Proses untuk memproduksi amonium nitratUS 20130287670
A1AbstrakSebuah proses untuk memproduksi amonium nitrat
diungkapkan, proses yang terdiri dari mengekspos feed pengoksidasi
gas terdiri setidaknya secara substansial amonia, uap dan gas
pengoksidasi kondisi dimana amonia dioksidasi untuk menghasilkan
campuran reaksi termasuk nitrogen monoksida dan uap air. Campuran
reaksi didinginkan dalam penukar panas dimana monoksida nitrogen
dioksidasi, uap air terkondensasi dan produk-produk dari oksidasi
nitrogen monoksida bereaksi dengan dan diserap oleh air kental
untuk membentuk aliran asam nitrat, dengan substansial seluruh
nitrogen monoksida dalam campuran reaksi diubah menjadi asam
nitrat. Aliran asam nitrat direaksikan dengan aliran amonia untuk
membentuk amonium nitrat.DeskripsiPenunjukan ke kata lain Aplikasi
ini adalah aplikasi fase nasional PCT Aplikasi No PCT / AU2011 /
001556, yang diajukan pada 1 Desember 2011, yang mengklaim
prioritas untuk Australia Aplikasi Paten No 2010905289 diajukan
pada 1 Desember 2010, yang keduanya tergabung disini sebagai
referensi secara utuh.Bidang Teknik Sebuah proses untuk memproduksi
amonium nitrat diungkapkan, khususnya, sebuah proses yang
mengintegrasikan produksi asam nitrat dengan produksi amonium
nitrat.LATAR BELAKANG Amonium nitrat secara konvensional diproduksi
dengan mereaksikan asam dan amonia feed nitrat yang independen
dipasok dari sumber terpisah. Proses manufaktur biasanya melibatkan
mereaksikan asam nitrat dan amonia dalam bejana netralisasi atau
yang lebih umum, dalam reaktor pipa dan, untuk kepentingan
menghasilkan solusi amonium nitrat pekat (misalnya dari urutan
konsentrasi 80%), asam nitrat memiliki konsentrasi 50% sampai 68%
atau lebih besar biasanya digunakan dalam proses. Namun, seperti
yang dipahami dalam industri, tingkat konsentrasi asam menyebabkan
reaksi eksotermis kekerasan, ini pada gilirannya memaksakan
tuntutan ketat untuk aparatur pengolahan.Komponen asam nitrat
konvensional diproduksi oleh Proses Ostwald yang, dalam istilah
reaksi dasar, melibatkan proses tiga tahap yang terdiri dari,
pertama, pengoksidasi amonia dengan adanya udara dengan
mempengaruhi cepat suhu tinggi konversi katalitik dari campuran
amonia-air untuk menghasilkan nitrogen monoksida. Resultan aliran
didinginkan (biasanya di bawah tekanan) dan beberapa monoksida
nitrogen bereaksi non-katalitik dengan oksigen membentuk oksida
seperti lebih tinggi dari nitrogen sebagai nitrogen dioksida dan
dimer nya; campuran yang disebut sebagai nitrogen dioksida dan
aliran yang dihasilkan secara keseluruhan yang disebut gas nitrous.
Setelah pendinginan lebih lanjut, gas nitrous dirawat proses
penyerapan counter-flow untuk menghasilkan asam nitrat.Proses
penyerapan dilakukan dalam sebuah menara absorpsi, dengan
konsentrasi asam produk biasanya berada antara 50% dan 68%,
tergantung pada tekanan operasi dan jumlah tahap penyerapan dalam
menara absorpsi, dan konsentrasi nitrogen oksida memasuki
penyerapan tower. Gas-gas nitrous biasanya relatif encer karena
kehadiran nitrogen diperkenalkan di udara dan, karenanya, sebuah
menara absorpsi yang besar biasanya diperlukan untuk memfasilitasi
reaksi dan penyerapan.Sekarang telah ditentukan bahwa, dengan
modifikasi pada proses manufaktur asam nitrat konvensional
dijelaskan di atas, termasuk oksidasi amonia dengan adanya oksigen,
penerimaan ballast air sebelum tahap oksidasi amonia, retensi air
ballast di seluruh proses dan dengan penerimaan produk akhir berupa
asam nitrat encer (misalnya memiliki konsentrasi urutan 20% sampai
40%), tahap penyerapan dapat diadopsi yang memanfaatkan teknologi
pertukaran panas dan yang menyingkirkan kebutuhan konvensional
untuk penyerapan tower dan kerugian yang menyertainya. Hal ini
kemudian memfasilitasi integrasi dari dua (sampai sekarang
terpisah) proses produksi asam nitrat dan produksi amonium nitrat
berikutnya.IKHTISAR PENGUNGKAPAN THE Didefinisikan secara luas,
suatu proses untuk memproduksi amonium nitrat diungkapkan. Proses
ini terdiri dari: mengekspos feed pengoksidasi gas terdiri
setidaknya secara substansial amonia, uap dan gas pengoksidasi
kondisi dimana amonia dioksidasi untuk menghasilkan campuran reaksi
termasuk nitrogen monoksida dan uap air, dan pendinginan campuran
reaksi dalam penukar panas dimana monoksida nitrogen teroksidasi,
