RU2830188C1 - Absorption column and method of producing nitric acid - Google Patents
Absorption column and method of producing nitric acid Download PDFInfo
- Publication number
- RU2830188C1 RU2830188C1 RU2022131054A RU2022131054A RU2830188C1 RU 2830188 C1 RU2830188 C1 RU 2830188C1 RU 2022131054 A RU2022131054 A RU 2022131054A RU 2022131054 A RU2022131054 A RU 2022131054A RU 2830188 C1 RU2830188 C1 RU 2830188C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- absorption column
- nitrogen oxides
- nitric acid
- aqueous solution
- vertical
- Prior art date
Links
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 title claims abstract description 233
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 110
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 99
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 99
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 427
- 238000012856 packing Methods 0.000 claims abstract description 97
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 81
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 76
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 70
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 69
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 38
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 32
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 24
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 23
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims abstract description 20
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 19
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 16
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 17
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 14
- 239000011944 nitrogen(II) oxide Substances 0.000 claims description 8
- 238000010926 purge Methods 0.000 claims description 8
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 7
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- WFPZPJSADLPSON-UHFFFAOYSA-N dinitrogen tetraoxide Chemical compound [O-][N+](=O)[N+]([O-])=O WFPZPJSADLPSON-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N nitrogen dioxide Inorganic materials O=[N]=O JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 9
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 7
- MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 4-(3,5-dimethylphenyl)-1,3-thiazol-2-amine Chemical compound CC1=CC(C)=CC(C=2N=C(N)SC=2)=C1 MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- PAWQVTBBRAZDMG-UHFFFAOYSA-N 2-(3-bromo-2-fluorophenyl)acetic acid Chemical compound OC(=O)CC1=CC=CC(Br)=C1F PAWQVTBBRAZDMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000003889 chemical engineering Methods 0.000 description 2
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002089 NOx Inorganic materials 0.000 description 1
- 241001377938 Yara Species 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical group 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 239000000539 dimer Substances 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- ZZUFCTLCJUWOSV-UHFFFAOYSA-N furosemide Chemical compound C1=C(Cl)C(S(=O)(=O)N)=CC(C(O)=O)=C1NCC1=CC=CO1 ZZUFCTLCJUWOSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000009790 rate-determining step (RDS) Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Область техники, к которой относится настоящее изобретениеField of technology to which the present invention relates
Настоящее изобретение относится к вертикальной абсорбционной колонне для производства водного раствора азотной кислоты в способе производства азотной кислоты и к способу производства водного раствора азотной кислоты в способе производства азотной кислоты. Более конкретно настоящее изобретение относится к вертикальной абсорбционной колонне и абсорбционному способу, где оксиды азота абсорбируются водой с применением структурированной насадки и специально сконструированного жидкостного распределителя, применение которого в указанном способе и абсорбционной колонне представляет собой новизну.The present invention relates to a vertical absorption column for producing an aqueous nitric acid solution in a nitric acid production method and to a method for producing an aqueous nitric acid solution in a nitric acid production method. More specifically, the present invention relates to a vertical absorption column and an absorption method, where nitrogen oxides are absorbed by water using structured packing and a specially designed liquid distributor, the use of which in said method and absorption column is novel.
Предпосылки настоящего изобретенияBackground of the present invention
Чистая азотная кислота представляет собой прозрачную бесцветную жидкость, имеющую резкий запах. Азотную кислоту производят в больших количествах, осуществляя, главным образом, каталитическое окисление аммиака (процесс Оствальда). Аммиак превращается в азотную кислоту в две стадии. Сначала аммиак окисляется на платиновой сетке, и при этом образуются оксид азота(II) и вода (уравнение реакции 1):Pure nitric acid is a clear, colourless liquid with a pungent odour. Nitric acid is produced in large quantities, mainly by the catalytic oxidation of ammonia (the Ostwald process). Ammonia is converted into nitric acid in two stages. First, ammonia is oxidised on a platinum mesh, producing nitrogen(II) oxide and water (reaction equation 1):
Продукт реакции согласно уравнению 1, представляющий собой оксид азота(II) NO, затем окисляется, и при этом образуются высшие оксиды азота NOx, представляющие собой, в частности, диоксид азота NO2 (газ), а также тетраоксид диазота N2O4 (газ), согласно уравнениям реакций 2 и 3:The reaction product according to equation 1, which is nitrogen(II) oxide NO, is then oxidized, and in this process higher nitrogen oxides NO x are formed, which are, in particular, nitrogen dioxide NO 2 (gas), as well as dinitrogen tetroxide N 2 O 4 (gas), according to reaction equations 2 and 3:
Окисление NO до оксидов азота NOx (которые определены в настоящем документе как представляющие собой по меньшей мере диоксид азота NO2 и тетраоксид диазота N2O4) на установках для производства азотной кислоты в настоящее время осуществляется посредством комбинации двух способов: охлаждение газа, которое сдвигает равновесие в сторону образования NO2; и предоставление достаточного времени выдерживания, которое обеспечивает завершение гомогенной реакции окисления.The oxidation of NO to nitrogen oxides NO x (defined herein as at least nitrogen dioxide NO 2 and dinitrogen tetroxide N 2 O 4 ) in nitric acid plants is currently accomplished by a combination of two methods: cooling the gas, which shifts the equilibrium toward NO 2 formation; and providing sufficient residence time to ensure completion of the homogeneous oxidation reaction.
После этого NO2 и N2O4 абсорбируются водой в абсорбционной колонне (также называемой термином «абсорбционная башня»), и в результате этого образуются азотная кислота и оксид азота(II) (уравнения реакций 4 и 5):After this, NO 2 and N 2 O 4 are absorbed by water in an absorption column (also called an absorption tower), resulting in the formation of nitric acid and nitrogen(II) oxide (reaction equations 4 and 5):
Остаточный оксид азота(II) повторно окисляется в абсорбционной колонне до высших оксидов азота, которые затем превращаются в азотную кислоту. Как правило, достигаемая эффективность абсорбции находится в диапазоне от 98,2 до 99,3%.The residual nitrogen(II) oxide is reoxidized in the absorption column to higher nitrogen oxides, which are then converted to nitric acid. Typically, the absorption efficiency achieved is in the range of 98.2 to 99.3%.
С применением указанного способа получается разбавленная азотная кислота, концентрация которой составляет вплоть до 68%, что представляет собой азеотропную смесь. В процессе ректификации концентрация азотной кислоты может быть увеличена вплоть до 99%, что представляет собой концентрированную азотную кислоту.Using this method, diluted nitric acid is obtained, the concentration of which is up to 68%, which is an azeotropic mixture. In the process of rectification, the concentration of nitric acid can be increased up to 99%, which is concentrated nitric acid.
Суммарная реакция выражена следующим уравнением 6:The overall reaction is expressed by the following equation 6:
Отходящий газ из абсорбционной колонны, содержащий продукт реакции NO и не прореагировавшие NO2 и N2O4, как правило, обрабатывают в установке для нейтрализации оксидов азота NOx перед выпуском в окружающую среду. Без этой обработки отходящий газ создает проблему загрязнения воздуха и наблюдается как типичный шлейф рыже-бурого цвета с резким запахом, выходящий из верхней части абсорбционной колонны.The off-gas from the absorption column, containing the reaction product NO and unreacted NO 2 and N 2 O 4 , is typically treated in a NOx neutralization unit before being released into the environment. Without this treatment, the off-gas creates an air pollution problem and is observed as a typical reddish-brown, pungent-smelling plume emerging from the top of the absorption column.
Типичная абсорбционная колонна содержит от 30 до 50 горизонтальных пластин (также называемых тарелками), из которых не охлаждаются только верхние 8-9 пластин. Охлаждение требуется для других тарелок, поскольку экзотермическими являются все реакции в способе производства азотной кислоты.A typical absorption column contains 30 to 50 horizontal plates (also called trays), of which only the top 8-9 plates are not cooled. Cooling is required for the other plates because all reactions in the nitric acid production process are exothermic.
Газообразные оксиды азота, которые должны быть абсорбированы, направляются в абсорбционную колонну в противоточном режиме по отношению к воде, используемой для абсорбции указанных газообразных оксидов азота. Азотная кислота, которая образуется в результате абсорбции, перетекает из верхней части в нижнюю часть абсорбционной колонны. Равновесие реакции, выраженной уравнением 4, выражается через парциальные давления компонентов и представляет собой функцию температуры, причем низкие температуры являются благоприятными для образования азотной кислоты. Однако диоксид азота быстро образует равновесную смесь с соответствующим димером, представляющим собой тетраоксид диазота, причем для образования являются благоприятными низкая температура и высокий давление. Механизмы и определяющие скорость стадии образования кислоты изменяются в зависимости от концентрации и степени окисления тетраоксида диазота. При высоких концентрациях тетраоксида диазота (>40 мас. %) N2O4 представляет собой основной путь к образованию азотной кислоты. При менее высоких концентрациях тетраоксида диазота становится более важным комбинированный механизм, в котором участвуют NO2, N2O3 и HNO2. Следовательно, в абсорбционном способе участвуют многочисленные реакционноспособные компоненты в газовой фазе, и модель реакции оказывается усложненной, но хорошо известной специалистам в данной области техники.The gaseous nitrogen oxides to be absorbed are fed into the absorption column in a countercurrent manner with respect to the water used for absorption of said gaseous nitrogen oxides. The nitric acid which is formed as a result of the absorption flows from the upper part to the lower part of the absorption column. The equilibrium of the reaction expressed by equation 4 is expressed in terms of the partial pressures of the components and is a function of temperature, with low temperatures being favorable for the formation of nitric acid. However, nitrogen dioxide quickly forms an equilibrium mixture with the corresponding dimer, which is dinitrogen tetroxide, with low temperature and high pressure being favorable for the formation. The mechanisms and rate-determining steps of acid formation vary depending on the concentration and oxidation state of dinitrogen tetroxide. At high concentrations of dinitrogen tetroxide (>40 wt.%) , N2O4 is the main route to nitric acid formation. At lower dinitrogen tetroxide concentrations, the combined mechanism involving NO 2 , N 2 O 3 and HNO 2 becomes more important. Consequently, the absorption process involves multiple reactive components in the gas phase and the reaction model is complicated but well known to those skilled in the art.
