مقالات و توضیحات
آزمیران / روش تولید اسید نیتریک 2

روش تولید اسید نیتریک 2

برای حفظ انتشار NOx در سطوح قابل قبول، می توان این کار را با تزریق مستقیم اکسیژن، افزایش ارتفاع جاذب، افزایش فشار فرآیند یا افزایش ظرفیت واحد تصفیه گاز دنباله انجام داد. همانطور که در ثبت اختراع ایالات متحده 4,062,928 نشان داده شده است، می توان یک راکتور جداسازی جداگانه نیز اضافه کرد. با این حال، تزریق مستقیم اکسیژن، یعنی افزودن اکسیژن از منبعی جدا از منابع هوای اولیه و ثانویه، سودمند است زیرا شامل کاهش قابل توجهی در هزینه های سرمایه است. به عنوان مثال، مشخص شده است که تزریق یک تن اکسیژن به طور مستقیم تولید اسید نیتریک را حدود یک تن افزایش می دهد، در حالی که انتشار NOx تقریباً در همان سطح باقی می ماند. افزودن اسید نیتریک معمولاً با تغییر مسیر هوای ثانویه از سفید کننده به مبدل انجام می شود (همانطور که در بالا توضیح داده شد، افزودن مقدار مربوط به آمونیاک).

با این حال، توسط مخترعان حاضر مشخص شده است که مسیریابی مجدد هوای ثانویه از سفید کننده تأثیر مخربی بر کیفیت رنگ اسید نیتریک دارد. اعتقاد بر این است که این به دلیل این واقعیت است که جایگزینی هوای ثانویه در سفید کننده با تزریق مستقیم اکسیژن، میزان ناخالصی های جداسازی فیزیکی را کاهش می دهد. به طور خاص، از دست دادن نیتروژن (معمولاً با هوای ثانویه یافت می شود، اما با تزریق مستقیم اکسیژن مشاهده نمی شود) می تواند میزان برداشت فیزیکی را کاهش دهد.

علاوه بر این، کاهش مقدار اکسیژن تکمیلی لازم برای تزریق مستقیم اکسیژن و حفظ سطح افزایش تولید اسید نیتریک تولید شده توسط تزریق مستقیم اکسیژن و جلوگیری از افزایش انتشار NOx مفید خواهد بود.

روش های اختلاط گازها و مایعات از جمله اکسیژن در اختراعات ایالات متحده 5,108,662؛ 5,356,600؛ 4,867,918؛ 5,061,406؛ 5,302,325 و 4,931,225 شرح داده شده است. با این حال، این پتنت ها هیچ مزیت عملی این روش ها را در هنگام مخلوط شدن گاز و مایع در تولید اسید نیتریک نشان نمی دهند.

بنابراین هدف اختراع حاضر افزایش تولید اسید نیتریک، یا کاهش مقدار اکسیژن ثانویه تامین شده به فرآیند تولید اسید نیتریک، با حفظ کیفیت رنگ اسید نیتریک تولید شده، و حفظ NOx است. انتشار تقریباً در همان سطح

این اختراع مربوط به بهبود فرآیند تولید اسید نیتریک است. روش شامل: اکسید کردن گاز آمونیاک برای تولید گاز تتروکسید نیتروژن، واکنش با آب در ناحیه جذب برای تشکیل اسید نیتریک حاوی آب و گاز اکسید نیتروژن، و حذف اسید نیتریک است. اکسید نیتروژن از جریان منطقه جذب و تغذیه جریان به منطقه سفید کننده اسید نیتریک که در آن ناخالصی ها از اسید نیتریک حذف می شود تا محصول اسید نیتریک تشکیل شود و اکسیژن مکمل به یک یا چند جریان واکنش دهنده برای افزایش تولید اسید نیتریک اضافه می شود. یا غلظت، بهبود شامل تزریق اکسیژن مکمل به اسید نیتریک در جریان فرآیند برای تشکیل یک مخلوط حباب/مایع گاز در جریان است که حباب‌های گازی ریز پراکنده با قطر حدود 0.1 میلی‌متر را تشکیل می‌دهد. طبق این روش، سطحی که سطح مشترک را بهبود می بخشد بین حباب های هوا و مخلوط مایع ایجاد می شود.

