DE102024111801A1

DE102024111801A1 - Process and production plant for the production of nitric acid

Info

Publication number: DE102024111801A1
Application number: DE102024111801.6A
Authority: DE
Inventors: Nina van Gellecom
Original assignee: Messer SE and Co KGaA
Current assignee: Messer SE and Co KGaA
Priority date: 2024-04-26
Filing date: 2024-04-26
Publication date: 2025-10-30
Also published as: WO2025223721A1

Abstract

Bei einem Verfahren zum Herstellen von Salpetersäure werden zunächst in einer Ammoniakverbrennungsanlage (2) durch Verbrennen von Ammoniak mit Primärluft Stickoxide erzeugt und in einem Kondensator (3) unter Entstehung einer Salpetersäure enthaltenden Lösung gekühlt. Die Salpetersäure enthaltende Lösung wird anschließend wenigstens einem Absorptionsturm (4, 5) zugeführt, in dem die Stickoxide mit Wasser und Sauerstoff in Kontakt gebracht wird, wobei das stickstoffhaltige Gasgemisch mit dem Wasser und dem Sauerstoff zumindest teilweise unter Bildung einer wässerigen Salpetersäure enthaltende Lösung reagiert, die sich am Boden des Absorptionsturms (4, 5) ansammelt und anschließend verdichtet und über eine Leitung (13, 15, 21) wieder in den Absorptionsturm (4, 5) zurückgeführt wird.
Um die Entstehung von Distickstoffmonoxid bei der Ammoniakoxidation in einer solchen Anlage zu minimieren und die Effizienz des Prozesses zu steigern, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, als Oxidant in der Ammoniakverbrennungsanlage (2) ein Gas einzusetzen, dessen Sauerstoffgehalt zwischen 21,3 Vol.-% und 35 Vol.% beträgt. Die Herstellung dieses Oxidanten erfolgt erfindungsgemäß durch Einleiten von Reinsauerstoff oder eines sauerstoffreichen Gases in die Primärluft oder in die Ammoniakverbrennungsanlage (2). In a process for producing nitric acid, nitrogen oxides are first generated in an ammonia combustion plant (2) by burning ammonia with primary air and cooled in a condenser (3), forming a solution containing nitric acid. The nitric acid-containing solution is then fed to at least one absorption tower (4, 5) in which the nitrogen oxides are brought into contact with water and oxygen. The nitrogen-containing gas mixture reacts at least partially with the water and oxygen to form an aqueous solution containing nitric acid, which collects at the bottom of the absorption tower (4, 5) and is subsequently condensed and returned to the absorption tower (4, 5) via a line (13, 15, 21).
To minimize the formation of nitrous oxide during ammonia oxidation in such a plant and to increase the efficiency of the process, the invention proposes using a gas with an oxygen content between 21.3 vol.% and 35 vol.% as an oxidant in the ammonia combustion plant (2). According to the invention, this oxidant is produced by introducing pure oxygen or an oxygen-rich gas into the primary air or into the ammonia combustion plant (2).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Salpetersäure nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner eine Produktionsanlage zum Herstellen von Salpetersäure nach dem Oberbegriff des Patenanspruchs 8.The present invention relates to a method for producing nitric acid according to the preamble of claim 1. The invention further relates to a production plant for producing nitric acid according to the preamble of claim 8.

Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren bzw. eine Anlage zur technischen Herstellung von Salpetersäure, bei dem bzw. in der ein mehrstufiges katalytisches Ammoniakoxidationsverfahren (Ostwald-Verfahren) zum Einsatz kommt. Im ersten Schritt wird dabei Ammoniak und Sauerstoff in einem Reaktor (im Folgenden auch „Ammoniakverbrennungsanlage“ genannt) an einem meist aus Edelmetallen, beispielsweise Platin-Rhodium, bestehenden Netzkatalysator, zu Stickstoffmonoxid und Wasserdampf umgesetzt: 4NH₃ + 5O₂ ⇆ 4NO + 6 H₂O (1) The invention thus relates to a process or plant for the industrial production of nitric acid, in which a multi-stage catalytic ammonia oxidation process (Ostwald process) is used. In the first step, ammonia and oxygen are reacted in a reactor (hereinafter also referred to as an "ammonia combustion plant") over a network catalyst, usually consisting of precious metals, for example platinum-rhodium, to form nitrogen monoxide and water vapor: 4NH ₃ + 5O ₂ ⇆ 4NO + 6H ₂ O (1)

Diese Reaktion wird bei hohen Temperaturen, beispielweise ca. 890 °C, durchgeführt. Als Oxidant kommt dabei in der Regel Luft (im Folgenden auch als „Primärluft“ bezeichnet) zum Einsatz. Im Allgemeinen arbeitet man mit einer überstöchiometrischen Menge an Luft, um zu verhindern, dass sich ein explosionsfähiges Gemisch bildet und um zusätzlichen Sauerstoff für nachfolgende Oxidationsreaktionen bereitzustellen. Der in der Primärluft mitgeführte Luftstickstoff nimmt an den hier beschriebenen Reaktionen nicht oder nur in einem untergeordneten Maße teil. Der Austrag aus der Ammoniakverbrennungsanlage wird in einem Kondensator durch Wärmetausch mit einem Kühlmedium auf eine Temperatur abgekühlt, in der ein Teil der im Prozessgasstrom enthaltenen Komponenten auskondensiert. Dabei reagiert ein Teil des Stickstoffmonoxids mit Wasser und Sauerstoff unter Bildung einer wässerigen Salpetersäure enthaltenden Lösung, die im Übrigen auch Stickoxide, insbesondere Stickstoffmonoxid, enthält. Das verbleibende, nicht in Lösung gehende Gasgemisch wird, gegebenenfalls nach Durchlaufen einer oder mehrerer optional vorhandener Oxidationskolonne(n), einem Absorptionsturm (Kolonne) zugeführt, in welchem ein Teil des gasförmigen Stickstoffmonoxids mit Sauerstoff, der in Form von Luftsauerstoff oder in Form von reinem Sauerstoff bereitgestellt wird, zu Stickstoffdioxid bzw. dessen Dimer Distickstofftetraoxid oxidiert wird, welche anschließend mit Wasser zu Salpetersäure umgesetzt werden: (2) NO + O₂ ⇆ 2 NO₂ ⇆ N₂O₄ 2 3 NO₂+ H₂O ⇆ 2 HNO₃ + NO (3) N₂O₄ + H₂O ⇆ HNO₃ + HNO₂ (4) 2 HNO₂ ⇆ HNO₃ + 2 NO + H₂O (5) 2 N₂O₄ + O₂ + 2 H₂O ⇆ 4 HNO₃ (6) This reaction is carried out at high temperatures, for example, around 890 °C. Air (hereinafter also referred to as "primary air") is typically used as the oxidant. Generally, a superstoichiometric amount of air is used to prevent the formation of an explosive mixture and to provide additional oxygen for subsequent oxidation reactions. The atmospheric nitrogen carried in the primary air does not participate in the reactions described here, or only to a negligible extent. The discharge from the ammonia combustion plant is cooled in a condenser by heat exchange with a cooling medium to a temperature at which some of the components contained in the process gas stream condense. In this process, some of the nitrogen monoxide reacts with water and oxygen to form an aqueous solution containing nitric acid, which also contains nitrogen oxides, particularly nitrogen monoxide. The remaining, non-dissolving gas mixture is fed, optionally after passing through one or more optionally available oxidation column(s), to an absorption tower (column) in which a portion of the gaseous nitrogen monoxide is oxidized with oxygen, provided in the form of atmospheric oxygen or pure oxygen, to nitrogen dioxide or its dimer dinitrogen tetroxide, which are then reacted with water to form nitric acid: (2) NO + O ₂ ⇆ 2 NO ₂ ⇆ N ₂ O ₄ 2 3 NO ₂ + H ₂ O ⇆ 2 HNO ₃ + NO (3) N ₂ O ₄ + H ₂ O ⇆ HNO ₃ + HNO ₂ (4) 2 HNO ₂ ⇆ HNO ₃ + 2 NO + H ₂ O (5) 2 N ₂ O ₄ + O ₂ + 2 H ₂ O ⇆ 4 HNO ₃ (6)