Образование азотной кислоты происходит в результате абсорбции NO2 или N2O4 водой и окисления до азотной кислоты, что осуществляется различными способами в зависимости от давления в абсорбционной системе. В традиционной современной двойной установке для производства азотной кислоты в процессе при среднем давлении сжатый технологический газ, образующийся в результате сжигания аммиака, поступает в нижнюю часть абсорбционной колонны, которая, как правило, представляет собой тарельчатую (пластинчатую) колонну, и проходит вверх через абсорбционную колонну в противоточном режиме по отношению к технологической воде, которая вводится в верхнюю часть колонны. Слабая/разбавленная кислота, образующаяся за счет сконденсированного пара, который присутствует в технологическом газе, вводится на соответствующем уровне абсорбционной колонны. В тарельчатых абсорбционных колоннах окисление газообразных оксидов азота осуществляется в свободных пространствах между тарелками, и абсорбция происходит на тарелках. Тарелки представляют собой колпачковые пластины или перфорированные (ситовые) пластины, на которых протекает жидкость, в то время как газ диффундирует через небольшие отверстия в ситовых тарелках или через колпачки. Тарелки в абсорбционной колонне содержат охлаждающие приспособления для отвода тепла, выделяющегося при абсорбции, в частности, в нижней части колонны. Отходящий газ, содержащий оксиды азота, обрабатывают в целях удаления или уменьшения содержания оксидов азота, которые присутствуют в отходящем газе, перед его пропусканием в расширительную турбину для утилизации энергии сжатия. Произведенную азотную кислоту пропускают в продувочную колонну, в которой происходит удаление растворенных газообразных оксидов азота, содержащихся в азотной кислоте.Nitric acid is formed by absorption of NO2 or N2O4 by water and oxidation to nitric acid, which is accomplished in different ways depending on the pressure in the absorption system. In a conventional modern dual stage nitric acid plant in a medium pressure process, compressed process gas resulting from the combustion of ammonia enters the bottom of an absorption column, which is typically a tray column, and passes upward through the absorption column in countercurrent to the process water, which is introduced at the top of the column. Weak/dilute acid, formed by condensed steam present in the process gas, is introduced at an appropriate level in the absorption column. In tray absorption columns, oxidation of gaseous nitrogen oxides takes place in the free spaces between the trays, and absorption takes place on the trays. The trays are bubble cap plates or perforated (sieve) plates on which the liquid flows while the gas diffuses through small holes in the sieve trays or through the bubble caps. The trays in the absorption column contain cooling means to remove the heat generated during absorption, particularly at the bottom of the column. The off-gas containing nitrogen oxides is treated to remove or reduce the nitrogen oxides present in the off-gas before it is passed to an expansion turbine to recover the compression energy. The nitric acid produced is passed to a purge column, which removes dissolved gaseous nitrogen oxides contained in the nitric acid.
Основной выходящий поток из установки для производства азотной кислоты представляет собой отходящий газ, содержащий оксиды азота из абсорбционной колонны. Выбросы отходящего газа могут быть сокращены до минимума посредством оптимизации технологических условий, повышения эффективности абсорбции и/или применения специальных способов обработки отходящего газа. Капиталовложения для снижения выбросов оксиды азота в определенной степени компенсируются за счет увеличения выхода азотной кислоты в качестве продукта. Однако требование снижения выбросов оксидов азота зачастую должно быть сбалансировано с экономическими и производственными требованиями.The main effluent from a nitric acid plant is the off-gas containing nitrogen oxides from the absorption column. Off-gas emissions can be reduced to a minimum by optimizing process conditions, increasing absorption efficiency, and/or using special off-gas treatment methods. The investment to reduce nitrogen oxide emissions is offset to some extent by the increased yield of nitric acid as a product. However, the requirement to reduce nitrogen oxide emissions must often be balanced against economic and operational requirements.
Конструкция абсорбционных колонн для производства азотной кислоты обеспечивает специализированный способ, для которого требуются индивидуальные условия на каждой стадии абсорбции в соответствии с требованиями охлаждения и объемов воздуха или другого кислородсодержащего газа, в котором присутствует кислород, необходимый для окисления оксидов азота. Для традиционного способа производства азотной кислоты требуются значительные капиталовложения, и такая установка производит значительное воздействие на окружающую среду. Таким образом, существует требование обеспечения более эффективного способа производства азотной кислоты по сравнению с традиционным промышленным способом; кроме того, существует требование уменьшения воздействия установки для производства азотной кислоты на окружающую среду. Что особенно важно, по соображениям охраны окружающей среды, существует требование более устойчивого производства азотной кислоты, и, таким образом, должно быть сокращено до минимума содержание газообразных оксидов азота в отходящем газе.The design of absorption columns for the production of nitric acid provides a specialized process that requires individual conditions at each absorption stage in accordance with the requirements of cooling and the volumes of air or other oxygen-containing gas in which the oxygen necessary for the oxidation of nitrogen oxides is present. The traditional method of producing nitric acid requires significant capital investment and such a plant produces a significant impact on the environment. Therefore, there is a requirement to provide a more efficient method of producing nitric acid compared to the traditional industrial process; in addition, there is a requirement to reduce the impact of the nitric acid plant on the environment. Most importantly, for environmental reasons, there is a requirement for a more sustainable production of nitric acid, and thus the content of gaseous nitrogen oxides in the off-gas should be reduced to a minimum.
Предшествующий уровень техники настоящего изобретенияPrior art of the present invention
В документе ЕР 0256533 A (Norsk Hydro, 28 октября 1992 года) раскрыты способ и устройство для уменьшения содержание оксидов азота ниже 200 ч./млн в отходящих газах из абсорбционной колонны для производства азотной кислоты. В целях уменьшения содержания диоксида азота (NO2) в отходящем газе соотношение между площадью контактной поверхности и свободным газовым пространством регулируется посредством увеличения высоты уровня перетока жидкости и пространства для окисления между пластинами. Кроме того, уменьшение высоты пространства над самой верхней пластиной приводит к уменьшению степени окисления NO до NO2.Document EP 0256533 A (Norsk Hydro, 28 October 1992) discloses a method and apparatus for reducing the nitrogen oxide content below 200 ppm in the off-gas from an absorption column for the production of nitric acid. In order to reduce the nitrogen dioxide ( NO2 ) content in the off-gas, the ratio between the contact surface area and the free gas space is controlled by increasing the height of the liquid overflow level and the oxidation space between the plates. In addition, reducing the height of the space above the uppermost plate results in a decrease in the degree of oxidation of NO to NO2 .
В документе WO 02/083260 А2 (Koch-Glitsch LP, 24 октября 2002 года) раскрыт жидкостный распределитель в колонне с массообменом, который распределяет жидкость в расположенный под ним массообменный слой, содержащий один или несколько неупорядоченных, решетчатых или структурированных насадочных элементов. Зубчатый переливной барьер используется для распределения жидкости через направленные вниз зубцы зубчатого переливного барьера в расположенный под ним массообменный слой. Здесь не упоминается ни применение в абсорбционной колонне на стадии абсорбции в способе производства, ни применение зубчатого переливного барьера для распределения жидкости через направленные вверх зубцы зубчатого переливного барьера в перфорированные тарелки жидкостного распределителя.WO 02/083260 A2 (Koch-Glitsch LP, 24 October 2002) discloses a liquid distributor in a mass transfer column which distributes liquid into a mass transfer bed located below it, comprising one or more random, lattice or structured packing elements. A toothed weir is used to distribute liquid through downwardly directed teeth of the toothed weir into the mass transfer bed located below it. There is no mention of use in an absorption column in the absorption step of a manufacturing process, nor of use of the toothed weir to distribute liquid through upwardly directed teeth of the toothed weir into perforated trays of a liquid distributor.
В документе US 4,816,191 (Koch Engineering Company, 28 марта 1989 года) раскрыт жидкостный распределитель для газожидкостной контактной колонны, который также содержит зубчатый переливной барьер для распределения жидкости через направленные вниз зубцы зубчатого переливного барьера в расположенную под ним колонну. Здесь не упоминаются структурированные насадки.US 4,816,191 (Koch Engineering Company, March 28, 1989) discloses a liquid distributor for a gas-liquid contact tower that also includes a toothed weir for distributing liquid through downwardly directed teeth of the toothed weir into a tower below. No mention is made of structured packing.
В документе WO 2020/169465 A1 (Yara International ASA, 2020 год) раскрыта вертикальная продувочная колонна для удаления растворенных оксидов азота из водного раствора азотной кислоты с применением продувочного газа, такого как воздух, азот, кислород или их комбинации, в способе производства азотной кислоты, причем в колонне присутствуют структурированная насадка; жидкостный распределитель, содержащий загрузочную коробку, имеющую зубчатый переливной барьер для распределения водного раствора азотной кислоты, содержащего растворенные оксиды азота, через направленные вверх зубцы зубчатого переливного барьера в перфорированные тарелки жидкостного распределителя, который расположен над структурированной насадкой для распределения водного раствора азотной кислоты, содержащего растворенные оксиды азота, на структурированную насадку; впуск и выпуск, из которых оба являются подходящими для водного раствора азотной кислоты; а также впуск и выпуск, из которых оба являются подходящими для продувочного газа. Здесь не раскрыта комбинация, которую составляют как тарелки, так и структурированная насадка. Кроме того, здесь не раскрыт отдельный впуск для введения газообразного кислорода в продувочную колонну.WO 2020/169465 A1 (Yara International ASA, 2020) discloses a vertical purge column for removing dissolved nitrogen oxides from an aqueous nitric acid solution using a purge gas such as air, nitrogen, oxygen or combinations thereof in a nitric acid manufacturing process, the column comprising structured packing; a liquid distributor comprising a feed box having a toothed weir for distributing an aqueous nitric acid solution containing dissolved nitrogen oxides through upwardly directed teeth of the toothed weir into perforated trays of a liquid distributor that is positioned above the structured packing for distributing an aqueous nitric acid solution containing dissolved nitrogen oxides onto the structured packing; an inlet and an outlet, both of which are suitable for the aqueous nitric acid solution; and an inlet and an outlet, both of which are suitable for the purge gas. The combination of both trays and structured packing is not disclosed here. Also, a separate inlet for introducing gaseous oxygen into the purge column is not disclosed here.
