一种生产硝酸铵的方法与流程

1.本发明涉及一种化合物生产方法，具体涉及一种生产硝酸铵的方法。


背景技术：

2.生产硝酸铵的传统方法是通过化石燃料(例如石油、天然气、煤炭等)制取氢气，将氢气与氮气通过哈伯-博施法合成氨气，将氮气氧化至no2、经水吸收生成稀硝酸，然后将氨气通入稀硝酸生成硝酸铵溶液，最后经过蒸发浓缩和造粒等工艺生成硝酸铵颗粒。在整个过程中，制氢与合成氨环节碳排放和能耗占比最大，目前工业界使用哈伯法进行大规模合成氨，每年不仅间接导致了约3亿吨的二氧化碳排放，还消耗了全球约2％的能源。
3.传统合成氨工业，原料全部是化石能源及可燃含碳物料，全行业碳排放占我国石化和化工行业排放总量的20％，是国家节能减排工作重点关注的领域。
4.根据制氢过程中碳排放量的不同，氢可分为：灰氢、蓝氢和绿氢。传统合成氨工业主要使用灰氢，即使用化石燃料生产氢气，生产过程中伴随大量二氧化碳的排放。蓝氢，是在灰氢的基础上利用碳捕捉、利用与储存(ccus)等先进技术减少90％的碳排放，但二氧化碳苛刻的封存条件大大限制了蓝氢的发展。绿氢，是利用可再生能源发电后转化为电能，再通过电解水制氢设备转化成氢能。相应地，绿氨是指通过电解水制氢，再与氮气合成氨的方法。电解水需要消耗大量能源，以光伏、风能为代表的可再生能源为电解水提供了理想的动力。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是如何提供一种利用可再生能源生产硝酸铵的方法，以解决传统合成硝酸铵方法存在的高碳排放和高能耗问题。
6.本发明是由以下技术方案实现的：
7.一种生产硝酸铵的方法，该方法由包括供电单元1、制氢单元2、空分单元3、合成氨单元4、制硝酸单元5、合成硝酸铵单元6和结晶造粒单元7组成的生产硝酸铵的系统实现，该系统中：
8.所述供电单元1后设置制氢单元2和空分单元3；
9.所述制氢单元2与所述空分单元3后设置合成氨单元4；
10.所述空分单元3后还设置制硝酸单元5；
11.所述合成氨单元4后设置制硝酸单元5和合成硝酸铵单元6；
12.所述制硝酸单元5后设置合成硝酸铵单元6；
13.所述合成硝酸铵单元6后设置结晶造粒单元7。
14.所述制氢单元2输出的氢气与所述空分单元3输出的氮气进入合成氨单元4；所述合成氨单元4输出的一部分氨气与所述空分单元3输出的氧气一起进入制硝酸单元5；所述合成氨单元4输出的另一部分氨气与所述制硝酸单元5输出的硝酸一起进入合成硝酸铵单元6；
15.该方法包括以下步骤：
16.s1、所述供电单元1采用光伏或风力发电为主、柴油机发电为辅的组合供电方式，为整个生产硝酸铵的系统提供动力,该单元同时配备有储能设施；
17.s2、所述制氢单元2电解水产生的氢气与所述空分单元3分离出的氮气进入所述合成氨单元4，在催化剂作用下合成氨气并输出；
18.s3、所述合成氨单元4输出的一部分氨气进入制硝酸单元5经过氧化反应与水吸收生成硝酸溶液，并回收氧化反应热制动力蒸汽；
19.s4、所述合成氨单元4输出的另一部分氨气与制硝酸单元5输出的硝酸一同进入合成硝酸铵单元6生成硝酸铵溶液，并回收反应热；
20.s5、硝酸铵溶液进入所述结晶造粒单元7经过浓缩、高塔造粒等过程形成颗粒状硝酸铵，经过干燥、筛分后进行包装。
21.进一步地，本发明中所述制氢单元2采用pem电解装置，运行温度70-80℃，产生氢气压力3-4mpa。
22.进一步地，本发明中所述空分单元3采用变压吸附制氮机进行空分制氮，露点≤-70℃，压力≤0.6mpa(可调)。
23.进一步地，本发明中所述合成氨单元4采用径向流氨合成塔，利用低温低压合成氨工艺，选用低温低压高活性fe-co系催化剂，催化剂使用温度350～460℃，合成氨压力7～8mpa。
24.进一步地，本发明中所述制硝酸单元5采用中压氨氧化生成no2，再采用高压no2水吸收工艺，其中，氨氧化生成no2过程工作压力0.35～0.55mpa、温度850～900℃；no2水吸收过程工作压力为0.9～1.0mpa，得到55～60％浓度的硝酸溶液。
25.进一步地，本发明中所述合成硝酸铵单元6采用加压中和工艺，工作压力为0.6-0.8mpa，原料为55％～60％的硝酸溶液和氨气，得到质量分数85％～90％的硝酸铵溶液。