uap air terkondensasi dan produk-produk dari oksidasi nitrogen
monoksida bereaksi dengan dan diserap oleh air kental untuk
membentuk aliran asam nitrat, dengan substansial seluruh monoksida
nitrogen dalam campuran reaksi diubah menjadi asam nitrat; dan
bereaksi aliran asam nitrat dengan aliran amonia untuk membentuk
amonium nitrat. Proses di atas juga menyediakan amonium nitrat
(dalam berbagai bentuk yang mungkin terjadi).Istilah "pengoksidasi
gas" yang digunakan dalam definisi di atas dan mengikuti dari
penemuan ini adalah untuk dipahami sebagai berarti gas yang
mengandung lebih dari sekitar 80% oksigen. Gas pengoksidasi
diinginkan mengandung setidaknya 90% dan, tergantung pada ukuran
pabrik pengolahan, yang paling diinginkan setidaknya 95%
oksigen.Juga, dengan "secara substansial semua" dari monoksida
nitrogen dalam definisi di atas dan berikut penemuan ini berarti
suatu jumlah nitrogen monoksida lebih besar dari 90%, diinginkan
lebih besar dari 95%, dan yang paling disukai, sampai ke tingkat
mendekati sedekat mungkin 100% dari yang hadir dalam campuran
reaksi. Ketika konversi dalam penukar panas terjadi pada tingkat
yang lebih rendah dari itu yang paling diinginkan, proses reaksi
penyerapan dapat dilanjutkan dalam bejana reaktor-absorber
berikutnya atau pipa, dengan atau tanpa pertukaran panas. Dengan
demikian, konversi mendekati 100% dalam penukar panas tidak penting
karena proses reaksi penyerapan dapat dilanjutkan, di luar itu yang
terjadi pada penukar panas, dalam adiabatik reaktor-absorber
berikutnya, meskipun sampai batas tertentu. Artinya, diketahui
bahwa suhu yang lebih tinggi yang merusak ke nitrogen monoksida dan
konversi penyerapan dan, sejauh bahwa reaksi penyerapan selanjutnya
dilakukan adiabatik, kenaikan suhu yang cukup besar dapat terjadi
dalam aliran bereaksi. Misalnya, maju dari 99% sampai 100% konversi
nitrogen monoksida adiabatik akan memerlukan kenaikan suhu urutan
2,5 C, sedangkan maju dari 90% sampai% konversi 100 akan memerlukan
kenaikan suhu 24 CJuga, istilah "konsentrasi" sebagaimana digunakan
dalam spesifikasi ini harus dipahami sebagai makna:dalam konteks
solusi yang berair persentase zat terlarut murni (misalnya, amonium
nitrat atau asam nitrat) dalam solusi pada aw / w dasar, dan dalam
konteks gas campuran-persentase komponen murni (misalnya oksigen)
dalam campuran secara av / v. Asam nitrat dihasilkan dalam proses
didefinisikan di atas inheren akan encer, memiliki misalnya
konsentrasi urutan 20% sampai 40%, tergantung pada jumlah air yang
terkandung dalam campuran reaksi. Sebagai konsekuensinya, nitrat
amonium yang dihasilkan oleh reaksi awal dari asam encer nitrat dan
amonia dalam proses terintegrasi juga akan memiliki konsentrasi
yang relatif rendah (misalnya, dari urutan 30% sampai 46%) tetapi
amonium nitrat dapat terkonsentrasi up (misalnya, ke level urutan
75% sampai 85%) dengan penambahan panas, (yang mungkin berasal dari
asam memproduksi tahap nitrat seperti yang dijelaskan di bawah),
untuk mengusir kelebihan air diperkenalkan oleh asam encer
nitrat.Panas untuk berkonsentrasi larutan amonium nitrat dapat
ditransfer ke tahap amonium nitrat memproduksi dengan pertukaran
langsung panas antara campuran reaksi (yang berasal dari oksidasi
amonia dalam tahap asam nitrat memproduksi) dan larutan amonium
nitrat, atau melalui pertukaran panas tidak langsung antara dua
tahap menggunakan kopling lingkaran menengah media perpindahan
panas seperti air atau uap / air. Panas seperti juga atau
alternatif berasal dari panas reaksi antara amonia dan asam nitrat
dan / atau dari sumber eksternal.Juga, uap yang dihasilkan dalam
proses berkonsentrasi larutan amonium nitrat dalam amonium nitrat
menghasilkan tahap dapat ditransfer ke asam nitrat menghasilkan
tahap untuk membentuk setidaknya sebagian dari komponen uap dari
umpan pengoksidasi atau untuk membentuk setidaknya sebagian dari
komponen air atau uap dari umpan mulai dari mana umpan pengoksidasi
berasal.Penukar panas yang digunakan dalam proses penyerapan dalam
asam memproduksi tahap nitrat dapat terdiri jenis penukar panas
yang menyediakan perpindahan panas dari fluida proses (dalam
penemuan ini campuran reaksi) ke cairan pendingin; misalnya penukar
panas jenis shell-dan-tabung, yang dicetak sirkuit penukar jenis
panas, penukar panas pelat atau sirip-fan penukar panas jenis.