Das Wasser bzw. die sich bildende Salpetersäure enthaltende Lösung (Schwachsäure) durchläuft dabei den Absorptionsturm üblicherweise im Gegenstrom zum aufsteigenden Gasstrom. Die flüssige Phase, welche sich zuvor im Kondensator gebildet hat, wird üblicherweise auf einem der unteren Böden der Kolonne zugeführt. Die Salpetersäure sammelt sich am Boden des Absorptionsturms in einer wässrigen Lösung an. Diese Salpetersäure wird zum Kopf der Bleichkolonne geführt und dort aufgegeben. Im Gegenstrom dazu wird in der Bleichkolonne Luft zugeführt, um die noch in der Lösung enthaltenen nitrosen Gase auszutreiben. In vielen Fällen werden auch mehrere Absorptionstürme hintereinander geschaltet, wobei die Reihe der Absorptionstürme vom Gasstrom bzw. der Salpetersäure im Gegenstrom durchlaufen wird. Um die Löslichkeit der nitrosen Gase zu erhöhen, wird der Absorptionsturm bzw. werden die Absorptionstürme bei einem höheren Druck von 1 bis 15 bar(g) betrieben. Bei Anlagen, deren Absorptionstürme auf einem vergleichsweise niedrigen Druck von 1 bis 5 bar(g) arbeiten (Nieder- und Mitteldruckanlagen), ist der Anteil nitroser Abgase im Abgas verhältnismäßig hoch. Das Anlegen höherer Drücke führt zwar zu einer Verringerung des Restgehaltes an Stickoxiden im Abgas, ist jedoch mit erheblichen Mehrkosten für die Kompression und die entsprechend für höhere Drücke geeignete Auslegung der Anlagenkomponenten verbunden.The water, or the resulting nitric acid solution (weak acid), typically flows through the absorption tower countercurrently to the rising gas stream. The liquid phase, which previously formed in the condenser, is usually fed onto one of the lower trays of the column. The nitric acid collects at the bottom of the absorption tower in an aqueous solution. This nitric acid is then fed to the top of the bleaching column. Air is introduced countercurrently into the bleaching column to drive off any remaining nitrous gases in the solution. In many cases, several absorption towers are connected in series, with the gas stream or nitric acid flowing through the series countercurrently. To increase the solubility of the nitrous gases, the absorption tower(s) are operated at a higher pressure of 1 to 15 bar(g). In plants whose absorption towers operate at a relatively low pressure of 1 to 5 bar(g) (low- and medium-pressure plants), the proportion of nitrous exhaust gases is relatively high. While applying higher pressures does reduce the residual nitrogen oxide content in the exhaust gas, it is associated with considerable additional costs for compression and the corresponding design of the plant components suitable for higher pressures.

In der EP 0 799 794 A1 , der EP 1 013 604 B1 oder der EP 2 953 894 A1 wird vorgeschlagen, Reinsauerstoff an verschiedenen Stellen in den oben skizzierten Prozess zur Salpetersäureproduktion einzubringen, um die Effizienz des Prozesses zu steigern, die Qualität der produzierten Salpetersäure zu verbessern oder die Entstehung unerwünschter NO_x-Gase zu verringern. Eine andere Möglichkeit zur Effizienzsteigerung bietet der Einsatz von Ozon, wie beispielsweise in der EP 4 126 761 A1 beschrieben.In the EP 0 799 794 A1 , the EP 1 013 604 B1 or the EP 2 953 894 A1 It is proposed to introduce pure oxygen at various points in the nitric acid production process outlined above in order to increase process efficiency, improve the quality of the nitric acid produced, or reduce the formation of undesirable _NOₓ gases. Another way to increase efficiency is through the use of ozone, as is done, for example, in… EP 4 126 761 A1 described.

In der EP 0 808 797 A1 und der EP 2 953 894 A1 wird zudem die Möglichkeit erwähnt, als Oxidationsmittel in der Ammoniakverbrennungsanlage Reinsauerstoff anstelle von Luft einzusetzen oder Reinsauerstoff in die Primärluft einzuspeisen. Dies hätte jedoch zur Folge, dass in der Ammoniakverbrennungslage erheblich höhere Temperaturen herrschen würden, die zu einer Schädigung oder gar Zerstörung des eingesetzten Katalysators führen und nur mit umfangreichen Maßnahmen zur Temperaturregulierung vermieden werden könnten. Daher hat man in der Praxis von einer solchen Vorgehensweise bislang Abstand genommen.In the EP 0 808 797 A1 and the EP 2 953 894 A1 The possibility of using pure oxygen instead of air as an oxidizing agent in the ammonia combustion plant, or of feeding pure oxygen into the primary air, is also mentioned. However, this would result in significantly higher temperatures in the ammonia combustion chamber, which could damage or even destroy the catalyst and could only be avoided with extensive temperature control measures. Therefore, in practice, We have refrained from such a procedure so far.

Problematisch bei der Erzeugung von Salpetersäure ist zudem die Bildung von klimaschädlichem Distickstoffmonoxid (N₂O), welches bei der Oxidation von Ammoniak als Nebenprodukt entsteht und welches mittels Sekundär- oder Tertiärkatalyse aufwändig abgetrennt werden muss.Another problem in the production of nitric acid is the formation of climate-damaging nitrous oxide ( _N2O ), which is produced as a byproduct during the oxidation of ammonia and which has to be separated using secondary or tertiary catalysis.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, bei der Erzeugung von Salpetersäure den N₂O-Anteil im Prozessgas gegenüber konventionellen Erzeugungsverfahren zu reduzieren, und die Effizienz des Verfahrens zu erhöhen.The object of the present invention is therefore to reduce the _N2O content in the process gas during the production of nitric acid compared to conventional production methods, and to increase the efficiency of the process.

