生產濃硝酸的方法和設備的製作方法
2023-10-04 01:05:44 1
專利名稱：生產濃硝酸的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種由稀的、可能含有雜質的硝酸生產濃度為75-99.9％的硝酸的方法，其中將濃度約45-70％的硝酸與液體萃取介質接觸以便防止形成硝酸-水共沸混合物並在過壓和/或常壓和/或真空下精餾，將濃硝酸的蒸汽冷凝，從而得到濃硝酸，以及其中，通過再濃縮處理萃取介質並將它返回萃取精餾；以及還涉及實施這種方法的對於許多有機反應例如硝化來說，需要較高濃度的硝酸，通常大於98％(重量)HNO3。
傳統的生產方法生成約65-67％(重量)HNO3的硝酸。因此，為了得到高濃度的硝酸，還需要附加的方法。在共沸點以外濃縮硝酸的最適宜方法是萃取精餾。因此，使用液體萃取介質，特別是濃硫酸或硝酸鎂水溶液，其中萃取介質在大多數情況下為硫酸。
使用萃取介質的萃取精餾的熱力學基礎如下硝酸/水的組分體系在常壓(1巴絕對壓力)下表現為最大值共沸混合物，其在69.2％(重量)HNO3下的沸點為121.8℃。對於低於該共沸點的硝酸濃度，水為更易揮發的組分。超過該共沸點，HNO3以更高的濃度含在蒸汽相中。為了生產高濃度硝酸，必需超過共沸點或克服共沸點。長期以來已經知道，藉助萃取介質例如硫酸或硝酸鎂水溶液，可降低水的相對揮發性。對於更高的萃取介質濃度，例如硫酸的濃度大於50％(重量)H2SO4，使共沸點的形成受到壓制。因此，可從中蒸餾出濃硝酸。
濃縮硝酸的基本方法為Pauling法(DE305553、DE1056095)。這一方法在工業上已大規模使用，在技術上以各種的設備進行。用萃取介質硫酸進行的現代工業方法在以下段落中描述，以便更好地理解本發明(Schott Engineering GmbH，printed to 60014 D.8859.0；對照圖1)。實際的過程基本上在濃縮塔中進行(圖1中RK)，其中將濃硫酸送入濃縮塔的頂部，在稍下方送入稀硝酸。通過將各組分混合，在塔中出現混合和冷凝熱。但是，這些熱量不足以滿足該法所需的能量。因此，在塔的底部，將直接蒸汽(「汽提蒸汽」)吹入。除了作為熱載體的功能外，這一直接蒸汽還使硝酸從流出的稀硫酸中基本上被汽提出來。從塔頂取出的濃硝酸蒸汽(「HNO3排出蒸汽」)還含有氮氧化物，它們通過硝酸熱分解形成。這些氮氧化物(主要為NO2)在冷凝器中與HNO3排出蒸汽同時冷凝成硝酸紅色煙霧。為了得到無色的冷凝的高濃度硝酸，在串聯的塔(所謂的漂白塔)中在逆流下用空氣將酸中所含的硝酸氣體汽提出來。含有氮氧化物的廢氣在隨後的NOx吸附步驟中淨化。
生產高濃度硝酸的整套設備除了硝酸精餾設備外還包括萃取介質再濃縮設備。還加上上述發煙硝酸漂白設備以及下遊NOx吸附設備。為濃度小於約58％(重量)HNO3的要濃縮硝酸(「進料酸」)必要時還提供一個預濃縮是適宜的。此外，通過過熱蒸汽處理來純化硝酸也可能是適宜的。整個設備的所有部件都必需相互優化設計，以便達到所要求的有關產品質量和廢水純度的規格指標，使燃料的消耗最少。燃料消耗特別是熱能需要量很大程度地決定該法的操作費用。
為了使燃料消耗最少，必需向工藝中優化提供所需的加熱能量並在該法中利用它們。在典型的方法中，直接用蒸汽(汽提蒸汽)提供加熱能量。早期，試圖節省直接蒸汽，因為它表明因此可使萃取介質(硫酸)的需要量減少。
在實踐中，已採用幾種解決辦法。早期，在硝酸鎂水溶液用作萃取介質的方法中，使用塔底加熱器(參見Ullman工程化學百科全書，第4版，20卷325頁)。在使用硫酸的方法中，長期以來使用所謂的中間加熱器，也稱為塔加熱器(Ullmann工程化學百科全書，第4版，20卷325頁)。
