用于制備硝酸的工藝方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種采用單壓力或雙壓力工藝由氨和含氧氣體制備硝酸的方法，其中在該硝酸廠的啟動和/或關(guān)機(jī)期間，工藝氣體流過工藝氣體冷卻器(3)和給水預(yù)熱器(2)，并且該工藝氣體在工藝氣體冷卻器(3)和/或給水預(yù)熱器(2)中被加熱并被傳導(dǎo)而流經(jīng)連接到工藝氣體冷卻器(3)和/或給水預(yù)熱器(2)下游的至少一個(gè)熱交換器(5，4)，以便將熱能從被加熱的工藝氣體傳遞給殘留氣體。本發(fā)明還涉及了一種執(zhí)行該方法的裝置。借助于所述方法和裝置能夠有效地避免殘余氣體渦輪機(jī)的凍結(jié)問題。
【專利說明】用于制備硝酸的工藝方法及裝置
[0001]本發(fā)明涉及用于制備硝酸的工藝方法，在此工藝方法中，在工廠的啟動和關(guān)機(jī)操作中使用所選擇的控制方法。本發(fā)明也涉及進(jìn)行相應(yīng)改良了的、用于制備硝酸廠。根據(jù)本發(fā)明，其工藝方法以及具有創(chuàng)造性的工廠允許硝酸廠無障礙地啟動和關(guān)機(jī)，包括裝配有高效殘余氣體膨脹器的那些工廠。
[0002]硝酸是化工里的重要商品并作為，例如化肥、炸藥生產(chǎn)以及在染料和消毒劑生產(chǎn)中對有機(jī)物質(zhì)硝化處理的基礎(chǔ)原料。
[0003]自從20世紀(jì)初期，就通過奧斯特瓦爾德(Ostwald)法來制備硝酸，大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)至今也是基于此法。該反應(yīng)是氨氣的催化反應(yīng)。所形成的一氧化二氮(nitrogenmonoxide)反應(yīng)生成二氧化氮(nitrogen d1xide),由此再與水的反應(yīng)生成能夠從涓流塔中移除的硝酸。該工藝方法在公開出版物“無機(jī)氮化合物(Inorganic NitrogenCompounds) ” [Mundo/Weber, Carl Hanser Verlag Munich, Vienna, 1982]和 W001/68520A1中公開了。
[0004]為了制備硝酸，氨氣NH3通常先與空氣反應(yīng)以獲取氮氧化物NO，隨后其被氧化為二氧化氮NO2。
[0005]接下來，由此獲得的二氧化氮NO2在水中被吸收以形成硝酸。為了使所獲得的二氧化氮NO2最大程度地被水吸收，該吸收過程通常在提升的壓力下實(shí)施，優(yōu)選地在4至14帕之間。
[0006]作為原材料使用的 、用來轉(zhuǎn)化氨氣所需的氧氣通常是以大氣中的氧氣的形式供應(yīng)的。為了該供應(yīng)目的，在壓縮機(jī)中對工藝氣體進(jìn)行壓縮并被施加適于氧化反應(yīng)和吸收反應(yīng)的壓力。
[0007]典型地，用于壓縮空氣的能量首先借助于在殘余氣體膨脹器中對吸收過程逸出的殘余氣體減壓至環(huán)境壓力以及其次通過利用在反應(yīng)中所釋放的熱量而獲取的。依各種設(shè)計(jì)而建造的硝酸廠是與各個(gè)場地的具體要求相匹配的。
[0008]硝酸的制備可以在單壓力工藝或雙壓力工藝中實(shí)現(xiàn)。在單壓力工藝中，燃燒和吸收過程均在中等壓力(小于8帕)或者更高的壓力(大于8帕)下進(jìn)行。
[0009]當(dāng)所要求的日產(chǎn)量較低時(shí)，尤其適宜采用單壓力工藝。在該些情況下，硝酸廠優(yōu)選通過單個(gè)高壓工藝或者單個(gè)中壓工藝運(yùn)行。在單個(gè)高壓工藝中，氨氣的燃燒和氮氧化物的吸收過程在大于8帕的大致相同壓力下進(jìn)行。單個(gè)高壓工藝的優(yōu)勢在于能夠保證緊湊的設(shè)計(jì)。
[0010]在單個(gè)中壓工藝中，氨的燃燒和氮氧化物的吸收過程在小于8帕的大致相同的壓力下進(jìn)行。單個(gè)中壓過程的優(yōu)勢在于能夠保證最佳燃燒產(chǎn)率。
[0011]與此相對，如果要求高標(biāo)稱產(chǎn)能和/或相對高的酸濃度，實(shí)施雙壓力工藝的硝酸廠是更加經(jīng)濟(jì)的解決方案。在雙壓力工藝中，所采用的氨的燃燒是在第一壓力下完成的，即在與吸收壓力相比較小的壓力下。在燃燒過程中生成的亞硝氣體(nitixnis gas)冷卻后借助于亞硝氣體壓縮裝置通常被壓縮到第二壓力一吸收壓力。雙壓力工藝的優(yōu)勢在于(不同的)壓力階段適于各自的反應(yīng)，并因此能夠保證最佳的燃燒率和緊湊的吸收過程。
[0012]通常，為實(shí)施前述工藝方法的工廠包括至少一個(gè)空氣壓縮機(jī)和至少一個(gè)針對殘留氣體的膨脹渦輪機(jī)(也稱為“殘余氣體渦輪機(jī)”)。
[0013]根據(jù)例如W02009/146758A1和W02011/054928A1可知，這樣的工廠是已知的。
[0014]相對于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，在硝酸廠的啟動和關(guān)機(jī)操作中，當(dāng)前的設(shè)備不能在標(biāo)準(zhǔn)條件下正常工作并且時(shí)常需要額外的監(jiān)管。