Применение структурированной насадки в массообменных колоннах является общеизвестным, например, в способах дистилляции, способах разделения и в некоторых способах абсорбции (последние раскрыты, например, в работе Decanini и др. Ind. Eng. Chem. Res., 2000, 39, 5003-5011). Хотя структурированная насадка обладает преимуществами по сравнению с традиционной насадкой или другими внутренними элементами в колонне, существуют несколько аспектов, которые влияют на применение структурированной насадки в массообменных процессах, такие как значительно более высокая стоимость, сложности в эксплуатации, например, вследствие условий заполнения и терморегулирования, не говоря о других проблемах. Структурированные насадки никогда не находили применения в абсорбционных колоннах в способе производства азотной кислоты. Вследствие экзотермической природы реакций абсорбции очень большая теплота абсорбции должна выделяться в абсорбционной колонне, оборудованной структурированной насадкой, и должно быть обеспечено наружное охлаждение, которое усложняет способ в целом.The use of structured packing in mass transfer columns is well known, for example, in distillation processes, separation processes and in some absorption processes (the latter are disclosed, for example, in Decanini et al. Ind. Eng. Chem. Res., 2000, 39, 5003-5011). Although structured packing has advantages over conventional packing or other internals in the column, there are several aspects that affect the use of structured packing in mass transfer processes, such as significantly higher cost, operational difficulties, for example due to filling conditions and temperature control, not to mention other problems. Structured packing has never found application in absorption columns in the nitric acid production process. Due to the exothermic nature of the absorption reactions, a very high heat of absorption must be released in the absorption column equipped with structured packing and external cooling must be provided, which complicates the overall process.
Таким образом, по-прежнему требуется абсорбционная колонна, которая обеспечивает более эффективную абсорбцию газообразных оксидов азота, что, в свою очередь, допускает уменьшение размеров абсорбционной колонны и/или сокращение выбросов оксидов азота через выпуск абсорбционной колонны.Thus, there is still a need for an absorption column that provides more efficient absorption of gaseous nitrogen oxides, which in turn allows for a reduction in the size of the absorption column and/or a reduction in the emission of nitrogen oxides through the outlet of the absorption column.
Краткое раскрытие настоящего изобретенияBrief summary of the present invention
Согласно первому аспекту настоящего изобретения раскрыта вертикальная абсорбционная колонна для абсорбции водой оксидов азота из технологического газа, содержащего указанные оксиды азота, для производства водного раствора азотной кислоты. Абсорбционная колонна содержит:According to a first aspect of the present invention, a vertical absorption column is disclosed for absorbing nitrogen oxides from a process gas containing said nitrogen oxides with water to produce an aqueous nitric acid solution. The absorption column comprises:
- жидкостный распределитель, содержащий загрузочную коробку, имеющую зубчатый переливной барьер, предназначенный для распределения жидкости через направленные вверх зубцы зубчатого переливного барьера в перфорированные тарелки жидкостного распределителя и расположенный непосредственно над структурированной насадкой;- a liquid distributor comprising a loading box having a toothed overflow barrier designed to distribute liquid through upwardly directed teeth of the toothed overflow barrier into perforated plates of the liquid distributor and located directly above the structured packing;
- структурированную насадку;- structured nozzle;
- пластинчатую насадку, содержащую множество горизонтальных пластин, содержащих охлаждающие приспособления;- a plate nozzle containing a plurality of horizontal plates containing cooling devices;
- впуск для введения кислорода в нижнюю часть вертикальной абсорбционной колонны;- inlet for introducing oxygen into the lower part of the vertical absorption column;
- впуск для технологического газа, содержащего оксиды азота, из процесса окисления аммиака в нижней части вертикальной абсорбционной колонны;- an inlet for process gas containing nitrogen oxides from the ammonia oxidation process at the bottom of the vertical absorption column;
- впуск для водного раствора в верхней части вертикальной абсорбционной колонны;- inlet for aqueous solution at the top of the vertical absorption column;
- по меньшей мере один выпуск для азотной кислоты в нижней части вертикальной абсорбционной колонны; и- at least one outlet for nitric acid at the bottom of the vertical absorption column; and
- выпуск для отходящего газа, содержащего оксиды азота, в верхней части вертикальной абсорбционной колонны.- outlet for exhaust gas containing nitrogen oxides at the top of the vertical absorption column.
Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что структурированная насадка в абсорбционной колонне в комбинации с жидкостным распределителем, содержащим загрузочную коробку, имеющую зубчатый переливной барьер для распределения жидкости через направленные вверх зубцы зубчатого переливного барьера в перфорированные тарелки жидкостного распределителя, обеспечивает более эффективную абсорбцию газообразных оксидов азота, что, в свою очередь, допускает уменьшение размеров абсорбционной колонны и/или сокращение выбросов оксидов азота через выпуск абсорбционной колонны.The inventors of the present invention have unexpectedly found that structured packing in an absorption column in combination with a liquid distributor comprising a loading box having a toothed weir for distributing liquid through upwardly directed teeth of the toothed weir into perforated trays of the liquid distributor provides more efficient absorption of gaseous nitrogen oxides, which in turn allows for a reduction in the size of the absorption column and/or a reduction in nitrogen oxide emissions through the outlet of the absorption column.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения раскрыт абсорбционный способ производства водного раствора азотной кислоты посредством абсорбции водой оксидов азота из технологического газа, содержащего оксиды азота, в вертикальной абсорбционной колонне согласно настоящему изобретению. Способ включает следующие стадии:According to a second aspect of the present invention, an absorption method for producing an aqueous nitric acid solution by absorbing nitrogen oxides from a process gas containing nitrogen oxides with water in a vertical absorption column according to the present invention is disclosed. The method comprises the following steps:
- введение водного раствора в верхнюю часть вертикальной абсорбционной колонны через жидкостный распределитель;- introduction of an aqueous solution into the upper part of the vertical absorption column through a liquid distributor;
причем водный раствор предпочтительно представляет собой технологическую воду, в которой практически отсутствуют оксиды азота;wherein the aqueous solution is preferably process water in which nitrogen oxides are practically absent;
- пропускание водного раствора вниз в вертикальную абсорбционную колонну через структурированную насадку и пластинчатую насадку; и- passing the aqueous solution downwards into a vertical absorption column through structured packing and plate packing; and
- введение водного раствора в контакт с технологическим газом, содержащим оксиды азота из процесса окисления аммиака и движущийся в противоточном направлении по отношению к водному раствору через структурированную насадку и пластинчатую насадку.- introducing an aqueous solution into contact with a process gas containing nitrogen oxides from the ammonia oxidation process and moving in a counter-current direction relative to the aqueous solution through structured packing and plate packing.
Согласно третьему аспекту настоящего изобретения раскрыт способ производства азотной кислоты. Способ включает следующие стадии:According to a third aspect of the present invention, a method for producing nitric acid is disclosed. The method comprises the following steps:
- окисление аммиака с получением оксида азота(II);- oxidation of ammonia to produce nitrogen(II) oxide;
- окисление оксид азота(II) до высших оксидов азота, преимущественно представляющих собой NO2 и N2O4;- oxidation of nitrogen oxide(II) to higher nitrogen oxides, mainly NO 2 and N 2 O 4 ;
- абсорбция оксидов азота водой в вертикальной абсорбционной колонне с применением абсорбционной колонны согласно настоящему изобретению и получением водного раствора азотной кислоты;- absorption of nitrogen oxides with water in a vertical absorption column using an absorption column according to the present invention and obtaining an aqueous solution of nitric acid;
- удаление растворенных оксидов азота из водного раствора азотной кислоты с применением продувочной колонны;- removal of dissolved nitrogen oxides from an aqueous solution of nitric acid using a purge column;
- возвращение удаленных оксидов азота в абсорбционную колонну с применением абсорбционной колонны согласно настоящему изобретению для последующего превращения удаленных оксидов азота в азотную кислоту.- returning the removed nitrogen oxides to the absorption column using the absorption column according to the present invention for subsequent conversion of the removed nitrogen oxides into nitric acid.
Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения раскрыт способ сокращения до минимума количества газообразных оксидов азота в отходящем газе из вертикальной абсорбционной колонны согласно настоящему изобретению в абсорбционном способе согласно настоящему изобретению или в способе производства азотной кислоты согласно настоящему изобретению. Способ включает следующие стадии:According to a fourth aspect of the present invention, a method for minimizing the amount of gaseous nitrogen oxides in the exhaust gas from a vertical absorption column according to the present invention in the absorption method according to the present invention or in the nitric acid production method according to the present invention is disclosed. The method comprises the following steps:
- поддержание температуры 2-5 самых верхних горизонтальных пластин в диапазоне от 5 до 35°С, и/или- maintaining the temperature of the 2-5 uppermost horizontal plates in the range from 5 to 35°C, and/or
- поддержание концентрации оксидов азота в технологическом газе в свободном пространстве между 2-5 самыми верхними горизонтальными пластинами, составляющей менее чем 5000 об.ч./млн, предпочтительно от 100 до 5000 об.ч./млн, предпочтительнее от 100 до 2000 об.ч./млн и еще предпочтительнее от 150 до 250 об.ч./млн.- maintaining the concentration of nitrogen oxides in the process gas in the free space between the 2-5 uppermost horizontal plates at less than 5000 ppmv, preferably from 100 to 5000 ppmv, more preferably from 100 to 2000 ppmv and even more preferably from 150 to 250 ppmv.
Согласно пятому аспекту настоящего изобретения раскрыто применение вертикальной абсорбционной колонны согласно настоящему изобретению для абсорбции оксидов азота из технологического газа, содержащего указанные оксиды азота, водным раствором для производства водного раствора азотной кислоты в способе производства азотной кислоты.According to a fifth aspect of the present invention, there is disclosed the use of a vertical absorption column according to the present invention for absorbing nitrogen oxides from a process gas containing said nitrogen oxides with an aqueous solution for producing an aqueous nitric acid solution in a method for producing nitric acid.