此外，已知當減少萃取精餾塔中回流(內回流和/或外回流)時，也可節省加熱能量。例如當萃取介質的進入溫度低於三組分混合物的沸點時出現內回流，以致一部分熱量首先通過蒸汽相組分的部分冷凝被萃取介質吸收。
在傳統的方法中，其中純的萃取介質例如純硫酸在萃取精餾塔頭部加入，這一萃取介質首先使硝酸冷凝，以致使流體混合物的組成移向與蒸汽相平衡的方向。由此得出，萃取介質必需在足夠冷的條件中加入，從而增加內回流。這樣就導致必須再次通過附加的熱量向萃取精餾中引入的額外的熱能餾。
已知通過將液體硝酸(例如部分要濃縮的硝酸)送入萃取介質，可影響萃取精餾塔中硝酸的冷凝行為。因此，EP0330351 A1(「Günkel」)公開了一種要濃縮的硝酸混入部分萃取介質流中。但是，Günkel公開的方法的缺點是，要濃縮的硝酸和萃取介質的混合物流只輸入至已在上方位置加入的另一數量的純萃取介質的下面。因此，在EP0330351中公開的方法中不能達到上述所希望減少內回流的效果。
Günkel方法的另一缺點是，還包括萃取介質再濃縮的整個方法需要的能量已完全提供給萃取精餾，雖然萃取精餾的能量需要量大大低於萃取介質再濃縮的能量需要量。由於這一類型的能量供應，大量萃取介質需要循環，因此需要更大的萃取精餾塔最小直徑。
在Günkel公開的方法中，將51-99％要濃縮的硝酸量以完全汽化的形式送入萃取精餾塔。由於這一輸入類型，使塔內蒸汽的數量大大增加，以致與循環的萃取介質的數量增加相結合，對於萃取精餾來說需要更大直徑的塔。
Günkel公開的方法的另一缺點是，為了得到含有99-99.9％(重量)HNO3的高濃度硝酸蒸汽，在塔的頂部需要更大數量的高濃度硝酸回流量。
到現在為止，在所有用於亞共沸硝酸(弱酸)高度濃縮為大於90％(重量)、優選大於98％(重量)硝酸(hico-酸)的設備中，能量需要量例如加熱蒸汽和冷卻水基本上決定了生產費用。因此，在目前通常使用的大型設備中(使用塔底加熱器和/或中間加熱器)由約67％(重量)HNO3出發，每生產1公斤99％(重量)硝酸需要約1.5公斤加熱蒸汽量。
因此，本發明的任務特別地是，與傳統的方法和設備相比大大降低高的操作費用，其中應該實現儘可能相同的甚至更低的設備操作費用。特別是，避免使用大型塔，如在高回流比和高萃取介質循環量下所必需的。
該任務是用具有權利要求1的主要特點的方法來達到的。這一方法不同實施方案的優選配置具有從屬權利要求2-19中描述的附加特徵。
用分開的塔濃縮硝酸的實施本發明方法的特別優選的實施方案的設備具有權利要求20-21中描述的特點。
本發明還涉及在權利要求22中表徵的用萃取精餾分離共沸混合物的通常使用的主要方法。
下文，參考附圖更詳細地描述本發明，這些
本發明方法的優選實施方案的不同變通方案。
在附圖中表示圖1為用硫酸作萃取介質通過萃取精餾生產濃硝酸的已知工業方法的流程圖，正如在說明書的引言部分中一般所述，有萃取精餾部分和萃取介質硫酸再濃縮部分。
圖2為使用分開的萃取精餾塔的本發明方法的第一實施方案的萃取精餾部分的流程圖；圖3為萃取介質再濃縮部分的流程圖，如後者可以與本發明方法實施方案的萃取精餾(圖2)相結合來進行。
圖4為使用分開的萃取精餾塔的本發明方法另一實施方案的萃取精餾部分的流程圖，其中第二個塔在低壓力下操作。
圖5為有相對高殘留硝酸含量的萃取介質的處理和再濃縮部分的流程圖，如它可與本發明方法實施方案之一的萃取精餾(圖2或4)相結合應用。
