativa kiseoniku, koristi kao oksidacioni gas u fazi dobijanja azotne kiseline.

DETALJAN OPIS ILUSTRATIVNIH REALIZACIJA

Integrisani postupak dobijanja amonijum nitrata, kako je prikazan na slikama 1 do 4, uključuje dva nezavisna procesa: jedan se vrši u fazi dobijanja azotne kiseline („faza azotne kiseline“) 10 koji je prikazan sa leve strane središne linije 11 na dijagramu, a drugi se vrši u fazi dobijanja amonijum nitrata („AN faza“) 12 kao što je prikazano desno od središne linije 11.

U načelu, struja razblažene azotne kiseline 13 iz faze azotne kiseline 10 reaguje sa strujom amonijaka 14 u AN fazi 12 da se dobije dvofazna struja amonijum nitrata, kao i rastvor amonijum nitrata kao tečna faza. Ova tečna faza se zatim koncentruje uparavanjem da se dobije struja amonijum nitrata 15 potrebne koncentracije. Ta koncentracija se može postići korišćenjem jednog uparivača kao i pridruženog uparivača kao što je prikazano na slikama 1 i 4, kao što je ilustrovano na slikama 2 i 3, korišćenjem dva serijska uparivača i prateća separatora.

1

U fazi azotne kiseline 10 smeša oksidatora („smeša gorionika“) 16, koja se sastoji od komponente koja je smeša amonijaka i vodene pare 17 i oksidacionog gasa koji sadrži komponentu kiseonika 18, kao što je prikazano na slikama 1 do 3, ili 18D kao što je prikazano na slici 4, dodaje se u oksidator („gorionik“) 19. Obe ili, tačnije, sve tri (amonijak, vodena para i oksidacioni gas) komponente smeše u gorioniku dodaju se pod pritiskom koji je malo iznad pritiska gorionika od oko 2 bara (abs.) i na temperaturi koja je dovoljna da se spreči formiranje kondenzata u smeši. U tom smislu, dovodna linija komponente koja je mešavina amonijaka i vodene pare 17 može se zagrevati bar u jednom svom delu da se spreči pad temperature u liniji.

U realizacijama na slikama 1 do 3, oksidacioni gas 18 sadrži kiseonik, dok u realizaciji pronalaska na slici 4, taj oksidacioni gas 18D sadrži vazduh. Aspekti pronalaska ilustrovani na slici 4, posebno u vezi sa dovodom vazduha kao oksidacionog gasa, detaljnije su opisani kasnije u ovom opisu. Kao što je ilustrovano na slikama 1 do 3, 100% komponente vodene pare u oksidacionoj smeši 16 potiče iz AN faze 12. Međutim, treba imati u vidu da, u kontekstu ovog pronalaska, skoro celokupna količina (npr., 80% ili više) vodene pare može poticati iz AN faze uz malu dopunu smeše iz nekog alternativnog izvora (nije prikazan). Takođe, kao što je prikazano, dok 100% amonijačne komponente smeše u oksidatoru potiče iz AN faze 12 i dovodi se u vodenu paru iz te faze, jedan deo (obično mali, ali je moguće da bude i do 90%) amonijačne komponente može poticati iz nekog alternativnog izvora (nije prikazan).

Gorionik 19 može ima bilo koji tip amonijačnog oksidatora poznatog u struci za upotrebu za katalizatorsku konverziju pod visokom temperaturom smeše amonijaka i kiseonika, koji može da koristi bilo koji poznati tip katalizatorskog sistema, uključujući podlogu od kobalt oksida. U jednom pogodnom obliku, on može da ima katalizator od platine-rodijuma u obliku upletenih ili pletenih slojeva gaze. U drugom obliku, gorionik može imati konfiguraciju toplotnog izmenjivača-reaktora u kome se toplota oslobođena za vreme reakcije istovremeno prenosi u rashladni medijum.