[0015]從關(guān)機(jī)/冷態(tài)(switched-off/cold)到啟動的過程中，硝酸廠通常先注入伴有外部能量(例如外部蒸汽或電力)輸入的空氣(即“空氣操作”)。一旦吸收塔在啟動操作過程中注入來自儲存容器的硝酸并且存在于該酸中的氮氧化物被空氣吹出，就會產(chǎn)生第一次排放；并且在現(xiàn)代化工廠中會排放在注入操作過程中形成N0X。隨著充如操作結(jié)束，NOx排放起初也隨之停止，直到硝酸廠的NH3氧化反應(yīng)被啟動(“點(diǎn)火”)。點(diǎn)火后，工廠內(nèi)的溫度和NOx的濃度持續(xù)上升到到穩(wěn)態(tài)運(yùn)行值，并且各個(gè)工廠部件能夠從特定的時(shí)點(diǎn)按計(jì)劃運(yùn)行。
[0016]在硝酸廠關(guān)機(jī)時(shí)，NH3的氧化反應(yīng)首先停止。來自吸收塔的NOx在出口處的濃度持續(xù)降低，并且溫度隨之并行下降。由于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行值不再符合(運(yùn)行要求)，從某一時(shí)點(diǎn)開始，各個(gè)工廠部件也不能再按計(jì)劃運(yùn)行。
[0017]從荷蘭住房、空間規(guī)劃和環(huán)境部在1999年于海牙做出的最終報(bào)告中關(guān)于英美煙草公司硝酸生產(chǎn)的荷蘭標(biāo)注可知:可以通過加熱的殘余氣體減少啟動和關(guān)機(jī)期間NOx的排放量。此外，建議本領(lǐng)域的技術(shù)人員借助于蒸汽加熱器來實(shí)現(xiàn)前述目標(biāo)。
[0018]在硝酸廠的運(yùn)行中，迫切希望實(shí)現(xiàn)殘余氣體渦輪機(jī)的高效率以降低運(yùn)營成本。為此，在工廠的啟動或關(guān)機(jī)操作期間，流經(jīng)殘余氣體渦輪機(jī)的媒介的進(jìn)氣口處溫度必須足夠高以便離開殘余氣體渦輪機(jī)的氣體不會凍結(jié)。特別是在高效率的殘余氣體渦輪機(jī)的情況下，存在較高的結(jié)冰風(fēng)險(xiǎn)，這是因?yàn)榕c傳統(tǒng)的殘余氣體渦輪機(jī)相比，具有更高效率的殘余氣體渦輪機(jī)對流經(jīng)其中的媒介冷卻效果得更加顯著。
[0019]與工廠的正常運(yùn)行相比而言，在啟動和/或關(guān)機(jī)期間，流經(jīng)殘余氣體渦輪機(jī)的媒介的進(jìn)氣口處溫度通常較低。
[0020]因此，為了防止殘余氣體渦輪機(jī)在啟動和/或關(guān)機(jī)期間凍結(jié)，殘余氣體渦輪機(jī)的效率在啟動和/或關(guān)機(jī)期間會受流經(jīng)其中的媒介的限制。
[0021]特別地，在工廠具有特別高效率的殘余氣體渦輪機(jī)的情況下，至少在工廠的啟動和關(guān)機(jī)階段有必要對存在于殘余氣體側(cè)和注入殘余氣體渦輪機(jī)中的媒介進(jìn)行加熱。
[0022]本發(fā)明的目的是優(yōu)化已知的、用于制備硝酸的單壓力和雙壓力工藝，從而能夠避免上文詳述的、在啟動或關(guān)機(jī)期間的問題。本發(fā)明進(jìn)一步的目的是提供用于實(shí)施該工藝的工廠并且能夠使用具有較高效率的殘余氣體渦輪機(jī)以便由此降低經(jīng)營成本。
[0023]本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)勢是，當(dāng)使用傳統(tǒng)的膨脹器時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)硝酸廠的無色(無有色氣體排放)啟動，這是因?yàn)闅堄鄽怏w被加熱到一定程度使得殘余氣體的凈化能夠在早期階段就開始。
[0024] 本發(fā)明涉及在工廠啟動和/或關(guān)機(jī)期間使用的工藝方法，該工廠由氨和含氧氣體通過單壓力或雙壓力工藝制備硝酸，其中所用的氨采用壓縮的工藝氣體在催化劑上被氧化，該工藝氣體在至少一個(gè)壓縮機(jī)出)中已經(jīng)被壓縮處理了，由燃燒形成的亞硝氣體在一個(gè)或更多個(gè)工藝氣體冷卻器(3)中和在一個(gè)或更多個(gè)給水預(yù)熱器(2)(也稱為“節(jié)能器”)中進(jìn)行冷卻，該工藝氣體冷卻器配備著注入有冷卻媒介的盤管，該給水預(yù)熱器(2)配備著注入有冷卻媒介的盤管，并且該冷卻的亞硝氣體隨后至少部分地被水吸收，以形成硝酸，并且為了恢復(fù)壓縮機(jī)工作(能力)，未被吸收的殘余氣體在至少一個(gè)殘余氣體渦輪機(jī)(11)中被膨脹。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的該工藝方法中，在硝酸廠啟動和/或關(guān)機(jī)期間，通過工藝氣體冷卻器(3)和/或給水預(yù)熱器(2)里的盤管中的至少一個(gè)盤管被注入的加熱媒介對流經(jīng)工藝氣體冷卻器⑶和給水預(yù)熱器⑵的工藝氣體，特別是空氣，在工藝氣體冷卻器⑶和/或給水預(yù)熱器(2)中進(jìn)行加熱；并且被加熱的工藝氣體被引導(dǎo)而流過連接到工藝氣體冷卻器