مخترعان تشخیص داده اند که این رویکرد به برخی از مشکلات مرتبط با رویکردهای هنر قبلی که در بالا توضیح داده شد، می پردازد. به عنوان مثال، در نتیجه استفاده از این روش، مشخص شده است که ناخالصی های موجود در اسید نیتریک آبی را می توان به میزان قابل توجهی کاهش داد. در نتیجه، کیفیت رنگ اسید نیتریک بهبود می یابد و می توان هوای ثانویه اضافی را به داخل مبدل منحرف کرد تا تولید اسید نیتریک را افزایش دهد، یا میزان اکسیژن تکمیلی تامین شده به سیستم را کاهش داد.

علاوه بر این، انجام موارد فوق با افزایش انتشار NOx همراه نیست، و همچنین نیازی به بهبود هزینه سرمایه اضافی برای کاهش چنین انتشارات NOx ندارد.

در فرآیند تولید اسید نیتریک معمولی که در شکل 1 نشان داده شده است، حدود 85 درصد هوا برای جریان به مبدل و حدود 15 درصد هوا برای جریان به سفید کننده استفاده می شود. با استفاده از تزریق مستقیم اکسیژن، به عنوان مثال، همانطور که در EP808797 توضیح داده شد، اکسیژن اضافی از طریق مجراهای 30a و 30b همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، به خنک کننده/کندانسور و سفید کننده جریان می یابد، علاوه بر آن حدود 1/2 مقداری که قبلاً از آن عبور داده شده است. سفید کننده -1/3 از هوای ثانویه را می توان به داخل مبدل منحرف کرد. فرآیند به دست آمده این امکان را فراهم می کند که برای مثال، حدود 95٪ از هوا به مبدل به عنوان هوای اولیه 1a جریان یابد و حدود 5٪ از جریان هوا به سفید کننده به عنوان هوای ثانویه از طریق مجرای 1b باشد.

مشخص شده است که در چنین فرآیندی، استفاده از روش اختراع حاضر می تواند هوای ثانویه خروجی از مجرای 1b را تقریباً 5-20٪ کاهش دهد در حالی که مقدار متناظری از هوای ثانویه به داخل مبدل منحرف می شود. در نتیجه در صورت نیاز می توان تولید اسید نیتریک را به میزان مربوطه افزایش داد. با این حال، علاوه بر افزایش عملکرد، اعتقاد بر این است که به طور کلی ترجیح داده می شود که میزان اکسیژن مکمل مصرفی را کاهش دهیم. استفاده از روش اختراع حاضر می تواند تزریق مستقیم اضافی اکسیژن مکمل را با استفاده از روش EP 808797 بین 5 تا 20 درصد کاهش دهد.

در حالی که مایل به محدود شدن به هیچ نظریه ای نیستیم، اعتقاد بر این است که اختراع حاضر با توجه به سرعت تبدیل اکسیژن به اسید نیتریک در فاز مایع عمل می کند. در نتیجه سرعت واکنش (13) افزایش می یابد. بلیچینگ را می توان با حذف HNO2 همانطور که توضیح داد بهبود بخشید. همچنین اعتقاد بر این است که اختراع حاضر با افزایش انتقال ناخالصی‌های موجود در اسید نیتریک مایع به حباب‌های اکسیژن تشکیل‌شده طبق روش اختراع حاضر عمل می‌کند. اعتقاد بر این است که ناخالصی اصلی حذف شده توسط این روش اکسید نیتروژن باشد. هنگامی که اکسید نیتروژن با این روش حذف شد، طبق واکنش (10) و (11) بالا از بین می رود. اعتقاد بر این است که تغییر تعادل توسط واکنش (12) نیز به تخریب HNO2 در فاز مایع کمک می کند.

