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Title:
METHOD FOR THE PRODUCTION OF NITRIC ACID
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/130455
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to a method for the production of nitric acid, in which production method, according to the invention, thermal energy which is emitted by one of the plant sections (5, 10, 12, 16) during cooling thereof is at least partially recovered via a thermodynamic cycle. The thermodynamic cycle can be, for example, an ORC (Organic Rankine Cycle) method, a Kalina cycle method or a heat pump process. In this manner, the waste heat (energy) of the process of nitric acid production can be used to generate energy instead of being fed to the cooling water as previously.

Inventors:
BIRKE DANIEL (DE)
Application Number:
PCT/EP2018/050191
Publication Date:
July 19, 2018
Filing Date:
January 04, 2018
Export Citation:
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Assignee:
THYSSENKRUPP IND SOLUTIONS AG (DE)
THYSSENKRUPP AG (DE)
International Classes:
F01K3/18
Domestic Patent References:
WO2012174237A22012-12-20
Foreign References:
DE102014214685A12016-01-28
DE3432783A11986-03-13
DE10207627A12003-09-11
US20130047574A12013-02-28
US4576813A1986-03-18
Other References:
RAJUBHAI K. MEWADA ET AL: "Minimisation of exergy losses in mono high pressure nitric acid process", INTERNATIONAL JOURNAL OF EXERGY (IJEX), vol. 17, no. 2, 22 June 2015 (2015-06-22), Olney (UK), pages 192 - 218, XP055467031, ISSN: 1742-8297, DOI: 10.1504/IJEX.2015.069990
Attorney, Agent or Firm:
THYSSENKRUPP INTELLECTUAL PROPERTY GMBH (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Salpetersäure, dadurch gekennzeichnet, dass im Herstellungsverfahren Wärmeenergie, die von einem der Anlagenteile bei dessen Kühlung abgegeben wird, mindestens teilweise über einen thermodynamischen Kreisprozess rückgewonnen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als thermodynamischer Kreisprozess ein ORC-Verfahren (Organic Rankine Cycle), ein Kalina-Cycle-Verfahren oder ein Wärmepumpenprozess eingesetzt wird .

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Wärmeenergie von mindestens einem Absorber (12) der Salpetersäureanlage rückgewonnen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Wärmeenergie von mindestens einem Kühler/Kondensator/Gaskühler (5, 10) der Salpetersäureanlage rückgewonnen wird .

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um ein Eindruckverfahren zur Herstellung von Salpetersäure handelt und Wärmeenergie von mindestens einem Kühler/Kondensator/Gaskühler (5, 10) rückgewonnen wird .

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um ein Zweidruckverfahren zur Herstellung von Salpetersäure handelt und Wärmeenergie von mindestens zwei Kühlern/Kondensatoren/Gaskühlern (5, 10) der Salpetersäureanlage rückgewonnen wird .

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Wärmeenergie von mindestens einem Dampfturbinenkondensator (16) der Salpetersäureanlage rückgewonnen wird .

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die gewonnene Wärmeenergie in elektrische Energie umgewandelt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die gewonnene Wärmeenergie verschiedener Anlagenteile der Salpetersäureanlage jeweils separat über jeweils unterschiedliche thermodynamische Kreisprozesse rückgewonnen wird .

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die gewonnene Wärmeenergie verschiedener Anlagenteile der Salpetersäureanlage jeweils gemeinsam in einem thermodynamischen Kreisprozess rückgewonnen wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die gewonnene Wärmeenergie als Fernwärme genutzt wird .

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Absorber (12) oder ein Kühler/Kondensator/Gaskühler (5, 10) oder ein Dampfturbinenkondensator (16) oder eine andere Abwärmequelle des Salpetersäureherstellungsverfahrens als Wärmetauscher in einem ORC-Verfahren (Organic Rankine Cycle), einem Kalina-Cycle-Verfahren oder einem Wärmepumpenprozess eingesetzt wird .

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das in einem ORC-Verfahren eingesetzte organische Wärmeträgermedium durch die Abwärme des mindestens einen Anlagenteils der Salpetersäureanlage verdampft, danach expandiert wird, eine Turbine antreibt, danach abgekühlt und kondensiert wird, als flüssiges Medium mittels einer Pumpe auf einen erhöhten Druck gebracht und in den Wärmetauscher eingespeist wird .