Bagian aliran fluida dalam penukar panas diinginkan memiliki
dimensi penampang kecil (misalnya, kurang dari sekitar 3 mm dan
diinginkan kurang dari 2 mm diameter setara) untuk membantu
memanaskan perpindahan massa dan untuk memfasilitasi penukar panas
kekompakan. Juga, tergantung pada permintaan proses, penukar panas
tunggal dapat digunakan atau dua atau lebih penukar panas dapat
dihubungkan secara paralel atau seri, dan ekspresi "penukar panas"
dan "penukar panas" seperti yang digunakan dalam spesifikasi ini
adalah untuk dipahami dalam konteks ini. Cairan pendingin dapat
berupa gas, misalnya kipas udara paksa, atau cairan seperti
air.Mempekerjakan novel penukar panas untuk menyelesaikan
penyerapan dalam tahap penyerapan (berbeda dari pekerjaan tersebut
dalam proses penemuan sebelumnya dari menara absorpsi
counter-current) menghasilkan produksi yang relatif encer asam
nitrat. Asam tersebut memiliki tekanan uap kesetimbangan rendah gas
asam dan nitrous nitrat, ini menghindarkan kebutuhan untuk
counter-current menghubungi untuk mencapai penyerapan lengkap
komponen ini. Namun demikian, tingkat di mana konversi nitrogen
monoksida untuk asam terjadi, sebagai proses hampir selesai,
ditentukan terutama oleh tingkat kimia oksidasi nitrogen monoksida,
yang sangat dipromosikan oleh konsentrasi yang lebih tinggi dari
nitrogen monoksida dan oksigen. Dalam proses penemuan ini uap yang
digunakan untuk ballast proses oksidasi secara substansial
mengembun selama proses penyerapan untuk membentuk bagian dari
produk asam encer nitrat, sehingga meningkatkan konsentrasi reaktan
sisa gas dan memfasilitasi mereka relatif reaksi cepat dan
penyerapan. Efeknya adalah untuk mengintensifkan / proses
penyerapan reaksi, efek yang paling besar ketika, seperti sesuai
dengan salah satu perwujudan dari penemuan ini, komposisi gas
pengoksidasi dekat dengan 100% oksigen.Uap dalam umpan pengoksidasi
berfungsi untuk menjaga umpan pengoksidasi bawah batas peledak
untuk campuran amonia-oksigen dan untuk moderat kenaikan suhu
selama oksidasi amonia, serta fungsi, ketika kental, untuk menyerap
produk dari oksidasi nitrogen monoksida.Gas pengoksidasi
(selanjutnya disebut sebagai "oksigen") dalam pakan awal /
pengoksidasi dapat diberikan dalam jumlah yang cukup untuk
mengoksidasi secara substansial seluruh amonia dan substansial
seluruh monoksida nitrogen. Atau, oksigen dalam umpan dapat
diberikan dalam jumlah yang cukup untuk mengoksidasi substansial
seluruh amonia dan oksigen tambahan ditambahkan ke dalam campuran
reaksi sebelum uap air mengembun untuk mengoksidasi substansial
seluruh monoksida nitrogen.Sebuah umpan mulai (dari mana umpan
pengoksidasi diperoleh) dapat diberikan dengan semua amonia,
oksigen dan air di negara-negara gas. Juga, pakan mulai dapat
diberikan dengan mencampur oksigen menjadi amonia / uap, dengan
mencampur amonia menjadi oksigen / uap, atau dengan mencampurkan
unsur yang terpisah oksigen, amonia dan uap, tapi risiko membentuk
campuran eksplosif diinginkan dihindari dengan tidak mencampur uap
menjadi amonia / oksigen.Dalam perwujudan alternatif, ketika umpan
mulai dilengkapi dengan air dalam keadaan cair itu dapat menguap
sebelum atau setelah pencampuran dengan dua komponen lain dari
pakan awal.Dalam perwujudan lebih lanjut, amonia dapat dilarutkan
dalam air untuk membentuk amonia berair dan, dalam hal kelebihan
amonia berair daur ulang disuntikkan kembali ke dalam pakan mulai
(seperti yang akan dijelaskan selanjutnya), amonia dapat dilarutkan
dalam air / daur ulang pakan amonia berair. Pakan yang dihasilkan
kemudian dapat dipanaskan untuk menguapkan amonia berair.Pada tahap
oksidasi amonia (di mana umpan amonia-oksigen uap-swabalast
dioksidasi untuk membentuk, terutama, nitrogen monoksida dalam gas
nitrous), pakan pengoksidasi dapat dipanaskan sampai suhu yang
berada dalam kisaran 700 C sampai 1000 C . (biasanya sekitar 800
C), pada tekanan jatuh dalam kisaran 1 bar (abs.) sampai 15 bar
(abs.) (biasanya sekitar 2 bar (abs.)) dengan adanya katalis.
Katalis dapat diwujudkan dalam jenis yang dikenal dari sistem
katalitik, termasuk tempat tidur oksida kobalt atau katalis
platinum-rhodium dalam bentuk anyaman atau rajutan lapisan kasa.
Pemanasan feed pengoksidasi dalam pengoksidasi mungkin ditimbulkan
oleh pelepasan panas adiabatik reaksi, atau dengan pertukaran panas
dengan cairan eksternal, atau dengan kombinasi keduanya. Ketika
pertukaran panas dipengaruhi untuk pemanasan atau untuk
pendinginan, pengoksidasi dapat terdiri reaktor penukar
panas.Campuran reaksi dari proses oksidasi amonia dapat didinginkan
ke suhu pertama di atas titik embun dari campuran reaksi (misalnya,
untuk suhu sekitar 140 C) melalui pertukaran panas dengan fluida
perpindahan panas. Bahwa cairan perpindahan panas dapat digunakan
untuk mentransfer panas (seperti di atas disebutkan) untuk
berkonsentrasi (dengan penguapan) solusi nitrat amonium dalam tahap
memproduksi amonium nitrat. Juga, campuran reaksi selanjutnya dapat
didinginkan ke suhu kedua melalui pertukaran panas dengan cairan
perpindahan panas atau cairan proses lain. Pertukaran panas yang
terakhir dapat dilakukan antara campuran reaksi dan pengoksidasi
atau pakan mulai (atau komponen pengoksidasi / pakan mulai) (yang
dalam hal tersebut menjadi cairan perpindahan panas) oleh apa yang
disebut di sini sebagai pakan-limbah pertukaran panas ,
memanfaatkan penukar panas umpan-limbah. Feed-limbah penukar panas
tersebut dapat terpisah dari atau diintegrasikan dengan penukar
panas disebutkan sebelumnya di mana produk-produk dari oksidasi
nitrogen monoksida bereaksi dengan dan diserap oleh air
kental.Dalam beberapa perwujudan dimana umpan-limbah pertukaran
panas dipengaruhi, komponen cairan dalam pakan mulai dapat menguap
(setidaknya sebagian) dan setiap komponen cair yang tersisa dalam
pakan mulai mengikuti pertukaran panas umpan-limbah dapat
diresirkulasi atau menggunakan terminologi sebelumnya, daur ulang.