為了更容易理解在各優選的實施方案和配置中本發明方法的特點和優點，首先，參考附圖進一步說明方法的具體的實施方案，以及實施本方法的設備。
在描述附圖中，例如由以下為出發點，即所述方法涉及通過約67％(重量)的亞共沸硝酸生產約99％(重量)HNO3的高濃度硝酸。此外假設，硫酸用作萃取介質。不能由於這樣的具體描述而將本發明方法限制為上述條件，而是其中使用其他濃度的原料和目的產品和其他萃取介質的這些改變明顯地包括在本發明的範圍內。熟悉本專業的技術人員可在本描述的基礎上和在他自己的技術知識基礎上毫無困難地對本方法進行所需的調整。
在圖2-5中，有相同功能的設備部件用相同的附圖標記表示。以下實施方案主要涉及附圖2和圖3，但是它們同樣也直接適用於圖4的實施方案，除了圖4中明顯的不一致外，即第二塔K1.1在低壓下操作，並在此基礎上還補充分塔K1.3。
在如圖2-5描述的一個方法中，通過萃取精餾將提供的大約共沸的硝酸(要濃縮的硝酸)濃縮到99％(重量)。作為萃取介質，使用儘可能的高濃度硫酸，優選80-96％(重量)硫酸，特別優選89％(重量)硫酸。
在所述的最優選的實施方案中，萃取精餾在兩個分開的塔K1.0和K1.1中進行，其中第一個塔K1.0用於要濃縮硝酸的精餾，並得到濃硝酸蒸汽(「硝酸排出蒸汽」)，而第二個塔K1.1用於從硫酸中分離硝酸。
將要濃縮的硝酸通過換熱器W5以及W1和W2送入第一塔K1.0的塔底。因此，要濃縮的硝酸在換熱器W5中用塔K1.0塔頂排出的硝酸排出蒸汽預熱，然後在換熱器W1中通過再濃縮的硫酸進一步加熱，隨後在換熱器W2中部分汽化，後者用熱蒸汽冷凝液操作。
來自容器B3(圖3、圖5)的再濃縮硫酸有接近的沸點，將它通過換熱器W1和另一主要用於通過冷卻進一步調節硫酸溫度的換熱器W3，送至塔K1.0的塔頂。一部分要濃縮的硝酸流經換熱器W1之前如圖2和4中所示的混合器與硫酸流混合。除了在W2中的部分汽化外，提供給塔K1.0和K1.1的能量通過塔K1.0的柱式加熱器W8和塔K1.1配的汽化器W4(塔底加熱器)來實現。在W4或/和在第二塔K1.1中直接提供用於啟動和控制操作的很少量汽提蒸汽主要用來減少從汽化器W4中流出的硫酸中殘留的硝酸。在塔K1.0頂部排出的硝酸排出蒸汽通過換熱器W5和W6被部分冷凝，並進入用汽提空氣操作的漂白塔K2。從漂白塔排出的氣體混合物經換熱器W7進行後冷凝。將含有NOx的廢氣送去NOx吸附。
在塔K1.1底部通過塔釜加熱器W4排出的硫酸收集在容器B1(圖3)中，並送至在真空下操作的汽化器W10，以便濃縮。部分物流通過閃蒸容器B2，並在那裡進行閃蒸，以致在容器B1中溫度下降。離開汽化器W10的蒸發液體(主要為水蒸汽)通過分離塔K4進入冷凝器W11，其中來自閃蒸容器B2的排出蒸汽也同時冷凝。冷凝物通過氣壓浸沒管送入容器B4。有稍低於其沸點的相對高溫的再濃縮硫酸從容器B3返回第一塔K1.0。
在上述實施例中，硝酸的濃縮在絕對壓力約950毫巴下操作，而硫酸的再濃縮在絕對壓力約80毫巴下操作。
對於特定的要求/目的來說，本方法例如可根據圖4和圖5作相應地變化。在此，塔K1.1在低壓下操作，另外還需要分塔K1.3；如果需要，還需要調節硫酸再濃縮部分。
正如上述參考
的，本發明的方法與傳統的方法相比有一系列優點和改變，隨後將結合設備部件更詳細地描述，在所述的設備部件中也體現了本發明的方法和這一方法的各自優選實施方案。