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das in einem Kalina-Cycle-Verfahren eingesetzte Wärmeträgergemisch durch die Abwärme des mindestens eines Anlagenteils der Salpetersäure teilweise verdampft, danach in einem Separator der Dampf von einer flüssigen Phase getrennt wird, mit dem Dampf eine Turbine angetrieben wird, die flüssige Phase ein Drosselventil durchströmt und mit dem von der Turbine kommenden entspannten Dampf vereinigt wird, das vereinigte Gemisch abgekühlt und verflüssigt wird, danach mittels einer Pumpe auf einen erhöhten Druck gebracht und schließlich dem Anlagenteil zur Verdampfung zugeführt wird .

15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das in einem Wärmepumpenprozess eingesetzte Wärmeträgergemisch durch die Abwärme des mindestens eines Anlagenteils der Salpetersäure verdampft, danach in einem Verdichter verdichtet, in einem Kondensator verflüssigt, mittels einer Drossel entspannt und schließlich dem Anlagenteil zur Verdampfung zugeführt wird .

16. Anlage zur Herstellung von Salpetersäure, dadurch gekennzeichnet, dass zur mindestens teilweisen Rückgewinnung von Wärmeenergie, welche von mindestens einem Anlagenteil der Salpetersäureanlage abgegeben wird, wenigstens dieses eine Anlagenteil mit weiteren Komponenten so verschaltet ist, dass das Anlagenteil und diese weiteren Komponenten Bestandteile eines thermodynamischen Kreisprozesses bilden .

17. Anlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der thermodynamische Kreispro- zess ein ORC-Verfahren (Organic Rankine Cycle), ein Kalina-Cycle-Verfahren oder ein Wärme- pumpenprozess ist.

18. Anlage nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das in den thermodyna- mischen Kreisprozess eingebundene, Wärme abgebende Anlagenteil ein Absorber (12), ein Kühler/Kondensator/Gaskühler (5, 10) oder ein Dampfturbinenkondensator (16) ist.

19. Anlage nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das in den thermodynamischen Kreisprozess eingebundene, Wärme abgebende Anlagenteil als Verdampfer geschaltet ist.

20. Anlage nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das in den thermodynamischen Kreisprozess eingebundene, Wärme abgebende Anlagenteil als Wärmetauscher geschaltet ist.

21. Anlage nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Komponente in den thermodynamischen Kreisprozess eine oder mehrere Komponenten ausgewählt aus der Gruppe umfassend eine Drossel, einen Expander (31), eine Turbine, einen Kühler/Kondensator (32), eine Pumpe (33), einen Verdichter und einen Separator eingebunden ist.

22. Verwendung einer Anlage gemäß einem der Ansprüche 16 bis 21 in einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15.

Description:
Verfahren zur Herstellung von Salpetersäure

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Salpetersäure, bei dem zunächst durch Verdampfung von Ammoniak in mindestens einem ersten Ammoniakverdampfer ein Ammoniakgas erzeugt wird, dieses Ammoniakgas in einer Salpetersäureanlage zu Stickstoffdioxid oxidiert wird und das Stickstoffdioxid danach zur Erzeugung von Salpetersäure in Wasser absorbiert wird, wobei ein nitrose Gase haltiges Restgas aus der Salpetersäureanlage abgeführt und einer Restgasreinigungsvorrichtung zugeleitet wird und in der Restgasreinigungsvorrichtung das nitrose Gase haltige Restgas mit Hilfe von Ammoniak reduziert wird . Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin eine Anlage zur Herstellung von Salpetersäure nach dem vorgenannten Verfahren .

Zur Herstellung von Salpetersäure wird Ammoniak beispielsweise an Platinnetzen zu Stickstoffmonoxid oxidiert und im folgenden Prozess durch (Luft-)-Sauerstoff zu Stickstoffdioxid aufoxidiert. Das Stickstoffdioxid wird im Laufe des Prozesses heruntergekühlt und in einem Absorber im Gegenstrom in Wasser absorbiert, wodurch Salpetersäure entsteht.