Vodenom parom opterećena smeša amonijak-oksidacioni gas 16 koja se dodaje u gorionik 19, greje se kombinacijom provodljivosti, konvekcije i radijacije do temperature reakcije pomoću slojeva katalizatora i reaguje na slojevima katalizatora čime se dobija reakciona smeša koja sadrži neku struju azotnog gasa. Osim kada do oksidacije dolazi u toplotnom izmenjivaču - reaktoru, celokupan proces je u suštini (tj., skoro) adijabatski i dostignuta temperatura (pod pretpostavkom potpune, visoko selektivne konverzije amonijaka u azot monoksid) je prvenstveno u funkciji postojeće koncentracije amonijaka, količine balastne vodene pare i nivoa predgrevanja. Temperatura će obično biti oko 800 ºC kada je molarni odnos vode i amonijaka u početnoj smeši oko 5,6, a molska frakcija amonijaka u smeši gorionika oko 11,4%. Ovakav sastav smeše gorionika nalazi se izvan očekivanih granica eksplozivnosti amonijaka i daje produkt azotne kiseline od oko 20% do oko 37% u zavisnosti od količine vode koja se nalazi u reakcionoj smeši.

Dobijena reakciona smeša, uključujući azot monoksid i vodenu paru, obeležena kao struja 20, dodaje se u sledeći toplotni izmenjivač 21 gde se reakciona smeša hladi do temperature iznad tačke rose (npr., do temperature reda veličina 140 ºC) razmenom toplote sa fluidom za toplotni prenos kao što je kipuća voda, jednofazna voda ili ulje pod pritiskom.

Na izlazu iz toplotnog izmenjivača 21, ohlađena reakciona smeša 20, u kojoj će azot monoksid početi da oksidiše, dodaje se u apsorber u vidu toplotnog izmenjivača 22. Kondenzacija vodene pare i stalna oksidacija azot monoksida i istovremene reakcije dovode do formiranja azotne kiseline u toplotnom izmenjivaču 22 i njima upravljaju radni pritisci i temperature koji se primenjuju u sistemu. Toplota se razmenjuje između ohlađene reakcione smeše 20 (dok ide kroz kanale 23 toplotnog izmenjivača 22) i fluida za toplotnu razmenu 25, obično vode, koji se usmerava u suprotnom smeru kroz kanale 24 toplotnog izmenjivača 22.

Toplotni izmenjivač 22 može da bude bilo koji tip toplotnog izmenjivača poznat u struci koji je pogodan za kondenzaciju/oksidaciju reakcione smeše 20 do razblažene azotne kiseline, uključujući dobošasti izmenjivač toplote sa cevnim sklopom, toplotni izmenjivač sa ventilatorom, pločasti izmenjivač toplote ili izmenjivač toplote sa štampanim kolom. Poželjno je da prolazi za fluid u toplotnom izmenjivaču imaju mali poprečni presek (npr., manji od 3 mm, a poželjno je manji od 2 mm ekvivalentnog prečnika) kako bi se potpomogao transfer toplote i mase i omogućila kompaktnost izmenjivača toplote. Takođe, mada je na slikama prikazan samo jedan toplotni izmenjivač u ilustrativne svrhe, to može biti samo jedan izmenjivač toplote ili više izmenjivača povezanih paralelno ili serijski u zavisnosti od zahteva procesa. Fluid 25 u toplotnom izmenjivaču može biti bilo koji fluid (npr., tečnost ili gas) koji odgovara datom toplotnom izmenjivaču.

Gasovi koji se ne kondenzuju ili apsorbuju u toplotnom izmenjivaču izdvajaju se iz azotne kiseline i obrazuju rezidualni gas 26 u separatoru 27 iza kojeg ostaje struja azotne kiseline 13 koja ne sadrži gas. Glavne komponente rezidualnog gasa 26 biće neizreagovani kiseonik

1

u višku, argon i druge nečistoće koje su u proces unesene sa kiseonikom, azot i azotni oksid kao nusproizvoda iz gorionika, kao i vodena para.

Rezidualni gas koji izlazi iz separatora 27 sadržaće još i vrlo malu količinu azotnih gasova. Međutim, kao što je prikazano, taj rezudualni gas se iz separatora 27 može dodati u separator 27A preko čiler-kondenzatora 27B, pri čemu ti sudovi rade tako da se obezbedi efikasna reakcija-apsorpcija posle one koja je dobijena toplotnim izmenjivačem 22. Azotni gasovi i para azotne kiseline apsorbovani u čiler-kondenzatoru stvaraju vrlo slaba struja kiseline (obično < 2%) koji se vraća nazad u separator 27 gde se uspešno eliminiše emisija pare azotne kiseline i znatno smanji emisija NOx iz procesa, dok se blago povećava prinos proizvoda.