26.进一步地，本发明中所述结晶造粒单元7使用两段蒸发工艺，蒸发工艺中使用的热蒸汽主要来自于氧化氨和合成硝酸铵的反应热回收，得到95～99％浓度的硝酸铵熔融液。
27.本发明通过组合各部分先进工艺，可以充分达到节能减排的效果。
附图说明
28.图1为本发明生产硝酸铵方法的系统框图。
29.其中，1、供电单元；2、制氢单元；3、空分单元；4、合成氨单元；5、制硝酸单元；6、合成硝酸铵单元；7、结晶造粒单元。
具体实施方式
30.为了解决传统合成硝酸铵存在高能耗和高排放的问题，本发明提供了一种利用新能源组合供电、制取绿氢、合成绿氨进而生产硝酸铵的方法，利用如图1所示的生产硝酸铵的系统完成，该系统包括供电单元1、制氢单元2、空分单元3、合成氨单元4、制硝酸单元5、合成硝酸铵单元6和结晶造粒单元7。
31.所述供电单元1后设置制氢单元2和空分单元3；
32.所述制氢单元2与所述空分单元3后设置合成氨单元4；
33.所述空分单元3后还设置制硝酸单元5；
34.所述合成氨单元4后设置制硝酸单元5和合成硝酸铵单元6；
35.所述制硝酸单元5后设置合成硝酸铵单元6；
36.所述合成硝酸铵单元6后设置结晶造粒单元7。
37.所述制氢单元2输出的氢气与所述空分单元3输出的氮气一起进入合成氨单元4；所述合成氨单元4输出的一部分氨气与所述空分单元3输出的氧气一起进入制硝酸单元5；所述合成氨单元4输出的另一部分氨气与所述制硝酸单元5输出的稀硝酸一起进入合成硝酸铵单元6。
38.本发明生产硝酸铵的方法，主要包括以下详细步骤：
39.s1、所述供电单元1采用光伏或风力发电为主、柴油机发电为辅的组合供电方式，为整个权利要求1所述的生产硝酸铵的系统提供动力；该单元同时配备有储能设施，可减少供电不稳定的影响；
40.s2、所述制氢单元2以纯水为原料，经过电解产生氢气；所述空分单元3以空气为原料，经过变压吸附分离出氮气；氢气与氮气进入所述合成氨单元4，在催化剂作用下合成氨气，经过冷凝分离出液氨，剩余混合气体经过循环系统再次进行合成氨反应；
41.s3、所述合成氨单元4输出的一部分氨气与所述空分单元3分离出的富氧空气一起进入制硝酸单元5经过氧化反应与水吸收生成硝酸溶液，并回收该过程中的氧化反应热制动力蒸汽；
42.s4、所述合成氨单元4输出的另一部分氨气与制硝酸单元5输出的硝酸一起进入合成硝酸铵单元6，经过反应生成硝酸铵溶液，并回收反应热；
43.s5、硝酸铵溶液进入所述结晶造粒单元7经过浓缩、高塔造粒等过程形成颗粒状硝酸铵，经过干燥、筛分后进行包装。
44.进一步地，本发明中所述制氢单元2采用pem电解装置，运行温度70-80℃，产生氢气压力3-4mpa。
45.进一步地，本发明中所述空分单元3采用变压吸附制氮机进行空分制氮，露点≤-70℃，压力≤0.6mpa(可调)。
46.进一步地，本发明中所述合成氨单元4采用径向流氨合成塔，利用低温低压合成氨工艺，选用低温低压高活性fe-co系催化剂，催化剂使用温度350～460℃，合成氨压力7～8mpa。
47.进一步地，本发明中所述制硝酸单元5采用中压氨氧化生成no2，再采用高压no2水吸收工艺，其中，氨氧化生成no2过程工作压力0.35～0.55mpa、温度850～900℃；no2水吸收过程工作压力为0.9～1.0mpa，得到55～60％浓度的硝酸溶液。尾气中氮氧化物含量低于200mg/kg，可不做处理直接放空；
48.进一步地，本发明中所述合成硝酸铵单元6采用加压中和工艺，工作压力为0.6-0.8mpa，原料为55％～60％的硝酸溶液和氨气，得到质量分数85％～90％的硝酸铵溶液。
49.进一步地，本发明中所述结晶造粒单元7使用两段蒸发工艺，蒸发工艺中使用的热蒸汽主要来自于氧化氨和合成硝酸铵的反应热回收，得到95～99％浓度的硝酸铵熔融液。
50.本发明的效果：
51.本发明的供电单元1采用了以光伏或风能发电为主、柴油机发电为辅的组合供电
方式，制氢单元2采用所述供电单元1提供的可再生电力进行电解水，得到高纯度氢气，极大地减少了化石能源作为制氢气原料或者供能燃料的比例，相较于传统制氢路线，能够有效地降低碳排放量。
52.本发明的合成氨单元4采用径向流氨合成塔，在低压高活性催化剂作用下合成氨，能够降低循环气压缩机、氨压缩机的功耗；制硝酸单元5采用双压法，尾气可直接达到排放标准，去除了尾气处理工艺，节省了投资成本。