Gelöst ist diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Produktionsanlage zur Herstellung von Salpetersäure mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen angegeben.This problem is solved by a method with the features of claim 1 and by a production plant for the manufacture of nitric acid with the features of claim 8. Advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen von Salpetersäure ist also dadurch gekennzeichnet, dass der Ammoniakverbrennungsanlage insgesamt ein Oxidationsmittel zugeführt wird, dessen Sauerstoffgehalt zwischen 21,5 Vol.-% und 35 Vol.-%, bevorzugt zwischen 22 Vol.-% und 32 Vol.-%, besonders bevorzugt zwischen 23% und 28 Vol.-%, beträgt und dessen Rest aus - bezogen auf den Salpetersäureproduktionsprozess - weitgehend inerten Gasen besteht.The inventive process for producing nitric acid is therefore characterized in that an oxidizing agent is supplied to the ammonia combustion plant as a whole, the oxygen content of which is between 21.5 vol.% and 35 vol.%, preferably between 22 vol.% and 32 vol.%, particularly preferably between 23% and 28 vol.%, and the remainder of which consists of gases that are largely inert with respect to the nitric acid production process.

Als „bezogen auf den Salpetersäureproduktionsprozess weitgehend inerte Gase“, im Folgenden auch kurz „inerte Gase“, sollen hier gasförmige Bestandteile verstanden werden, die neben Sauerstoff im Oxidationsmittelstrom mitgeführt werden, die zu den eingangs beschriebenen Reaktionen des Ostwald-Verfahrens jedoch nicht oder nur im untergeordneten Maße beitragen. Beispielsweise handelt es sich dabei um Stickstoff, Edelgase oder sonstige Luftbestandteile.The term "gases largely inert with respect to the nitric acid production process," hereinafter referred to simply as "inert gases," refers to gaseous components that are carried along with oxygen in the oxidizing agent stream but contribute little or nothing to the reactions of the Ostwald process described above. Examples include nitrogen, noble gases, and other components of air.

Als „der Ammoniakverbrennungsanlage insgesamt zugeführtes Oxidationsmittel“ soll hier die Gesamtheit aller Sauerstoff enthaltenden Gase oder Gasgemische verstanden werden, die der Ammoniakverbrennungsanlage direkt oder indirekt, über eine oder mehrere Zuleitungen, zum Zweck der Verbrennung von Ammoniak zugeführt werden.The term "oxidizing agent supplied to the ammonia combustion plant" here refers to the totality of all oxygen-containing gases or gas mixtures that are supplied directly or indirectly, via one or more supply lines, to the ammonia combustion plant for the purpose of burning ammonia.

Erfindungsgemäß wird also der Ammoniakverbrennungsanlage insgesamt ein Oxidationsmittel zugeführt, dessen Sauerstoffanteil nur vergleichsweise geringfügig höher als der von Luft ist. Überraschend hat sich gezeigt, dass eine derartige, mäßig erhöhte Sauerstoffkonzentration des Oxidationsmittels gegenüber der Verwendung von Luft zu einer wesentlichen Reduzierung der Bildung von N₂O um bis zu 50% führt. Gleichzeitig führt die erhöhte Sauerstoffkonzentration des Oxidationsmittels zu einer erhöhten Reaktionseffizient in Richtung der im Prozess erwünschten Produkte, insbesondere von Stickstoffmonoxid (NO).According to the invention, an oxidizing agent is supplied to the ammonia combustion plant whose oxygen content is only slightly higher than that of air. Surprisingly, it has been found that such a moderately increased oxygen concentration of the oxidizing agent, compared to the use of air, leads to a significant reduction in _N₂O formation by up to 50%. Simultaneously, the increased oxygen concentration of the oxidizing agent leads to increased reaction efficiency in the direction of the desired products in the process, in particular nitric oxide (NO).

Durch den gegenüber Luft erhöhten Sauerstoffanteil sind die Anteile der inerten Gase im Oxidationsmittel dementsprechend reduziert. Wird beispielsweise der Ammoniakverbrennungsanlage Primärluft (mit einer Zusammensetzung von 78 Vol.% N₂, 21 Vol.-% O₂ und 1 Vol.-% sonstiger Gase) und Reinsauerstoff (mit einem Sauerstoffanteil von mindestens 95 Vol.-%) im Verhältnis der Volumenströme von zwischen 100:1 und 100:20 zugeführt, so ändert sich die Zusammensetzung des insgesamt der Ammoniakverbrennungsanlage zugeführten Oxidationsmittels auf Werte von zwischen etwa 77,2 Vol.-% N₂, 21,8 Vol.-% O₂ sowie 1 Vol.-% sonstige Gase und etwa 65,1 Vol.-% N₂, 34,1 Vol.-% O₂ sowie 0,8 Vol.-% sonstige Gase.Due to the higher oxygen content compared to air, the proportions of inert gases in the oxidizer are correspondingly reduced. For example, if primary air (with a composition of 78 vol.% _N₂ , 21 vol.% _O₂ and 1 vol.% other gases) and pure oxygen (with an oxygen content of at least 95 vol.%) are supplied to the ammonia combustion plant in a volume flow ratio of between 100:1 and 100:20, the composition of the total oxidizer supplied to the ammonia combustion plant changes to values of between approximately 77.2 vol.% _N₂ , 21.8 vol.% _O₂ and 1 vol.% other gases, and approximately 65.1 vol.% _N₂ , 34.1 vol.% _O₂ and 0.8 vol.% other gases.

Bevorzugt handelt es sich bei dem der Ammoniakverbrennungsanlage zugeführten Oxidationsmittel um Luft („Primärluft“), der Reinsauerstoff oder ein sauerstoffreiches Gas beigemischt wurde, sodass der Sauerstoffanteil in dem der Ammoniakverbrennungsanlage insgesamt zugeführten Oxidationsmittel einem Wert aus dem oben erwähnten Bereichen entspricht.Preferably, the oxidizing agent supplied to the ammonia combustion plant is air ("primary air") to which pure oxygen or an oxygen-rich gas has been added, so that the oxygen content in the total oxidizing agent supplied to the ammonia combustion plant corresponds to a value from the ranges mentioned above.

Durch eine geeignete Wahl der Temperaturen der vorgewärmten Primärluft und des zudosierten Reinsauerstoffs oder sauerstoffreichen Gases lässt sich die Reaktionstemperaturin der Ammoniakverbrennungsanlage auf die gewünschte Temperatur, beispielsweise ca. 890 °C, regulieren. Ein eventuell zu erwartender Temperaturanstieg, der Schädigungen des Netzkatalysators sowie weiterer Anlagenbestandteile hervorrufen könnte, wurde in Versuchen nicht beobachtet.By appropriately selecting the temperatures of the preheated primary air and the added pure oxygen or oxygen-rich gas, the reaction temperature in the ammonia combustion plant can be regulated to the desired temperature, for example, approximately 890 °C. Any temperature increase that might be expected and could cause damage to the grid catalyst and other plant components was not observed in tests.