Heutzutage kommt der Energieeffizienz einer Salpetersäureanlage im Vergleich zu früheren Jahrzehnten eine große Bedeutung zu. Nach aktuellem Stand der Technik werden große Wärmeenergiemengen beim Salpetersäureprozess an das Kühlwasser abgegeben.

Die Energie des Kühlwassers wird in der Regel über einen Kühlturm an die Umgebung (Atmosphäre) abgegeben . Die an das Kühlwasser abgegebene Energie ist somit zur weiteren Nutzung verloren . In einer Salpetersäureanlage werden typischerweise große Energiemengen am Absorber, am Kühler/Kondensator und am Dampfturbinenkondensator an das Kühlwasser abgegeben.

Als Dokumente des Standes der Technik können DE 34 32 783 AI, DE 102 07 627 AI, WO 2012/174237 A2, US 2013/0047574 AI und US 4,576,813 genannt werden .

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Salpetersäure mit den Merkmalen der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, welches eine Nutzung der Abwärme des Prozesses zur Energiegewinnung ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe liefert ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von Salpetersäure der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass im Herstellungsverfahren Wärmeenergie, die von einem der Anlagenteile bei dessen Kühlung abgegeben wird, mindestens teilweise über einen thermodynami- schen Kreisprozess rückgewonnen wird . Der Ansatz der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, die Abwärme (Energie) des Prozesses bei der Salpetersäureherstellung zur Energiegewinnung zu nutzen, anstatt diese wie bisher dem Kühlwasser zuzuführen .

Als thermodynamische Kreisprozesse zur Rückgewinnung von Wärmeenergie kommen beispielsweise das ORC-Verfahren (Organic Rankine Cycle), das Kalina-Cycle-Verfahren oder ein Wärmepumpenpro- zess in Betracht. Mit Hilfe derartiger Kreisprozesse kann im Salpetersäureprozess ein Teil der Energie zurückgewonnen und z. B. zur Stromerzeugung genutzt werden. Hierdurch wird die Energiemenge, die über das Kühlwasser verloren geht, verringert.

Der Organic Rankine Cycle (Abkürzung ORC) ist ein Verfahren des Betriebs von Dampfturbinen mit einem anderen Arbeitsmedium als Wasserdampf. Als Arbeitsmedium werden organische Flüssigkeiten mit einer niedrigen Verdampfungstemperatur verwendet.

Das Verfahren kommt vor allem dann zum Einsatz, wenn das zur Verfügung stehende Temperaturgefälle zwischen Wärmequelle und -senke zu niedrig für den Betrieb einer von Wasserdampf angetriebenen Turbine ist. Die Entspannungsmaschinen (beispielsweise Turbine, Schraubenexpander, Dampfmotor/Hubkolbenexpander) werden typischerweise mit Silikonöl, Kältemittel oder brennbarem Gas betrieben .

Beim Kaiina Verfahren handelt es sich um eine effiziente Wärmeübertragung auf Basis eines Ammoniak-Wasser-Gemisches.

Eine Wärmepumpe ist eine Maschine, die unter Aufwendung von technischer Arbeit thermische Energie aus einem Reservoir mit niedrigerer Temperatur aufnimmt und zusammen mit der Antriebsenergie als Nutzwärme auf ein zu beheizendes System mit höherer Temperatur überträgt. Der verwendete Prozess ist im Prinzip die Umkehrung eines Wärme-Kraft-Prozesses, bei dem Wärmeenergie mit hoher Temperatur aufgenommen und teilweise in mechanische Nutzarbeit umgewandelt und die Restenergie bei niedrigerer Temperatur als Abwärme abgeführt wird, meist an die Umgebung .