Согласно шестому аспекту настоящего изобретения раскрыто применение в вертикальной абсорбционной колонне согласно настоящему изобретению для абсорбции водой оксидов азота из технологического газа, содержащего указанные оксиды азота, для производства водного раствора азотной кислоты в способе производства азотной кислоты, структурированной насадки в комбинации с жидкостным распределителем, содержащим загрузочную коробку, имеющую зубчатый переливной барьер для распределения жидкости через направленные вверх зубцы зубчатого переливного барьера в перфорированные тарелки жидкостного распределителя и расположенным непосредственно над структурированной насадкой для распределения жидкости на структурированную насадку.According to a sixth aspect of the present invention, there is disclosed the use in a vertical absorption column according to the present invention for absorbing nitrogen oxides with water from a process gas containing said nitrogen oxides for producing an aqueous nitric acid solution in a method for producing nitric acid, of a structured packing in combination with a liquid distributor comprising a loading box having a toothed weir for distributing liquid through upwardly directed teeth of the toothed weir into perforated trays of the liquid distributor and located directly above the structured packing for distributing liquid onto the structured packing.
Краткое описание фигурBrief description of the figures
На фиг. 1 проиллюстрировано схематическое представление абсорбционной колонны согласно настоящему изобретению.Fig. 1 illustrates a schematic representation of an absorption column according to the present invention.
На фиг. 2 проиллюстрировано схематическое представление структурированной насадки, которая находит применение в абсорбционной колонне согласно настоящему изобретению.Fig. 2 illustrates a schematic representation of structured packing which is used in an absorption column according to the present invention.
На фиг. 3 проиллюстрировано схематическое представление абсорбционной колонны согласно настоящему изобретению с рециркуляционным контуром для азотной кислоты.Fig. 3 illustrates a schematic representation of an absorption column according to the present invention with a recirculation loop for nitric acid.
На фиг. 4 проиллюстрировано изображение, представляющее пример жидкостного распределителя для применения в комбинации со структурированной насадкой в абсорбционной колонне и демонстрирующее зубчатый переливной барьер с направленными вверх зубцами.Fig. 4 is a view showing an example of a liquid distributor for use in combination with structured packing in an absorption column and showing a toothed weir with upwardly directed teeth.
На фиг. 5 проиллюстрировано изображение, представляющее перфорированные тарелки жидкостного распределителя, расположенные непосредственно на структурированной насадке в вертикальной абсорбционной колонне.Fig. 5 is an illustration showing perforated liquid distributor trays positioned directly on structured packing in a vertical absorption column.
Подробное раскрытие настоящего изобретенияDetailed disclosure of the present invention
Во всем тексте описания и формулы настоящего изобретения слово «включать» и соответствующие видоизменения означают «включающий, но без ограничения», и они не предназначены, чтобы исключать, и не исключают другие фрагменты, добавки, компоненты, целые числа или стадии. Во всем тексте описания и формулы настоящего изобретения грамматические формы единственного числа могут означать и множественное число, если иное условие не требуется согласно контексту. В частности, когда в описании настоящего изобретения используется неопределенный артикль, это следует понимать как обозначение множественного числа, а также единственного числа, если иное условие не требуется согласно контексту.Throughout the description and claims of the present invention, the word "include" and corresponding modifications mean "including, but not limited to," and are not intended to, and do not, exclude other parts, additives, components, integers, or steps. Throughout the description and claims of the present invention, grammatical forms of the singular may also mean the plural, unless the context otherwise requires. In particular, when the indefinite article is used in the description of the present invention, this should be understood as designating the plural as well as the singular, unless the context otherwise requires.
Признаки, целые числа, характеристики, соединения, химические фрагменты или группы, описанные в сочетании с конкретным аспектом, вариантом осуществления или примером настоящего изобретения, следует понимать как применимые к любому другому аспекту, варианту осуществления или примеру, который описан в настоящем документе, если при этом отсутствует несовместимость. Все признаки, которые представляет описание настоящего изобретения (а также любая сопровождающая формула изобретения, реферат и фигуры), и/или все стадии любого способа или процесса, которые описаны указанным образом, могут быть объединены в любой комбинации, за исключением комбинаций, в которых по меньшей мере некоторые из таких признаков и/или стадий являются взаимоисключающими. Настоящее изобретение не ограничивается подробностями любых представленных выше вариантов осуществления. Настоящее изобретение распространяется на любой новый признак или на любую новую комбинацию признаков, которые представляет описание настоящего изобретения (а также любая сопровождающая формула изобретения, реферат и фигуры), или на любую новую стадию или на любую новую комбинацию стадий любого способа или процесса, который описан указанным образом.Features, integers, characteristics, compounds, chemical moieties or groups described in connection with a particular aspect, embodiment or example of the present invention shall be understood as applicable to any other aspect, embodiment or example described herein, unless there is incompatibility. All features presented by the description of the present invention (as well as any accompanying claims, abstract and figures) and/or all steps of any method or process so described may be combined in any combination, except combinations in which at least some of such features and/or steps are mutually exclusive. The present invention is not limited to the details of any embodiments presented above. The present invention extends to any new feature or any new combination of features presented by the description of the present invention (as well as any accompanying claims, abstract and figures), or to any new step or any new combination of steps of any method or process so described.
Представление численных значений посредством численных диапазонов распространяется на все целые и дробные значения в пределах указанных диапазонов, а также на определенные конечные точки. Термин, определяющий диапазон «от... до...» или «между... и...», при использовании для обозначения диапазона измеряемого значения, такого как параметр, количество, период времени и аналогичное значение, предназначен для включения пределов, связанных с диапазоном, который должен быть описан.The representation of numerical values by means of numerical ranges extends to all integer and fractional values within the stated ranges, as well as to specified end points. The term defining a range "from... to..." or "between... and...", when used to denote the range of a measurand such as a parameter, quantity, period of time, and similar value, is intended to include limits associated with the range to be described.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения предложена вертикальная абсорбционная колонна для абсорбции водой оксидов азота из технологического газа, содержащего указанные оксиды азота, для производства водного раствора азотной кислоты. Абсорбционная колонна содержит:According to the first aspect of the present invention, a vertical absorption column is proposed for absorbing nitrogen oxides from a process gas containing said nitrogen oxides with water to produce an aqueous solution of nitric acid. The absorption column comprises:
- жидкостный распределитель, содержащий загрузочную коробку, имеющую зубчатый переливной барьер для распределения жидкости через направленные вверх зубцы зубчатого переливного барьера в перфорированные тарелки жидкостного распределителя и расположенный непосредственно над структурированной насадкой;- a liquid distributor comprising a loading box having a toothed overflow barrier for distributing liquid through upwardly directed teeth of the toothed overflow barrier into perforated plates of the liquid distributor and located directly above the structured packing;
- структурированную насадку;- structured nozzle;
- пластинчатую насадку, содержащую множество горизонтальных пластин, содержащих охлаждающие приспособления;- a plate nozzle containing a plurality of horizontal plates containing cooling devices;
- впуск для введения кислорода в нижнюю часть вертикальной абсорбционной колонны;- inlet for introducing oxygen into the lower part of the vertical absorption column;
- впуск для технологического газа, содержащего оксиды азота, из процесса окисления аммиака в нижней части вертикальной абсорбционной колонны;- an inlet for process gas containing nitrogen oxides from the ammonia oxidation process at the bottom of the vertical absorption column;
- впуск для водного раствора в верхней части вертикальной абсорбционной колонны;- inlet for aqueous solution at the top of the vertical absorption column;
- по меньшей мере один выпуск для азотной кислоты в нижней части вертикальной абсорбционной колонны; и- at least one outlet for nitric acid at the bottom of the vertical absorption column; and
- выпуск для отходящего газа, содержащего оксиды азота, в верхней части вертикальной абсорбционной колонны.- outlet for exhaust gas containing nitrogen oxides at the top of the vertical absorption column.
Как определено в настоящем документе, водный раствор выбран из группы, которую составляют вода, или водный раствор, содержащий вплоть до 0,5 мас. % азотной кислоты, или водный раствор, содержащий вплоть до 1 мас. % нитрата аммония, или их комбинации.As defined herein, the aqueous solution is selected from the group consisting of water, or an aqueous solution containing up to 0.5 wt.% nitric acid, or an aqueous solution containing up to 1 wt.% ammonium nitrate, or combinations thereof.
Далее рассмотрим фиг. 1 и 3, на которых проиллюстрирована абсорбционная колонна 1 согласно настоящему изобретению, содержащая структурированную насадку 2, впуск 3 для технологического газа, выпуск 4 для отходящего газа, впуск 5 для воды, конденсата азотной кислоты или конденсата нитрата аммония и выпуск 6 для азотной кислоты.Now let us consider Fig. 1 and 3, which illustrate an absorption column 1 according to the present invention, containing a structured packing 2, an inlet 3 for process gas, an outlet 4 for exhaust gas, an inlet 5 for water, nitric acid condensate or ammonium nitrate condensate and an outlet 6 for nitric acid.
Неожиданно авторы настоящего изобретения обнаружили, что структурированная насадка в абсорбционной колонне, с которой находится в комбинации жидкостный распределитель, содержащий загрузочную коробку, имеющую зубчатый переливной барьер для распределения жидкости через направленные вверх зубцы зубчатого переливного барьера в перфорированные тарелки жидкостного распределителя, обеспечивает более эффективную абсорбцию газообразных оксидов азота, что, в свою очередь, допускает уменьшение размеров абсорбционной колонны и/или сокращение выбросов оксидов азота через выпуск абсорбционной колонны.Surprisingly, the inventors of the present invention have found that structured packing in an absorption column, which is combined with a liquid distributor comprising a loading box having a toothed weir for distributing liquid through upwardly directed teeth of the toothed weir into perforated trays of the liquid distributor, provides for more efficient absorption of gaseous nitrogen oxides, which in turn allows for a reduction in the size of the absorption column and/or a reduction in nitrogen oxide emissions through the outlet of the absorption column.