Dengan proses ini sebagian besar cairan apapun dalam pakan mulai
dapat diuapkan sampai fase gas (seperti yang diperlukan untuk pakan
pengoksidasi) menggunakan apa yang mungkin dianggap sebagai "kelas
rendah" panas, meninggalkan "kelas yang lebih tinggi" panas yang
dihasilkan dalam proses untuk tujuan pendukung seperti uap
penggalangan untuk pembangkit listrik. Akumulasi padatan terlarut
dalam cairan sirkulasi dapat dicegah dengan pemberian aliran
blow-down.Oksidasi monoksida nitrogen dan reaksi bersamaan mengarah
ke pembentukan asam nitrat diatur oleh tekanan dan suhu operasi
yang tepat untuk desain sistem dan, setidaknya dalam tahap
penyerapan akhir, dengan suhu tersedia pendingin. Oksidasi terjadi
hanya sampai batas tertentu sampai pasca-oksidasi pendinginan
dimulai, yaitu (dari angka dicontohkan sebelumnya) pada suhu
setinggi 800 C. Bila campuran reaksi didinginkan, cairan pertama
akan terbentuk pada titik embun di tekanan operasi dan pembentukan
asam akan terus sebagai campuran lanjut didinginkan. Pada tekanan
operasi sekitar 15 bar (abs.) Kondensat akan membentuk dan, dengan
demikian, pembentukan asam nitrat akan dimulai, pada suhu saturasi
sesuai sekitar 200 C, dan pembentukan asam akan terus turun ke suhu
sekitar 50 C, dengan asumsi suhu yang terakhir yang akan dibatasi
oleh tersedia Suhu cairan pendingin. Untuk operasi pada 2 bar
(abs.), Pembentukan asam akan dimulai pada sekitar 110 C.Kotoran
gas tidak kental atau diserap pada fase menyerap dalam asam
memproduksi tahap nitrat mungkin termasuk oksigen berlebih yang
tidak bereaksi, argon dan kotoran lainnya diperkenalkan dengan
umpan oksigen ke proses, dan nitrogen dan dinitrogen oksida
terbentuk sebagai produk sampingan dalam pengoksidasi tersebut.
Maskapai kotoran gas dapat dipisahkan dari asam nitrat dengan cara
bejana pemisahan sebelum asam nitrat dan amonia direaksikan dalam
tahap memproduksi amonium nitrat.The nitrat Tekanan asam absorber
mungkin, dalam beberapa perwujudan, berada di bawah tekanan reaktor
amonium nitrat, dan asam nitrat kemudian akan dipompa ke tekanan
reaktor. Dalam perwujudan lain, asam tekanan absorber nitrat
mungkin di atas tekanan reaktor amonium nitrat dan katup kemudian
dapat digunakan untuk mengurangi tekanan asam nitrat untuk tekanan
reaktor.Reaksi dari asam nitrat dan amonia dalam memproduksi tahap
amonium nitrat dapat dipengaruhi oleh metode apapun yang dikenal
dalam bidang ini, termasuk, misalnya, dengan co-mengalir reaktan
adiabatik melalui panjang cocok pipa. Reaksi mungkin alternatif
dilaksanakan di non-adiabatik (pertukaran panas) reaktor, di mana
reaktan (co-mengalir) akan dipanaskan atau didinginkan oleh media
perpindahan panas. Sebagai alternatif lanjut, reaksi dapat
dilakukan dengan mencampur amonia dan asam nitrat dalam bejana yang
mungkin, seperti yang diperlukan, baik dipanaskan atau didinginkan.
Reaktor juga dapat berfungsi sebagai evaporator.Asam nitrat dapat
dipanaskan sebelum bereaksi dengan amonia. Dengan cara ini,
setidaknya beberapa dari panas yang dilepaskan oleh reaksi dapat
mengakibatkan generasi uap, daripada menghasilkan hanya dalam
pemanasan awal dari aliran amonium nitrat pada suhu di bawah titik
didih dalam evaporator (di mana larutan amonium nitrat
terkonsentrasi dan uap yang dihasilkan oleh aplikasi panas).
Pemanasan seperti asam nitrat dapat dipengaruhi oleh perpindahan
panas dari aliran panas dalam asam memproduksi tahap nitrat,
misalnya dari campuran reaksi stream dari pengoksidasi atau dari
recycle aliran cairan.Amonia dapat diumpankan ke tahap memproduksi
amonium nitrat dalam bentuk cair atau gas atau sebagai amonia
berair. Tekanan pakan akan perlu setidaknya setinggi itu dari
aliran umpan asam nitrat pada titik pencampuran, dan amonia mungkin
pada setiap suhu yang nyaman, biasanya di sekitar suhu
lingkungan.Tekanan dari umpan amonia ke asam nitrat dan amonium
nitrat memproduksi tahapan dapat dipilih untuk memenuhi persyaratan
proses individual. Misalnya, dalam beberapa perwujudan amonia akan
dipasok ke asam memproduksi tahap nitrat sedikit di atas tekanan
oksidasi, dan nitrat amonium memproduksi panggung sedikit di atas
tekanan absorber (sebelum ada pompa yang dapat digunakan untuk
meningkatkan tekanan cairan) .Dalam beberapa perwujudan amonia
mungkin, seperti di atas ditunjukkan, diberikan dalam bentuk gas,
dan diberi makan ke tahap amonium nitrat berproduksi pada tekanan
yang sama seperti yang diumpankan ke asam memproduksi tahap nitrat.