Wärmepumpen werden in der Regel mit Fluiden betrieben, die bei niedrigem Druck unter Wärmezufuhr verdampfen und nach der Verdichtung auf einen höheren Druck unter Wärmeabgabe wieder kondensieren.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird Wärmeenergie von mindestens einem Absorber der Salpetersäureanlage rückgewonnen. Eine Salpetersäureanlage umfasst in der Regel einen Absorber, dem das durch Oxidation von Ammoniak erzeugte NO-Gas über eine Leitung zugeführt wird, wo es dann in Wasser absorbiert wird, so dass Salpetersäure entsteht. Bei diesem Prozess wird Wärmeenergie erzeugt, die bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens mindestens teilweise rückgewonnen werden kann, indem der Absorber in den thermodynamischen Kreisprozess eingebunden wird . Gemäß einer alternativen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Wärmeenergie von mindestens einem Kühler/Kondensator der Salpetersäureanlage rückgewonnen. Das bei der Oxidation von Ammoniak beispielsweise mit Luftsauerstoff entstehende NO-Gas wird bei einer Salpetersäureanlage über eine Leitung in wenigstens einen Kühler/Kondensator eingeleitet, um das Gas abzukühlen bzw. zu kondensieren. Dabei wird von dem Kühler/Kondensator Wärmeenergie aufgenommen, die rückgewonnen werden kann, indem der Kühler/Kondensator in den thermodynamischen Kreisprozess eingebunden wird .

Bei Salpetersäureanlagen, die nach dem Zweidruck-Verfahren arbeiten, sind in der Regel mindestens zwei Kühler/Kondensatoren vorhanden, die beide in einen thermodynamischen Kreisprozess eingebunden werden können. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich aber ebenso gut für Eindruckanlagen, bei denen nur ein Kühler/Kondensator vorhanden ist.

Gemäß einer weiteren alternativen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Wärmeenergie von mindestens einem Dampfturbinenkondensator der Salpetersäureanlage rückgewonnen . In der Regel umfasst eine Salpetersäureanlage mit Dampfturbinenantrieb einen solchen Dampfturbinenkondensator, dessen Aufgabe darin besteht, den austretenden Dampf der Dampfturbine bei Unterdruck zu kondensieren. Die von dem Dampfturbinenkondensator aufgenommene Wärmeenergie kann ebenfalls rückgewonnen werden, indem dieser in einen thermodynamischen Kreisprozess eingebunden wird . An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass sich dieser Absatz nur auf eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens bezieht, da ein Dampfturbinenkondensator in einer Salpetersäureanlage nicht zwingend erforderlich ist. Bei Gegendruckturbinen wird der Dampf z.B. als Niederdruckdampf in ein Dampfnetz eingespeist. Weiterhin kann die Maschine der Salpetersäureanlage mit einem Elektromotor anstatt einer Dampfturbine betrieben werden.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens kann man die Wärmeenergie produzierenden Anlagenteile der Salpetersäureanlage beispielsweise so verschalten, dass die gewonnene Wärmeenergie verschiedener Anlagenteile der Salpetersäureanlage jeweils separat über jeweils unterschiedliche thermodynamische Kreisprozesse rückgewonnen wird .

Alternativ dazu kann man aber auch beispielsweise die Wärmeenergie produzierenden Anlagenteile der Salpetersäureanlage so verschalten, dass die gewonnene Wärmeenergie verschiedener Anlagenteile der Salpetersäureanlage jeweils gemeinsam in einem gemeinsamen thermodynamischen Kreisprozess rückgewonnen wird .

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann beispielsweise die gewonnene Wärmeenergie in elektrische Energie umgewandelt werden.

Alternativ dazu kann beispielsweise auch die gewonnene Wärmeenergie als Fernwärme genutzt werden.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden ein oder mehrere Anlagenteile der Salpetersäureanlage in einen thermodynamischen Kreisprozeß der entsprechende Anlagenteil, beispielsweise ein Absorber oder ein Kühler/Kondensator oder ein Dampfturbinenkondensator oder eine andere Abwärmequelle des Salpetersäureherstellungsverfahrens als Wärmetauscher beispielsweise in einem ORC-Verfahren (Organic Rankine Cycle), einem Kali- na-Cycle-Verfahren oder einem Wärmepumpenprozess eingesetzt wird.

Die erfindungsgemäße Einbindung eines Anlagenteils der Salpetersäureanlage in einen thermodyna- mischen Kreisprozess kann insbesondere erfolgen, indem das in einem ORC-Verfahren eingesetzte organische Wärmeträgermedium durch die Abwärme des mindestens einen Anlagenteils der Salpetersäureanlage verdampft, danach expandiert wird, eine Turbine antreibt, danach abgekühlt und kondensiert wird, als flüssiges Medium mittels einer Pumpe auf einen erhöhten Druck gebracht und in den Wärmetauscher eingespeist wird .