(3)和/或給水預(yù)熱器(2)下游的至少一個(gè)熱交換器(5，4)，以便將熱量從被加熱的工藝氣體傳遞到供應(yīng)給至少一個(gè)殘余氣體渦輪機(jī)(11)的殘留氣體。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的該工藝方法中，在工廠的啟動和/或關(guān)機(jī)期間，流經(jīng)殘余氣體渦輪機(jī)(11)的殘留氣體已經(jīng)與熱的工藝氣體進(jìn)行熱交換而被加熱，該熱的工藝氣體已經(jīng)流過至少一個(gè)工藝氣體冷卻器(3)和/或至少一個(gè)給水預(yù)熱器(2)。
[0027]因此，在本發(fā)明中，存在于殘余氣體側(cè)的媒介，即殘留氣體，借助于工廠中存在的工藝氣體冷卻器⑶和/或工廠中存在的節(jié)能器⑵以及連接在二者各自下游的熱交換器
(5,4)被間接加熱。
[0028]在啟動和關(guān)機(jī)操作中，工藝氣體冷卻器(3)和節(jié)能器(2)以相反的順序進(jìn)行操作；這意味著作為工藝氣體(即空氣操作情形下的空氣)的冷卻器，其實(shí)際功能并未被實(shí)施；然而，與此相反，這些裝置作為工藝氣體的加熱器被間隔地連接起來。
[0029]典型的工藝氣體冷卻器(3)在其內(nèi)部具有不同的盤管，在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行中冷卻劑借助于盤管(18，19，20)進(jìn)行傳輸。例如，存在預(yù)蒸發(fā)器盤管(18)、預(yù)熱器盤管(19)和蒸發(fā)器盤管(20)。任選地，這些盤管中的部分可以被省略和/或這些盤管的布置順序可以有所不同。
[0030]在穩(wěn)態(tài)操作中，工藝氣體流過工藝氣體冷卻器(3)的內(nèi)部，并將其一些熱量釋放給盤管(18，19，20)里的冷卻劑。在工廠的啟動和關(guān)機(jī)操作中，載熱流體而非冷卻劑能夠流過這些盤管(18，19，20)，用于加熱而不是冷卻處于工藝氣體冷卻器(3)內(nèi)部的流體。在此情況下，單個(gè)、多個(gè)或所有的這些盤管(18，19，20)可以被注入載熱流體。在可替代的變型例中，該工藝氣體冷卻器(3)也可以配備附加盤管(21)，在工廠的啟動和關(guān)機(jī)操作中加熱媒介流過該附加盤管，在此情況下，該加熱媒介同樣流過其它的盤管(18，19，20)，或者其它盤管(18，19，20)被關(guān)閉或借助于來自穩(wěn)態(tài)運(yùn)行下的媒介運(yùn)行。在任何情況下，依據(jù)本發(fā)明，在啟動和關(guān)機(jī)操作中流過工藝氣體冷卻器(3)的工藝氣體必須被加熱。
[0031]為此，在啟動和/或關(guān)機(jī)操作期間，工藝氣體冷卻器(3)內(nèi)的附加和/或現(xiàn)有盤管(18,19,20,21)或其部分盤管可以被連接到用于提供加熱媒介的源，例如注入由外部提供的熱的加熱媒介，例如提供過熱或飽和的蒸汽。由此，流過的工藝氣體冷卻器(3)、存在于NO氣體側(cè)的工藝氣體(通常啟動情形下的空氣)的溫度升高。被加熱的工藝氣體(例如空氣)隨后將其熱量釋放給下游熱交換器(5)里的殘余氣體側(cè)，由此，來自殘余氣體側(cè)的殘留氣體被加熱到至少一個(gè)殘余氣體渦輪機(jī)(11)所要求的進(jìn)氣口處溫度。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的該工藝方法的優(yōu)選實(shí)施方式，為了改善熱傳遞，在啟動和/或關(guān)機(jī)操作期間，不僅工藝氣體冷卻器(3)的附加盤管(21)而且其現(xiàn)有盤管(18，19，20)都被來自蒸汽鼓⑶和/或來自外部系統(tǒng)的飽和蒸汽和/或沸水加熱。為此，蒸汽鼓⑶和/或外部系統(tǒng)要在啟動和/或關(guān)機(jī)操作之前投入運(yùn)行，這可以通過例如輸入蒸汽作為進(jìn)料來實(shí)現(xiàn)。在早于或者在啟動和/或關(guān)機(jī)操作期間，沸水隨后被輸送優(yōu)選流過蒸發(fā)器盤管(20)和/或到達(dá)預(yù)蒸發(fā)器盤管(18)。該工藝氣體冷卻器(3)的過加熱器盤管(19)能夠用過熱蒸汽或飽和蒸汽進(jìn)行額外地加熱。因此，在啟動和/或關(guān)機(jī)操作期間流過工藝氣體冷卻器(3)的工藝氣體(例如空氣)同樣被加熱。被加熱的工藝氣體(例如空氣)隨后將熱量釋放到位于下游熱交換器(5)的殘余氣體側(cè)，由此，位于殘余氣體側(cè)的殘留氣體被加熱。因此，從位于NO氣體側(cè)的工藝氣體(例如空氣)向殘留氣體傳遞的熱的量也會增加。