Dalam beberapa perwujudan, tekanan umum dari umpan amonia gas
dengan proses yang terintegrasi mungkin sedikit di atas lebih
tinggi dari tekanan reaktor dan pengoksidasi. Dalam perwujudan lain
tekanan pasokan umum untuk amonia gas dengan proses yang
terintegrasi mungkin independen dari tekanan operasi dari
pengoksidasi, absorber dan reaktor, dan tekanan yang mungkin dekat
dengan, atau bahkan di bawah, tekanan atmosfer.Sangat diharapkan
bahwa laju aliran amonia cukup tinggi, relatif terhadap aliran asam
nitrat, untuk memastikan bahwa ada kelebihan amonia dalam larutan
amonium nitrat dalam evaporator. Dalam hal ini korosi cara dalam
evaporator akan diminimalkan, dan tekanan parsial asam nitrat dalam
ruang uap dari evaporator akan ditekan.Tergantung pada persyaratan
sistem, tekanan evaporator dapat dioperasikan sedikit di atas
tekanan ruang bakar amonia atau dekat (baik di atas atau di bawah)
tekanan atmosfer. Untuk menghindari kemungkinan infiltrasi udara ke
evaporator ketika berjalan di bawah vakum, evaporator dapat
dioperasikan pada, misalnya, 1 bar (abs.) Menjadi 1,5 bar (abs.)
Operasi evaporator pada tekanan tersebut mungkin bila uap dari
evaporator terkondensasi dan kembali ke proses asam nitrat cair.
(Hal ini mengamati bahwa memompa air cair tekanan ruang bakar
amonia menimbulkan sedikit peralatan atau biaya energi.)Suhu
penguapan akan tergantung pada tekanan penguapan dan konsentrasi
larutan amonium nitrat. Sebagai contoh, titik gelembung 39% larutan
amonium nitrat pada 1 bar 107 C, sedangkan titik gelembung 80%
larutan amonium nitrat di 3 bar adalah sekitar 168 C. Hal ini
diketahui bahwa pemanasan padat amonium nitrat hingga suhu 170 C
atau lebih disertai dengan risiko dekomposisi yang cepat dari
amonium nitrat, dan harus dihindari. Oleh karena itu, untuk
kekuatan produk, misalnya, urutan 80% amonium nitrat, evaporator
akan praktis terbatas pada operasi di bawah 3 bar (abs.).Panas
dapat ditransfer (seperti yang disebutkan di atas) dari campuran
reaksi asam nitrat untuk solusi amonium nitrat dalam evaporator
oleh kontak langsung pertukaran panas antara sungai, atau tidak
langsung melalui media perpindahan panas dalam kopling lingkaran
menengah; yang mungkin, misalnya, terdiri didih / kondensasi
sirkuit air atau fase tunggal sirkuit air bertekanan. Sebuah
perpindahan panas antara kopling lingkaran dapat digunakan untuk
menghindari risiko suhu dinding terlalu tinggi (> 170 C) yang
terjadi dalam penukar panas yang pasangan secara langsung campuran
panas reaksi (di, misalnya, 800 C) dengan mendidih aliran amonium
nitrat. Jika panas tidak cukup tersedia dari campuran reaksi asam
nitrat dan reaksi amonium nitrat untuk berkonsentrasi amonium
nitrat dengan kekuatan yang diperlukan, panas dari sumber eksternal
mungkin diberikan untuk proses, misalnya, dengan memanaskan media
perpindahan panas di antara kopling lingkaran.Penguapan air dari
larutan nitrat encer amonium dapat dilakukan dalam berbagai
konfigurasi peralatan. Sebagai contoh, penguapan larutan nitrat
encer amonium dapat dipengaruhi dalam pass-through tunggal
(sekali-through) penukar panas evaporator.Atau, mendidih amonium
nitrat dapat diresirkulasi melalui penukar panas di bawah pengaruh
efek gravitasi-driven apung (yaitu, sirkulasi alam) atau dengan
pompa. Sebagai contoh, penukar panas penguapan dapat tenggelam di
bawah permukaan cairan mendidih solusi amonium nitrat dalam kapal,
atau merupakan bagian dari lingkaran thermo-siphon eksternal untuk
kapal pemisah.Dalam alternatif lanjut solusi nitrat amonium dapat
terkonsentrasi dalam film evaporator jatuh.Dalam perwujudan
mempekerjakan didih / kondensasi air menengah perpindahan panas
kopling lingkaran, suhu saturasi uap harus di atas titik gelembung
larutan amonium nitrat yang diperlukan, misalnya, untuk 80% solusi,
di atas 152 C dalam 2 bar (abs .) evaporator, atau di atas 127 C
dalam 1 bar (abs.) evaporator. Perbedaan rata-rata suhu antara
pemanasan dan cairan mendidih dalam evaporator sekali-melalui lebih
besar daripada antara cairan dalam evaporator sirkulasi dan,
karenanya, evaporator sekali-melalui mungkin lebih kecil.Dalam
perwujudan mempekerjakan satu fasa perpindahan panas antara kopling
lingkaran dan evaporator sirkulasi, media perpindahan panas harus
beredar pada suhu di atas titik gelembung larutan amonium nitrat
yang diperlukan, dengan contoh-contoh seperti yang
diidentifikasi.Dalam perwujudan mempekerjakan satu fasa perpindahan
panas antara kopling lingkaran dan evaporator sekali-melalui, suhu
maksimum yang dicapai oleh media perpindahan panas harus melebihi
titik didih larutan amonium nitrat yang diperlukan, dengan
contoh-contoh seperti yang diidentifikasi di atas. Namun suhu
minimum media perpindahan panas hanya perlu melebihi titik
gelembung larutan nitrat encer amonium dari reaktor amonium nitrat,
misalnya, untuk 39% larutan amonium nitrat, di atas 129 C dalam 2
bar (abs.) evaporator, atau di atas 107 C dalam 1 bar (abs.)