Als „Reinsauerstoff“ wird hier Sauerstoff in Gasform mit einer Reinheit von wenigstens 95 Vol.-% verstanden. Als „sauerstoffreiches Gas“ soll hier ein Gasgemisch verstanden werden, dessen Sauerstoffgehalt über dem von Luft (21 Vol.-%) liegt, also beispielsweise mit Sauerstoff angereicherte Luft mit einem Sauerstoffanteil von 22 Vol.-% bis 50 Vol.-%.Here, "pure oxygen" refers to oxygen in gaseous form with a purity of at least 95% by volume. "Oxygen-rich gas" refers to a gas mixture whose oxygen content exceeds that of air (21% by volume), for example, oxygen-enriched air with an oxygen content of 22% to 50% by volume.

Bevorzugt wird zur Herstellung des Oxidationsmittels der Reinsauerstoff oder das sauerstoffreiche Gas beispielsweise mittels einer Lanze in eine Zuleitung für Primärluft eingespeist. Es erfolgt in diesem Falle also zunächst eine Anreicherung der Primärluft mit Sauerstoff, bevor die angereicherte Primärluft der Ammoniakverbrennungsanlage zugeführt wird. Alternativ oder ergänzend dazu ist jedoch auch vorstellbar, den Reinsauerstoff oder das sauerstoffangereicherte Gas in der entsprechenden Menge unmittelbar in die Ammoniakverbrennungsanlage einzuspeisen und/oder sie dem Ammoniakstrom zuzuführen.Preferably, for the production of the oxidizing agent, pure oxygen or oxygen-rich gas is injected, for example, via a lance into a primary air supply line. In this case, the primary air is first enriched with oxygen before the enriched primary air is supplied to the ammonia combustion plant. Alternatively or additionally, however, it is also conceivable to use the pure oxygen or the acidic to feed the enriched gas in the appropriate quantity directly into the ammonia combustion plant and/or to supply it to the ammonia stream.

Darüber hinaus ist es vorteilhaft, dass der der Ammoniakverbrennungsanlage zusätzlich zur Primärluft zugeführte Volumenstrom an Reinsauerstoff bzw. sauerstoffreichem Gas eine möglichst niedrige Temperatur von bevorzugt unter 10°C, besonders bevorzugt von unter 0°C aufweist. Dies ist unproblematisch durchführbar, wenn der Sauerstoff im tiefkalt verflüssigten Zustand bereitgestellt und vor der Zuführung an die Primärluftzuleitung oder die Ammoniakverbrennungsanlage zu einem Gas der entsprechenden Temperatur verdampft wird. Zum Verdampfen des flüssigen Sauerstoffs dient in der Regel ein Luftverdampfer; es können jedoch auch zu kühlende Prozessströme aus der Anlage selbst zum Verdampfen des Sauerstoffs eingesetzt werden. Beispielsweise kann der flüssige Sauerstoff als Kühlmedium im Kondensator eingesetzt und dabei verdampft werden.Furthermore, it is advantageous that the volume flow of pure oxygen or oxygen-rich gas supplied to the ammonia combustion plant in addition to the primary air has the lowest possible temperature, preferably below 10°C, and particularly preferably below 0°C. This is easily achievable if the oxygen is provided in a cryogenically liquefied state and evaporated to a gas of the appropriate temperature before being supplied to the primary air supply or the ammonia combustion plant. An air evaporator is generally used to evaporate the liquid oxygen; however, process streams from the plant itself that require cooling can also be used for this purpose. For example, the liquid oxygen can be used as a cooling medium in the condenser and evaporated in the process.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung weist der Volumenstrom des der Ammoniakverbrennungsanlage insgesamt zugeführten Oxidationsmittels gegenüber dem zugeführten Ammoniakstrom eine in Bezug auf die Reaktion (1) überstöchiometrische Menge an Sauerstoff auf. Dadurch wird der Effekt der Reduzierung von N₂O noch weiter verstärkt. Für sich alleine genommen kann im Übrigen eine überstöchiometrische Zuführung von Primärluft ebenfalls eine gewisse Reduzierung der N₂O-Werte bewirken, jedoch ist dieser Effekt weitaus schwächer als der, der durch die erfindungsgemäße, gegenüber Luft leicht erhöhte Sauerstoffkonzentration im Oxidationsmittel (oder durch die Kombination beider Maßnahmen) erzielbar ist, zudem leidet die Verfahrenseffizienz unter dem relativ dazu höheren Anteil an mitzuführenden inerten Gasen.In a preferred embodiment of the invention, the volume flow of the oxidizing agent supplied to the ammonia combustion plant contains a superstoichiometric amount of oxygen compared to the supplied ammonia flow with respect to reaction (1). This further enhances the _N₂O reduction effect. While a superstoichiometric supply of primary air can also achieve a certain reduction in _N₂O levels, this effect is considerably weaker than that achievable by the slightly increased oxygen concentration in the oxidizing agent according to the invention (or by the combination of both measures). Furthermore, the process efficiency suffers due to the relatively higher proportion of inert gases that must be carried along.

In einer abermals vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird von der beispielsweise in der EP 2 953 894 A1 oder der EP 4 126 761 A1 beschriebenen Vorgehensweise Gebrauch gemacht, in die Verbindungsleitung und/oder eine Förderleitung, über die Salpetersäure enthaltende Lösung vom Boden des ersten Absorptionsturms abgeführt und einem oberen Bereich des ersten Absorptionsturms und/oder einer Bleichkolonne zugeführt wird, Ozon und/oder Sauerstoff einzuleiten. wird. Dies erhöht die Verfahrenseffizienz zusätzlich.In a further advantageous embodiment of the invention, for example, in the EP 2 953 894 A1 or the EP 4 126 761 A1 The described procedure is used to introduce ozone and/or oxygen into the connecting line and/or a conveying line, through which the nitric acid-containing solution is drawn from the bottom of the first absorption tower and fed to an upper section of the first absorption tower and/or a bleaching column. This further increases the process efficiency.

Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch eine Produktionsanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst.The object of the invention is also solved by a production plant with the features of claim 8.