Po potrebi se može ubrizgati dodatni kiseonik u reakcionu smešu 20 da bi se obezbedio dovod kiseonika u malom višku i tako omogućila potpuna oksidacija azot monoksida u reakcionoj smeši.

Takođe se, po potrebi, može ubrizgati dodatna vodena para ili voda u reakcionu smešu 20 kako bi se obezbedilo dovoljno kondenzata i omogućila potpuna oksidacija i apsorpcija azot dioksida.

Struja razblažene azotne kiseline 13 iz faznog separatora 27 pumpa se, na približnom pritisku apsorbera, pumpom 28 do pritiska koji je malo iznad pritiska u sledećem reaktoru amonijum nitrata 29 i uparivača 30, čime se omogućavaju padovi pritiska u drugoj opremi. Amonijum nitrat reaktor 29, kao što je prikazano, ima samo adijabatsku cev ili kanal određene dužine u kojoj će se samo delimično koncentrovati tečna faza dvofazne struje koja se dobija reakcijom.

Vrela struja azotne kiseline pod pritiskom 13 meša se sa gasnom amonijačnom smešom 14, pri sličnom pritisku, i dodaje u reaktor 29, uzrokujući reakcionu struju 33 koja je dvofazna i sastoji se od rastvora amonijum nitrata u tečnoj fazi i mešavine vodene pare i amonijaka u gasnoj fazi (para). Oko 39% ove dvofazne struje biće amonijum nitrat. Otpuštanje toplote iz reakcije uzrokuje isparavanje vode u fazu pare i, posledično, delimičnu koncentraciju amonijum nitrata u tečnoj fazi. Amonijak 14 se u dovoljnom višku dodaje u fazu AN 12 i zadovoljava u potpunosti potrebe smeše u oksidatoru 16 u pogledu faze azotne kiseline 10.

Posle prolaska kroz toplotni izmenjivač-uparivač 30, struja 33 se dovodi u gravitacioni separator 34 odakle izlazi rastvor amonijum nitrata 15 (u koncentraciji od oko 80%) i struja

1

pare 17 koja je uglavnom mešavina vodene pare i amonijaka i koja se vraća u fazu azotne kiseline 10. Koncentracija rastvora amonijum nitrata može pasti na 67% sa oko 80% ako se razblaži vodom (kao što se vidi na slici 2) iz demister uređaja 36 i, ovom trenutku se zapaža da, u slučaju da dođe do tog razblaženja, to se može sprečiti u procesu (koji prikazan u nastavku), kao što se vidi na slici 3.

Zbog pritiska u separatoru 34, koji će biti malo viši od pritiska u gorioniku 19, mešavina vodena para/amonijak može da teče iz separatora u gorionik 19 bez pomoći mehaničke kompresije.

Demister uređaj 36 se nalazi u separatoru 34 i upotrebljava se tako da potpomaže otpuštanje kapljica tečnosti koje sadrže amonijum nitrat iz vodene pare. U realizaciji patenta prikazanoj na slici 1, obezbeđen je spoljašnji izvor 35 vode za pranje za prskanje demister uređaja, kada je to potrebno, na primer, prilikom započinjanja ili završavanja procesa.

Demister uređaj 36 može imati više demister uložaka, na primer, donji za ševron traku, a gornji za pletenu mrežicu.

Da bi se sprečilo hlađenje struje ulazne smeše 17, kao i da bi se obezbedilo supergrejanje ulazne smeše u gorionik 16, te da ona ne sadrži kapljice vode koje bi mogle udarati u katalizator gorionika, struja vodene pare 17 se može, po potrebi, grejati tokom svog prolaska ka gorioniku 19, a smeša oksidacionog gasa 18 koja ulazi u gorionik može se grejati toplotnom izmenom, pri čemu se toplota odvodi iz reakcione smeše 20. U nekim slučajevima, smeša oksidacionog gasa 18 može biti dovoljno topla (na primer 100 ºC do 180 ºC), usled kompresije u kompresoru, tako da nije potrebno dodatno predgrejanje bilo koje ulazne smeše.