evaporator. Dengan demikian, ketika satu-fase menengah perpindahan
panas loop digunakan dengan evaporator sekali-melalui, panas dapat
diekstraksi dari campuran reaksi asam nitrat pada suhu yang lebih
rendah daripada dengan alternatif di atas, sehingga meningkatkan
jumlah panas yang pulih dari campuran reaksi .Sebuah keuntungan
lebih lanjut dari evaporator sekali-melalui lebih dari satu
evaporator sirkulasi mungkin bahwa dipaksa melalui aliran larutan
amonium nitrat dapat membuat itu kurang rentan terhadap padatan
kristal fouling dari penukar panas terendam, di mana penurunan
tekanan dikembangkan oleh sirkulasi alami akan biasanya jauh lebih
rendah dari yang timbul dengan aliran once-through, dan karenanya
kurang mampu menghilangkan mengembangkan penghalang.Uap dan fasa
cair dari evaporator dapat dipisahkan dalam wadah pemisah dari
setiap jenis yang dikenal dalam bidang ini. Untuk membantu
pemisahan tetesan cairan dari uap evaporator, pad demister atau
kemasan dapat digunakan menjelang akhir atas kapal pemisah, dan,
untuk menghindari pengendapan padatan pada pad tersebut atau
pengepakan, mungkin disemprot dengan mencuci cair. Mencuci cair
dapat terdiri dari air kemurnian tinggi, seperti cocok untuk boiler
air umpan, atau larutan asam nitrat, amonia atau amonium
nitrat.Dalam evaporator terendam atau thermo-siphon sirkulasi,
cairan yang timbul dari penyemprotan pad demister dengan mencuci
cairan tidak akan secara substansial mempengaruhi suhu penguapan
yang diperlukan, meskipun beban panas meningkat, karena air
menipiskan bercampur dengan solusi sirkulasi. Namun, di pintu
keluar evaporator sekali-melalui konsentrasi larutan dicapai, dan
karena itu titik gelembung diperlukan, harus ditingkatkan sejauh
bahwa efek dilusi dikompensasi dalam perangkat
tersebut.Once-through dan sirkulasi evaporator dapat ditempatkan di
dalam atau di luar kapal yang disediakan untuk pemisahan uap /
solusi. Evaporator sirkulasi dapat ditempatkan di dalam kapal, di
bawah permukaan cairan, sebagai penukar panas terendam, atau di
luar itu, di luar thermo-siphon atau loop dipompa. Secara umum, itu
akan lebih mudah untuk mengganti atau memperbaiki penukar panas
eksternal dalam hal itu menjadi tunduk fouling, korosi atau
kerusakan lainnya.Seperti yang dinyatakan sebelumnya, uap yang
dihasilkan dalam berkonsentrasi larutan amonium nitrat dalam nitrat
amonium memproduksi tahap dapat ditransfer ke asam nitrat
menghasilkan tahap untuk membentuk setidaknya sebagian dari
komponen pakan air umpan pengoksidasi atau feed mulai dari yang
feed pengoksidasi berasal.Dalam salah satu perwujudan uap dapat
ditransfer dalam bentuk gas langsung dari evaporator ke asam
memproduksi tahap nitrat. Asalkan evaporator beroperasi pada
tekanan dengan setidaknya sedikit kelebihan atas tekanan ruang
bakar amonia, ada kompresi uap akan diperlukan.Dalam perwujudan
lainnya, uap evaporator dapat dikondensasikan dan dikembalikan
sebagai pakan air cair asam memproduksi tahap nitrat. Dalam hal
ini, kendala tidak lebih rendah akan ditempatkan pada tekanan
operasi evaporator dengan proses asam nitrat sebagai air cair
mungkin tidak mahal dipompa ke setiap tekanan yang diperlukan.
Kembalinya air cair dengan proses asam nitrat juga memungkinkan
kesempatan untuk penyerapan pakan amonia gas untuk proses asam
nitrat, sehingga mengurangi tekanan umpan yang diperlukan amonia
dengan proses asam nitrat, biasanya tekanan atmosfer atau kurang.
Sebagaimana disebutkan di atas Namun, tekanan evaporator dan
pasokan amonia mungkin tetap berada di atas tekanan atmosfer untuk
menghindari infiltrasi atmosfer ke dalam proses.Dalam perwujudan
yang uap dari evaporator terkondensasi air, air dapat membawa
entrained gas yang tidak terkondensasi, seperti hidrogen dan
nitrogen, yang mungkin telah dimasukkan sebagai pengotor dalam
umpan amonia dengan proses amonium nitrat. Dalam beberapa situasi,
misalnya ketika gas entrained mungkin mengganggu pengoperasian
pompa cairan hilir, gas tersebut dapat dibuang dari pemisah fase
berikut kondensor uap, meninggalkan kondensat efektif gas
bebas.Dalam perwujudan di mana tidak ada air murni cair ada dalam
proses, seperti ketika uap evaporator dikembalikan ke asam
memproduksi tahap nitrat dalam bentuk gas, selisih antara air yang
dihasilkan dalam evaporator dapat dibuang oleh ventilasi sebagai
uap. Kekurangan air dalam proses tersebut dapat dibuat-buat sebagai
cair di beberapa titik dalam proses terpadu, misalnya dengan
menyemprotkan air diterapkan pada pad demister dijelaskan di atas,
atau sebagai uap dari sumber eksternal. Ketika keseimbangan air
dipertahankan dengan menambahkan air cair ke evaporator, beban pada
evaporator akan meningkat, seperti dengan menyemprotkan air seperti
dijelaskan di atas. Ketika keseimbangan air dipertahankan dengan
menambahkan air cair ketel air setelah pengoksidasi amonia, panas
tersedia untuk evaporator menurun.Dalam perwujudan yang evaporator
uap terkondensasi untuk membentuk nitrit pakan air proses asam,
kelebihan atau kekurangan air pemberat dapat diakomodasi dengan
menambahkan atau penggalian air dalam bentuk cair dari aliran
kondensat, sehingga menghindari kebutuhan untuk meningkatkan beban
evaporator .Kotoran gas mungkin, dalam operasi sistem, masuk ke
dalam salah satu asam memproduksi tahap nitrat atau nitrat amonium
memproduksi panggung dengan feed amonia, dengan pakan oksigen dan /
atau, jika air make-up yang diperlukan, dengan umpan air. Juga,
oksigen, nitrogen, argon dan kotoran gas lainnya, yang tidak vented