Gemäß einer alternativen Variante der Erfindung kann die Einbindung eines Anlagenteils der Salpetersäureanlage in einen thermodynamischen Kreisprozess beispielsweise erfolgen, indem das in einem Kalina-Cycle-Verfahren eingesetzte Wärmeträgergemisch durch die Abwärme des mindestens eines Anlagenteils der Salpetersäure teilweise verdampft, danach in einem Separator der Dampf von einer flüssigen Phase getrennt wird, mit dem Dampf eine Turbine angetrieben wird, die flüssige Phase ein Drosselventil durchströmt und mit dem von der Turbine kommenden entspannten Dampf vereinigt wird, das vereinigte Gemisch abgekühlt und verflüssigt wird, danach mittels einer Pumpe auf einen erhöhten Druck gebracht und schließlich dem Anlagenteil zur Verdampfung zugeführt wird .

Gemäß einer weiteren alternativen Variante der Erfindung kann die Einbindung eines Anlagenteils der Salpetersäureanlage in einen thermodynamischen Kreisprozess beispielsweise erfolgen, indem das in einem Wärmepumpenprozess eingesetzte Wärmeträgergemisch durch die Abwärme des mindestens eines Anlagenteils der Salpetersäure verdampft, danach in einem Verdichter verdichtet, in einem Kondensator verflüssigt, mittels einer Drossel entspannt und schließlich dem Anlagenteil zur Verdampfung zugeführt wird .

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin eine Anlage zur Herstellung von Salpetersäure, bei der zur mindestens teilweisen Rückgewinnung von Wärmeenergie, welche von mindestens einem Anlagenteil der Salpetersäureanlage abgegeben wird, wenigstens dieses eine Anlagenteil mit weiteren Komponenten so verschaltet ist, dass das Anlagenteil und diese weiteren Komponenten Bestandteile eines thermodynamischen Kreisprozesses bilden .

Vorzugsweise ist bei dieser Anlage gemäß einer Weiterbildung der Erfindung der thermodynamische Kreisprozess ein ORC-Verfahren (Organic Rankine Cycle), ein Kalina-Cycle-Verfahren oder ein Wärmepumpenprozess.

Gemäß verschiedener bevorzugter Varianten der Erfindung kann beispielsweise das in den thermodynamischen Kreisprozess eingebundene, Wärme abgebende Anlagenteil ein Absorber, ein Kühler/Kondensator ein Dampfturbinenkondensator oder ein sonstiger Wärmetauscher sein, wobei auch mehrere dieser Anlagenteile in einen einzigen thermodynamischen Kreisprozess eingebunden sein können . Alternativ dazu können auch mehrere voneinander unabhängige thermodynamische Kreisprozesse vorgesehen sein, in die jeweils eines oder mehrere der genannten Anlagenteile eingebunden sind .

Das in den thermodynamischen Kreisprozess eingebundene, Wärme abgebende Anlagenteil kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung beispielsweise als Verdampfer oder als Wärmetauscher geschaltet sein.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind als weitere Komponente in den thermodynamischen Kreisprozess eine oder mehrere Komponenten ausgewählt aus der Gruppe umfassend eine Drossel, einen Expander, eine Turbine, einen Kühler/Kondensator, eine Pumpe, einen Verdichter und einen Separator eingebunden .

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin die Verwendung einer Anlage mit den vorgenannten Merkmalen in einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Rückgewinnung von Wärmeenergie bei der Herstellung von Salpetersäure, wie es oben beschrieben ist.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen :

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Zweidruckprozesses zur Herstellung von Salpetersäure mit Energierückgewinnung beispielsweise durch das ORC-Verfahren (Organic Rankine Cycle);

Figur 2 eine schematische Darstellung des prinzipiellen Ablaufs eines Organic Rankine Cycle (ORQ- Verfahrens, welches hier zur Rückgewinnung von Wärmeenergie aus einem Anlagenteil einer Salpetersäureanlage eingesetzt wird;

Figur 3 eine weitere schematische Darstellung des prinzipiellen Ablaufs eines Kalina-Prozesses, welcher hier zur Rückgewinnung von Wärmeenergie aus einem Anlagenteil einer Salpetersäureanlage eingesetzt wird;

Figur 4 eine weitere schematische Darstellung einer alternativen Verfahrensvariante, bei der eine Wärmepumpe in einer Salpetersäureanlage eingesetzt wird .