Rastvor amonijum nitrata 15 se iz separatora 34 propušta kroz ventil za snižavanje pritiska 37 preko hladnjaka 38 da bi se spreči udar rastvora u ventil.

U realizacijama patenta ilustrovanim na slikama 2 i 3, struja razblažene azotne kiseline 13 iz faznog separatora 27 i struja amonijaka 14 se prethodno zagrevaju u toplotnom izmenjivaču 31 toplotom koja je preneta (preko petlje B za fluid) iz kondenzatora za vodu za pranje 32.

Toplota se dodaje struji azotne kiseline 13 i amonijaka 14 u toplotnom izmenjivaču 31 tako da se obezbedi da deo toplote iz reakcije amonijum nitrata proizvodi vodenu paru. Na

1

primer, prilikom predgrevanja reaktanata do 95 ºC, oslobodiće se dovoljno toplote za koncentrovanje rastvora amonijum nitrata u tečnoj fazi struje 33 na 46% u reaktoru, pri čemu se ostatak toplote koja ide u prvi uparivač 30 i drugi uparivač 30A obezbeđuje prenosom toplote (preko petlje fluida A) iz toplotnog izmenjivača 21.

Pošto prođe kroz prvi toplotni izmenjivač-uparivač 30, struja 33 se dovodi u prvi gravitacioni separator 34 odakle izlazi rastvor amonijum nitrata 35 i struja pare 17, pri čemu je ova poslednja uglavnom mešavina vodene pare i amonijaka koja se, kao što je ranije objašnjenu u kontekstu slike 1, vraća u fazu azotne kiseline 10.

Demister uređaj 36 se nalazi u separatoru 34 i koristi se kao pomoć u odvajanju kapljica tečnosti, koje sadrže amonijum nitrat, iz vodene pare. Da bi se sprečilo nagomilavanje čestica amonijum nitrata na uređaju, donja strana uređaja 36 ili, ako ih ima više od jednog, svaka komponenta uređaja 36 se prska vodom iz struje 40.

Treba izbegavati velike količine amonijum nitrata u ulaznoj smeši u oksidator zato što deponovani amonijum nitrata na ulaznoj cevi može da se osuši pod određenim uslovima (npr., prilikom startovanja ili gašenja) i da predstavlja opasnost od eksplozije. Prskanje demister uređaja 36 može biti neophodno pod određenim okolnostima kako bi se postigao visok stepen odvajanja tečnosti od pare. Takođe je poželjno da koncentracija amonijum nitrata u vodenoj pari koja ulazi u oksidator bude za nekoliko redova veličine (npr., 5) niža od koncentracije rastvora amonijum nitrata.

Usled toga što je struja vodene pare 17 u kontaktu sa strujom tečne vode 40 na demister ulošku 36, može doći do hlađenja struje vodene pare. kako bi se osiguralo supergrejanje smeše 16 koja ulazi u gorionik i da ona ne sadrži kapljice vode koje bi mogle udarati u katalizator gorionika, struja vodene pare 17 može se grejati prilikom svog prolaska u gorionik 19, a kiseonička komponenta smeše 18 koja ulazi u gorionik može se grejati razmenom toplote sa toplotom koja se odvodi iz reakcione smeše 20.

U realizaciji patenta na slici 2, rastvor amonijum nitrata 41 iz separatora 34 dalje se koncentruje (do oko 83%) u drugom toplotnom izmenjivaču-uparivaču 30A iz kojeg ide u drugi gravitacioni separator 42 preko ventila 43, u kome dolazi do dodatnog uparavanja brzim kretanjem. Dobijena dvofazna mešavina amonijum nitrata i vodene pare (sa malo amonijaka u fazi pare) dalje se razdvaja na struju vodene pare 44 i struju rastvora amonijum nitrata 15. Ovaj rastvor se ponovo razblažuje vodom koja kaplje iz demister uređaja 45.

1

Demister uređaj 45 se nalazi u separatoru 42 i, kao u slučaju demister uređaja 36, upotrebljava se tako da potpomaže otpuštanje kapljica tečnosti, koje sadrže amonijum nitrat, iz vodene pare. Uređaj 45 se prska vodom iz struje 46 da bi se sprečilo nagomilavanje čestica amonijum nitrata.