dari pemisah berikut penyerap, bisa lewat dari proses asam nitrat
untuk proses amonium nitrat. Namun, secara umum, kotoran reaktif,
hidrogen dan oksigen, akan beredar dalam proses yang terintegrasi
sampai mereka bereaksi membentuk air di ruang bakar amonia; dan
non-terkondensasi, kotoran gas inert, seperti argon dan nitrogen,
akan beredar sampai mereka mencapai titik ventilasi, kemungkinan
besar pada pemisah asam mengikuti penyerap asam nitrat.Kotoran
terlarut dapat masuk proses dalam air make-up, dan mungkin akan
habis baik dengan produk amonium nitrat atau sebagai pukulan-down
dari recycle air dalam asam menghasilkan tahap nitrat.Dalam kondisi
tertentu ada kemungkinan bahwa panas yang cukup mungkin tidak
tersedia dari campuran reaksi (diproduksi di memproduksi tahap asam
nitrat) untuk berkonsentrasi solusi amonium nitrat sejauh yang
diperlukan. Kemudian, dengan tidak adanya sumber panas lain pada
suhu yang cukup tinggi dalam proses yang terintegrasi untuk
mendorong proses penguapan, langkah-langkah alternatif, seperti
multiple-efek penguapan dan / atau impor panas dari sumber
eksternal dapat diadopsi.Proses ini akan lebih sepenuhnya dipahami
dari uraian berikut:tiga ilustrasi pengejawantahan dari proses
untuk memproduksi asam nitrat saja, dan dua perwujudan ilustrasi
proses terpadu untuk memproduksi asam nitrat dan, dengan
menggunakan asam nitrat, amonium nitrat. Deskripsi disediakan
melalui contoh dengan mengacu pada sirkuit skematis (aliran)
diagram seperti yang ditunjukkan pada gambar terlampir.Uraian
Singkat Gambar Dalam drawings- yangGambar. 1 menunjukkan diagram
alir berlaku untuk perwujudan pertama dari proses untuk memproduksi
asam nitrat, di mana air, amonia dan oksigen, semua dalam bentuk
gas, digabungkan untuk membentuk pakan awal untuk produksi asam
nitrat;Gambar. 2 menunjukkan diagram alir berlaku untuk perwujudan
kedua dari proses untuk memproduksi asam nitrat, di mana air cair
disediakan sebagai komponen pakan awal dan diuapkan dan
menggabungkan dengan komponen pakan amonia dan oksigen
mulai;Gambar. 3 menunjukkan diagram alir berlaku untuk perwujudan
ketiga dari proses untuk memproduksi asam nitrat, di mana komponen
amonia dan oksigen berair digabungkan untuk membentuk sebuah umpan
yang mengalir melalui penukar panas umpan-limbah;Gambar. 4
menunjukkan grafik, suhu terhadap panas, yang menggambarkan operasi
khas counter-flow umpan-limbah pertukaran panas dalam penukar panas
ditunjukkan pada Gambar. 3;Gambar. 5 menunjukkan diagram alir
berlaku untuk perwujudan pertama dari proses terpadu untuk
memproduksi nitric acid / amonium nitrat, diagram yang
menggambarkan satu jenis amonium nitrat
reaktor-konsentrator;Gambar. 5A menggambarkan jenis alternatif
amonium nitrat reaktor-konsentrator yang terkait dengan proses
terpadu Gambar. 5;Gambar. 6 menunjukkan diagram alir berlaku untuk
perwujudan kedua dari proses terpadu untuk memproduksi nitric acid
/ amonium nitrat, diagram yang menggambarkan satu jenis amonium
nitrat reaktor-konsentrator;Gambar. 6A menggambarkan jenis
alternatif amonium nitrat reaktor-konsentrator yang terkait dengan
proses terpadu Gambar. 6; danGambar. 7 dan 7A menggambarkan aturan
alternatif untuk penyediaan panas dari sumber eksternal untuk
reaksi / proses penguapan seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 5
dan 6.Uraian Lengkap Illustrated Penemuan Sebagai pengamatan awal,
dua perwujudan dari proses yang terintegrasi (seperti yang
ditunjukkan pada Gambar. 5 dan 6) Berhubungan dengan proses yang
sama (seperti di atas ditentukan); yaitu satu di mana:amonium
nitrat dihasilkan oleh proses: mengekspos feed pengoksidasi gas
terdiri setidaknya secara substansial amonia, uap dan gas
pengoksidasi kondisi dimana amonia dioksidasi untuk menghasilkan
campuran reaksi termasuk nitrogen monoksida dan uap air, pendingin
campuran reaksi dalam penukar panas dimana monoksida nitrogen
dioksidasi, uap air terkondensasi dan produk-produk dari oksidasi
nitrogen monoksida bereaksi dengan dan diserap oleh air kental
untuk membentuk aliran asam nitrat, dan bereaksi aliran asam nitrat
dengan aliran amonia untuk membentuk amonium nitrat. Perwujudan
dari proses yang terintegrasi seperti yang diilustrasikan dalam
Gambar. 5 dan 6 menggabungkan asam nitrat menghasilkan proses
substansial seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 1 dan
3masing-masing. Namun, semua tiga dari asam nitrat menghasilkan
prosesGambar. 1 sampai 3 berpotensi cocok untuk digunakan dalam
sistem terpadu dan untuk alasan ini, untuk kelengkapan, dijelaskan
secara rinci dalam teks berikut.Dalam asam menghasilkan proses
nitrat diilustrasikan oleh diagram alir Gambar. 1, Aliran amonia
gas umpan 10 , aliran umpan uap 11 dan aliran umpan oksigen 12
digabungkan untuk membentuk pakan awal 13 , dengan amonia dan uap
sebaiknya dicampur menjelang penerimaan mereka ke aliran oksigen
untuk menghindari potensi untuk ledakan campuran. Aliran umpan
masing-masing disampaikan pada suhu yang cukup tinggi untuk
menghalangi pembentukan kondensat ketika feed bakar 14 (sesuai
dalam kasusGambar. 1perwujudan ke pakan awal 13 ) diumpankan ke
ruang bakar 15 . Semua aliran umpan yang disampaikan di bawah
tekanan sedikit lebih besar dari tekanan pembakaran sekitar 2 bar
(abs.)Pembakar 15 dapat terdiri jenis pengoksidasi amonia dikenal
dalam bidang untuk digunakan dalam suhu tinggi konversi katalitik
dari campuran amonia-oksigen dan dapat menggunakan semua jenis yang
dikenal dari sistem katalitik, termasuk tempat tidur kobalt oksida.
