[发明专利]生产硝酸的工艺

说明书

合成氨和硝酸的一体化工艺，包括：a)生产氨补充合成气，包括在提供水蒸汽重整热的条件下烃原料的水蒸汽重整；将所述补充合成气催化转化为氨；催化氧化氨流，得到工艺气体；用水吸收所述工艺气体，获得硝酸，其中至少一部分水蒸汽重整热是从所述热工艺气体回收的。

技术领域

本发明涉及硝酸生产领域。

背景技术

硝酸是通过氨和氧气反应合成的。具体而言，根据以下反应，使一摩尔的氨与两摩尔的氧气反应，即可得到一摩尔的硝酸：

NH₃+2O₂→HNO₃+H₂O (1)

硝酸的合成主要涉及催化氧化氨，以产生包含氮氧化物NOx(主要为NO和NO₂)、N₂O副产物、氧气和氮气的气体，以及随后的步骤，其中所述气体与水接触，其中水与NO₂反应以产生硝酸。所述NO₂与水产生硝酸的反应通常称为吸收。随着NO₂被吸收，NO与O₂反应生成更多的NO₂。

吸收步骤通常还输送含有N₂O和残留NOx的尾气。所述尾气具有高于大气压的压力，并且通常在排放到大气中之前在合适的涡轮中进行工作膨胀(work-expanded)以回收能量。

用于制备硝酸的输入氨通常通过独立的工艺提供。所述工艺主要涉及烃原料(例如天然气)的转化以产生含氢的粗合成气，以及随后所述粗气体的纯化。所述烃原料的转化优选地包括在提供通常由燃料(例如天然气)燃烧提供的水蒸汽重整热的条件下进行水蒸汽重整的步骤。水蒸汽重整通常在水蒸汽重整器中进行，该蒸汽重整器包括炉/辐射区段和对流区段，所述对流区段从离开辐射区段的大约1000℃的燃料气中回收热量。含氢的粗合成气的纯化通常包括将CO变换为CO₂、除去CO₂和任选地甲烷化。将所得合成气转化为氨。

但是，上述用于合成硝酸的工艺导致产生大量水蒸汽，超过了该工艺本身所需的水蒸汽量，因此导致高能耗和高投资成本。

水蒸汽基本上由氨的催化氧化的热回收而产生。部分所述水蒸汽用于供给硝酸装置的压缩机组的水蒸汽轮机，所述压缩机组通常包括空气压缩机、亚硝酸气体压缩机(在双压装置中)、尾气涡轮机和所述水蒸汽轮机。然而，相对于内部水蒸汽消耗，所述水蒸汽是大大过量的，因此不能完全用于硝酸工艺本身。

所述水蒸汽也不能用于上述自给自足的氨的合成工艺中，其中主要通过冷却水蒸汽重整的流出物、通过CO变换的热回收以及通过合成气转化成氨来产生水蒸汽。因此，现代氨装置甚至不需要在正常运行中运行天然气辅助锅炉来产生额外的水蒸汽，或者将辅助锅炉保持在最小负荷且水蒸汽产生最少，从而在需要时能快速产生锅炉水蒸汽。因此，氨工艺过程中产生的水蒸汽量由该工艺本身决定，并且不能减少(例如通过减少向所述辅助锅炉的天然气进料)以利用硝酸工艺产生的过量水蒸汽。

根据一些现有技术，硝酸工艺与生产硝酸铵的工艺一体化，其中根据以下反应，通过使一摩尔硝酸与一摩尔氨反应来获得一摩尔硝酸铵：

HNO₃+NH₃→NH₄NO₂ (2)

因此，合成一摩尔硝酸铵消耗两摩尔氨，其中一摩尔氨用于生产中间体硝酸。

但是，生产硝酸铵的工艺仅消耗一部分硝酸工艺中产生的过量水蒸汽，而其余部分则未被利用。