Struja vodene pare 44 se propušta kroz parcijalni kondenzator 32, a zatim kroz kompletni kondenzator 47, a kondenz se pumpom 48 dovodi do vode za ispiranje 40 i 46.

Realizacija patenta, kao što je prikazana na slici 3, slična je onoj opisanoj u vezi sa slikom 2 i, kao i slučaju realizacije patenta sa slika 1 i 2, slični referentni brojevi se koriste za identifikaciju komponenata. Međutim, u realizaciji patenta na slici 3, voda za pranje koja sadrži amonijum nitrat koji se nalazi u vidu kapljica rastvora u parnoj fazi separatora sakuplja se u tacnama 49 separatora 34 i 42 i propušta se kroz drugi uparivač 30A pre nego što uđe u drugi separator 42. Ovakvom organizacijom se eliminiše ili bar smanjuje razblaženje do kojeg bi inače došlo usled mešanja vode za pranje iz demister uređaja i koncentrovanog rastvora amonijum nitrata iz uparivača.

Prvi uparivač 30 radi, zapravo, kao jedini uparivač amonijum nitratnog rastvora i daje koncentrovani rastvor amonijum nitrata, sa drugim uparivačem 30A koji prima vrlo razblažen rastvor amonijum nitrata, iz kojeg se izdvaja voda za pranje uparavanjem najvećeg dela vode. Veoma razblažen rastvor amonijum nitrata iz demister uređaja 36 i 45 sakuplja se u separatorima, a zatim se uparava u drugom uparivaču 30A, a rezidualna tečnost se meša sa koncentrovanim rastvorom amonijum nitrata.

U realizacijama patenta sa slika 2 i 3, poželjno je da drugi separator 42 radi na nižem pritisku od pritiska prvog separatora 34, tako da će do drugog uparavanja rastvora amonijum nitrata doći prilikom njegovog protoka kroz ventil 43 iz područja višeg pritiska u zonu nižeg.

Prilikom startovanja gore opisanih postupaka, kao što je, na primer, ilustrovano na slici 1, može se koristiti i neki spoljašnji izvor toplote za zagrevanje kola sa fluidom A do pogodne temperature koja je približno kao i temperatura stabilne faze procesa. Tada se voda može prebaciti u separator azotne kiseline 27 ili se može, na primer, instalisati zaseban početni sud paralelno sa separatorom 27, čime se omogućava dobijanje vodene pare u uparivaču (uparivačima) i, posledično, protok balastne vodene pare kroz oksidator. Pod nekim okolnostima, može se, pre uparivača, pomešati voda sa amonijum nitratom dobijenim iz separatora 34. Kada se uspostavi protok balastne vodene pare, u nju se bezbedno mogu

1

uvesti amonijak i kiseonik i oksidator zagrejati na utvrđeni način, čime se pokreće dobijanje azotne kiseline i, posledično, amonijum nitrata.

Sada se pozivamo na ilustrativnu realizaciju pronalaska prikazanu na slici 4. Ona je unekoliko slična gore opisanoj realizaciji pronalaska prikazanoj na slici 1 i ovde se koriste slični referentni brojevi za identifikaciju komponenata.

U fazi azotne kiseline 10, u oksidator 19 se dodaju smeša 16 koja se sastoji od komponente 17 koja je mešavine amonijaka i vodene pare i komponente oksidacionog gasa 18D.

Kao što se vidi na slici 4, oksidacioni gas sadrži vazduh (za razliku od kiseonika koji je identifikovan kao oksidacioni gas u postupku opisanom na slikama 1 do 3) i, mada nije neophodno za postupak, kao što je već opisano, ta smeša sa vazduhom 18D se propušta kroz toplotni izmenjivač 18E gde se zagreva toplotnom razmenom sa gasnom strujom 20 iz reakcije. Kada je količina balastne vodene pare dovoljna da se dobije azotna kiselina od oko 33,5%, biće potrebno zagrejati vazduh na oko 600 ºC da bi se dostigla potrebna temperatura oksidatora. Međutim, ako je količina balastne vodene pare u protoku manja, na primer jačina azotne kiseline je oko 47%, vazduh je može dovoljno zagrejati kompresijom i tada nije potrebno dodatno predgrejanje.