[0033]典型的節(jié)能器(2)在其內(nèi)部通常具有至少有一組盤管(24)，在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行下，通過該組盤管輸送待加熱的給水。通常這被稱為水箱給水。在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，工藝氣體流過節(jié)能器(2)的內(nèi)部，并將一些熱量釋放給盤管(24)里的給水。在工廠的啟動和關(guān)機(jī)操作中，流過這些盤管(24)的冷卻劑并不是給水，可以是載熱流體，它加熱而非冷卻節(jié)能器(2)內(nèi)部的工藝氣體。在此情況下，單個(gè)、多個(gè)或所有的盤管(24)可以被注入載熱流體。在替代的變型例中，節(jié)能器也可以配備附加盤管(25)，在工廠的啟動和關(guān)機(jī)操作中，加熱媒介流過該盤管，在此情況下，該加熱媒介也同樣流過其它盤管(24)，或者其它盤管(24)被關(guān)閉或借助來自穩(wěn)態(tài)運(yùn)行中的媒介而操作。在任何情況下，依據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選在啟動和/或關(guān)機(jī)操作中對流過節(jié)能器(2)的工藝氣體進(jìn)行加熱。
[0034]為此，根據(jù)本發(fā)明的該工藝方法的進(jìn)一步優(yōu)選變型例，在啟動和/或關(guān)機(jī)操作期間，節(jié)能器(2)中附加和/或現(xiàn)有盤管(24，25)可以被注入用來提供熱的媒介，例如過熱或飽和的(外部)蒸汽，由此存在于NO氣體側(cè)的工藝氣體的溫度會升高。因此，在啟動和/或關(guān)機(jī)操作期間流過節(jié)能器(2)的工藝氣體(例如空氣)被加熱。隨后被加熱的工藝氣體(例如空氣)將它的熱量釋放到下游熱交換器(4)的殘余氣體側(cè)，由此，在殘余氣體側(cè)的殘留氣體被預(yù)熱，并且更優(yōu)選地，利用來自工藝氣體冷卻器(3)的熱量在其下游階段將殘留氣體加熱到至少一個(gè)殘余氣體渦輪機(jī)(11)所要求的進(jìn)氣口處溫度。
[0035]根據(jù)本發(fā)明的該工藝方法的特別優(yōu)選的實(shí)施方式，為確保良好的熱傳遞，在啟動操作期間，利用來自蒸汽鼓(8)和/或來自外部系統(tǒng)的飽和蒸汽和/或沸水也對現(xiàn)有盤管
(24)以及附加盤管(25)進(jìn)行加熱。為此目的，蒸汽鼓(8)和/或外部系統(tǒng)必須在啟動和/或關(guān)機(jī)操作之前投入運(yùn)行，這可以通過例如輸入蒸汽作為進(jìn)料來實(shí)現(xiàn)。早于或者在啟動和/或關(guān)機(jī)操作期間，該沸水隨后被輸送通過節(jié)能器(2)的盤管(24，25)。因此，在啟動操作期間流過節(jié)能器(2)的工藝氣體(例如空氣)同樣被加熱。然后被加熱的工藝氣體(例如空氣)將它的熱量釋放到下游熱交換器(4)里的殘余氣體側(cè)，由此，在殘余氣體側(cè)的殘留氣體被加熱。因此，從位于NO氣體側(cè)的工藝氣體(例如空氣)向殘留氣體傳遞的熱的量也會增加。
[0036]更優(yōu)選地，在工廠的啟動和/或關(guān)機(jī)操作期間，工藝氣體冷卻器(3)和/或給水預(yù)熱器(2)中的所有盤管被注入加熱媒介。
[0037]根據(jù)本發(fā)明的該工藝方法的進(jìn)一步優(yōu)選實(shí)施方式，其涉及對工藝氣體冷卻器(3)或節(jié)能器(2)中使用的載熱流體的能量利用方面所做的又一項(xiàng)改進(jìn)。
[0038]由于加熱媒介例如蒸汽，不會在工藝氣體冷卻器(3)或節(jié)能器(2)的盤管(18，19，20，21，24，25)中釋放所有的能量，來自工藝氣體冷卻器(3)或來自節(jié)能器(2)的加熱媒介被添加到進(jìn)入至少一個(gè)殘余氣體渦輪機(jī)(11)的上游的殘余氣體側(cè)的殘留氣體中，或者加熱媒介被添加到蒸汽鼓⑶里；因此，存在于加熱媒介的殘余能量可以得到利用。
[0039]根據(jù)本發(fā)明的該工藝方法的進(jìn)一步優(yōu)選變型例，安裝在進(jìn)入至少一個(gè)殘余氣體渦輪機(jī)(11)的上游的殘余氣體側(cè)的熱交換器(10)采用例如載熱流體、例如蒸汽進(jìn)行運(yùn)行，以便在啟動和/或關(guān)機(jī)操作期間將硝酸廠殘余氣體側(cè)的殘留氣體加熱到殘余氣體渦輪機(jī)(11)所要求的進(jìn)氣口處溫度。
[0040]根據(jù)本發(fā)明，硝酸廠的運(yùn)行模式主要在該工廠的啟動和/或關(guān)機(jī)階段時(shí)受到影響，特別是在啟動階段。在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行期間，并不需要根據(jù)本發(fā)明的該工藝措施。
[0041]根據(jù)本發(fā)明，該工藝方法的結(jié)果是由氨和含氧氣體通過單壓力或雙壓力工藝生產(chǎn)的硝酸濃度處于40~76%的范圍，其中所使用的氨的燃燒是借助于已在至少一個(gè)壓縮機(jī)中進(jìn)行壓縮的壓縮工藝氣體來實(shí)現(xiàn)的。
[0042]通過燃燒形成的亞硝氣體至少部分地被水吸收而形成硝酸。為了恢復(fù)壓縮機(jī)的工作(能力)，未被吸收的殘留氣體在一個(gè)或其它一個(gè)以上的殘余氣體渦輪機(jī)(11)，也稱為氣體膨脹器，進(jìn)行膨脹；優(yōu)選膨脹到環(huán)境壓力。
