我國硝酸工業(yè)生產技術新進展研究

岳雅男

（1.太原理工大學 化學化工學院，山西 太原 030024；2.山西天脊煤化工集團有限公司，山西 潞城 047507）

硝酸工業(yè)生產擁有比較長的歷史，早期使用硝石作為生產原料來生產硝酸，這種工業(yè)生產硝酸的方法持續(xù)了一段時間，直到工業(yè)合成氨技術的誕生， 氨氧化法一直成為近代硝酸工業(yè)生產采用的主要方法。 世界上首座電弧法生產硝酸工廠在挪威投入生產，隨后我國也積極引進了一些國外的硝酸工業(yè)生產技術，不久就在國內建立了幾十套全高壓和雙加壓裝置。 如今國內硝酸工業(yè)呈現(xiàn)種類繁多、規(guī)模不等局面，不僅掌握了硝酸的生產技術，而且也具備了工廠設計和設備制造的能力，在國際上占有一定的地位。

1 我國硝酸生產技術的現(xiàn)狀分析

二十世紀七八十年代，硝酸工業(yè)在全球性產業(yè)中經(jīng)過了一次大的洗禮，發(fā)達國家開始意識到環(huán)境保護的重要性，對硝酸工業(yè)生產中的氮氧化物的排放提出了更高的要求， 我國硝酸工業(yè)也受到外國產業(yè)政策的沖擊， 使得國內很多硝酸生產裝置企業(yè)紛紛倒閉。 另外由于產業(yè)升級，傳統(tǒng)的硝酸工業(yè)生產原料的改變使得硝酸銨產品迅速下降，從而也很大程度影響硝酸的產量。 據(jù)統(tǒng)計我國目前擁有硝酸工業(yè)生產能力的企業(yè)不到150 家。

隨著機械制造水平的提高和催化劑技術的快速發(fā)展，硝酸工業(yè)的生產基本實現(xiàn)了經(jīng)濟技術指標先進化和控制自動化。 在硝酸發(fā)展史中，不同時期的工藝也會有所不同，因此也就產生了很多不同的工藝生產流程。

硝酸生產中最關注的就是工藝流程， 經(jīng)過多年的總結分析，判斷一個流程是否先進主要從生產原料、生產規(guī)模、經(jīng)濟技術指標和操作費用等方面考慮。 這其中最重要的指標就是氨的消耗，因為它占據(jù)整個生產成本的85%，所以提高氨的利用率對硝酸工業(yè)生產是有非常重要的作用。

2 硝酸工業(yè)生產中幾種常見的幾種工藝方法分析

2.1 常壓法和綜合法

這兩種方法都是常壓的情況下進行的，而且工藝的優(yōu)點是補充了在加壓的情況下氨轉化率等問題， 缺點就是常壓下吸收不夠充分。 考慮到這兩種方法的工業(yè)生產效率和質量，目前國內大批量生產都不使用這種方法， 只有一些小作坊在使用這種傳統(tǒng)方法。

2.2 全中壓法

工業(yè)生產是在0.5MPa 左右情況下進行氨的氧化和氮氧化物的吸收來制備硝酸， 這種生產工藝的優(yōu)點是流程比綜合法簡單、投資少、能量還可以部分回收、不需要壓縮機，缺點就是生產強度仍然很低，尾氣排放需要處理否則會對環(huán)境造成污染。 全中壓法早期在20 世紀30年代我國曾使用過這種工藝， 如今也被淘汰了。

2.3 全高壓法

工業(yè)生產是在0.9MPa 左右情況下進行氨氧化物和氮氧化物的吸收來制備硝酸， 這種工藝和全中壓法相比有很多相似的地方。 全高壓法最主要的優(yōu)點是特種鋼材用量比較小、產品濃度高、生產強度大、對環(huán)境產生的污染程度小，缺點就是氨氧化率很低，催化劑使用量大使得生產成本提高很多。

2.4 雙加壓法

這種工業(yè)制備硝酸的方法兼?zhèn)淞巳袎悍ê腿邏悍ǖ膬?yōu)點， 并且在條件允許情況下可以使用更高的壓力使氮氧化物充分吸收。 在鉑催化劑損耗程度上來說非常接近綜合法，但是雙加壓法的生產成本低、生產強度大、尾氣氮氧化物含量低等優(yōu)點使得雙加壓法在國際上普遍采用這種工藝法制備硝酸。 然而這種工藝的缺點就是整個制備流程過于復雜、 對設備的制造要求高。

3 雙加壓法制硝酸的特點分析以及在我國的發(fā)展前景

目前國內外采用的基本是雙加壓法制備硝酸，下面主要對雙加壓法的工藝特點進行分析并探討這種方法制備硝酸在未來的發(fā)展前景。

3.1 氮利用率高

在氧化爐上設計獨特的氣體分布器，消除渦流，改變氣體流向，再通過一層多孔分布器讓氣體均勻分布在鉑網(wǎng)的表明，控制溫度使網(wǎng)面上的溫度差小于6℃，從而有效提高氨氧化率。

3.2 催化劑消耗低

在氮氣和空氣混合進入氮氧化爐之前采用獨特的混合器是氣體充分混合， 另外氮氧化爐專門采用了獨特設計的氣體分布器使得混合氣體均勻分布在鉑網(wǎng)的表面，減少鉑的損失。