Smeša sa vazduhom 18D odabrana je tako da se u oksidator 19 dodaje onoliko vazduha koliko je tek dovoljno za potpunu oksidaciju smeše sa amonijakom koja se takođe dodaje u oksidator. Dodatni vazduh, koji je potreban za oksidaciju reakcionih gasova do mesta dobijanja azotne kiseline, dodaje se u struju reakcionog gasa 20 na bilo kojem ili na više ulaza 18A do 18C koji prethode toplotnom izmenjivaču/apsorberu 22.

Ostali aspekti procesa prikazani na slici 4 u suštini su isti kao oni prethodno pisani u vezi sa slikom 1, mada stepen u kojem vodena para protiče kroz proces dovodi do potrebe za različitim formulacijama u različitim tačkama u postupku.

Temperatura reakcione smeše koja izlazi iz gorionika 19 obično je oko 800 ºC, a koncentracija krajnjeg proizvoda azotne kiseline biće oko 20% do oko 50%. Na primer, kada azotna kiselina ima koncentraciju od oko 47%, a sastav smeše u oksidatoru ima oko 10% amonijaka, 13% kiseonika i 28% vodene pare, a ostatak se uglavnom sastoji od azota i argona iz vazduha, dobijeni rastvor amonijum nitrata (tj., tečna faza) koji izlazi iz reaktora za amonijum nitrat 29, pre uparivača 30, imaće koncentraciju od oko 68%.

2

Kao što je prethodno opisano, toplotni izmenjivač 22, može da bude bilo koji tip toplotnog izmenjivača, uključujući više serijski ili paralelno povezanih izmenjivača. Kao što je već rečeno, kada, kao u slučaju realizacije pronalaska sa slike 4, oksidacioni gas sadrži vazduh, toplotni izmenjivač mora biti veći (obično za dve reda veličine) nego izmenjivač koji se koristi kada je oksidacioni gas bogatiji kiseonikom.

Gasovi koji se ne kondenzuju ili apsorbuju u toplotnom izmenjivaču 22 odvajaju se od azotne kiseline i obrazuju rezidualni gas 26 u separatoru 27 ostavljajući struju azotne kiseline 13 koja ne sadrži gas. Za razliku od realizacije pronalaska na slikama 1 do 3, glavna komponenta rezidualnog gasa je azot koji se nalazi u oksidacionom gasu (tj., vazduhu).

U vezi sa gore opisanim predmetima pronalaska, mogu se vršiti varijacije i promene, a da se ne odstupi od obima pronalaska, što će se definisati u zahtevima koji slede.

Claims (15)

PATENTNI ZAHTEVI

1. Postupak za dobijanje amonijum nitrata u kome se:

a) gasna smeša koja ulazi u oksidator, sastavljena suštinski najmanje od amonijaka, vodene pare i oksidacionog gasa koji sadrži kiseonik, izlaže uslovima pri kojima se amonijak oksidiše da proizvede reakcionu smešu koja sadrži azot monoksid i vodenu paru,

b) ta reakciona smeša hladi u izmenjivaču toplote pri čemu azot monoksid oksidiše, a vodena para se kondenzuje i proizvodi te oksidacije azot monoksida reaguju sa kondenzovanom vodom koja ih apsorbuje, čime se dobija struja azotne kiseline, pri čemu se skoro sav azot monoksid iz reakcione smeše pretvara u azotnu kiselinu,

c) struja azotne kiseline se dovede u reakciju sa strujom amonijaka u fazi dobijanja amonijum nitrata i dobija se amonijum nitrat,

d) najmanje 80% vodene pare u smeši oksidatora potiče iz faze dobijanja amonijum nitrata, i e) najmanje 10% amonijaka u smeši oksidatora potiče od vodene pare i biva nošen njome iz faze dobijanja amonijum nitrata.

2. Postupak prema zahtevu 1, naznačen time što se vodena para koja potiče iz faze dobijanja amonijum nitrata sadrži kao komponenta u smeši oksidatora u oko 100%, i što se u toj smeši oksidatora amonijak koji potiče iz faze dobijanja amonijum nitrata sadrži kao amonijačna komponenta u gasnoj smeši oksidatora u količini od najmanje 80% do najviše 100%, a ostatak amonijaka potiče iz nekog drugog izvora.