همچنین اعتقاد بر این است که افزایش تخریب HNO2 توسط مکانیسم فوق به تخریب N2O4 با تغییر در تعادل واکنش کمک می کند (11). علاوه بر این، اعتقاد بر این است که افزایش در اختلال N2O3 ناشی از تغییر در تعادل واکنش است (16)، در حالی که افزایش در اختلال NO2 به دلیل تغییر در تعادل واکنش است (18).

تخریب HNO2، N2O4، N2O3 و NO2 از فاز مایع با استفاده از روش اختراع حاضر می تواند کیفیت رنگ اسید نیتریک تولید شده را به میزان قابل توجهی بهبود بخشد.

تا حدی، اختراع حاضر با افزایش میزان سلب فیزیکی با استفاده از تزریق مستقیم اکسیژن بر نواقص فرآیندهای هنر قبلی غلبه می کند. هنگامی که تزریق مستقیم اکسیژن جایگزین هوای ثانویه می شود، این از دست دادن برداشت فیزیکی را جبران می کند. با انجام روش اختراع حاضر، جداسازی فیزیکی می تواند ناخالصی های وارد شده به فاز گاز را حذف کند (برخلاف واکنش این ناخالصی ها به روشی که در بالا توضیح داده شد). سپس ناخالصی های فاز گاز به جاذب بازگردانده می شوند (مثلاً از طریق خط 17).

شکل 1 یک نمودار شماتیک است که یک فرآیند مرسوم هنر قبلی برای ساخت اسید نیتریک بدون اکسیژن مکمل را نشان می دهد.

شکل 2 یک نمودار شماتیک است که هنر قبلی تزریق اکسیژن تکمیلی را همانطور که در درخواست ثبت اختراع اروپایی EP 808797 توضیح داده شده است، نشان می دهد. نقاطی را برای تزریق اکسیژن تکمیلی نشان می دهد.

شکل 3 یک نمودار شماتیک جزئی از تولید اسید نیتریک است که برخی از مکان‌های فرآیندی را نشان می‌دهد که در آن اکسیژن می‌تواند با استفاده از روش اختراع حاضر کاشته شود.

شکل 4 یک نمودار شماتیک از ساخت اسید نیتریک است که تجسم ترجیحی اختراع حاضر را نشان می دهد.

تمام درخواست های ثبت اختراع، حق ثبت اختراع و ادبیات ذکر شده در این مشخصات به طور کامل با مرجع ترکیب می شوند.

روش اختراع حاضر با استفاده از دستگاه پخش کننده گاز درون خطی که قادر به تشکیل حباب های گاز کمتر از حدود 0.1 میلی متر در قطر است، انجام می شود. دستگاه ترجیحی یک دستگاه استریپر صوتی درون خطی است، مانند دستگاه موجود در شرکت Praxair، و در پت. شماره 5,302,325 ایالات متحده شرح داده شده است. دستگاه پخش گاز درون خطی پتنت ایالات متحده 5,302,325 می تواند بخشی از مخلوط گاز/مایع را به سرعت مافوق صوت شتاب دهد و سپس مخلوط را تا سرعت مافوق صوت کاهش دهد. امواج ضربه‌ای صوتی در مخلوط ایجاد می‌شوند که حباب‌های بسیار ریز هوا ایجاد می‌شود که سطح رابط بین گاز و مایع را بالا می‌برد.

اکسیژن را می توان با استفاده از روش اختراع حاضر در هر نقطه از فرآیند تولید به اسید نیتریک آبی وارد کرد، به ویژه در هر نقطه بین زنجیره خنک کننده/کندانسور 10 و جریان محصول نهایی 21، به منظور تسهیل استفاده از روش اختراع حاضر. دستیابی به نتایج مفید همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است، چندین مکان احتمالی وجود دارد که می توان اکسیژن را با استفاده از روش اختراع حاضر تزریق کرد. در تجسم نشان داده شده، ممکن است اکسیژن از طریق یک یا چند مجرای حامل اکسیژن 30h، 30g، 30f، 30i، و 30j به مجراهای حامل اسید نیتریک آبی تزریق شود. اکسیژن به منظور تشکیل مخلوط حباب/مایع در خط لوله حامل اسید نیتریک تزریق شد تا پراکندگی حباب هایی با قطر کمتر از حدود 0.1 میلی متر تشکیل شود.

