[发明专利]电解水与空气分离联用制硝酸的封闭循环工艺

摘要

一种电解水与空气分离联用制造硝酸的封闭循环工艺方法，属于化工制造、废热回收与热/动转换、特别是以清洁能源替代化石原料实现化工废气零排放技术领域。电解水制氢用作合成氨原料、副产氧用于氨氧化制硝酸，氧不足部分用空气分离予以补充、空分副产氮又用作合成氨原料，如此互补构成从制氨开始的封闭循环硝酸生产工艺，切断硝酸尾气污染源。一个年产15万吨双压法氨氧化制硝酸装置，电解供氢1041.2 kg/h、供氧8330 kg/h，空分供氧13883 kg/h、供氮45697 kg/h；产出60%以上稀硝酸（折100%）21.86 t/h，4.0MPa过热蒸汽17 t/h，输出净功率5770kW。本方法以电替代传统硝酸工艺使用的氨，为风电、水电、光电等可再生能源深度利用提供了一个下游产业链。

主权项

1.一种电解水与空气分离联用制硝酸的封闭循环工艺方法，其特征在于从制氨开始、按生产规模所需氨的摩尔流率确定电解水的当量摩尔流率，依据氨氧化所需氧气摩尔流率与电解水制氢副产氧气摩尔流率之差确定空分制氧的摩尔流率，将空分制氧副产液氮加压到超临界状态，过量的氮作为反应系统余热回收和热/动转换的工质，多级膨胀做功并输出冷量后在洁净且与环境相近的状态下排放；本发明在与氨合成回路相耦合的封闭循环氨氧化制硝酸回路进行的化学反应：3H2 +N2 =2NH3 和2NH3 +4O2 =2HNO3 +2H2O，以电解水制氧气的摩尔流率Mo，e为计量基数，确定耦合回路中各物质摩尔流率的关系是：电解水制氢气Mh，e=2Mo，e，氢气制氨Ma=(4/3)Mo，e，氨制硝酸M HNO3=(4/3)Mo，e，空分制氧Mo，s=(5/3)Mo，e，空分制氮气Mn，s=(395/63)Mo，e、其中供合成氨反应的Mn，a=(2/3)Mo，e、其余过量的氮Mn，p=(353/63)Mo，e； 上述摩尔流率的量纲是kmol/h。