[0043]根據(jù)本發(fā)明，該工藝方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例是在硝酸廠內(nèi)實(shí)施的，該硝酸廠包括為形成硝酸而在水中吸收由燃燒所形成的亞硝氣體的吸收塔，以及下游的殘余氣體的凈化設(shè)備和一個(gè)或更多個(gè)下游殘余氣體渦輪機(jī)，并且在硝酸廠啟動和/或關(guān)機(jī)操作期間，工藝氣體流過工藝氣體冷卻器(3)和節(jié)能器(2)并在該工藝氣體冷卻器(3)和/或在節(jié)能器(2)中進(jìn)行加熱，該被加熱的工藝氣體將其熱量釋放到位于一個(gè)或更多個(gè)下游熱交換器
(5,4)內(nèi)的殘余氣體側(cè)，由此該殘余氣體側(cè)的殘留氣體在吸收塔和殘余氣體凈化設(shè)備之間被加熱。這一措施允許在啟動時(shí)更早地執(zhí)行對殘留氣體的凈化，或者在關(guān)機(jī)時(shí)延遲對殘余氣體凈化的關(guān)閉操作，由此使得無色啟動和/或關(guān)機(jī)成為可能。
[0044]所采用的含氧氣體往往是空氣，但是使用富氧空氣或許更加有益。
[0045]本發(fā)明尤其涉及在工廠中實(shí)施的工藝方法，該工廠包括至少一個(gè)殘余氣體渦輪機(jī)
(11)，其具有至少兩個(gè)階段。
[0046]本發(fā)明尤其涉及在工廠中實(shí)施的工藝方法，該工廠包括至少一個(gè)用于在水中吸收亞硝氣體的吸收單元。
[0047]本發(fā)明進(jìn)一步提供用于實(shí)施前述工藝方法的裝置。
[0048]該裝置包括至少一個(gè)空氣壓縮機(jī)(6)、至少一個(gè)工藝氣體冷卻器(3)、至少一個(gè)給水預(yù)熱器(2)和至少一個(gè)殘余氣體渦輪機(jī)(11)，該工藝氣體冷卻器(3)和/或給水預(yù)熱器(2)包括用于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的盤管(18，19，20，24)，可選地也包括附加盤管(21，25)，該盤管(18，19，20，21，24，25)中的至少一個(gè)被連接到用于提供加熱媒介的源，由此該盤管(18，19,20,21,24,25)中的至少一個(gè)在該裝置啟動和/或關(guān)機(jī)期間能夠被注入加熱媒介從而加熱流過工藝氣體冷卻器(3)和/或給水預(yù)熱器(2)的工藝氣體，以及至少一個(gè)熱交換器(5，4)被連接到工藝氣體冷卻器(3)和/或給水預(yù)熱器(2)的下游以便將來自被加熱的工藝氣體的熱量傳遞到提供給至少一個(gè)殘余氣體渦輪機(jī)(11)的殘留氣體。
[0049]在該創(chuàng)造性的裝置的一個(gè)優(yōu)選變型例中，工藝氣體冷卻器(3)和/或給水預(yù)熱器
(2)具有用于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的盤管(18，19，20，24)，也具有附加盤管(21，25)，并且該附加盤管(21,25)被連接到用于提供加熱媒介的源，優(yōu)選蒸汽鼓(8)和/或外部系統(tǒng)，以便該附加盤管(21，25)在該裝置啟動和/或關(guān)機(jī)期間能夠被注入加熱媒介從而對流經(jīng)工藝氣體冷卻器(3)和/或給水預(yù)熱器(2)的工藝氣體進(jìn)行加熱。
[0050]在該創(chuàng)造性的裝置的進(jìn)一步優(yōu)選變型例中，工藝氣體冷卻器(3)和/或給水預(yù)熱器⑵僅僅具有用于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的盤管(18，19，20，24)，并且這些盤管(18，19，20，24)被連接到用于提供加熱媒介的源，優(yōu)選蒸汽鼓(8)和/或外部系統(tǒng)，以便這些盤管在該裝置啟動和/或關(guān)機(jī)期間能夠被注入加熱媒介從而對流經(jīng)工藝氣體冷卻器(3)和/或給水預(yù)熱器(2)的工藝氣體進(jìn)行加熱。
[0051]在該創(chuàng)造性的裝置的進(jìn)一步優(yōu)選變型例中，用于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的所有盤管(18，19,20,24)和可選而存在的所有附加盤管(21，25)被連接到用于提供加熱媒介的源，優(yōu)選蒸汽鼓(8)和/或外部系統(tǒng)，以便這些盤管在該裝置啟動和/或關(guān)機(jī)期間能夠被注入加熱媒介從而對流經(jīng)工藝氣體冷卻器(3)和/或給水預(yù)熱器(2)的工藝氣體進(jìn)行加熱。在該創(chuàng)造性的裝置的進(jìn)一步優(yōu)選的變型中，在熱交換器(5，4)中得到的熱量被轉(zhuǎn)移到硝酸廠的吸收塔和殘余氣體凈化設(shè)備之間的殘余氣體側(cè)。
[0052]根據(jù)本發(fā)明，借助于該工藝方法或該創(chuàng)造性的裝置，以快速和保護(hù)材料的方式啟動和關(guān)閉用于制備硝酸的工廠而且殘余氣體渦輪機(jī)(11)沒有任何結(jié)冰的風(fēng)險(xiǎn)是可能的。特別是在使用具有高效率的殘余氣體渦輪機(jī)(11)的情況下，根據(jù)本發(fā)明，該工藝提供了高度的操作可靠性，這是因?yàn)槟軌蚩煽康乇苊鈿堄鄽怏w渦輪機(jī)(11)的結(jié)冰。此外，本發(fā)明能夠較早地啟動或較晚地關(guān)閉殘留氣體的凈化操作，這促成了無色的啟動和關(guān)機(jī)。