اکسیژن از طریق خط لوله 30 گرمی به خط لوله 25 تزریق می شود و اسید نیتریک در برج جذب 15 به گردش در می آید. چنین لوله های گردشی معمولاً در پایین ستون قرار دارند. به همین ترتیب، تزریق اکسیژن به خط 27 از طریق خط 30i و گردش اسید نیتریک در سفید کننده 20 امکان پذیر است. همچنین می توان اکسیژن را به خط 12 تا خط 30h تزریق کرد که اسید نیتریک رقیق را بین خنک کننده/کندانسور 10 و جاذب 15 حمل می کند. در نهایت، اکسیژن به خط جریان 21 حاوی محصول حاوی اسید نیتریک تزریق می شود و از سفید کننده 20 از طریق خط 30j خارج می شود.

در تجسم ترجیحی اختراع حاضر، اکسیژن اضافی وارد شده به خنک کننده/کندانسور 10 یا سفید کننده 20 به جریان اسید نیتریک آبی/اکسید نیتروژن مایع تولید شده در جاذب با استفاده از تکنیک پخش گاز اختراع حاضر تزریق می شود. ترجیحاً، همانطور که در EP 808797 و درخواست ثبت اختراع ایالات متحده به شماره 08/652،046، ثبت شده در 23 مه 1996، توضیح داده شده است، تزریق مستقیم اکسیژن مکمل، که همگی بین خنک کننده/کندانسور و سفیدکننده پراکنده شده است، تا حدی به داخل منحرف می شود. واحدهای پخش گاز خطی در تجسم ترجیحی نشان داده شده در شکل 4، واحد پخش گاز درون خطی در خط 16 قرار می گیرد که حاوی اسید نیتریک آبی و گاز اکسید نیتروژن از جاذب 15 به سفید کننده 20 است، جایی که اکسیژن تزریق می شود. اکسیژن از طریق خط 30f از منبع اکسیژن تکمیلی 30 تزریق می شود، که همچنین ممکن است به ترتیب از طریق خطوط 30a و 30b اکسیژن را مستقیماً به کندانسور 10 و سفید کننده 20 برساند. اکسیژنی که مستقیماً از خط 30f عبور می کند ترجیحاً بخشی یا حتی تمام اکسیژن است که در غیر این صورت به سفید کننده جریان می یابد.

اگر چه اکسیژن تزریق شده با روش اختراع حاضر در شکل 3 به صورت مجزا از سایر مجراهای حاوی اکسیژن نشان داده شده است، یعنی مستقیماً از منبع اکسیژن تکمیلی تخلیه می شود، مجراهای معمولی تزریق شده با اکسیژن که اکسیژن مکمل را تحت شرایط مناسب حمل می کنند. منحرف کردن اکسیژن مانند کانال 30a یا کانال 30b مفید است. ترجیحاً اکسیژن از مجرای حامل اکسیژن 30b به سفید کننده منحرف شود.

اجرای این روش ها در هر فرآیندی که اکسیژن مکمل را به فرآیند تولید اسید نیتریک تزریق می کند، در محدوده اختراع حاضر است. بسیاری از این فرآیندها برای افراد ماهر در این هنر شناخته شده است. بنابراین، اختراع حاضر شامل تعدادی فرآیند می‌شود که در آن‌ها می‌توان اکسیژن مکمل را در هر پیکربندی دلخواه برای مبدل‌ها، خنک‌کننده‌ها/کندانسورها، برج‌های جذب و/یا سفیدکننده‌ها، از جمله پتنت‌ها و موارد ذکر شده در پیشینه بخش اختراع بالا، تامین کرد. در مراجع دیگر شرح داده شده است. به عنوان مثال، تزریق اکسیژن مکمل از طریق چندین مجرا به طور همزمان، مانند هر یک از مجراهای نشان داده شده در شکل 2، در محدوده اختراع حاضر است.