這樣實施本發明的方法，以致在塔K1.0的頂部，在硝酸、硫酸和水之間建立起沸騰平衡。為此，在液相中必需含有足夠的硝酸，以致在蒸汽相中可達到直到99.9％(重量)HNO3的所需高硝酸量。令人吃驚的是，業已發現，如果在將萃取介質送入塔K1.0以前，將硝酸優選55-69％(重量)的硝酸以佔整個要濃縮的硝酸的0.1-60％的量加到萃取介質中，或至少50％萃取介質中，在塔K1.0頂部更易實現液/汽混合物的沸騰平衡。由於這一輸入，塔內硝酸在硫酸中的冷凝減少，因此所需的加熱能量減少。因此，根據進料流(要濃縮的硝酸和再濃縮的硫酸)各自存在的組成的平衡條件力求達到和調節目標用量比。
在上述措施的基礎上，迄今為止所需的萃取介質的強烈冷卻(例如在硫酸的情況下冷卻至低於80℃)可取消，萃取介質可在較熱的條件下，例如作為90-160℃的硫酸送入塔K1.0。
此外，在大部分傳統結構的設備中，將要濃縮的硝酸作為液體送入萃取精餾。根據本發明，整個方法(它包括萃取精餾和萃取介質再濃縮)中可結合的工藝流、加熱用蒸汽流和熱蒸汽冷凝物流的熱含量可儘可能地利用，並且要濃縮的硝酸在部分汽化下被送入萃取精餾。
在本文中可利用並優選使用以下熱量(a)塔K1.0頂部排出的硝酸排出蒸汽的冷凝焓(例如用換熱器W5冷凝)。
(b)再濃縮的萃取介質例如硫酸在接近沸騰條件下從再濃縮中排出時和進入塔K1.0時的狀態之間的焓差(例如通過換熱器W1)。
(c)壓力為6-40巴的高壓熱蒸汽冷凝物和/或熱蒸汽冷凝物的釋放蒸汽和/或壓力為1-16巴的減壓熱蒸汽/冷凝物混合物之間的焓差(例如通過換熱器W2利用熱蒸汽冷凝物)。優選的熱蒸汽冷凝物是由本設備的一個加熱器或由幾個加熱器或所有加熱器(例如由塔K1.1的汽化器W4的加熱器和/或由再濃縮汽化器的加熱器W10)產生的熱蒸汽冷凝物。
(d)例如萃取介質如硫酸在塔K1.1真空操作的同時可能的兩步或多步再濃縮的常壓或過壓步驟的排出蒸汽的冷凝焓。
在考慮將硝酸混到萃取介質中的條件下在利用上述熱量時，將要濃縮的硝酸以要濃縮的硝酸總量的40-99.9％的數量，在萃取介質或萃取介質/硝酸混合物的進料位置下方以蒸汽/液體混合物的形式或分成蒸汽和液體送入塔K1.0。
根據一特別優選的實施方案，萃取精餾在兩個分開的塔(K1.0和K1.1)中進行，或者，這與分成兩個單一塔(K1.0和K1.1)相當，在分成兩個隔開的塔段部分(K1.0和K1.1)的濃縮塔中進行，其中這二個塔中的第一個塔(K1.0)用來精餾要濃縮的硝酸並得到濃硝酸的蒸汽，而第二個塔(K1.1)用於從萃取介質中分離硝酸。在要濃縮的硝酸輸入的位置附近實現兩塔(K1.0和K1.1)的分開。此外，藉助相應的內部構件，優選保證在上塔K1.0中滴入的萃取介質(例如硫酸)與經預熱和部分汽化的要濃縮硝酸緊密混合。
為了使萃取介質(例如硫酸或硝酸鎂水溶液)再濃縮的加熱能量需要量儘可能低，應使必需在再濃縮中汽化的水量儘可能低。因為在傳統的方法中吹入的直接蒸汽使排出的硫酸稀釋，而根據本發明，力求儘可能完全地間接加熱硝酸精餾，為此萃取精餾塔裝有塔釜加熱器和/或中間加熱器。
這些步驟實際上是已知的。但是，新穎性在於，塔K1.1下方的臥式汽化器W4的結構優選是這樣的，即可實現補充的分離步驟，從而使塔的高度下降和/或供給塔K1.1釜底的熱量減少和/或流出的萃取介質中殘留的硝酸含量減少。優選的是，W4使用適合的臥式汽化器，其中在與萃取介質的流向橫行的底部區域建造堤壩，這些堤壩形成蒸餾室的串級式室體系。例如在申請人所在公司的小冊子中說明了用於硫酸濃縮的這種類型的適合汽化器。