3.3 吸收率高

在硝酸生產工藝過程中使用較高的壓力會使NO 的氧化速度加快， 而逐步將壓力提高到1MPa 左右能加快NO 的氧化速度，在系統(tǒng)的設備和管道里氧化，能夠使進入吸收塔的NO 氣體氧化速度達到85%以上，同時酸的平衡濃度也能達到很高。另外雙加壓法在工藝上不設氧化塔，可以在吸收塔入口氧化，氧化度能高達97%，從而也保證了比較高的吸收率。

3.4 成品硝酸濃度高

由于工業(yè)生產硝酸工藝中采用了高壓，可以大大提高了氨的吸收效率，最終轉化為硝酸成品，經(jīng)過檢測硝酸濃度基本可以達到65%以上，同時也能滿足工業(yè)其他當面的應用需求。

3.5 尾氣氮氧化物含量低

生產工藝中尾氣中氮氧化物的含量跟吸收反應過程的壓力是有一定的比例關系，所以提高吸收塔的壓力是很有必要的。當吸收壓力提高到1.35MPa 時尾氣中當氧化物可以減少到最低程度基本不會造成環(huán)境污染。

雙加壓法在我國投入硝酸工業(yè)生產以及有將近20年的歷史，但是總體上來說發(fā)展進程還是很慢，最近幾年國家的經(jīng)濟高速增長帶動了硝酸下游產業(yè)的發(fā)展使得硝酸工業(yè)迅速發(fā)展。 過去因為很多企業(yè)在資金上存在問題只能購買國外的二手裝置。但是近些年隨著企業(yè)實力的不斷增強和企業(yè)滿足環(huán)保方面的要求，國產機的性能也逐步改進，價格上有很大的優(yōu)勢。同時能源、液氨等價格也很大程度上提高， 雙加壓法的工藝優(yōu)點得到大部分生產企業(yè)的認可。

4 如何促進我國硝酸工業(yè)取得新的進展提出幾點發(fā)展建議

4.1 以工業(yè)園區(qū)為主導，建設大型硝酸生產裝置

在硝酸工業(yè)生產中一個首要解決的就是企業(yè)硝酸生產規(guī)模問題，主要表現(xiàn)在兩個方面：第一，有些硝酸生產企業(yè)的硝酸產能是根據(jù)該企業(yè)下游產品的需求來配置的。 第二，有些企業(yè)沒有下游產品，主要是對外銷售硝酸。 這兩張情況下硝酸的生產規(guī)模都很小，對于沒有下游產品的硝酸企業(yè)，在硝酸銷售淡季很容易出現(xiàn)虧損的現(xiàn)象。 所以，以工業(yè)園區(qū)為中心來建立160kt/a 的硝酸裝置是比較劃算的， 無論從投資成本考慮還是從檢修費和運行費考慮，都是能夠給企業(yè)帶來很大的收益。

4.2 積極創(chuàng)新，提高科技促進硝酸工業(yè)發(fā)展速度

從我國自主研發(fā)硝酸生產裝置后，我國相繼在內地建設了幾種不同規(guī)模的硝酸生產裝置， 但是這些裝置建設都是基于大量人力和資金的發(fā)展模式，所以，為了促進我國硝酸工業(yè)取得新的進展， 我們應該聯(lián)合國內硝酸生產具有優(yōu)勢的企業(yè)和研究單位，組建一個硝酸生產技術創(chuàng)新集體，共同探索、研發(fā)出新的硝酸生產工業(yè)和生產技術，不斷改革舊的生產工藝，朝著綠色環(huán)保的方向發(fā)展，提高企業(yè)的綜合競爭力。

4.3 制定合理的硝酸工業(yè)生產標準

為了能夠使得硝酸工業(yè)生產能夠健康、快速發(fā)展，制定合理的硝酸工業(yè)生產標準是非常有必要的， 可以從以下幾個方面開展：第一，生產方法選用目前最先進的雙加壓法生產工藝。 第二，硝酸工業(yè)生產建設規(guī)模首要考慮大型化裝置。 第三，在硝酸產品能耗方面做到符合行業(yè)規(guī)定的能源消耗標準。 第四，硝酸生產過程中排放的氮氧化物要符合國家硝酸工業(yè)污染物排放標準。

5 結語

綜上所述，過去的十年由于中國產業(yè)受到外國產業(yè)政策的沖擊，使得我國硝酸工業(yè)生產處在一個高速發(fā)展的階段，硝酸生產能力在十年期間也得到了顯著的提高， 在硝酸產量不斷增加的同時，硝酸工業(yè)生產技術也在不斷的革新，生產水平多樣化。我國的硝酸工業(yè)雖然在近十年來發(fā)展趨勢良好， 但是跟國際上相比我們還有很大的差距，我們需要從自身情況去考慮，完善自己，敢于淘汰一些落后的且高消耗的生產工藝，不斷探索創(chuàng)新新的硝酸工藝技術，確保我國的硝酸工業(yè)能夠健康穩(wěn)定發(fā)展，建設一個低消耗、高產量、環(huán)境友好型的硝酸工業(yè)藍圖而不懈奮斗，這也將是我們未來共同研究的一門課題。

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[3]施全根.我國雙加壓法稀硝酸的現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J].中氮肥，2004（05）.