Eine erfindungsgemäße Produktionsanlage zum Herstellen von Salpetersäure umfasst eine mit einer Zuleitung für Ammoniak und einer Zuleitung für Primärluft ausgerüstete Ammoniakverbrennungsanlage zum Umsetzen von Ammoniak mit Sauerstoff zu Stickoxiden und Wasserdampf, einen mit der Ammoniakverbrennungsanlage verbundenen Kondensator zum Abkühlen der Reaktionsprodukte aus der Ammoniakverbrennungsanlage, wobei wenigstens ein Teil der Reaktionsprodukte kondensiert, wenigstens einen stromab zum Kondensator angeordneten Absorptionsturm zum Waschen des im Kondensator entstehenden Gasgemisches mit Wasser oder einer wässerigen Lösung, wenigstens eine Verbindungsleitung zum Zuführen einer Salpetersäure enthaltenden Lösung aus dem Kondensator in den wenigstens einen Absorptionsturm, sowie eine den Absorptionsturm oder einen der Absorptionstürme mit einer Bleichkolonne verbindende Förderleitung zum Fördern von Rohsäure und ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Ammoniakverbrennungsanlage mit wenigstens einer Zuleitung für Reinsauerstoff und/oder für ein sauerstoffreiches Gas strömungsverbunden ist, die in die Zuleitung für Primärluft und/oder in die Zuleitung für Ammoniak und/oder unmittelbar in die Ammoniakverbrennungsanlage einmündet. Optional ist/sind strömungstechnisch zwischen Kondensator und (erstem) Absorptionsturm im Strömungsweg der gasförmigen Edukte ein oder mehrere Oxidationskolonnen zur Unterstützung der Oxidation angeordnet.A production plant according to the invention for the manufacture of nitric acid comprises an ammonia combustion plant equipped with a supply line for ammonia and a supply line for primary air for the conversion of ammonia with oxygen to nitrogen oxides and water vapor, a condenser connected to the ammonia combustion plant for cooling the reaction products from the ammonia combustion plant, wherein at least a portion of the reaction products condenses, at least one absorption tower arranged downstream of the condenser for washing the gas mixture formed in the condenser with water or an aqueous solution, at least one connecting line for supplying a solution containing nitric acid from the condenser to the at least one absorption tower, and a conveying line connecting the absorption tower or one of the absorption towers to a bleaching column for conveying crude acid, and is characterized according to the invention in that the ammonia combustion plant is connected by flow to at least one supply line for pure oxygen and/or for an oxygen-rich gas, which feeds into the supply line for primary air and/or into the ammonia supply line and/or directly into the ammonia combustion plant. Optionally, one or more oxidation columns are arranged between the condenser and the (first) absorption tower in the flow path of the gaseous reactants to support oxidation.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt und geeignet und verfügt über wenigstens eine an eine Quelle für Reinsauerstoff oder für ein sauerstoffreiches Gas angeschlossene Zuleitung, mittels der Reinsauerstoff oder ein sauerstoffreiches Gas (gemäß der obigen Definitionen) zusätzlich zur Primärluft direkt oder indirekt in die Ammoniakverbrennungsanlage eingespeist werden kann, um den Sauerstoffanteil des insgesamt der Ammoniakverbrennungsanlage zugeführten Oxidationsmittels zu erhöhen. Bei Vorhandensein mehrerer Zuleitungen kann eine oder können einige davon in die Zuleitung für Primärluft einmünden, während eine andere Zuleitung oder mehrere andere Zuleitungen in die Zuleitung für Ammoniak und/oder direkt in die Ammoniakverbrennungsvorrichtung einmündet/einmünden können.The device according to the invention is particularly intended and suitable for carrying out the method according to the invention and has at least one supply line connected to a source of pure oxygen or an oxygen-rich gas, by means of which pure oxygen or an oxygen-rich gas (according to the definitions above) can be fed directly or indirectly into the ammonia combustion plant in addition to the primary air, in order to increase the oxygen content of the total oxidizer supplied to the ammonia combustion plant. If several supply lines are present, one or more of them can open into the supply line for primary air, while another supply line or several other supply lines open into the supply line for ammonia and/or directly into the ammonia combustion device.

Mündet die Zuleitung in die Zuleitung für Primärluft ein, erweist es sich als zweckmäßig, die Einmündung stromab zu einem in der Zuleitung für Primärluft vorhandenen Kompressor anzuordnen. Ebenfalls vorteilhaft sind Mittel, die noch vor Erreichen der Ammoniakverbrennungsanlage eine intensive Vermischung von Primärluft und zugeführtem Reinsauerstoff bzw. sauerstoffreichem Gas ermöglichen. Beispielsweise erfolgt die Einleitung des Reinsauerstoffs bzw. des sauerstoffreichen Gases über eine Lanze, die entgegen dem Primärluftstrom in der Primärluftzuleitung ausmündet.If the supply line connects to the primary air supply line, it is advantageous to position the connection downstream of a compressor located in the primary air supply line. Also advantageous are means that enable intensive mixing of primary air and supplied pure oxygen or oxygen-rich gas before the primary air reaches the ammonia combustion plant. For example, the introduction of pure oxygen or oxygen-rich gas takes place via a lance that exits into the primary air supply line against the primary airflow.

Bevorzugt weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine vorzugsweise elektronische Steuereinrichtung auf, mittels der der Sauerstoffgehalt und/oder die Temperatur des Oxidationsmittels in Abhängigkeit von einem gemessenen Regelparameter einstellbar ist. Die Messung des Regelparameters, beispielsweise der Temperatur in der Ammoniakverbrennungsanlage oder einer Konzentration einer bestimmten Komponente, beispielsweise N₂O, im Abgas der Vorrichtung, erfolgt kontinuierlich oder in vorgegebenen Zeitabständen mittels eines Sensors, der die Messdaten der Steuereinrichtung übermittelt. Von der Steuereinrichtung werden die Messdaten nach einem vorgegebenen Programm verarbeitet und Steuerbefehle an andere Komponenten der Vorrichtung abgegeben. Beispielsweise wird von der Steuereinheit ein Ventil angesteuert, das in der wenigstens einen Zuleitung für Reinsauerstoff oder für sauerstoffreiches Gas angeordnet ist und mittels dem der Volumenstrom des Oxidationsmittels kontinuierlich an die jeweiligen Erfordernissen angepasst werden kann.Preferably, the device according to the invention comprises a control unit, preferably electronic, by means of which the oxygen content and/or the temperature of the oxidizing agent can be adjusted as a function of a measured control parameter. The measurement of the control parameter, for example, the temperature in the ammonia combustion plant or a concentration of a specific component, for example _N₂O , in the exhaust gas of the device, is carried out continuously or at predetermined time intervals by means of a sensor that transmits the measurement data to the control unit. The control unit processes the measurement data according to a predetermined program and issues control commands to other components of the device. For example, the control unit actuates a valve that is arranged in the at least one supply line for pure oxygen or for oxygen-rich gas and by means of which the volume flow of the oxidizing agent can be continuously adjusted to the respective requirements.

Anhand der Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert werden. Die einzige Zeichnung (1) zeigt schematisch den Schaltplan einer erfindungsgemäßen Produktionsanlage zum Herstellen von Salpetersäure.An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. The only drawing ( 1 Figure 1 schematically shows the circuit diagram of a production plant according to the invention for the production of nitric acid.

Die in 1 gezeigte Produktionsanlage 1 zur Herstellung von Salpetersäure umfasst in an sich bekannter Weise eine Ammoniakverbrennungsanlage 2, einen Kondensator 3, mehrere, im Ausführungsbeispiel zwei, Absorptionstürme 4, 5 und eine Bleichkolonne 6. Bei den Absorptionstürmen 4, 5 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um Nieder- und Mitteldruck-Kolonnen, die bei einem Betriebsdruck von 2 bis 5 bar(g) arbeiten; jedoch können auch Mitteldruck- oder Hochdruckkolonnen mit einem Betriebsdruck von bis zu 15 bar(g) zum Einsatz kommen.The in 1 The production plant 1 shown for the manufacture of nitric acid comprises, in a manner known per se, an ammonia combustion plant 2, a condenser 3, several (in the exemplary embodiment two) absorption towers 4, 5 and a bleaching column 6. In the exemplary embodiment, the absorption towers 4, 5 are low- and medium-pressure columns operating at a pressure of 2 to 5 bar(g); however, medium- or high-pressure columns with a pressure of up to 15 bar(g) can also be used.