當一定數量的空氣和/或水蒸汽流吹入臥式汽化器W4(圖2和4)，優選吹入萃取介質和優選吹入臥式汽化器W4的後部或末端時，硝酸在流出的萃取介質中的濃度進一步下降和/或在流出的萃取介質保持增高的殘留硝酸含量時，可減少要提供的能量和/或所需的塔K1.1高度。優選的是，將由整個設備的加熱器產生的熱蒸汽冷凝物的釋放蒸汽作為附加吹入的水蒸汽(汽提蒸汽。)當進行萃取精餾時，也可使用單一塔K1(在圖中未示出)，當要濃縮的部分汽化的硝酸在旁邊的容器中分離成液相和汽相時和液體流在蒸汽流上方送入單一塔K1時。
與在單一塔K1中或在兩個分開的塔或塔段部分K1.0和K1.1中進行萃取精餾無關，本發明方法的顯著新穎性是，在輸送的部分汽化的要濃縮的硝酸中所含的大部分水蒸汽在與待汽化的硝酸的物質交換中被冷凝。由於這一交換，回流減少，從而使所需的熱量輸入下降。
為了便滴下的萃取介質與進入的進料流緊密混合，以這樣的方式設計前文簡單提及的K1.0中的內部構件，即利用位於內部和/或外部的加熱器，其也可增強緊密混合。
此外，減少所需的加熱能量可這樣實現，即根據一優選的實施方案，在臥式汽化器W4排出的萃取介質(例如硫酸)中增加的殘留硝酸含量(直到約5％(重量)HNO3)是允許的。為了避免在萃取介質再濃縮的排出蒸汽冷凝物中硝酸含量增加，在上遊真空步驟B2(圖5)中使與高達約5％(重量)HNO3一起排出的萃取介質例如硫酸減壓，並通過下遊精餾塔K5使這一步排出蒸汽中所含的硝酸保持不變，然後作為亞共沸的硝酸優選返回塔K1.0(圖5)此外，在塔K1.0和K1.1在不同的壓力下操作時，可以進一步節約能量。萃取精餾的可能的操作壓力為100毫巴至約5巴絕對壓力、優選200毫巴至1.3巴絕對壓力。對於萃取介質例如硫酸再濃縮來說，相應的操作壓力為約30毫巴至4巴絕對壓力。通過在每一區域採用適合的操作壓力，可實現熱利用(閃蒸、用排出蒸汽加熱)。
在本發明方法的範圍內，以下任選的其他能量利用措施是可能的(a)塔K1.1用比塔K1.0低很多的壓力操作(圖4)。因此，在塔K1.0的塔底溫度和在塔K1.1頂部混合物的沸點之間硝酸-萃取介質混合物的潛熱可利用，為了排出殘留硝酸，塔K1.1底部需要較少的蒸汽/水蒸汽。
(b)另一方面或作為補充，萃取介質例如硫酸的再濃縮在兩個或多個壓力步驟中進行，優選在50毫巴至4巴絕對壓力範圍內進行，其中可利用較高壓力步驟的排出蒸汽加熱萃取精餾，如上所述。
(c)作為替代或作為補充，在其用於加熱萃取精餾前或後，在一個或多個分離塔中將從萃取介質再濃縮的較高壓力步驟(圖3、圖5)得到的排出蒸汽分離成濃度大於90％(重量)、優選99-99.99％(重量)的水，和濃度優選30-69％(重量)的亞共沸硝酸，此亞共沸硝酸優選返回塔K1.0。
為了降低設備組的費用和可能由於空間原因，塔K1.0頂部排出的硝酸排出蒸汽部分流在送入漂白塔K2以前在換熱器W5中和/或用另一冷凝器W6冷凝，然後將如此得到的冷凝物送入漂白塔K2的頂部。將一部分未冷凝的需用於加熱漂白塔K2的硝酸排出蒸汽送入漂白塔K2的中部。因此，與傳統方法中使用的相比，它有可能大大降低漂白塔K2上部的直徑。
總之，應強調本發明還有以下的優點本發明的方法可以減少萃取精餾塔的回流。
為了進一步減少內回流，可提供較熱的萃取介質。
各種可利用的工藝物流的熱焓可達到要濃縮的硝酸的部分汽化，因此需要較少的加熱能量。
通過使用適合結構的臥式汽化器(W4)可以更容易達到萃取介質的純度。
在硝酸濃縮的傳統設備中，每生產1.0公斤高濃度硝酸需要約1.8公斤熱蒸汽。正如已經知道的，如果使用塔底和/或中間加熱器，那麼熱蒸汽單位需要量降到每生產1公斤高濃度硝酸需約1.5公斤熱蒸汽。在本發明的方法中，熱蒸汽單位需要量可降到每生產1公斤高濃度硝酸需1.1公斤以下。對加熱能量單位需要量的陳述也適用於約67％(重量)要濃縮的硝酸生產約99％(重量)的硝酸。