53.该方法中，生产硝酸铵的系统采用模块化设计，整个生产过程工艺流程简单，大大降低了化石能源消耗与碳排放。
54.本发明通过组合各部分先进工艺，可以充分达到节能减排的效果。
55.以上所述仅是本发明的优选实施方式，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种生产硝酸铵的方法，其特征在于：该方法由包括供电单元(1)、制氢单元(2)、空分单元(3)、合成氨单元(4)、制硝酸单元(5)、合成硝酸铵单元(6)和结晶造粒单元(7)组成的生产硝酸铵的系统实现，该系统中：所述供电单元(1)采用光伏或风力发电为主、柴油机发电为辅的组合供电方式，并配有储能设施；所述供电单元(1)后分别设置制氢单元(2)和空分单元(3)；所述制氢单元(2)与所述空分单元(3)后设置合成氨单元(4)；所述空分单元(3)后还设置制硝酸单元(5)；所述合成氨单元(4)后设置制硝酸单元(5)和合成硝酸铵单元(6)；所述制硝酸单元(5)后设置合成硝酸铵单元(6)；所述合成硝酸铵单元(6)后设置结晶造粒单元(7)；该方法包括：s1、所述供电单元(1)为所述的生产硝酸铵的系统提供动力；s2、所述制氢单元(2)电解水产生的氢气与所述空分单元(3)分离出的氮气进入所述合成氨单元(4)，在催化剂作用下合成氨气并输出；s3、所述合成氨单元(4)输出的一部分氨气与所述空分单元(3)输出的氧气一起进入制硝酸单元(5)经过氧化反应与水吸收生成硝酸，并回收氧化反应热制动力蒸汽；s4、所述合成氨单元(4)输出的另一部分氨气与制硝酸单元(5)输出的硝酸一同进入合成硝酸铵单元(6)生成硝酸铵溶液，并回收反应热；s5、硝酸铵溶液进入所述结晶造粒单元(7)经过浓缩、高塔造粒过程形成颗粒状硝酸铵，经过干燥、筛分后进行包装。2.如权利要求1所述的一种生产硝酸铵的方法，其特征在于：所述制氢单元(2)采用pem电解装置，运行温度70-80℃，产生氢气压力3-4mpa。3.如权利要求1所述的一种生产硝酸铵的方法，其特征在于：所述空分单元(3)采用变压吸附制氮机进行空分制氮，露点≤-70℃，压力≤0.6mpa。4.如权利要求1所述的一种生产硝酸铵的方法，其特征在于：所述合成氨单元(4)采用径向流氨合成塔。5.如权利要求1-4任一所述的一种生产硝酸铵的方法，其特征在于：所述合成氨单元(4)采用低温低压合成氨工艺，选用低温低压高活性fe-co系催化剂，催化剂使用温度350～460℃，合成氨压力7～8mpa。6.如权利要求1-4任一所述的一种生产硝酸铵的方法，其特征在于：所述制硝酸单元(5)采用中压氨氧化生成no2，再采用高压no2水吸收工艺，其中，氨氧化生成no2过程工作压力0.35～0.55mpa、温度850～900℃；no2水吸收过程工作压力为0.9～1.0mpa，得到55～60％浓度的硝酸溶液。7.如权利要求1-4任一所述的一种生产硝酸铵的方法，其特征在于：所述合成硝酸铵单元(6)采用加压中和工艺，工作压力为0.6-0.8mpa，原料为55％～60％的硝酸溶液和氨气，得到质量分数85％～90％的硝酸铵溶液。8.如权利要求1-4任一所述的一种生产硝酸铵的方法，其特征在于：所述结晶造粒单元(7)使用两段蒸发工艺，蒸发工艺中使用的热蒸汽主要来自于氧化氨和合成硝酸铵的反应
热回收，得到95％～99％浓度的硝酸铵熔融液。

技术总结
本发明涉及一种生产硝酸铵的方法，解决了目前生产装置碳排放和能耗过高的问题。该方法包括：供电单元为生产硝酸铵的系统提供动力；制氢单元电解水产生的氢气与空分单元分离出的氮气进入合成氨单元，在催化剂作用下合成氨气并输出；合成氨单元输出的一部分氨气与空分单元输出的氧气一起进入制硝酸单元经过氧化反应与水吸收生成硝酸，并回收氧化反应热制动力蒸汽；合成氨单元输出的另一部分氨气与制硝酸单元输出的硝酸一同进入合成硝酸铵单元生成硝酸铵溶液，并回收反应热；硝酸铵溶液进入结晶造粒单元经过浓缩、高塔造粒过程形成颗粒状硝酸铵，经过干燥、筛分后进行包装。本发明节能减排效果明显。能减排效果明显。能减排效果明显。


技术研发人员：胡仁波 周殿宾 李帅 高磊 秦燕 吴圣思 李靖
受保护的技术使用者：北方国际合作股份有限公司
技术研发日：2023.06.06
技术公布日：2023/10/15