Die Ammoniakverbrennungsanlage 2 dient dazu, gasförmigen Ammoniak und Sauerstoff bei einer Temperatur zwischen 600°C und 950°C an einem Netzkatalysator aus einem Edelmetall, wie beispielsweise Platin oder einer Legierung aus Platin/Rhodium, zu Stickstoffmonoxid und Wasserdampf umzusetzen. Der Sauerstoff wird dabei üblicherweise in Form von Luft (Primärluft) zugeführt, die über eine Luftzuleitung 7 in die Ammoniakverbrennungsanlage 2 eingespeist wird. Die Zuführung des Ammoniaks in die Ammoniakverbrennungsanlage 2 erfolgt über eine Ammoniakzuleitung 9. Die Regelung der Temperatur in der Ammoniakverbrennungsanlage 2 erfolgt dabei üblicherweise durch eine Vorheizung des Primärluftstroms in der Luftzuleitung 7 mittels einer hier nicht gezeigten Heizeinrichtung.The ammonia combustion plant 2 serves to convert gaseous ammonia and oxygen into nitrogen monoxide and water vapor at a temperature between 600°C and 950°C using a grid catalyst made of a precious metal, such as platinum or a platinum/rhodium alloy. The oxygen is typically supplied in the form of air (primary air), which is fed into the ammonia combustion plant 2 via an air supply line 7. The ammonia is supplied to the ammonia combustion plant 2 via an ammonia supply line 9. The temperature in the ammonia combustion plant 2 is typically regulated by preheating the primary air flow in the air supply line 7 using a heating device (not shown here).

Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die durch die Luftzuleitung 7 geführte Primärluft zudem mit Reinsauerstoff angereichert, der über eine Sauerstoffzuleitung 8 in die Luftzuleitung 7 eingespeist wird.In the embodiment of the invention shown here, the primary air guided through the air supply line 7 is also enriched with pure oxygen, which is fed into the air supply line 7 via an oxygen supply line 8.

Die Reaktionsprodukte der in der Ammoniakverbrennungsanlage 2 ablaufenden Reaktion, im Wesentlichen Stickstoffmonoxid und Wasserdampf, sowie überschüssiger Sauerstoff, werden dem Kondensator 3 zugeführt, in dem die Reaktionsprodukte durch indirekten thermischen Kontakt mit einem über eine Kühlmediumszuleitung 10 herangeführten Kühlmedium, beispielsweise Wasser oder ein kryogenes Medium, auf eine Temperatur abgekühlt werden, bei der mindestens ein Teil des Wasserdampfs kondensiert, beispielsweise auf 60°C bis 80°C. Das beim Wärmetausch erwärmte Kühlmedium wird über eine Kühlmediumsausleitung 11 abgeführt und in die Atmosphäre entlassen oder einer anderweitigen Verwendung zugeführt. Ein Teil der Stickoxide reagiert mit dem Wasser zu Salpetersäure, die sich am Boden des Kondensators 3 in einer wässerigen Lösung abscheidet. Das im Kondensator 3 vorhandene Gasgemisch wird als Prozessgas über eine Gaszuleitung 12 in einen unteren Bereich des Absorptionsturms 4 eingeleitet. Ein Teil des Stickstoffmonoxids wird mit überschüssigem Sauerstoff zu Stickstoffdioxid bzw. zu dessen Dimer Distickstofftetraoxid oxidiert. Die wässerige, Salpetersäure enthaltende Lösung aus dem Boden des Kondensators 3 wird über eine Verbindungsleitung 13 einem gegenüber der Einmündung der Gaszuleitung 12 höheren Bereich des Absorptionsturms 4 zugeführt. Sofern es sich bei der Verbindungsleitung 13 um eine Steigleitung handelt, sorgt eine Fördereinrichtung 14 für den notwendigen Druck zur Überwindung des hydrostatischen Drucks.The reaction products of the reaction taking place in the ammonia combustion plant 2, essentially nitrogen monoxide and water vapor, as well as excess oxygen, are fed to the condenser 3. There, the reaction products are cooled by indirect thermal contact with a cooling medium, such as water or a cryogenic medium, supplied via a cooling medium supply line 10, to a temperature at which at least some of the water vapor condenses, for example, to 60°C to 80°C. The cooling medium, heated during heat exchange, is discharged via a cooling medium outlet 11 and released into the atmosphere or used for another purpose. Some of the nitrogen oxides react with the water to form nitric acid, which precipitates at the bottom of the condenser 3 in an aqueous solution. The gas mixture present in the condenser 3 is introduced as process gas via a gas supply line 12 into a lower section of the absorption tower 4. A portion of the nitric oxide is oxidized with excess oxygen to nitrogen dioxide or its dimer, dinitrogen tetroxide. The aqueous solution containing nitric acid from the bottom of the condenser 3 is fed via a connecting line 13 to a higher section of the absorption tower 4 compared to the inlet of the gas supply line 12. If the connecting line 13 is a riser, a pumping device 14 provides the necessary pressure to overcome the hydrostatic pressure.

Die wässerige, Salpetersäure enthaltende Lösung aus dem Kondensator 3 wird mittels einer hier nicht näher erläuterten Düsenanordnung in den Absorptionsturm 4 eingesprüht, sinkt nach unten und kommt dabei mit dem von unten aufsteigenden, stickoxidhaltigen Prozessgasen in Kontakt. Dabei reagieren weitere Anteile der im Gasgemisch enthaltenen Stickoxide zu Salpetersäure, die sich in einer wässerigen Lösung im Sumpf des Absorptionsturms 4 ansammelt. Diese wässerige, Salpetersäure enthaltende Lösung wird über eine Leitung 15 abgeführt, mittels einer Fördereinrichtung 16 zur Bleichkolonne 6 transportiert und dort eingesprüht. In der Bleichkolonne 6 fällt wiederum stickoxidhaltiges Gas an, das über eine Leitung 18 in die Gaszuleitung 12 und über diese in den Absorptionsturm 4 eingeleitet wird. Über eine Produktausleitung 17 wird das Produkt, die gebleichte Säure, abgeführt.The aqueous solution containing nitric acid from condenser 3 is sprayed into absorption tower 4 by means of a nozzle arrangement (not described in detail here). It sinks to the bottom and comes into contact with the nitrogen oxide-containing process gases rising from below. Further nitrogen oxides in the gas mixture react to form nitric acid, which accumulates in an aqueous solution in the sump of absorption tower 4. This aqueous solution containing nitric acid is discharged via line 15, transported by a conveying device 16 to the bleaching column 6, and sprayed there. Nitrogen oxide-containing gas is again produced in the bleaching column 6 and is fed via line 18 into the gas supply line 12 and from there into the absorption tower 4. The product, the bleached acid, is routed. It is removed via a product outlet 17.