هر گاز حاوی اکسیژن را می توان برای تامین اکسیژن مکمل از جمله هوا، هوای غنی شده با اکسیژن و هوای بدون اکسیژن استفاده کرد. به عنوان مثال، تزریق بخشی از هوای ثانویه با استفاده از روش اختراع حاضر در محدوده اختراع حاضر است. این کار برای بهبود کیفیت سفید کننده به دست آمده با هوای ثانویه انجام می شود. برای مثال، تزریق بخشی از گاز دم در هر جایی که اکسیژن تزریق می شود، در محدوده اختراع حاضر است، همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است.

استفاده از یک یا چند دستگاه تزریق درون خطی در محدوده اختراع حاضر است. به عنوان مثال، قرار دادن دو یا سه واحد پخش کننده گاز در خط بین واحد جذب و سفید کننده حامل اسید نیتریک آبی و گازهای اکسید نیتروژن تولید شده توسط برج جذب، در محدوده اختراع است. همچنین در محدوده اختراع حاضر قرار دادن تزریق اکسیژن در چندین مکان، مانند دستگاه پخش گاز درون خطی در هر یک از مکان های نشان داده شده در شکل 3 است.

گیاهان موجود را می توان به راحتی برای تکمیل فرآیند اختراع حاضر بازسازی کرد. این کار را می توان با افزودن لوله تامین اکسیژن لازم، و با قرار دادن یک دستگاه تزریق گاز در خط، یا تعدادی از این دستگاه ها، در لوله های حاوی هر مایع از پیش تعیین شده ای که اسید نیتریک را حمل می کند، انجام داد.

ترجیحاً اکسیژن تزریق شده از طریق دستگاه درون خطی تا حد امکان سرد و ترجیحاً در دمای حدود 0-20 درجه سانتیگراد باشد. طبق اختراع، اکسیژن سرد به حذف ناخالصی ها و انحلال اکسیژن کمک می کند.

در حالی که این مشخصات تجسم‌های خاصی از اختراع را توصیف می‌کند، تجسم‌های جایگزین برای افراد ماهر در این هنر برای گنجاندن در محدوده ادعاها آشکار خواهد بود.

1. روشی برای تولید اسید نیتریک با اکسید کردن گاز آمونیاک برای تشکیل گاز تتروکسید دی نیتروژن، که با آب در یک منطقه جذب واکنش داده و اسید نیتریک آبی و گاز اکسید نیتروژن تشکیل می‌دهد و اسید نیتریک را از منطقه جذب / جریان اکسید نیتروژن خارج می‌کند و به آن تغذیه می‌کند. جریان به یک منطقه سفید کننده اسید نیتریک که در آن ناخالصی ها از اسید نیتریک حذف می شود تا محصول اسید نیتریک تشکیل شود و اکسیژن مکمل به یک یا چند جریان واکنش دهنده برای افزایش تولید و/یا غلظت اسید نیتریک اضافه می شود که این امر شامل تزریق اکسیژن مکمل می شود. به جریان فرآیند حاوی اسید نیتریک برای تشکیل یک مخلوط حباب/مایع که شامل پراکندگی ریز حباب هایی با قطر کمتر از حدود 0.1 میلی متر است و در نتیجه سطح سطحی افزایش یافته ای بین حباب ها و مخلوط مایع ایجاد می کند.

2. روش ادعای 1 که در آن اکسیژن اضافی به جریان فرآیند حاوی اسید نیتریک که از ناحیه جذب خارج شده و به ناحیه سفید کننده اضافه می شود تزریق می شود تا سرعت انتقال جرم اکسیژن به اسید نیتریک و ناخالصی ها به حباب های اکسیژن افزایش یابد. ، در نتیجه سلب شدن و واکنش های حاصل از محصولات جانبی در جریان مایع افزایش می یابد همچنین در نتیجه تعادل واکنش در فرآیند تغییر می کند.

3. روش ادعای 1 که در آن اکسیژن تکمیلی به: (الف) جریان اسید نیتریک در حال گردش در ناحیه جذب؛ (ب) جریان اسید نیتریک در گردش در ناحیه سفید کننده؛ یا (ج) جریان خروجی اسید نیتریک حذف می‌شود؛ تزریق می‌شود. از ناحیه بلیچینگ .