Примерные структурированные насадки представляют собой гофрированные тонкие металлические листы (например, имеющие толщину от 1 до 2 мм), вспененные металлические конструкции, проволочные сетки, причем эти листы расположены вертикально и складки гофрированных листов ориентированы под углом к вертикальной оси (фиг. 2). Гофрированные металлические листы могут быть перфорированными и/или иметь текстурированную поверхность. Материал структурированной насадки должен выдерживать вызывающую коррозию среду и температуру в абсорбционной колонне в течение продолжительного времени. Подходящие материалы представляют собой кислотоустойчивые нержавеющие стали, подходящие пластические материалы и титан. Кроме того, структурированная насадочная секция должна иметь достаточную механическую прочность, чтобы выдерживать вес насадки и жидкости в условиях эксплуатации.Exemplary structured packings are corrugated thin metal sheets (e.g., having a thickness of 1 to 2 mm), foamed metal structures, wire mesh, wherein these sheets are arranged vertically and the folds of the corrugated sheets are oriented at an angle to the vertical axis (Fig. 2). The corrugated metal sheets can be perforated and/or have a textured surface. The structured packing material must withstand the corrosive environment and temperature in the absorption column for an extended period of time. Suitable materials are acid-resistant stainless steels, suitable plastic materials, and titanium. In addition, the structured packed section must have sufficient mechanical strength to withstand the weight of the packing and the liquid under operating conditions.
На фиг. 4 приведена иллюстрация, представляющая жидкостный распределитель для применения в комбинации со структурированной насадкой в вертикальной абсорбционной колонне в способе производства азотной кислоты согласно настоящему изобретению. Жидкостный распределитель содержит следующие элементы: зубчатый переливной барьер 301, загрузочная коробка 302, одна или несколько тарелок 303 и решетка 304. Жидкостный распределитель расположен на верхней части структурированной насадки в вертикальной абсорбционной колонне в колонне/башне химической установки. Водный раствор поступает в загрузочную коробку 302. Водный раствор распределяется в перфорированные тарелки через зубчатый переливной барьер. В нижней части перфорированных тарелок находятся многочисленные мелкие отверстия. Таким образом, оптимизируется распределение водного раствора в перфорированные тарелки, оптимизируется площадь поверхности между водным раствором и газообразным оксидом азота, поддерживается минимальным величина потока оксида в абсорбционную секцию, и оптимизируется перепад давления.Fig. 4 is an illustration showing a liquid distributor for use in combination with structured packing in a vertical absorption column in a process for producing nitric acid according to the present invention. The liquid distributor comprises the following elements: a toothed weir 301, a loading box 302, one or more trays 303 and a grid 304. The liquid distributor is located on the top of the structured packing in the vertical absorption column in a column/tower of a chemical plant. An aqueous solution enters the loading box 302. The aqueous solution is distributed into the perforated trays through the toothed weir. Numerous small holes are located in the lower part of the perforated trays. In this way, the distribution of the aqueous solution into the perforated trays is optimized, the surface area between the aqueous solution and the gaseous nitrogen oxide is optimized, the amount of oxide flow into the absorption section is maintained at a minimum, and the pressure drop is optimized.
На фиг. 5 приведена иллюстрация, представляющая перфорированные тарелки 402 жидкостного распределителя, где перфорированные тарелки 402 расположены непосредственно на структурированной насадке 401.Fig. 5 is an illustration showing perforated plates 402 of a liquid distributor, where the perforated plates 402 are located directly on the structured packing 401.
Жидкостный распределитель содержит загрузочную коробку для приема водного раствора, который поступает в абсорбционную колонну. Водный раствор распределяется из загрузочной коробки в перфорированные тарелки.The liquid distributor contains a loading box for receiving the aqueous solution that enters the absorption column. The aqueous solution is distributed from the loading box into perforated trays.
Загрузочная коробка содержит направленный вверх зубчатый переливной барьер. Зубчатый переливной барьер может быть расположен на одном или обоих из продольных краев загрузочной коробки. Водный раствор распределяется из загрузочной коробки через зубцы и поступает в перфорированные тарелки. Применение зубчатого переливного барьера и его расположение внутри распределителя будет дополнительно способствовать оптимизации массообмена между оксидами азота и водным раствором.The loading box contains an upwardly directed toothed overflow barrier. The toothed overflow barrier can be located on one or both of the longitudinal edges of the loading box. The aqueous solution is distributed from the loading box through the teeth and enters the perforated plates. The use of a toothed overflow barrier and its location inside the distributor will additionally contribute to the optimization of the mass transfer between nitrogen oxides and the aqueous solution.
Зубцы переливных барьеров, имеющие различные формы, такие как зубцы, имеющие V-образные формы, корончатые формы, U-образные формы, могут обеспечивать одинаковый или аналогичный эффект. Термин «зубчатый переливной барьер» следует понимать таким образом, что он означает не только пилообразную форму, но также и другие нелинейные формы, которые обеспечивают одинаковый или аналогичный эффект распределения водного раствора.The teeth of the overflow barriers in different shapes, such as teeth in V-shape, crown-shape, U-shape, can provide the same or similar effect. The term "toothed overflow barrier" should be understood in such a way that it means not only the saw-tooth shape, but also other non-linear shapes that provide the same or similar effect of distributing the aqueous solution.
Согласно следующему варианту осуществления загрузочная коробка может содержать отверстия нижней части и/или в стенках для распределения водного раствора в перфорированные тарелки. Эти отверстия могут быть круглыми или могут иметь форму вертикальных или горизонтальных щелей.According to a further embodiment, the loading box may comprise openings in the bottom and/or in the walls for distributing the aqueous solution into the perforated plates. These openings may be circular or may have the form of vertical or horizontal slits.
Нижняя часть загрузочной коробки может быть расположена на более высоком уровне, чем перфорированные тарелки. Согласно следующему варианту осуществления нижняя часть загрузочной коробки может быть расположена на такой же высоте, как нижняя часть перфорированных тарелок. Если загрузочная коробка содержит зубчатый переливной барьер, зубцы должны быть расположены выше, чем верхний край перфорированных тарелок.The bottom of the loading box may be located at a higher level than the perforated plates. According to a further embodiment, the bottom of the loading box may be located at the same height as the bottom of the perforated plates. If the loading box has a toothed overflow barrier, the teeth must be located higher than the upper edge of the perforated plates.
Перфорированные жидкостные распределительные тарелки могут быть расположены на опорных решетках или непосредственно на структурированной насадке.Perforated liquid distribution trays can be positioned on support grids or directly on structured packing.
Согласно настоящему изобретению секция абсорбционной колонны предшествующего уровня техники, в которой присутствуют традиционные тарелки и отсутствуют какие-либо структурированные насадки, заменена секцией структурированной насадки. Посредством замены традиционных тарелок структурированной насадкой в секции абсорбционной колонны могут быть значительно уменьшены размеры абсорбционной колонны, в частности, может быть значительно уменьшена высота колонны. Кроме того, посредством замены традиционных тарелок структурированной насадкой в секции значительно уменьшается количество газообразных оксидов азота в отходящем газе, что также приводит к повышению выхода в способе производства азотной кислоты. Очень большая площадь поверхности секции структурированной насадки обеспечивает очень большую поверхность раздела между газом и жидкостью, что обеспечивает высокий массообмен. Большая поверхность раздела между газом и жидкостью приводит к значительному увеличению эффективности абсорбции газообразных оксидов азота жидкостью по сравнению с традиционными абсорбционными тарелками. Кроме того, большая поверхность раздела между газом и жидкостью также приводит к увеличению скорости десорбции и окисления образующихся газообразных оксидов азота. В том случае, когда абсорбционная колонна, состоящая в основном из неструктурированных насадок в форме ситовых тарелок, была модифицирована таким образом, чтобы в ней содержалась структурированная насадка, согласно оценкам, выбросы оксидов должны были уменьшиться от 5200 ч./млн до 3200 ч./млн.According to the present invention, a section of the absorption column of the prior art, in which conventional trays are present and there are no structured packings, is replaced by a section of structured packing. By replacing the conventional trays with structured packing in the section of the absorption column, the dimensions of the absorption column can be significantly reduced, in particular, the height of the column can be significantly reduced. In addition, by replacing the conventional trays with structured packing in the section, the amount of gaseous nitrogen oxides in the exhaust gas is significantly reduced, which also leads to an increase in the yield in the nitric acid production method. The very large surface area of the structured packing section provides a very large interface between the gas and the liquid, which ensures high mass transfer. The large interface between the gas and the liquid leads to a significant increase in the absorption efficiency of gaseous nitrogen oxides by the liquid compared to conventional absorption trays. In addition, the large interface between the gas and the liquid also leads to an increase in the desorption and oxidation rate of the resulting gaseous nitrogen oxides. When an absorption column consisting primarily of unstructured packing in the form of sieve trays was modified to contain structured packing, oxide emissions were estimated to be reduced from 5200 ppm to 3200 ppm.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения в абсорбционной колонне жидкостный распределитель и структурированная насадка расположены между впуском для воды и самой верхней горизонтальной пластины пластинчатой насадки, и жидкость представляет собой воду.According to one embodiment of the present invention, in the absorption column, the liquid distributor and the structured packing are located between the water inlet and the uppermost horizontal plate of the plate packing, and the liquid is water.
Оказывается особенно предпочтительным присутствие структурированной насадки, которая расположена в самой верхней части абсорбционной колонны. По существу, теплота абсорбции, выделяющаяся в результате абсорбции газообразных оксидов азота водой или разбавленной азотной кислотой, принимает свое максимальное значение в нижней части абсорбционной колонны, где поступающие газы находятся при очень высокой температуре и своей максимальной концентрации внутри колонны.It turns out to be particularly advantageous to have a structured packing which is located in the uppermost part of the absorption column. In essence, the heat of absorption released as a result of the absorption of gaseous nitrogen oxides by water or dilute nitric acid takes its maximum value in the lower part of the absorption column, where the incoming gases are at a very high temperature and their maximum concentration inside the column.