冷卻水需要量以與熱蒸汽需要量大致相同的比例減少。
最後，與傳統的方法相比，有時可使用更小的設備和/或當使用大致相同尺寸的設備時，可得到更高的操作生產能力。
因為開發出的與高濃度硝酸的生產有關的本發明方法的核心涉及在分離共沸混合物中能量利用的優化，所以，當然在熟練的專業人員在無原則性問題調整有關工藝參數的條件下，這一方法可用作分離其他工業共沸物混合物的方法，其中，當通過加入適合的萃取介質繞過/越過其共沸點時，生產原料混合物組分中一個組分的濃縮產物。這樣的材料混合物的典型例子是滷化氫/水，特別是氯或氟化氫/水；醇/水，特別是乙醇/水或異丙醇/水；醚/水例如四氫呋喃/水或有機化合物的混合物，例如苯/環己烷。本發明的方法也可以經濟的方式成功地用於這類混合物。本發明還涉及更一般形式的共沸分離方法，其具有權利要求22中描述的基本特點。一般方法的有利實施方案對應於權利要求2-19的有利實施方案，只要其中包含的特點，例如大部分具體的溫度數據不僅僅與材料有關，並且在所描述的形式中不僅僅適合於硝酸的濃縮和萃取介質硫酸的應用。
權利要求
1.一種由更稀的可能含雜質的硝酸生產濃度為75-99.9％的硝酸的方法，其中將濃度約45-70％的硝酸與液體萃取介質接觸以便防止生成硝酸-水共沸混合物並在過壓和/或常壓和/或真空下精餾，以及使濃硝酸的蒸汽冷凝，並製得濃硝酸，以及其中萃取介質通過再濃縮進行處理並循環回萃取精餾，其特徵在於—部分或基本上全部利用整個方法中提供的工藝物流的熱焓；—在利用整個方法中提供的熱量(W1、W2、W5)下以沸騰的液體或部分汽化的蒸汽液體混合物或分離成蒸汽和液體的形式將要濃縮的硝酸送入萃取精餾；—在送入萃取精餾以前，至少50％的萃取介質用數量為要濃縮的硝酸0.1-60％的硝酸，優選要濃縮的硝酸的濃度範圍內的硝酸富集；—僅僅或大部分通過間接加熱(W4、W8)提供萃取精餾所需的能量；—將儘可能濃的萃取介質提供給萃取精餾，這樣從萃取精餾流出的萃取介質在同時儘可能稀的條件下，使萃取介質的循環量減到最小。
2.根據權利要求1的方法，其特徵在於，萃取精餾在兩個分開的塔(K1.0、K1.1)中或在一個分成兩個塔段部分(K1.0、K1.1)的濃縮塔中進行，其中這二個塔中的第一個塔(K1.0)用於要濃縮的硝酸的精餾和生產濃硝酸蒸汽，而這二個塔中的第二個塔(K1.1)用於從萃取介質中分離硝酸，其中通過要濃縮的硝酸的進料位置來實現在這兩個塔(K1.0、K1.1)中的分離。
3.根據權利要求1和2的方法，其特徵在於，—將要濃縮的硝酸以預熱的形式作為沸騰的液體或作為蒸汽-液體混合物或分成蒸汽和液體送入這二個塔的第一個塔(K1.0)的下部，其中將整個方法的工藝物流、熱蒸汽流和/或熱蒸汽冷凝物流的熱焓用於預熱，並在塔(K1.0)中與流體萃取介質以逆流的方式精餾，該萃取介質在送入第一個塔(K1.0)以前用硝酸富集，使得當產生的濃硝酸蒸汽與萃取介質接觸時，硝酸的冷凝最少，—從第一塔(K1.0)下部取出萃取介質並送入第二塔(K1.1)頂部，在其中分離成低硝酸殘留含量的萃取介質流體和硝酸蒸汽，—其中萃取介質液體收集在第二塔(K1.1)的間接加熱的塔底，並將其從那裡取出用於處理和再濃縮，—將由萃取介質液體中排出的硝酸蒸汽從第二塔(K1.1)塔頂返回第一塔(K1.0)的下部。