[0053]圖1示例性地描述了根據(jù)本發(fā)明提供的工藝流。
[0054]圖2描述了適用于本發(fā)明的工藝氣體冷卻器。
[0055]圖3描述了適用于本發(fā)明的節(jié)能器。
[0056]圖1示出了以下部分的非詳盡圖示:硝酸廠(I)、節(jié)能器(2)、工藝氣體冷卻器
(3)、熱交換器(4，5，10)、殘余氣體渦輪機(jī)(11)、煙囪(12)和蒸汽鼓⑶、泵(9)和空氣壓縮機(jī)(6)。在工廠啟動時(shí)，來自空氣壓縮機(jī)(6)的空氣借助于工藝氣體冷卻器(3)和節(jié)能器
(2)進(jìn)行加熱，并被引導(dǎo)進(jìn)入工廠(I)的部件中。在熱交換器(4，5)中，從被加熱的空氣中將熱量提取出來并供應(yīng)給殘余氣體側(cè)。殘余氣體側(cè)能夠借助于熱交換器(10)而被進(jìn)一步地加熱。在工藝氣體冷卻器(3)和節(jié)能器(2)里的、用于加熱空氣的載熱流體可以來源于蒸汽鼓(8)和/或外部系統(tǒng)，并且通過泵(9)提供給該圖中并未示出的盤管。來自工藝氣體冷卻器(3)和節(jié)能器(2)的、被冷卻的載熱流體被提供給殘余氣體渦輪機(jī)(11)和/或蒸汽鼓(8)。該蒸汽鼓(8)也可以由外部蒸汽或其它熱流體供應(yīng)(載熱流體)。
[0057]圖2示出了工藝氣體冷卻器的縱向剖視圖。該圖示出了具有出口(17)的殼體
(22)，以及具有工藝氣體流進(jìn)內(nèi)部的入口(16)的蓋(15)。蓋(15)和殼體(22)由凸緣(23)相互連接。在工藝氣體冷卻器內(nèi)部存在預(yù)蒸發(fā)器盤管(18)、過熱器盤管(19)、蒸發(fā)器盤管
(20)和用于預(yù)熱的附加盤管(21)。附加盤管(21)主要在工廠啟動和/或關(guān)機(jī)期間被使用并被注入加熱媒介。預(yù)蒸發(fā)器盤管(18)、過熱器盤管(19)和蒸發(fā)器盤管(20)能夠在工廠的啟動和/或關(guān)機(jī)期間被注入加熱媒介。在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行下，這些盤管被填充冷卻媒介。
[0058]圖3示出了節(jié)能器的縱向剖視圖。該圖顯示了具有供工藝氣體流動的入口和出口(16，17)的殼體(22)。節(jié)能器內(nèi)存在對流進(jìn)內(nèi)部的工藝氣體進(jìn)行加熱的盤管(24)和用于對流進(jìn)內(nèi)部的工藝氣體進(jìn)一步加熱的附加盤管(25)。附加盤管(25)主要在工廠啟動和/或關(guān)機(jī)期間被使用并被注入加熱媒介。盤管(24)能夠在工廠的啟動和/或關(guān)機(jī)期間被注入加熱媒介， 這些盤管(24)被注入了由流過節(jié)能器的、熱的NO氣體加熱的水箱給水。
【權(quán)利要求】
1.一種在工廠啟動和/或關(guān)機(jī)期間使用的工藝方法，該工廠通過單壓力或雙壓力工藝由氨和含氧氣體制備硝酸，其中所用的氨借助于壓縮的工藝氣體在催化劑上被氧化，所述工藝氣體在至少一個(gè)壓縮機(jī)(6)中已經(jīng)被壓縮處理了，由燃燒形成的亞硝氣體在一個(gè)或更多個(gè)工藝氣體冷卻器(3)中和在一個(gè)或更多個(gè)給水預(yù)熱器(2)中進(jìn)行冷卻，該工藝氣體冷卻器配備著注入有冷卻媒介的盤管，該給水預(yù)熱器(2)配備著注入有冷卻媒介的盤管，并且該冷卻的亞硝氣體隨后至少部分地被水吸收，以形成硝酸，并且為了恢復(fù)壓縮機(jī)的工作性能，未被吸收的殘余氣體在至少一個(gè)殘余氣體渦輪機(jī)(11)中被膨脹，其特征在于，在硝酸廠啟動和/或關(guān)機(jī)期間，通過在工藝氣體冷卻器(3)和/或給水預(yù)熱器(2)里的盤管中的至少一個(gè)盤管注入的加熱媒介對流過工藝氣體冷卻器(3)和給水預(yù)熱器(2)的工藝氣體在工藝氣體冷卻器(3)和/或給水預(yù)熱器(2)中進(jìn)行加熱，并且被加熱的工藝氣體被引導(dǎo)流過連接到工藝氣體冷卻器(3)和/或給水預(yù)熱器(2)下游的至少一個(gè)熱交換器(5，4)，以便將熱能從被加熱的工藝氣體傳遞到供應(yīng)給至少一個(gè)殘余氣體渦輪機(jī)(11)的殘留氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于，在啟動和/或關(guān)機(jī)操作期間，在工藝氣體冷卻器⑶內(nèi)的盤管(18，19，20，21)被注入由外部提供的熱的加熱媒介，由此，流過工藝氣體冷卻器(3)的、存在于NO氣體側(cè)的工藝氣體的溫度會升高，并且被加熱的工藝氣體隨后將其熱量釋放給下游的熱交換器(5)的殘余氣體側(cè)，由此，來自殘余氣體側(cè)的殘留氣體被加熱到至少一個(gè)殘余氣體渦輪機(jī)(11)所要求的進(jìn)氣口處溫度。