Zunächst wird nachfolgend auf die Figur 1 Bezug genommen und anhand dieser wird eine erste beispielhafte Variante einer möglichen Verschaltung einer Salpetersäureanlage erläutert, bei der erfindungsgemäß ein Energierückgewinnungsprozess, beispielsweise nach dem ORC-Verfahren (Organic Rankine Cycle), dem Kalina-Cycle-Verfahren oder dem Wärmepumpenprozess, vorgesehen ist. Die in dem Schema dargestellte Anlage umfasst einen Maschinensatz 1 , bestehend aus einem Luftverdichter, Expansionsturbine/Expander, Dampfturbine (optional anstatt der Dampfturbine einem Elektromotor) und optional einen NO-Verdichter beim Zweidruckprozess. Der Luftverdichter erzeugt komprimierte Luft, die über die Leitung 2 in einen ersten Anlagenteil 3 der Salpetersäureanlage geleitet wird . In diesem Anlagenteil 3 erfolgt die Oxidation von Ammoniak beispielsweise mit Luftsauerstoff zu Stickstoffoxiden (nitrosen Gasen NOx), wobei das NO-Gas dann über die Leitung 4 in einen ersten Kühler/Kon- densator 5 (Cooler Condenser) geleitet wird . Von diesem ersten Kühler/Kondensator 5 aus wird über die Leitung 6 NO-Gas, im hier dargestellten Zweidruckprozess, zurück zum Maschinensatz 1 gefördert, in diesem Fall zum NO-Kompressor.

Da es sich bei dem in Figur 1 skizzierten Verfahren um die Darstellung eines Salpetersäurezweidruckprozesses handelt, gelangt weiterhin von dem Maschinensatz 1 (NO-Kompressor) aus NO-Gas über die Leitung 7 zu einem zweiten Anlagenteil 8 des Salpetersäureprozesses. Von diesem zweiten Anlagenteil 8 aus wird NO-Gas über die Leitung 9 zu einem zweiten Kühler/Kondensator 10 geleitet. Von diesem zweiten Kühler/Kondensator 10 aus wird das NO-Gas über die Leitung 11 dem Absorber 12 zugeführt, wo es in Wasser absorbiert wird, so dass Salpetersäure entsteht.

Das Restgas aus dem Absorber 12 wird über die Leitung 13 zu einer Restgaserwärmung und Restgas- reinigungsvorrichtung 14 geleitet, von wo aus das Restgas über die Leitung 15 zum Maschinensatz 1 (Restgasexpander) geführt wird, so dass ein Großteil der zum Antrieb des Maschinensatzes benötigten Energie im Expander zurückgewonnen werden kann . Die restliche Energie, die zum Betrieb des Maschinensatzes 1 benötigt wird, wird von der Dampfturbine des Maschinensatzes 1 bereitgestellt.

Von dem Maschinensatz 1 (Dampfturbine) ausgehend führt eine Leitung zu einem Dampfturbinenkondensator 16. Mit dem Bezugszeichen 17 ist eine Vorrichtung bezeichnet, in der Energie mindestens teilweise über einen thermodynamischen Kreisprozess rückgewonnen wird (beispielsweise nach dem ORC-Verfahren, dem Kalina-Cycle-Verfahren oder dem Wärmepumpenprozess). Von dieser Vorrichtung 17 aus wird der Wärmeträger über die Leitung 18 ebenfalls in den Dampfturbinenkondensator 16 geleitet, den der Wärmeträger über die Leitung 19 verlässt, um in den Absorber 12 zu strömen . Von dem Absorber 12 aus führt eine Leitung 20 ab, über die der Wärmeträger zurück zu dem ersten Kühler/Kondensator 5 geleitet wird . Von dem ersten Kühler/Kondensator 5 aus gelangt der Wärmeträger über die Leitung 21 zu dem zweiten Kühler/Kondensator 10. Von diesem zweiten Kühler/Kondensator 10 aus strömt der Wärmeträger über die Leitung 22 wieder zu der Vorrichtung 17, in der Energie zurückgewonnen wird (beispielsweise nach dem ORC-Verfahren, dem Kalina-Cycle-Verfahren oder dem Wärmepumpenprozess). Bei dieser Anlagenkonfiguration ist es daher möglich, dass der Wärmeträger von allen vorgenannten Anlagenteilen, nämlich dem Dampfturbinenkondensator 16, dem Absorber 12, dem ersten Kühler/Kondensator 5 und dem zweiten Kühler/Kondensator 10 jeweils Wärme aufnimmt.