Следовательно, абсорбция газообразных оксидов азота принимает свое максимальное значение в нижней части абсорбционной колонны. Таким образом, максимальная теплота абсорбции производится в нижней части абсорбционной колонны и может быть эффективно утилизирована только в том случае, если используется достаточно холодная охлаждающая среда, такая как вода или аммиак, с применением теплообменной системы. Достаточное охлаждение воды представляет собой значительные расходы. Следовательно, доведение до максимума абсорбции в нижней части абсорбционной колонны подразумевает соответствующие расходы энергии, используемой в охлаждающей воде, которая находит применение в теплообменной системе для утилизации теплоты абсорбции, выделяющейся в результате абсорбции газообразных оксидов азота.Therefore, the absorption of gaseous nitrogen oxides is at its maximum in the lower part of the absorption column. Thus, the maximum heat of absorption is produced in the lower part of the absorption column and can be efficiently utilized only if a sufficiently cold cooling medium, such as water or ammonia, is used, using a heat exchange system. Sufficient cooling of the water represents a significant expense. Therefore, maximizing the absorption in the lower part of the absorption column implies a corresponding expenditure of energy used in the cooling water, which is used in a heat exchange system to utilize the heat of absorption released as a result of the absorption of gaseous nitrogen oxides.
С другой стороны, в самой верхней части колонны концентрация газообразных оксидов азота уменьшается по отношению к концентрации газообразных оксидов азота, которые поступают в абсорбционной колонне в ее нижней части; действительно, когда газообразные оксиды азота перемещаются из нижней части в верхнюю часть колонны, их концентрация уменьшается по мере того, как они постепенно абсорбируются при прохождении через горизонтальные пластины, которые составляют пластинчатую насадку. Следовательно, можно предположить, что абсорбция газообразных оксидов азота в верхней части абсорбционной колонны оказывается менее эффективный, чем в нижней части колонны. Таким образом, применение структурированной насадки оказывается особенно предпочтительным в самой верхней части колонны. Кроме того, поскольку концентрация газообразных оксидов азота в самой верхней части абсорбционной колонны составляет менее чем соответствующая концентрация в нижней части абсорбционной колонны, производимая теплота абсорбции газообразных оксидов азота уменьшается таким образом, что теплообменная система, например, содержащая воду при температуре в диапазоне от 5 до 45°С, будет достаточной для утилизации теплоты абсорбции.On the other hand, in the uppermost part of the column, the concentration of gaseous nitrogen oxides decreases in relation to the concentration of gaseous nitrogen oxides that enter the absorption column in its lower part; indeed, when the gaseous nitrogen oxides move from the lower part to the upper part of the column, their concentration decreases as they are gradually absorbed when passing through the horizontal plates that make up the plate packing. It can therefore be assumed that the absorption of gaseous nitrogen oxides in the upper part of the absorption column is less effective than in the lower part of the column. The use of structured packing is therefore particularly advantageous in the uppermost part of the column. In addition, since the concentration of gaseous nitrogen oxides in the uppermost portion of the absorption column is less than the corresponding concentration in the lower portion of the absorption column, the generated heat of absorption of the gaseous nitrogen oxides is reduced such that a heat exchange system, for example containing water at a temperature in the range of 5 to 45°C, will be sufficient to utilize the heat of absorption.
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что замена структурированной насадкой верхней секции традиционной абсорбционной колонны, в которой отсутствует структурированная насадка, приведет к значительному уменьшению концентрации газообразных оксидов азота в отходящем газе и, таким образом, к увеличению выхода в способе производства азотной кислоты. Принимая во внимание значительные объемы производства на установке для производства азотной кислоты установка, такое увеличение выхода будет представлять собой значительную экономию как в отношении увеличения количества производимой азотной кислоты, так и в отношении уменьшения количества оксидов азота, которые должны быть нейтрализованы. В результате расположения структурированной насадки в верхней части абсорбционной колонны становится необязательным охлаждение посредством теплообмена. Технологическая вода, добавляемая выше структурированной насадки, будет обеспечивать достаточное охлаждение секции структурированной насадки в целях осуществления реакций эффективным образом. В частности, абсорбционная колонна может содержать пятьдесят тарелок, из которых восемь или девять самых верхних тарелок внутри абсорбционной колонны содержат структурированные насадки и охлаждаются.The inventors of the present invention have found that replacing the upper section of a conventional absorption column, which lacks structured packing, with structured packing will result in a significant reduction in the concentration of gaseous nitrogen oxides in the exhaust gas and thus in an increase in the yield in the nitric acid production process. Taking into account the significant production volumes in a nitric acid production plant, such an increase in yield will represent a significant saving both in terms of the increase in the amount of nitric acid produced and in terms of the reduction in the amount of nitrogen oxides that must be neutralized. As a result of the location of the structured packing at the top of the absorption column, cooling by heat exchange becomes unnecessary. Process water added above the structured packing will provide sufficient cooling of the structured packing section to carry out the reactions in an efficient manner. In particular, the absorption column may contain fifty trays, of which eight or nine of the uppermost trays inside the absorption column contain structured packing and are cooled.
Поскольку эффективность абсорбции принимает максимальное значение в верхней части, то оказывается возможной эксплуатация с уменьшенным диаметром верхней секции. Таким образом, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения в абсорбционной колонне используется новая конструкция верхней секции абсорбционной колонны.Since the absorption efficiency is at its maximum in the upper part, operation with a reduced diameter of the upper section is possible. Thus, according to one embodiment of the present invention, a new design of the upper section of the absorption column is used in the absorption column.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения в абсорбционной колонне кислород представляет собой газообразный кислород, и впуск для технологического газа и впуск для введения газообразного кислорода представляют собой отдельные впуски. Посредством введения дополнительного кислорода, предпочтительно представляющего собой газообразный кислород, увеличивается степень превращения NO в высшие оксиды азота. Этот эффект известен из работы Kankani и др., Chemical Engineering Journal, 278 (2015) 430-446. Преимущественно абсорбционная колонна согласно настоящему изобретению сконструирована таким образом, чтобы обрабатывать оксиды азота в повышенном количестве, и, таким образом, снова увеличивается эффективность абсорбции.According to one embodiment of the present invention, the oxygen in the absorption column is gaseous oxygen, and the inlet for the process gas and the inlet for introducing gaseous oxygen are separate inlets. By introducing additional oxygen, preferably gaseous oxygen, the conversion of NO to higher nitrogen oxides is increased. This effect is known from Kankani et al., Chemical Engineering Journal, 278 (2015) 430-446. Advantageously, the absorption column according to the present invention is designed to process nitrogen oxides in an increased amount, and thus the absorption efficiency is again increased.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения в абсорбционной колонне жидкостный распределитель и структурированная насадка расположены между самой нижней горизонтальной пластиной пластинчатой насадки и впуском технологического газа, содержащего оксиды азота, и жидкость представляет собой водный раствор азотной кислоты.According to one embodiment of the present invention, in the absorption column, the liquid distributor and structured packing are located between the lowest horizontal plate of the plate packing and the inlet of the process gas containing nitrogen oxides, and the liquid is an aqueous solution of nitric acid.
Поскольку концентрация газообразных оксидов азота принимает максимальное значение в нижней части колонны, оказывается особенно важным обеспечение эффективной абсорбции в этой нижней части колонны в целях предотвращения выбросов оксидов азота на выходе из колонны.Since the concentration of gaseous nitrogen oxides is highest at the bottom of the column, it is particularly important to ensure efficient absorption at this bottom of the column to prevent nitrogen oxide emissions at the column outlet.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения в абсорбционной колонне дополнительно присутствуют приспособления для измерения температуры водного раствора азотной кислоты на одной или нескольких горизонтальных пластин пластинчатой насадки, а также предпочтительно присутствуют дополнительные приспособления для измерения концентрации газообразных оксидов азота в свободном пространстве между двумя соседними горизонтальными пластинами пластинчатой насадки. Эти приспособления для измерения температуры оказываются особенно пригодными для применения в целях вычисления ожидаемого тепла, которое образуется в результате абсорбции газообразных оксидов азота абсорбционной жидкостью, и обеспечения того, чтобы температура охлаждающей среды в теплообменной системе была соответствующей для утилизации этой теплоты абсорбции. Кроме того, как описано в отношении измерения температуры газообразных оксидов азота, измерение концентрации газообразных оксидов азота позволит специалисту в данной области техники вычислить ожидаемое тепло, получаемое в результате абсорбции оксидов азота абсорбционной жидкостью и обеспечить оптимальные условия эксплуатации теплообменной системы для утилизации производимой теплоты абсорбции газообразных оксидов азота. Дополнительное преимущество заключается в том, что оказывается возможным регулирование технологических параметров абсорбции и нейтрализации таким образом, чтобы не были превышены допустимые уровни выбросов.According to one embodiment of the present invention, the absorption column further comprises means for measuring the temperature of the aqueous nitric acid solution on one or more horizontal plates of the plate packing, and preferably further means for measuring the concentration of gaseous nitrogen oxides in the free space between two adjacent horizontal plates of the plate packing. These means for measuring the temperature prove to be particularly suitable for use in order to calculate the expected heat that is formed as a result of the absorption of gaseous nitrogen oxides by the absorption liquid and to ensure that the temperature of the cooling medium in the heat exchange system is appropriate for utilising this heat of absorption. Furthermore, as described in relation to the measurement of the temperature of gaseous nitrogen oxides, the measurement of the concentration of gaseous nitrogen oxides will enable a person skilled in the art to calculate the expected heat obtained as a result of the absorption of nitrogen oxides by the absorption liquid and to ensure optimum operating conditions for the heat exchange system for utilising the generated heat of absorption of gaseous nitrogen oxides. An additional advantage is that it is possible to regulate the process parameters of absorption and neutralization so that permissible emission levels are not exceeded.