3.根據(jù) 權(quán)利要求2所述的工藝方法，其特征在于，由外部提供的該熱的加熱媒介是過熱或飽和的蒸汽。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的工藝方法，其特征在于，該工藝方法使用了工藝氣體冷卻器(3)，其具有用于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的預(yù)蒸發(fā)器盤管、過加熱器盤管和/或蒸發(fā)器盤管(18，19，20)，也具有附加盤管(21)，并且在啟動和/或關(guān)機(jī)操作期間，不僅附加盤管(21)而且工藝氣體冷卻器(3)的預(yù)蒸發(fā)器盤管、過加熱器盤管和/或蒸發(fā)器盤管(18，19，20)都被來自蒸汽鼓(8)和/或來自外部系統(tǒng)的飽和蒸汽和/或沸水加熱，并且在早于或者在啟動和/或關(guān)機(jī)操作期間，該沸水被輸送優(yōu)選地流過它的蒸發(fā)器盤管(20)和/或預(yù)蒸發(fā)器盤管(18)，并且該工藝氣體冷卻器(3)的過加熱器盤管(19)能夠用過熱或飽和蒸汽進(jìn)行額外地加熱。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的工藝方法，其特征在于，該工藝方法使用了工藝氣體冷卻器(3)，其僅僅具有用于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的預(yù)蒸發(fā)器盤管、過加熱器盤管和/或蒸發(fā)器盤管(18，19，20)，并在啟動和/或關(guān)機(jī)操作期間被來自蒸汽鼓(8)和/或來自外部系統(tǒng)的飽和蒸汽和/或沸水加熱，并且在早于或者在啟動和/或關(guān)機(jī)操作期間，該沸水被輸送流過它的蒸發(fā)器盤管(20)和/或預(yù)蒸發(fā)器盤管(18)，并且該工藝氣體冷卻器(3)的過加熱器盤管(19)能夠用過熱或飽和蒸汽進(jìn)行額外地加熱。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的工藝方法，其特征在于，該工藝方法使用了給水預(yù)加熱器(2)，其具有用于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的盤管(24)，也具有附加盤管(25);并且在啟動和/或關(guān)機(jī)操作期間，給水預(yù)加熱器(2)中的附加盤管和/或那些用于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的盤管(24，25)被注入用于提供熱的加熱媒介，由此存在于NO氣體側(cè)的工藝氣體的溫度會升高，并且被加熱的工藝氣體將它的熱量釋放到下游熱交換器(4)里的殘余氣體側(cè)，由此，在殘余氣體側(cè)的殘留氣體被預(yù)熱。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的工藝方法，其特征在于，利用來自工藝氣體冷卻器(3)的熱量，在下游階段將殘余氣體側(cè)預(yù)熱的殘留氣體加熱到至少一個(gè)殘余氣體渦輪機(jī)(11)所要求的進(jìn)氣口處溫度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的工藝方法，其特征在于，該工藝方法使用了給水預(yù)加熱器(2)，其僅僅具有用于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的盤管(24)，并且在啟動和/或關(guān)機(jī)操作期間，給水預(yù)加熱器(2)中的用于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的盤管(24)被注入用于提供熱的加熱媒介，優(yōu)選過熱或飽和蒸汽，由此存在于NO氣體側(cè)的工藝氣體的溫度會升高，并且被加熱的工藝氣體將它的熱量釋放到下游熱交換器⑷里的殘余氣體側(cè)，由此，在殘余氣體側(cè)的殘留氣體被預(yù)熱。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的工藝方法，其特征在于，利用來自工藝氣體冷卻器(3)的熱量，在下游階段將殘余氣體側(cè)預(yù)熱的殘留氣體加熱到至少一個(gè)殘余氣體渦輪機(jī)(11)所要求的進(jìn)氣口處溫度。
10.根據(jù)權(quán)利要求6中任意一項(xiàng)所述的工藝方法，其特征在于，在啟動和/或關(guān)機(jī)操作期間，給水預(yù)加熱器(2)中的用于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的盤管(24)以及附加盤管(25)被來自蒸汽鼓(8)和/或來自外部系統(tǒng)的飽和蒸汽和/或沸水加熱，由此流過給水預(yù)加熱器(2)的該工藝氣體在啟動操作期間被加熱，并且隨后將它的熱量釋放到下游熱交換器(4)里的殘余氣體偵牝由此，在殘余氣體側(cè)的殘留氣體被預(yù)熱。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的工藝方法，其特征在于，在進(jìn)入至少一個(gè)殘余氣體渦輪機(jī)(11)之前，流過工藝氣體冷卻器⑶和/或給水預(yù)加熱器⑵的盤管的加熱媒介被加入位于殘余氣體側(cè)上的殘留氣體，或者流過工藝氣體冷卻器(3)和/或給水預(yù)加熱器(2)的盤管的加熱媒介被加入到蒸汽鼓(8)中。