4.根據權利要求1、2或3的方法，其特徵在於，要濃縮的硝酸通過與由第一塔(K1.0)獲得的濃硝酸蒸汽熱交換(W5)和/或熱的再濃縮萃取介質熱交換(W1)和/或熱蒸汽冷凝物熱交換和/或萃取精餾和/或萃取介質濃縮的間接加熱汽化器(W4、W10)的熱蒸汽冷凝物的釋放蒸汽熱交換(W2)和/或萃取介質再濃縮時獲得的蒸汽部分熱交換而被預熱和/或部分汽化。
5.根據權利要求1-4的方法，其特徵在於，在兩塔(K1.0和K1.1)中的濃縮步驟在100毫巴至5巴絕對壓力、優選200毫巴至1.3巴絕對壓力的相同或不同的體系壓力下操作。
6.根據權利要求1-5的方法，其特徵在於，第二塔(K1.1)在低於第一塔(K1.0)的壓力下操作。
7.根據權利要求1-6之一的方法，其特徵在於，將濃硫酸用作萃取介質，在它送入第一塔(K1.0)以前，至少50％的這種硫酸用濃度在要濃縮硝酸的濃度範圍內和其數量為要濃縮硝酸的0.1-60％的硝酸富集。
8.根據權利要求1-7之一的方法，其特徵在於，收集在第二塔(K1.1)的塔底中的萃取介質在臥式汽化器(W4)中加熱，該汽化器被間接加熱並在與該酸流向橫向的底部具有堤壩，該堤壩形成單一蒸餾室的串級式室體系，從而為汽化器提供另外的分離步驟，藉此可降低第二塔(K1.1)的高度和/或減少臥式汽化器(W4)的加熱能量需要量和/或調節從臥式汽化器流出的萃取介質液體中的低硝酸殘留濃度。
9.根據權利要求8的方法，其特徵在於，為了進一步降低第二塔(K1.1)流出的萃取介質的硝酸殘留含量，將空氣和/或水蒸汽吹入臥式汽化器(W4)。
10.根據權利要求7的方法，其特徵在於，將80-160℃的萃取介質硫酸送入第一塔(K1.0)。
11.根據權利要求1-10之一的方法，其特徵在於，將部分汽化的硝酸以這樣的方式送入進行濃縮的第一和/或第二塔(K1.0、K1.1)，即保證部分汽化的要濃縮的硝酸的蒸汽部分與送入的萃取介質和/或萃取介質和部分汽化的要濃縮的硝酸的液體部分的混合物緊密混合，其中緊密混合可通過配置在塔(K1.0、K1.1)內部和/或其外部的適合的成套設備或內部構件來加強。
12.根據權利要求1-11之一的方法，其特徵在於，從第二塔(K1.1)的臥式汽化器(W4)取出的萃取介質的殘留硝酸含量最高達5％(重量)。
13.根據權利要求12的方法，其特徵在於，將萃取介質在殘留硝酸含量為0.1-5％(重量)時在真空步驟中進行閃蒸，該如此得到蒸汽中包含的硝酸蒸汽留下並作為稀硝酸返回上遊步驟、優選送入第一塔(K1.0)，而已富集硝酸的液體萃取介質藉助於進一步加工進行再濃縮。
14.根據權利要求1-13之一的方法，其特徵在於，萃取介質的再濃縮在兩個或多個步驟中，在50毫巴至4巴絕對壓力的不同壓力下進行，具有較高壓力的來自這一再濃縮的蒸汽餾分用於加熱要濃縮的硝酸和/或用於間接(W4)加熱萃取精餾塔(K1.1)。
15.根據權利要求14的方法，其特徵在於，蒸汽餾分在用於預熱要濃縮的硝酸以前或以後在一個或多個附加的塔中分成基本上由水、優選99-99.99％(重量)水組成的餾分和亞共沸的硝酸，將後者返回上遊工藝步驟、優選第一塔(K1.0)。
16.根據權利要求1-15之一的方法，其特徵在於，通過與要濃縮的硝酸換熱(W5)使由第一塔(K1.0)得到的濃硝酸的蒸汽被至少部分冷凝，並將如果需要流過另一冷凝器(W6)後得到的液體濃硝酸送入漂白塔(K2)的頂部，而將所需的殘留硝酸蒸汽送回這一漂白塔(K2)的中部。
17.根據權利要求3的方法，其特徵在於，用於預熱要濃縮的硝酸的熱蒸汽冷凝物為先前用於間接加熱的熱蒸汽的高壓熱蒸汽冷凝物，特別是來自兩個塔(K1.0、K1.1)的間接加熱的熱蒸汽，其壓力為6-40巴過壓，和/或這樣的熱蒸汽冷凝物的釋放蒸汽和/或熱蒸汽冷凝物和1-16巴過壓範圍的釋放蒸汽的混合物。