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения в абсорбционной колонне охлаждающие приспособления представляют собой один или несколько охлаждающих змеевиков, содержащих охлаждающую среду и расположенных на горизонтальной пластине пластинчатой насадки. Эта конструкция и схема обеспечивают оптимальный теплообмен между абсорбционной средой и охлаждающей средой. Предпочтительно охлаждающие приспособления представляют собой один или несколько охлаждающих змеевиков, и в качестве этих охлаждающих змеевиков могут быть выбраны гладкие трубы, расположенные в шахматном порядке трубы, ребристые трубы или любые их комбинации. Было обнаружено, что такая система обеспечивает оптимальное достижение максимальной утилизации тепла, производимого в результате абсорбции газообразных оксидов азота. Предпочтительно первоначальная температура охлаждающей среды в охлаждающих змеевиках составляет от 5 до 45°С. В пределах указанного температурного диапазона достигается максимальная утилизация тепла, производимого в результате абсорбции газообразных оксидов азота.According to one embodiment of the present invention, the cooling means in the absorption column are one or more cooling coils containing a cooling medium and located on a horizontal plate of plate packing. This design and arrangement ensure optimal heat exchange between the absorption medium and the cooling medium. Preferably, the cooling means are one or more cooling coils, and smooth tubes, staggered tubes, finned tubes or any combination thereof can be selected as these cooling coils. It has been found that such a system ensures optimal achievement of the maximum utilization of heat produced as a result of absorption of gaseous nitrogen oxides. Preferably, the initial temperature of the cooling medium in the cooling coils is from 5 to 45 °C. Within the specified temperature range, the maximum utilization of heat produced as a result of absorption of gaseous nitrogen oxides is achieved.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения в абсорбционной колонне структурированная насадка имеет площадь поверхности, составляющую по меньшей мере 250 м2/м3 и предпочтительно от 450 до 750 м2/м3. В таких условиях достигается максимальная абсорбция газообразных оксидов азота.According to one embodiment of the present invention, in the absorption column, the structured packing has a surface area of at least 250 m2 / m3 and preferably from 450 to 750 m2 / m3 . Under such conditions, maximum absorption of gaseous nitrogen oxides is achieved.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения в абсорбционной колонне жидкостный распределитель имеет плотность капельных точек, составляющую по меньшей мере 30 капельных точек на 1 м2 и предпочтительно от 60 до 200 капельных точек на 1 м2. В таких условиях достигается максимальная абсорбция газообразных оксидов азота.According to one embodiment of the present invention, in the absorption column, the liquid distributor has a density of drip points of at least 30 drip points per 1 m 2 and preferably from 60 to 200 drip points per 1 m 2 . Under such conditions, maximum absorption of gaseous nitrogen oxides is achieved.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения в абсорбционной колонне структурированная насадка изготовлена из кислотоустойчивой нержавеющей стали, титана или других совместимых с кислотой материалов. В результате этого сокращается до минимума необходимость обслуживания и замены структурированной насадки посредством увеличения срока службы насадки.According to one embodiment of the present invention, the structured packing in the absorption column is made of acid-resistant stainless steel, titanium or other acid-compatible materials. As a result, the need for maintenance and replacement of the structured packing is minimized by increasing the service life of the packing.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения раскрыт абсорбционный способ производства водного раствора азотной кислоты посредством абсорбции оксидов азота из технологического газа, содержащего оксиды азота водным раствором в вертикальной абсорбционной колонне согласно настоящему изобретению, причем способ включает следующие стадии:According to a second aspect of the present invention, an absorption method for producing an aqueous nitric acid solution by absorbing nitrogen oxides from a process gas containing nitrogen oxides with an aqueous solution in a vertical absorption column according to the present invention is disclosed, the method comprising the following steps:
- введение водного раствора в верхнюю часть вертикальной абсорбционной колонны через жидкостный распределитель;- introduction of an aqueous solution into the upper part of the vertical absorption column through a liquid distributor;
причем водный раствор предпочтительно представляет собой технологическую воду, в которой практически отсутствуют оксиды азота;wherein the aqueous solution is preferably process water in which nitrogen oxides are practically absent;
- пропускание водного раствора вниз в вертикальную абсорбционную колонну через структурированную насадку и пластинчатую насадку; и- passing the aqueous solution downwards into a vertical absorption column through structured packing and plate packing; and
- введение водного раствора в контакт с технологическим газом, содержащим оксиды азота из процесса окисления аммиака и движущимся в противоточном направлении по отношению к водному раствору через структурированную насадку и пластинчатую насадку.- introducing an aqueous solution into contact with a process gas containing nitrogen oxides from the ammonia oxidation process and moving in a counter-current direction relative to the aqueous solution through structured packing and plate packing.
В абсорбционном способе предусмотрено применение вертикальной абсорбционной колонны согласно настоящему изобретению и осуществление традиционных стадий, которые также являются применимыми к традиционным колоннам. Однако способ согласно настоящему изобретению обеспечивает улучшенную абсорбцию газообразных оксидов азота водным раствором, используемым в качестве абсорбционной жидкости, и, следовательно, он является более эффективным. В качестве водного раствора может использоваться, вода, такая как технологическая вода, а также водный раствор азотной кислоты или нитрата аммония. Предпочтительно в качестве технологической воды используется водный раствор. Таким образом, абсорбция газообразных оксидов азота становится максимальной, поскольку в воде отсутствуют оксиды азота, и будет обеспечена максимальная способность абсорбции газов до установления равновесных концентраций оксидов азота в газовой фазе и в воде.The absorption method provides for the use of a vertical absorption column according to the present invention and the implementation of conventional steps that are also applicable to conventional columns. However, the method according to the present invention provides improved absorption of gaseous nitrogen oxides by an aqueous solution used as an absorption liquid, and therefore it is more effective. As an aqueous solution, water can be used, such as process water, as well as an aqueous solution of nitric acid or ammonium nitrate. Preferably, an aqueous solution is used as process water. In this way, the absorption of gaseous nitrogen oxides becomes maximum, since there are no nitrogen oxides in the water, and the maximum capacity for gas absorption will be ensured until the equilibrium concentrations of nitrogen oxides in the gas phase and in the water are established.
Рассмотрим фиг. 3. Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения абсорбционный способ дополнительно включает стадию возвращения части произведенной азотной кислоты в верхнюю часть вертикальной абсорбционной колонны, где водный раствор вводится через жидкостный распределитель, и этот водный раствор состоит из воды и произведенной азотной кислоты. Таким образом, может эффективно регулироваться как масса водного раствора и, следовательно, соотношение массы оксидов азота и массы водного раствора, так и концентрация произведенной азотной кислоты. В частности, как представлено на фиг. 3, часть произведенной азотной кислоты возвращается во впуск 5 посредством насоса 7 и после этого охлаждается посредством холодильника 8.Let us consider Fig. 3. According to one embodiment of the present invention, the absorption method further comprises a step of returning a portion of the produced nitric acid to the upper part of the vertical absorption column, where an aqueous solution is introduced through a liquid distributor, and this aqueous solution consists of water and the produced nitric acid. In this way, both the mass of the aqueous solution and, consequently, the mass ratio of nitrogen oxides and the mass of the aqueous solution, and the concentration of the produced nitric acid can be effectively controlled. In particular, as shown in Fig. 3, a portion of the produced nitric acid is returned to the inlet 5 by means of a pump 7 and is then cooled by means of a cooler 8.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения в абсорбционном способе способ дополнительно включает стадию введения кислорода в нижнюю часть вертикальной абсорбционной колонны. В результате введения дополнительного кислорода увеличивается степень превращения NO в высшие оксиды азота. Этот эффект известен из работы Kankani и др., Chemical Engineering Journal, 278 (2015) 430-446. Предпочтительно абсорбционная колонна согласно настоящему изобретению сконструирована таким образом, чтобы обрабатывать оксиды азота в повышенном количестве, и, таким образом, снова увеличивается эффективность абсорбции.According to one embodiment of the present invention, in the absorption method, the method further comprises a step of introducing oxygen into the lower part of the vertical absorption column. As a result of introducing additional oxygen, the degree of conversion of NO into higher nitrogen oxides increases. This effect is known from the work of Kankani et al., Chemical Engineering Journal, 278 (2015) 430-446. Preferably, the absorption column according to the present invention is designed in such a way as to process nitrogen oxides in an increased amount, and thus the absorption efficiency is again increased.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения в абсорбционном способе технологический газ, содержащий оксиды азота из процесса окисления аммиака и движущийся в противоточном направлении по отношению к водному раствору, находится в соотношении технологического газа и водного раствора в диапазоне от 2,5 кг газа на 1 кг водного раствора до 25 кг газа на 1 кг водного раствора.According to one embodiment of the present invention, in the absorption method, the process gas containing nitrogen oxides from the ammonia oxidation process and moving in a countercurrent direction relative to the aqueous solution is in a process gas to aqueous solution ratio in the range from 2.5 kg of gas per 1 kg of aqueous solution to 25 kg of gas per 1 kg of aqueous solution.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения в абсорбционном способе перепад давления для вертикальной абсорбционной колонны находится в диапазоне от 20 мбар до 500 мбар и предпочтительно от 20 мбар до 85 мбар. Помимо температуры жидкости, другой важный параметр, который влияет на производительность абсорбционного способа, представляет собой давление в абсорбционной колонне, которое должно предпочтительно составлять от 9 до 11 бар (900-1100 кПа) в абсорбционной колонне с двойным давлением. Перепад давления для структурированной насадки при одинаковой высоте составляет менее чем перепад давления для ситовой тарелки с жидким слоем. Таким образом, применение структурированной насадки будет поддерживать более высокое давление во всей абсорбционной колонне. Повышенное давление в верхней части колонны улучшает абсорбцию оксидов азота и уменьшает их выбросы. Концентрация производимой азотной кислоты увеличивается при повышении давления в абсорбционной колонне. По производственным соображениям, а также с учетом эксплуатационных расходов перепад давления в абсорбционной колонне должен быть низким, насколько это возможно.According to one embodiment of the present invention, in the absorption process, the pressure drop for the vertical absorption column is in the range of 20 mbar to 500 mbar and preferably 20 mbar to 85 mbar. In addition to the liquid temperature, another important parameter that affects the performance of the absorption process is the pressure in the absorption column, which should preferably be from 9 to 11 bar (900-1100 kPa) in a dual-pressure absorption column. The pressure drop for structured packing at the same height is less than the pressure drop for a sieve tray with a liquid bed. Thus, the use of structured packing will maintain a higher pressure in the entire absorption column. Increased pressure in the upper part of the column improves the absorption of nitrogen oxides and reduces their emissions. The concentration of the produced nitric acid increases with increasing pressure in the absorption column. For production reasons and also taking into account operating costs, the pressure drop across the absorption column should be as low as possible.
