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