Das im Absorptionsturm 4 verbliebene, stickoxidhaltige Gasgemisch wird über eine Prozessgasleitung 19 abgeführt und in einen unteren Bereich des Absorptionsturms 5 eingeleitet. In den Kopfraum des Absorptionsturms 5 wird zugleich Wasser aus einer Wasserzuleitung 20 eingesprüht. Das von unten aufsteigende, stickoxidhaltige Gasgemisch kommt im Absorptionsturm 5 mit dem eingesprühten Wasser in Kontakt und reagiert zumindest teilweise mit diesem zu Salpetersäure, die sich am Boden des Absorptionsturms 5 in einer wässerigen Lösung ansammelt. Diese wässerige, Salpetersäure enthaltende Lösung wird über eine Steigleitung 21 abgeführt und mittels einer Fördereinrichtung 22 zum Kopfraum des Absorptionsturms 4 geführt, dort eingesprüht, und durchläuft den Absorptionsturm 4 im Gegenstrom zum Prozessgasstrom, wobei sich immer stärker konzentrierte Salpetersäure bildet. Im Absorptionsturm 5 noch vorhandenes Gasgemisch wird über eine Abgasleitung 23 abgeleitet und einer hier nicht gezeigten Einrichtung zur Entstickung zugeführt, in der die verbliebenen Stickoxide weitestgehend aus dem Gasgemisch entfernt werden.The nitrogen oxide-containing gas mixture remaining in absorption tower 4 is discharged via a process gas line 19 and introduced into a lower section of absorption tower 5. Simultaneously, water from a water supply line 20 is sprayed into the headspace of absorption tower 5. The nitrogen oxide-containing gas mixture rising from below comes into contact with the sprayed water in absorption tower 5 and reacts, at least partially, with it to form nitric acid, which accumulates at the bottom of absorption tower 5 in an aqueous solution. This aqueous solution containing nitric acid is discharged via a riser line 21 and conveyed to the headspace of absorption tower 4 by means of a conveying device 22, where it is sprayed in and passes through absorption tower 4 countercurrently to the process gas flow, thereby forming increasingly concentrated nitric acid. Any remaining gas mixture in absorption tower 5 is discharged via an exhaust gas line 23 and fed to a denitrification device (not shown here) in which the remaining nitrogen oxides are largely removed from the gas mixture.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit umfasst das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel nur zwei Absorptionstürme 4, 5; es sind im Rahmen der Erfindung selbstverständlich auch Ausführungsbeispiele mit drei oder mehr Absorptionstürmen denkbar, die von den stickoxidhaltigen Gasströmen und den wässerigen, Salpetersäure enthaltenden Lösungen in bekannter Weise im Gegenstrom durchlaufen werden. Ebenfalls können die stickoxidhaltigen Gasströme vor Erreichen des Absorptionsturms 4 eine oder mehrere in der Gaszuleitung 12 angeordnete Oxidationskolonnen durchlaufen, die hier nicht dargestellt sind.For the sake of clarity, this includes 1 The illustrated embodiment shows only two absorption towers 4, 5; however, embodiments with three or more absorption towers are also conceivable within the scope of the invention. The nitrogen oxide-containing gas streams and the aqueous solutions containing nitric acid pass through these towers in a known countercurrent manner. The nitrogen oxide-containing gas streams can also pass through one or more oxidation columns arranged in the gas supply line 12 before reaching the absorption tower 4; these columns are not shown here.

Wie oben bereits erwähnt, wird im hier gezeigten Ausführungsbeispiel zusätzlich Reinsauerstoff in den Prozess eingebracht. Dieser wird einer Sauerstoffquelle, beispielsweise einem Tank 24, in tiefkalt-verflüssigtem Zustand entnommen, durchläuft in an sich bekannter Weise einen Luftverdampfer 25 und wird kalt, jedoch in Gasform, über die Sauerstoffzuleitung 8 herangeführt. Anstelle der Verwendung eines Luftverdampfers 25 kann der flüssige Sauerstoff im Übrigen (hier nicht gezeigt) auch beispielsweise als Kühlmedium im Kondensator 3 eingesetzt und dabei verdampft werden. Die Temperatur des über die Sauerstoffzuleitung 8 geführten Reinsauerstoffs beträgt beispielsweise zwischen -100°C und 10°C. Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Reinsauerstoff aus der Sauerstoffzuleitung 8 in die Luftzuleitung 7 eingespeist. Dazu dient beispielsweise eine hier nicht gezeigte Lanze, die mit ihrer Austrittsöffnung gegenläufig zum Primärluftstrom in die Luftzuleitung 7 ausmündet, und so eine innige Durchmischung von Primärluft und zugeführtem Reinsauerstoff gewährleistet. Alternativ kann der Reinsauerstoff auch (hier nicht gezeigt) direkt mittels einer Lanze in die Ammoniakverbrennungsanlage 2 oder in die Ammoniakzuleitung 9 eingespeist werden, oder es kann eine zusätzliche Sauerstoffleitung für diese Zwecke vorgesehen sein.As mentioned above, in the embodiment shown here, pure oxygen is additionally introduced into the process. This is taken from an oxygen source, for example a tank 24, in a cryogenically liquefied state, passes through an air evaporator 25 in a manner known per se, and is supplied cold, but in gaseous form, via the oxygen supply line 8. Instead of using an air evaporator 25, the liquid oxygen can also be used, for example, as a cooling medium in the condenser 3 and thereby evaporated (not shown here). The temperature of the pure oxygen supplied via the oxygen supply line 8 is, for example, between -100°C and 10°C. In the embodiment shown here, the pure oxygen is fed from the oxygen supply line 8 into the air supply line 7. This is achieved, for example, by a lance (not shown here) whose outlet opening opens into the air supply line 7 in the opposite direction to the primary airflow, thus ensuring thorough mixing of the primary air and the supplied pure oxygen. Alternatively, the pure oxygen can also (not shown here) be fed directly into the ammonia combustion plant 2 or into the ammonia supply line 9 by means of a lance, or an additional oxygen line can be provided for this purpose.

Weiterhin kann kalter, gasförmiger Sauerstoff über Sauerstoffzuleitungen 26, 27 der Leitung 15 und/oder der Steigleitung 21 und/oder einer zur Bleichkolonne 6 führende Luftzuleitung 28 zugeführt werden, um die Oxidationsprozesse im Absorptionsturm 4 und/oder der Bleichkolonne 6 zu unterstützen. Anstelle von oder ergänzend zum Sauerstoff kann in einer oder mehreren der Leitungen 13, 15, 21, 28 Ozon oder ein ozonhaltiges Gas eingespeist werden, welches gleichfalls die Effizienz des Verfahrens steigert. Der Vorteil einer solchen Vorgehensweise wird in der EP 2 953 894 A1 oder der EP 4 126 761 A1 beschrieben, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird.Furthermore, cold, gaseous oxygen can be supplied via oxygen supply lines 26, 27 to line 15 and/or riser line 21 and/or an air supply line 28 leading to bleaching column 6 to support the oxidation processes in absorption tower 4 and/or bleaching column 6. Instead of or in addition to oxygen, ozone or an ozone-containing gas can be introduced into one or more of lines 13, 15, 21, 28, which also increases the efficiency of the process. The advantage of such a procedure is described in the EP 2 953 894 A1 or the EP 4 126 761 A1 described, to which explicit reference is made here.