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任意一項(xiàng)所述的工藝方法，其特征在于，安裝在進(jìn)入至少一個(gè)殘余氣體渦輪機(jī)(11)的上游的殘余氣體側(cè)的熱交換器(10)采用載熱流體運(yùn)行以便至少在啟動和關(guān)機(jī)操作期間對硝酸廠的殘余氣體側(cè)的殘留氣體進(jìn)行加熱以便達(dá)到殘余氣體渦輪機(jī)(11)所要求的進(jìn)氣口處溫度。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任意一項(xiàng)所述的工藝方法，其特征在于，該工藝方法在工廠中實(shí)施，所述工廠包含至少一個(gè)在水中吸收亞硝酸形氣體的吸收單元。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13任意一項(xiàng)所述的工藝方法，其特征在于，該工藝方法在硝酸廠中實(shí)施，所述硝酸廠具有為形成硝酸在水中吸收由燃燒所形成的亞硝氣體的吸收塔，以及下游的殘余氣體的凈化設(shè)備和一個(gè)或更多個(gè)下游殘余氣體渦輪機(jī)，并且，在硝酸廠啟動和/或關(guān)機(jī)操作期間，工藝氣體流過工藝氣體冷卻器(3)和節(jié)能器(2)并且在該工藝氣體冷卻器(3)和/或在節(jié)能器(2)中進(jìn)行加熱，該被加熱的工藝氣體將其熱量釋放到位于一個(gè)或更多個(gè)下游換熱器(5，4)內(nèi)的殘余氣體側(cè)，由此該殘余氣體氣體側(cè)的殘留氣體在吸收塔和殘余氣體凈化設(shè)備之間被加熱。
15.用于實(shí)施如權(quán)利要求1所述的工藝方法的裝置，其特征在于，該裝置包括至少一個(gè)空氣壓縮機(jī)(6)、至少一個(gè)工藝氣體冷卻器(3)、至少一個(gè)給水預(yù)熱器(2)和至少一個(gè)殘余氣體渦輪機(jī)(11)，該工藝氣體冷卻器(3)和給水預(yù)熱器(2)包括盤管(18，19，20，24)，該些盤管中的至少一個(gè)被連接到用于提供加熱媒介的源，由此在工藝氣體冷卻器(3)和/或給水預(yù)熱器(2)里的所述至少一個(gè)盤管在該裝置啟動和/或關(guān)機(jī)期間能夠被注入加熱媒介以對流過工藝氣體冷卻器(3)和給水預(yù)熱器(2)的工藝氣體進(jìn)行加熱，并且至少一個(gè)熱交換器(5，4)被連接到工藝氣體冷卻器(3)和/或給水預(yù)熱器(2)的下游以便將來自被加熱的工藝氣體的熱量傳遞到被提供給殘余氣體渦輪機(jī)(11)的殘留氣體。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，工藝氣體冷卻器(3)和/或給水預(yù)熱器(2)具有用于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的盤管(18，19，20，24)，也具有附加盤管(21，25)，并且該附加盤管(21，25)被連接到用于提供加熱媒介的源，以便該附加盤管(21，25)在該裝置啟動和/或關(guān)機(jī)期間能夠注入加熱媒介從而對流經(jīng)工藝氣體冷卻器(3)和/或給水預(yù)熱器(2)的工藝氣體進(jìn)行加熱。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，用于提供加熱媒介的源是蒸汽鼓(8)和/或外部系統(tǒng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求15至17中任意一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，該工藝氣體冷卻器(3)和/或給水預(yù)熱器(2)僅僅具有用于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的盤管(18，19，20，24)，并且這些盤管被連接到用于提供加熱媒介的源，以便這些盤管在該裝置啟動和/或關(guān)機(jī)期間能夠注入加熱媒介從而對流過工藝氣體冷卻器(3)和/或給水預(yù)熱器(2)的工藝氣體進(jìn)行加熱。
19.根據(jù)權(quán)利要求15至18任意一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，在熱交換器(5，4)中得到的熱量被轉(zhuǎn)移給硝酸廠的吸收塔和殘余氣體凈化設(shè)備之間的殘余氣體側(cè)。
20.根據(jù)權(quán)利要求15至19任意一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，該裝置包括具有至少兩個(gè)階段的至少一個(gè) 殘余氣體渦輪機(jī)(11)。
【文檔編號】C01B21/26GK104080731SQ201280067219
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月16日
【發(fā)明者】D·比爾克 申請人:蒂森克虜伯工業(yè)解決方案股份公司