Es sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung viele verschiedene davon abweichende Varianten möglich, die technisch sinnvoll sind . Es ist z. B. möglich alle genannten Anlagenteile (den ersten Kühler/Kondensator 5, den zweiten Kühler/Kondensator 10, den Absorber 12 und den Dampfturbinenkondensator 16) an einen einzelnen Energierückgewinnungsprozess anzuschließen, man kann aber auch jeden dieser Anlagenteile jeweils an einen separaten Energierückgewinnungsprozess anschließen oder auch nur einen einzelnen Anlagenteil an einen Energierückgewinnungsprozess anschließen . Dies bedeutet z.B. dass es für jeden dieser Anlagenteile ein eigenes ORC-Verfahren geben kann, aber auch, dass z.B. verschiedene Anlagenteile mit verschiedenen Energierückgewinnungsverfahren kombiniert werden können, beispielsweise der erste Kühler/Kondensator 5 mit einer Wärmepumpe, während der zweite Kühler/Kondensator 10 mit einem ORC-Verfahren ausgestattet wird . Durch die Kombination verschiedener Verfahren kann sich eine weitere Optimierung in der Energierückgewinnung ergeben .

Figur 2, auf die nachfolgend Bezug genommen wird, gibt schematisch die wesentlichen Komponenten eines ORC-Verfahrens wieder. Wie man sieht, wird dabei das eingesetzte (meist) organische Wärmeträgermedium durch die Abwärme des mindestens einen Anlagenteils 30 der Salpetersäureanlage verdampft, danach in einer Turbine 31 zur Energierückgewinnung expandiert, danach abgekühlt und in einem Kondensator 32 kondensiert, als flüssiges Medium mittels einer Pumpe 33 auf einen erhöhten Druck gebracht und in den Wärmetauscher 30 zur Verdampfung eingespeist.

Der zuvor beschriebene Wärmetauscher 30 in dem thermodynamischen Kreislaufprozess entspricht entweder dem ersten Kühler/Kondensator 5 oder dem zweiten Kühler/Kondensator 10 oder dem Absorber 12, oder dem Dampfturbinenkondensator 16 oder einer anderen Abwärmequelle des oben beschriebenen Salpetersäureprozesses.

Figur 3, auf die nachfolgend Bezug genommen wird, gibt schematisch die wesentlichen Komponenten eines Kalina-Prozesses wieder, welcher gemäß einer möglichen Variante der Erfindung zur Rückgewinnung von Wärmeenergie bei der Herstellung von Salpetersäure angewandt wird . Dabei wird als Wärmeträgermedium beispielsweise ein Gemisch aus Ammoniak und Wasser eingesetzt. Dieses Wärmeträgermedium wird durch die Abwärme des mindestens einen Anlagenteils 30 der Salpetersäureanlage verdampft, danach einem Separator 34 zugeleitet, in dem eine ammoniakreiche Dampfphase von einer flüssigen Phase getrennt wird. Der ammoniakreiche Dampf treibt mit hohem Druck eine Turbine 31 an, während die abgetrennte heiße Flüssigkeit ein Drosselventil 35 durchströmt und schließlich mit dem von der Turbine 31 kommenden entspannten Dampf vereinigt wird. Anschließend wird der Dampf in einem Kondensator 32 kondensiert, als flüssiges Medium mittels einer Pumpe 33 auf einen erhöhten Druck gebracht und in den Wärmetauscher 30 zur Verdampfung eingespeist.