Mittels einer elektronischen Steuereinheit 30 kann der Volumenstrom des über die Sauerstoffzuleitung 8 zugeführten Sauerstoffs geregelt werden. Dazu steht die Steuereinheit 30 mit einem Sensor 31 zum Erfassen eines Messparameters in Datenverbindung; beispielsweise dient der Sensor 31 zum Erfassen einer Temperatur in der Ammoniakverbrennungsanlage 2. Die Steuereinheit 30 ermittelt nach einem vorgegebenen Programm einen geeigneten Wert für den Volumenstrom in der Sauerstoffzuleitung 8 und regelt diesen durch entsprechende Steuerbefehle an ein in der Sauerstoffzuleitung 8 angeordnetes Ventil 32.The volume flow rate of the oxygen supplied via the oxygen supply line 8 can be regulated by means of an electronic control unit 30. For this purpose, the control unit 30 is in data communication with a sensor 31 for detecting a measurement parameter; for example, the sensor 31 serves to detect a temperature in the ammonia combustion plant 2. According to a predefined program, the control unit 30 determines a suitable value for the volume flow rate in the oxygen supply line 8 and regulates this by sending corresponding control commands to a valve 32 located in the oxygen supply line 8.

Die Erfindung ist insbesondere auch zur Nachrüstung von Altanlagen geeignet und führt dort zu einer erheblichen Minderung der N₂O-Konzentration.The invention is particularly suitable for retrofitting existing systems and leads to a significant reduction in the _N2O concentration.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: Produktionsanlageproduction facility
22: Ammoniak-VerbrennungsanlageAmmonia incineration plant
33: Kondensatorcapacitor
44: AbsorptionsturmAbsorption tower
55: AbsorptionsturmAbsorption tower
66: BleichkolonneBleaching column
77: Luftzuleitungair supply line
88: SauerstoffzuleitungOxygen supply line
99: AmmoniakzuleitungAmmonia supply line
1010: KühlmediumszuleitungCooling medium supply line
1111: KühlmediumsausleitungCooling medium discharge
1212: GaszuleitungGas supply line
1313: VerbindungsleitungConnection line
1414: FördereinrichtungFunding institution
1515: LeitungLine
1616: FördereinrichtungFunding institution
1717: ProduktausleitungProduct elimination
1818: LeitungLine
1919: ProzessgasleitungProcess gas pipeline
2020: Wasserzuleitungwater supply
2121: Steigleitungriser
2222: FördereinrichtungFunding institution
2323: AbgasleitungExhaust pipe
2424: Tanktank
2525: LuftverdampferAir evaporator
2626: SauerstoffleitungOxygen conduit
2727: SauerstoffleitungOxygen conduit
2828: Luftzuleitungair supply line
2929: --
3030: Steuereinheitcontrol unit
3131: Sensorsensor
3232: Ventilvalve

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES CONTAINED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 0 799 794 A1 [0005]
EP 1 013 604 B1 [0005]
EP 2 953 894 A1 [0005, 0006, 0021, 0036]
EP 4 126 761 A1 [0005, 0021, 0036]
EP 0 808 797 A1 [0006]

Claims

A process for producing nitric acid, in which a. ammonia and an oxygen-containing oxidizing agent are supplied to an ammonia combustion plant (2), wherein oxygen from the oxidizing agent reacts with ammonia to form nitrogen oxides and water vapor, b. the nitrogen oxides and the water vapor from step (a.) are cooled in a condenser (3) to a temperature at which at least a portion of the water vapor condenses, wherein the nitrogen oxides partially react with the condensed water vapor and oxygen to form an aqueous solution containing nitric acid and partially remain in a gas mixture containing nitrogen oxides, c. the nitric acid-containing solution from step (b.) is supplied from the condenser (3) via a connecting line (13) to a first absorption tower (4), d. The nitrogen oxide-containing gas mixture from step (b.), optionally after passing through one or more oxidation columns, is fed to the first absorption tower (4), in which it is brought into contact with water or an aqueous solution, wherein the nitrogen oxide-containing gas mixture reacts with water at least partially to form an aqueous solution containing nitric acid, which, together with the nitric acid-containing solution from step (c.), accumulates at the bottom of the first absorption tower (4), characterized in that an oxidizing agent is supplied to the ammonia combustion plant (2) in step (a.), the oxygen content of which is between 21.5 vol.% and 35 vol.% and which otherwise consists of gases that are largely inert with respect to the nitric acid production process.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that the oxygen content of the oxidizing agent supplied to the ammonia combustion plant is between 22 vol.% and 32 vol.%, preferably between 23 vol.% and 28 vol.%.

Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that the oxidizing agent supplied to the ammonia combustion plant (2) consists of primary air and an additional volume flow of pure oxygen or an oxygen-rich gas whose oxygen content is greater than that of the primary air.

Procedure according to Claim 3 , characterized in that the volume flow of pure oxygen or an oxygen-rich gas is fed into a supply line (7) for primary air and is supplied together with the primary air contained therein to the ammonia combustion plant (2).

Procedure according to Claim 3 or 4 , characterized in that the volume flow of pure oxygen or an oxygen-rich gas supplied to the ammonia combustion plant (2) has a temperature of less than 10°C, preferably less than 0°C.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the volume flow of the total oxidizing agent supplied to the ammonia combustion plant (2) has a superstoichiometric amount of oxygen compared to the volume flow of ammonia supplied to the ammonia combustion plant (2).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that ozone and/or oxygen are introduced into the connecting line (13) and/or a conveying line (15), via the solution containing nitric acid, which is drawn from the bottom of the first absorption tower (4) and supplied to an upper area of the first absorption tower (4) and/or a bleaching column (6).

A production plant for the manufacture of nitric acid, comprising an ammonia combustion plant (2) equipped with a supply line (9) for ammonia and a supply line (7) for primary air for the reaction of ammonia with oxygen to nitrogen oxides and water vapor, a condenser (3) connected to the ammonia combustion plant (2) for cooling the reaction products from the ammonia combustion plant (2) to a temperature at which at least a portion of the reaction products condenses, an absorption tower (4, 5) arranged downstream of the condenser (3) for washing the gas mixture formed in the condenser (3) with water or an aqueous nitric acid solution, a riser (13) leading from the condenser (3) to the absorption tower (4) and equipped with a conveying device (14) for introducing a solution containing nitric acid into the absorption tower (4), and a bleaching column (6) connecting the absorption tower (4). connecting conveying line (15), characterized in that the ammonia combustion plant (2) is connected by flow to at least one supply line for pure oxygen and/or for an oxygen-rich gas, which leads into the supply line (7) for primary air and/or into the supply line (9) for ammonia and/or directly into the ammonia combustion plant (2).

Production plant according to Claim 8 , characterized by a control device (30) by means of which the oxygen content and/or the temperature of the total volume flow of oxidizing agent supplied to the ammonia combustion plant (2) can be controlled as a function of a parameter measured at a sensor (31).