[发明专利]改进的硝酸生产

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年8月22日提交的美国临时申请号61/525,899的优先权。

发明背景

本发明提供为硝酸生产过程中的尾气流提供更低的氮氧化物排放物，由此改进硝酸的制造。

硝酸一般通过在贵金属催化剂和空气下氨的高温氧化进行制造的。随着热回收设备中过程气流的冷却，氨的氧化主要导致NO一氧化氮的形成。在冷却过程中，大量的NO在过程气流中所存在的氧中氧化成NO₂，同时一些水蒸气也发生冷凝。在吸收设备的多个级中，该包含气流的NO和NO₂以逆流的方式接触水介质，以形成硝酸水溶液。在气相和液相以及在有关设备中的冷却、冷凝和吸收过程中出现许多反应。硝酸吸收是最为复杂的工业实施吸收系统。随着过程气流流过气液接触的多个级，氮氧化物（NO_x）浓度逐渐耗尽。在末级中，过程气流中的NO_x浓度非常低，其体积通常小于0.5%，洗涤介质是过程水（水性馈送流）。

温度、压力和气液速度是一些重要参数，通常这些参数对吸收和过程产生影响，从而影响所生成的硝酸溶液的浓度和可以获得的尾气中的氮氧化物的最终浓度。加热在高于环境的压力工作的发电站的吸收过程产生的尾气，在排放至大气之前在涡轮膨胀器中回收加压气流的能量。

通常，在更高吸收压力工作的发电站倾向于具有低排放物。随着环境问题的日益严重和更严格规定日益增加，当前建造工厂倾向于在13巴较高压力工作的额定值，而旧式发电站，尤其是那些几十年前建造的发电站，设计为在接近大气压力工作。在工业发达的国家中，在大气压力工作的大多数硝酸生产设备已经削减，因为固有的更高氮氧化物排放物。

通常，尾气中可允许NO_x排放物的极限限定为所产生的每吨硝酸中NO_x排放物的磅数。尽管具有更低压力的一些旧式发电站具有更高的NO_x排放物，但是他们通常不需要满足新近发电站所需的较新和更严格的标准。

存在许多技术和工业实施来降低尾气中NO_x排放物。更广泛的建议是选择性催化还原（SCR）、选择性非催化还原（SNCR）、非选择性非催化还原法、用碱性溶液洗涤，以形成硝酸盐和亚硝酸盐，并延长在吸收柱中大约4℃低温下水洗。NO_x排放物控制方法的选择和实践将取决于硝酸生产过程的工作参数、法规要求及经济吸引力变化。

近年来，在高压工作的现代硝酸生产工厂具有吸收设备中的低温延长吸收部件，以降低氮氧化物排放物。在设备的尾气部件中吸收工艺的温度降低。在延长吸收部件中，与吸收设备的剩余部分相比较，尾气长时间保持在低温状态，且具有远低于历史实践的排放物。该方法在利用中压和低压工艺充分降低排放物方面并不是很有效。

因此，低压和中压工艺倾向于基于实现更低排放物的还原过程选择技术。这些基于还原的技术（SCR、SNCR等）需要在吸收工艺下游增加设备。还原过程需要更高的工作温度，因此必须在还原过程设备的上游加热尾气流。硝酸生产是严格加热集成的，例如需要冷却的气流为需要加热的气流提供热量，并且过量的热用于产生可以输出的气流。

适应和使还原过程包括在新发电站的硝酸生产的加热外壳内较容易，但是当改装已经用于生产的现有安装设备则成本较高。各种挑战包括再设计热回收和变换工艺过程设计、在现有布局中适应额外的设备、创建用于工作的新过程参数、在改装和启动以及处理过程干扰的期间的生产损耗。在正常工作期间，尤其是在启动和干扰监控期间，排气管中的还原剂的二次排放物是额外承担发电站工作。改装氮氧化物还原过程的费用负担对于低压小型发电站更加明显。

为了实现非常低的NO_x排放物，臭氧处理尾气的NO_x氧化是一种可选方法。美国专利号5,206,002讲授，为了有效地消除氮氧化物，向为尾气流中喷射臭氧，并通过足够将大量NO转化成N₂O₅的充足滞留时间和在水介质中吸收，允许臭氧与尾气流混合和反应。该专利中描述的工艺可以应用于在排放至大气之前离开涡轮膨胀器的排气流。然而，这需要在大量资本投资情况下提供独立的工艺设备，并将导致洗涤器净化流和湿反应堆。