Der zuvor beschriebene Wärmetauscher 30 in dem Kalina-Prozess entspricht entweder dem ersten Kühler/Kondensator 5 oder dem zweiten Kühler/Kondensator 10 oder dem Absorber 12, oder dem Dampfturbinenkondensator 16 oder einer anderen Abwärmequelle des oben beschriebenen Salpetersäureprozesses.

Figur 4, auf die nachfolgend Bezug genommen wird, gibt schematisch die wesentlichen Komponenten eines thermodynamischen Kreisprozesses wieder, welcher gemäß einer weiteren alternativen Variante der Erfindung nach dem Prinzip einer Wärmepumpe zur Rückgewinnung von Wärmeenergie bei der Herstellung von Salpetersäure angewandt wird . Bei dieser Variante wird ein Anlagenteil der Salpetersäure, welcher Wärmeenergie abgibt, als Wärmequelle in dem Wärmetauscher 30 genutzt, um ein Wärmeträgermedium zu verdampfen. Dieses Wärmeträgermedium wird anschließend in dem Verdichter 36 verdichtet, danach in einem Kondensator 32 verflüssigt, dann durch ein Expansionsventil 35 entspannt und schließlich in den Wärmetauscher 30 zur Verdampfung eingespeist. Der zuvor beschriebene Wärmetauscher 30 in dem thermodynamischen Kreisprozess entspricht entweder dem ersten Kühler/Kondensator 5 oder dem zweiten Kühler/Kondensator 10 oder dem Absorber 12, oder dem Dampfturbinenkondensator 16 oder einer anderen Abwärmequelle des oben beschriebenen Salpetersäureprozesses.

Bezuqszeichenliste

1 Maschinensatz, bestehend aus einem Luftverdichter, Expansionsturbine, Dampfturbine (optional anstatt der Dampfturbine einem Elektromotor) und optional einem NO-Verdichter beim Zweidruckprozess)

2 Komprimierte Luft zum Prozess

3 Teil 1 des Salpetersäureprozesses

4 NO-Gas zum Cooler Condenser 1 (Gaskühler 1)

5 Kühler/Kondensator/Gaskühler 1 (Cooler Condenser 1)

6 NO-Gas zum NO-Kompressor

7 NO-Gas zum Salpetersäureprozess Teil 2

8 Teil 2 des Salpetersäureprozesses

9 NO-Gas zum Cooler Condenser 2 (Gaskühler 2)

10 Kühler/Kondensator/Gaskühler 2 Cooler Condenser 2)

11 NO-Gas zum Absorber

12 Absorber

13 Restgas

14 Restgaserwärmung und Restgasreinigung

15 Restgas zum Restgasexpander

16 Dampfturbinenkondensator

17 Thermodynamischer Kreisprozess, beispielsweise ORC-Verfahren (Organic Rankine Cycle), Kalina-Cycle-Verfahren oder Wärmepumpenprozess Wärmeträger in einem thermodynamischen Kreisprozess, beispielsweise ORC-Verfahren (Or- ganic Rankine Cycle), Kalina-Cycle-Verfahren oder Wärmepumpenprozess) Wärmeträger in einem thermodynamischen Kreisprozess, beispielsweise ORC-Verfahren (Or- ganic Rankine Cycle), Kalina-Cycle-Verfahren oder Wärmepumpenprozess) Wärmeträger in einem thermodynamischen Kreisprozess, beispielsweise ORC-Verfahren (Or- ganic Rankine Cycle), Kalina-Cycle-Verfahren oder Wärmepumpenprozess) Wärmeträger in einem thermodynamischen Kreisprozess, beispielsweise ORC-Verfahren (Or- ganic Rankine Cycle), Kalina-Cycle-Verfahren oder Wärmepumpenprozess) Wärmeträger in einem thermodynamischen Kreisprozess, beispielsweise ORC-Verfahren (Or- ganic Rankine Cycle), Kalina-Cycle-Verfahren oder Wärmepumpenprozess) Wärmetauscher Turbine Kondensator Pumpe Separator Drosselventil Verdichter