18.根據權利要求9的方法，其特徵在於，送入臥式汽化器(W4)和/或第二塔(K1.1)作為汽提蒸汽的水蒸汽為熱蒸汽冷凝物減壓得到的水蒸汽。
19.根據權利要求1或2的方法，其特徵在於，萃取精餾在單一塔中進行，其中將部分汽化的要濃縮的硝酸分離成蒸汽相和液相來送入塔中，其中蒸汽相在液相進料位置下方送入。
20.實施權利要求1-19之一的生產濃硝酸的方法的設備，其特徵在於，將濃縮塔分成兩個塔(K0、K1)，它們以兩個分開的塔或分成兩個相互分開部分的單一塔形式存在，其中—這兩個塔中的第一塔(K1.0)裝有至少一要濃縮硝酸的進料管線以及至少一配置在其上方的塔(K1.0)頂部的萃取介質液體進料管線，優選一部分要濃縮的硝酸與萃取介質液體混合，以及從塔(K1.0)底部取出稀的液體萃取介質混合物的管線，—這兩個塔中的第二塔(K1.1)的頂部與從第一塔中取出的稀液體萃取介質混合物的管線相連，而第二塔(K1.1)在其下端還裝有間接加熱的臥式汽化器(W4)，萃取介質從汽化器通到再濃縮單元以便再生，而在第二塔(K1.1)的頂部，裝有將硝酸蒸汽返回第一塔(K1.0)的取出管線，所述硝酸蒸汽是在第二塔(K1.1)中由稀萃取介質混合物中排出的。
21.根據權利要求20的方法，其特徵在於，要濃縮硝酸的管線通過至少一個換熱器(W5)，在那裡與該工藝的至少一種熱產物流，優選第一塔的蒸汽濃硝酸流進行換熱，以及裝有一混合器，送入第一塔(K1.0)的萃取介質與受控數量的要濃縮硝酸在那裡混合。
22.用於由至少形成共沸混合物的液體物質混合物生產濃縮產物餾分，特別是從稀的含水混合物中分離高濃度揮發性產物或分離有機化合物混合物的方法，其中通過物質混合物與液態萃取介質接觸防止形成共沸混合物來在過壓和/或常壓和/或真空下通過萃取精餾使它精餾，濃縮產物餾分的蒸汽冷凝並生成濃縮產物，以及其中通過再濃縮處理該萃取介質，並使其返回到萃取精餾，其特徵在於，—在整個方法中提供的工藝物流的熱焓部分或基本上被利用，—在利用整個方法中提供的熱(W1、W2、W5)下，要濃縮物質混合物以沸騰液體或部分汽化的蒸汽-液體混合物或分成蒸汽和液體的形式送入萃取精餾，—在送入萃取精餾以前使至少50％萃取介質用一部分物質混合物或得到的濃縮物形式的產物富集，其數量為要濃縮材料混合物的1.0-60％，—通過間接加熱(W4、W8)提供全部或大部分所需的萃取精餾能量，—將萃取介質以儘可能濃縮的形式送入萃取精餾，以致從萃取精餾流出的萃取介質儘可能大地稀釋的同時，使循環的萃取介質數量減到最少。
全文摘要
由更稀的硝酸生產濃度75－99.9％硝酸的方法，其中對約45－70％濃度的硝酸與液體萃取介質接觸以便防止生成硝酸－水共沸混合物並進行精餾，濃硝酸的蒸汽被冷凝，並得到濃硝酸，以及其中通過再濃縮處理該萃取介質，並返回萃取精餾，其中在利用整個方法中提供的熱量(W1、W2、W5)下將要濃縮的硝酸作為沸騰的液體或部分汽化的形式送入優選在兩個塔(K1.0、K1.1)中進行的萃取精餾，其中在送入萃取精餾以前，將硝酸加到萃取介質中，萃取精餾所需的能量通過間接加熱(W4、W8)提供，並以最濃縮的形式將萃取介質提供給萃取精餾，以致在由萃取精餾流出的萃取介質同時儘可能釋的情況下，使萃取介質的循環量減到最小和能量利用最大。
文檔編號B01D3/40GK1454181SQ00819760
公開日2003年11月5日 申請日期2000年5月22日 優先權日2000年5月22日
發明者G·迪克特爾, F·多斯特維茨, M·薩森伯格, U·沃爾特 申請人:Qvf工程有限公司