Dalam satu bentuk yang sesuai mungkin menggabungkan katalis
platinum-rhodium dalam bentuk anyaman atau rajutan lapisan kasa.
Dalam bentuk lain ruang bakar dapat dikonfigurasi sebagai penukar
panas-reaktor di mana panas yang dilepaskan selama reaksi
ditransfer secara bersamaan untuk pendingin.Uap-swabalast
amonia-oksigen (ruang bakar) memberi makan 14 ke ruang bakar 15
dipanaskan dengan kombinasi konduksi, konveksi dan radiasi dengan
suhu reaksi oleh lapisan katalis dan bereaksi pada lapisan katalis
untuk membentuk aliran gas nitrous. Kecuali bila oksidasi dimulai
dalam suatu penukar panas-reaktor, proses keseluruhan pada dasarnya
(yaitu, hampir) adiabatik dan suhu mencapai (dengan asumsi lengkap,
konversi yang sangat selektif amonia menjadi nitrogen monoksida)
pada dasarnya merupakan suatu fungsi dari kuantitas uap ballast
hadir. Suhu biasanya akan menjadi sekitar 800 C ketika perbandingan
molar air untuk amonia dalam pakan awal adalah sekitar 5,6 dan
fraksi mol amonia dalam pakan bakar adalah sekitar 11,4%. Komposisi
pakan bakar tersebut terletak di luar batas ledakan amonia yang
diharapkan dan menimbulkan produk asam nitrat sekitar
33,5%.Campuran reaksi yang dihasilkan, termasuk nitrogen monoksida
dan uap air, diindikasikan sebagai aliran 16 , diumpankan ke
penukar panas berikut 17 di mana campuran reaksi didinginkan dengan
pertukaran panas dengan cairan perpindahan panas seperti bertekanan
(cair) air, air mendidih atau minyak. Penukar panas 17 seperti yang
digambarkan terdiri dari boiler memuaskan dari jenis konvensional
dikenal dalam bidang ini dan di mana umpan gas 16 didinginkan
sampai suhu di atas tingkat titik embun (misalnya suhu urutan 140
C).Pada keluar dari penukar panas 17 campuran reaksi didinginkan 18
, di mana nitrogen monoksida akan mulai mengoksidasi, diumpankan ke
penyerap dalam bentuk penukar panas 19 . Air kondensasi uap dan
oksidasi terus-menerus dari monoksida nitrogen dan reaksi bersamaan
mengarah pada pembentukan asam nitrat, dalam penukar panas 19 ,
diatur oleh tekanan dan suhu operasi yang digunakan dalam sistem.
Panas dipertukarkan antara campuran reaksi didinginkan (karena
berlangsung melalui saluran 20 dari penukar panas 19 ) dan panas
pertukaran cairan 22 , biasanya air, yang diarahkan counter-current
meskipun saluran 21 dari penukar panas 19 . Penukar panas 19 dapat
terdiri jenis penukar panas yang dikenal dalam bidang ini cocok
untuk digunakan dalam kondensasi / mengoksidasi campuran reaksi
pakan turun untuk mencairkan asam nitrat, termasuk shell-dan-tabung
penukar panas jenis, jari a fan penukar jenis panas, penukar
piring-jenis panas atau penukar panas dicetak jenis sirkuit, dan
pertukaran panas fluida 22 dapat terdiri cairan apapun (yaitu, cair
atau gas) yang sesuai dengan jenis penukar panas yang digunakan.
Bagian aliran fluida dalam penukar panas diinginkan memiliki
dimensi kecil cross-sectional (biasanya kurang dari sekitar 3 mm
dan, disukai, kurang dari 2 mm diameter setara) dalam rangka,
seperti yang dinyatakan sebelumnya, untuk membantu panas dan
perpindahan massa dan untuk memfasilitasi penukar panas dan, dengan
demikian, tanaman kekompakanGas tidak kental atau diserap dalam
penukar panas dipisahkan dari asam nitrat, untuk membentuk gas
ekor, dengan pemisah 23 . Komponen-komponen utama dari gas sisa
akan oksigen berlebih yang tidak bereaksi, argon dan kotoran
lainnya diperkenalkan dengan umpan oksigen ke proses, nitrogen dan
dinitrogen oksida terbentuk sebagai produk sampingan dalam ruang
bakar, dan uap air. Ekor gas yang keluar separator 23 juga akan
mengandung konsentrasi yang sangat rendah dari gas nitrous. Namun,
seperti yang digambarkan, gas ekor dapat diberi makan dari pemisah
23 untuk lebih lanjut pemisah 23 A dengan cara chiller-kondensor 23
B, kapal ini bertindak secara efektif untuk memberikan reaksi
penyerapan berikutnya dengan yang disediakan dalam penukar panas 19
. Gas nitrous dan uap asam nitrat diserap dalam chiller-kondensor
membuat aliran asam yang sangat lemah (biasanya