Согласно третьему аспекту настоящего изобретения раскрыт способ производства азотной кислоты. Способ включает следующие стадии:According to a third aspect of the present invention, a method for producing nitric acid is disclosed. The method comprises the following steps:
- окисление аммиака с получением оксида азота(II);- oxidation of ammonia to produce nitrogen(II) oxide;
- окисление оксида азота(II) до высших оксидов азота, представляющих собой преимущественно NO2 и N2O4;- oxidation of nitrogen oxide(II) to higher nitrogen oxides, which are mainly NO 2 and N 2 O 4 ;
- абсорбция оксидов азота водой в вертикальной абсорбционной колонне с применением абсорбционной колонны согласно настоящему изобретению для получения водного раствора азотной кислоты;- absorption of nitrogen oxides with water in a vertical absorption column using an absorption column according to the present invention for obtaining an aqueous solution of nitric acid;
- удаление растворенных оксидов азота из водного раствора азотной кислоты с применением продувочной колонны;- removal of dissolved nitrogen oxides from an aqueous solution of nitric acid using a purge column;
- возвращение удаленных оксидов азота в абсорбционную колонну с применением абсорбционной колонны согласно настоящему изобретению для последующего превращения удаленных оксидов азота в азотную кислоту.- returning the removed nitrogen oxides to the absorption column using the absorption column according to the present invention for subsequent conversion of the removed nitrogen oxides into nitric acid.
Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения раскрыт способ сокращения до минимума количества газообразных оксидов азота в отходящем газе из вертикальной абсорбционной колонны в абсорбционном способе согласно настоящему изобретению или в способе согласно настоящему изобретению для производства азотной кислоты. Способ включает следующие стадии:According to a fourth aspect of the present invention, a method is disclosed for minimizing the amount of gaseous nitrogen oxides in the exhaust gas from a vertical absorption column in the absorption method according to the present invention or in the method according to the present invention for producing nitric acid. The method comprises the following steps:
- поддержание температуры 2-5 самых верхних горизонтальных пластин в диапазоне от 5 до 35°С, и/или- maintaining the temperature of the 2-5 uppermost horizontal plates in the range from 5 to 35°C, and/or
- поддержание концентрации оксидов азота в технологическом газе в свободном пространстве между 2-5 самыми верхними горизонтальными пластинами, на уровне, составляющем менее чем 5000 об.ч./млн, предпочтительно от 100 до 5000 об.ч./млн, предпочтительнее от 100 до 2000 об.ч./млн и еще предпочтительнее от 150 до 250 об.ч./млн.- maintaining the concentration of nitrogen oxides in the process gas in the free space between the 2-5 uppermost horizontal plates at a level of less than 5000 ppmv, preferably from 100 to 5000 ppmv, more preferably from 100 to 2000 ppmv and even more preferably from 150 to 250 ppmv.
Согласно пятому аспекту настоящего изобретения раскрыто применение вертикальной абсорбционной колонны согласно настоящему изобретению для абсорбции оксидов азота из технологического газа, содержащего указанные оксиды азота, водным раствором для производства водного раствора азотной кислоты в способе производства азотной кислоты.According to a fifth aspect of the present invention, there is disclosed the use of a vertical absorption column according to the present invention for absorbing nitrogen oxides from a process gas containing said nitrogen oxides with an aqueous solution for producing an aqueous nitric acid solution in a method for producing nitric acid.
Согласно шестому аспекту настоящего изобретения раскрыто применение в вертикальной абсорбционной колонне согласно настоящему изобретению для абсорбции оксидов азота из технологического газа, содержащего указанные оксиды азота, водным раствором для производства водного раствора азотной кислоты в способе производства азотной кислоты, структурированной насадки в комбинации жидкостного распределителя, содержащего загрузочную коробку, имеющую зубчатый переливной барьер для распределения жидкости через направленные вверх зубцы зубчатого переливного барьера в перфорированные тарелки жидкостного распределителя и расположенную непосредственно над структурированной насадкой для распределения жидкости на структурированную насадку.According to a sixth aspect of the present invention, there is disclosed the use in a vertical absorption column according to the present invention for absorbing nitrogen oxides from a process gas containing said nitrogen oxides with an aqueous solution for producing an aqueous nitric acid solution in a process for producing nitric acid, of a structured packing in combination with a liquid distributor comprising a loading box having a toothed weir barrier for distributing liquid through upwardly directed teeth of the toothed weir barrier into perforated trays of the liquid distributor and located directly above the structured packing for distributing liquid onto the structured packing.
ПримерыExamples
Пример 1Example 1
Комбинация структурированной насадки и жидкостного распределителя была исследована посредством компьютерного моделирования для ряда абсорбционных колонн автора настоящего изобретения с применением воды в качестве абсорбционной жидкости, и было обнаружено существенное снижение концентрации газообразных оксидов азота в отходящем газе, который выходит из абсорбционной колонны, и увеличение производства кислоты по сравнению с исходной конструкцией колонн, содержащих ситовые тарелки или металлические кольцевые неструктурированные насадки. Результаты представлены ниже в табл. 1 ниже. Структурированные насадки, оборудованные зубчатыми жидкостными распределителями, были получены от компании Sulzer (Винтертур, Швейцария).The combination of structured packing and liquid distributor was investigated by computer simulation for a number of the present inventor's absorption columns using water as the absorption liquid, and was found to significantly reduce the concentration of gaseous nitrogen oxides in the off-gas leaving the absorption column and increase acid production compared to the original tower design containing sieve trays or metallic ring unstructured packing. The results are presented in Table 1 below. The structured packings equipped with toothed liquid distributors were obtained from Sulzer (Winterthur, Switzerland).
В качестве сравнения для улучшений, ниже представлены некоторые данные для исходных абсорбционных колонн.As a comparison for improvements, some data for the original absorption columns are presented below.
Результаты четко показывают улучшенное сокращение содержания оксидов азота в отходящем газе и увеличение производства кислоты.The results clearly show improved reduction of nitrogen oxides in the exhaust gas and increased acid production.
Claims (37)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP20171996.0 | 2020-04-29 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2830188C1 true RU2830188C1 (en) | 2024-11-14 |
Family
ID=
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4062928A (en) * | 1977-03-17 | 1977-12-13 | American Hydrocarbon Company | Process for the preparation of nitric acid |
| SU1313494A1 (en) * | 1986-01-07 | 1987-05-30 | Уфимский Нефтяной Институт | Distributing device for packed columns |
| DE4034752A1 (en) * | 1990-08-30 | 1992-05-07 | Fritz Curtius | Single stage scrubber for chemical treatment of multiple toxic species in a gas stream - for oxidative treatment of incinerator and smelter flue gases |
| DE4035205A1 (en) * | 1990-08-30 | 1992-05-07 | Fritz Curtius | Waste gas purificn. - by oxidative scrubbing using hydrogen per:oxide to remove nitrogen oxide(s), heavy metals and organic cpds. |
| RU2151736C1 (en) * | 1998-10-15 | 2000-06-27 | Караваев Михаил Михайлович | Nitric acid production process |
| WO2002083260A2 (en) * | 2001-04-10 | 2002-10-24 | Koch-Glitsch, Lp | Liquid distributor in mass transfer column and method of installation and use |
| RU2627847C2 (en) * | 2015-12-30 | 2017-08-14 | Игорь Анатольевич Мнушкин | Method and column of absorption purification of gases from unintended impurities |
| RU2686037C1 (en) * | 2018-05-29 | 2019-04-23 | Валерий Гургенович Джангирян | Method and apparatus for cleaning off-gases |
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4062928A (en) * | 1977-03-17 | 1977-12-13 | American Hydrocarbon Company | Process for the preparation of nitric acid |
| SU1313494A1 (en) * | 1986-01-07 | 1987-05-30 | Уфимский Нефтяной Институт | Distributing device for packed columns |
| DE4034752A1 (en) * | 1990-08-30 | 1992-05-07 | Fritz Curtius | Single stage scrubber for chemical treatment of multiple toxic species in a gas stream - for oxidative treatment of incinerator and smelter flue gases |
| DE4035205A1 (en) * | 1990-08-30 | 1992-05-07 | Fritz Curtius | Waste gas purificn. - by oxidative scrubbing using hydrogen per:oxide to remove nitrogen oxide(s), heavy metals and organic cpds. |
| RU2151736C1 (en) * | 1998-10-15 | 2000-06-27 | Караваев Михаил Михайлович | Nitric acid production process |
| WO2002083260A2 (en) * | 2001-04-10 | 2002-10-24 | Koch-Glitsch, Lp | Liquid distributor in mass transfer column and method of installation and use |
| RU2627847C2 (en) * | 2015-12-30 | 2017-08-14 | Игорь Анатольевич Мнушкин | Method and column of absorption purification of gases from unintended impurities |
| RU2686037C1 (en) * | 2018-05-29 | 2019-04-23 | Валерий Гургенович Джангирян | Method and apparatus for cleaning off-gases |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7687041B2 (en) | Apparatus and methods for urea production | |
| EP3707121B1 (en) | Urea production process and plant | |
| EP4143132B1 (en) | Absorption column comprising a feed box having a serrated weir and a structured packing and process for the production of nitric acid | |
| CA2845760A1 (en) | Improved nitric acid production | |
| EP3927658B1 (en) | Bleaching tower and method for nitric acid production | |
| US4183906A (en) | Oxygen-enrichment columnar absorption process for making nitric acid | |
| RU2830188C1 (en) | Absorption column and method of producing nitric acid | |
| US20230074083A1 (en) | Absorption tower for a nitric acid plant method for producing nitric acid | |
| US20230115002A1 (en) | Process for the production of nitric acid | |
| US4219534A (en) | Method for removing nitrogen oxides from a gas stream | |
| JPH0154282B2 (en) | ||
| RU2810315C2 (en) | Bleaching column and method for nitric acid production | |
| CN210261603U (en) | N-methyldiethanolamine production device | |
| CN115916360A (en) | Apparatus for performing the mass transfer process | |
| BR112021012336B1 (en) | VERTICAL BLEACH TOWER, METHODS OF BLEACHING AND PRODUCTION OF NITRIC ACID, AND USE OF A VERTICAL BLEACH TOWER | |
| US10442750B2 (en) | Method for producing vinyl acetate | |
| WO2025068532A1 (en) | Sieve tray for absorber |