4. روش ادعای 1، که در آن اکسیژن تکمیلی از یک جریان هوای ثانویه که هوا را به ناحیه سفید کننده می رساند، یا از جریان گاز دنباله ای که از ناحیه جذب تخلیه می شود، کشیده می شود.

5. روشی برای تولید اسید نیتریک با اکسید کردن گاز آمونیاک با هوا برای تشکیل اکسیدهای نیتروژن گازی و بخار آب، اکسید کردن اکسیدهای نیتروژن با هوا برای تشکیل گاز دی اکسید نیتروژن، دیمر کردن گاز دی اکسید نیتروژن برای تشکیل تتروکسید گاز دی نیتروژن که با آب واکنش می دهد. منطقه جذب برای تشکیل اسید نیتریک آبی و گاز اکسید نیتروژن، جریان اسید نیتریک/اکسید نیتروژن را از ناحیه جذب خارج می کند و این جریان را به منطقه سفید کننده اسید نیتریک می رساند، جایی که اسید نیتریک در منطقه سفید کننده، ناخالصی ها برای تشکیل اسید نیتریک حذف می شود. محصول و افزودن اکسیژن مکمل به یک یا چند جریان واکنش دهنده برای افزایش تولید و/یا غلظت اسید نیتریک، که بهبود آن شامل تزریق اکسیژن مکمل به جریان فرآیند حاوی اسید نیتریک است که از ناحیه جذب خارج شده و به ماده سفید کننده اضافه می شود. منطقه به یک مخلوط حباب/مایع تشکیل می شود که حاوی پراکندگی ریز حباب هایی با قطر کمتر از 0.1 میلی متر است و سطح سطحی افزایش یافته ای بین حباب ها و مخلوط مایع برای تسهیل حذف ناخالصی ها از جریان فرآیند حاوی اسید نیتریک فراهم می کند.

6. روش ادعای 5 که در آن اکسیژن تکمیلی از یک جریان هوای ثانویه که هوا را به ناحیه سفید کننده می رساند، یا از جریان گاز دنباله ای که از ناحیه جذب خارج می شود، کشیده می شود.

7. روشی برای تولید اسید نیتریک با اکسید کردن گاز آمونیاک با هوا برای تشکیل اکسیدهای نیتروژن گازی و بخار آب، اکسید کردن اکسیدهای نیتروژن با هوا برای تشکیل گاز دی اکسید نیتروژن و دیمر کردن گاز دی اکسید نیتروژن برای تشکیل گاز اکسید نیتروژن، تتروکسید دی تروژن با هوا واکنش می دهد. آب در ناحیه جذب برای تشکیل اسید نیتریک آبی و گاز اکسید نیتروژن، جریان اسید نیتریک/اکسید نیتروژن از ناحیه جذب حذف شده و به منطقه سفید کننده اسید نیتریک اضافه می شود و ناخالصی ها از اسید نیتریک در منطقه سفید کننده حذف می شوند. تشکیل یک محصول اسید نیتریک و افزودن اکسیژن مکمل به یک یا چند جریان واکنش دهنده برای افزایش تولید و/یا غلظت اسید نیتریک، این بهبود شامل تزریق اکسیژن مکمل به جریان فرآیند حاوی اسید نیتریک است که از ناحیه جذب حذف شده و به آن اضافه می شود. یک منطقه سفید کننده برای تشکیل یک مخلوط حباب/مایع، که در آن بخش قابل توجهی از مخلوط حباب/مایع تا سرعت مافوق صوت شتاب می‌گیرد، و مخلوط حباب/مایع تا سرعت مافوق صوت کاهش می‌یابد تا صدایی تولید کند که قادر به تشکیل پراکندگی‌های ریز حباب‌ها باشد. قطر 0.1 میلی متر موج ضربه ای و افزایش سطح سطحی بین حباب های گاز در جریان فرآیند و اسید نیتریک را برای تسهیل انتقال جرم بین فاز گاز و فاز مایع در جریان فرآیند فراهم می کند.