3. Postupak prema bilo kojem od prethodnih zahteva, naznačen time što vodena para i amonijak koji potiču iz faze dobijanja amonijum nitrata čine oko 100% komponenti vodene pare i amonijaka gasne smeše oksidatora.

4. Postupak prema bilo kojem od prethodnih zahteva, naznačen time što se amonijak dodaje u fazi dobijanja amonijum nitrata u količini koja je približno jednaka ukupnoj količini koja će se upotrebiti u fazama dobijanja amonijum nitrata i azotne kiseline.

5. Postupak prema bilo kojem od prethodnih zahteva, naznačen time što oksidacioni gas sadrži najmanje 80% gasa, a poželjno najmanje 95% kiseonika.

6. Postupak prema zahtevu 5, naznačen time što se oksidacioni gas u smeši oksidatora obezbeđuje u količini dovoljnoj da oksidiše skoro sav amonijak u smeši oksidatora i skoro sav azot monoksid u reakcionoj smeši.

7. Postupak prema zahtevu 5, naznačen time što se oksidacioni gas u smeši oksidatora obezbeđuje u količini dovoljnoj da oksidiše skoro sav amonijak u smeši oksidatora i nešto azot monoksida u reakcionoj smeši i što se reakcionoj smeši dodaje dodatna količina oksidacionog gasa kako bi se omogućila suštinski potpuna oksidacija azot monoksida u reakcionoj smeši.

8. Postupak prema bilo kojem od zahteva 1 do 6, naznačen time što oksidacioni gas sadrži vazduh.

9. Postupak prema zahtevu 8, naznačen time što se oksidacioni gas u smeši oksidatora obezbeđuje u količini koja je dovoljna da oksidiše suštinski sav amonijak u smeši u oksidatoru i što se reakcionoj smeši dodaje dodatna količina oksidacionog gasa kako bi se omogućila suštinski potpuna oksidacija azot monoksida u reakcionoj smeši, pri čemu se dodatni oksidacioni gas dodaje reakcionoj smeši posle oksidacije amonijaka, a pre toplotnog izmenjivača.

10. Postupak prema zahtevu 8 ili zahtevu 9, naznačen time što se oksidacioni gas zagreva pre mešanja sa komponentama vodene pare i amonijaka u smeši oksidatora, na primer, toplotnom razmenom sa reakcionom smešom.

11. Postupak prema bilo kojem od prethodnih zahteva, naznačen time što se rastvor amonijum nitrata koncentruje u uparivaču u fazi dobijanja amonijum nitrata.

12. Postupak prema zahtevu 11, naznačen time što postoji fazni separator koji prima dvofaznu struju (amonijum nitrat – vodena para) iz uparivača i što se vodena para odvaja od te dvofazne struje u separatoru i vraća u fazu dobijanja azotne kiseline, da obrazuje komponentu vodene pare u smeši oksidatora, zajedno sa uhvaćenim amonijakom koji se dovodi u fazu dobijanja amonijum nitrata u višku u odnosu na potrošenu količinu u reakciji sa azotnom kiselinom.

13. Postupak prema bilo kojem od zahteva 1 do 10, naznačen time što se rastvor amonijum nitrata koncentruje u dva, prvom i drugom, serijski povezana uparivača, i što prvi fazni separator prima dvofaznu struju (amonijum nitrat – vodena para) iz prvog uparivača i što se vodena para odvaja od te dvofazne struje u prvom separatoru i vraća u fazu dobijanja azotne kiseline, da obrazuje komponentu vodene pare u smeši oksidatora, zajedno sa uhvaćenim amonijakom koji se dovodi u fazu dobijanja amonijum nitrata u višku u odnosu na potrošenu količinu u reakciji sa azotnom kiselinom.

14. Postupak prema zahtevu 13, naznačen time što drugi fazni separator prima dvofaznu struju iz drugog uparivača i što se vodena para odvaja iz te dvofazne struje u drugom faznom separatoru i koristi u kondenzovanom stanju kao voda za pranje demister uređaja koji se nalazi na jednom ili na oba (prvom i drugom) fazna separatora.

15. Postupak prema bilo kojem od prethodnih zahteva, naznačen time što se u fazi dobijanja azotne kiseline azot monoksid pretvara u azotnu kiselinu u količini koja je približno 100% količine u reakcionoj smeši.