高濃度稀硝酸新工藝的開發與應用

O 張艷萍 景雙伍 柴向陽 郭媛媛

(天津華景化工新技術開發有限公司 天津 300400)

高濃度稀硝酸新工藝的開發與應用

O 張艷萍 景雙伍 柴向陽 郭媛媛

(天津華景化工新技術開發有限公司 天津 300400)

以空氣和液氨為原料，在新型氨氧化爐鉑網上發生氧化反應生成NO氣體，通過一系列的換熱器換熱生成NO2氣體進入吸收塔，在吸收塔塔板上被水吸收生成稀硝酸。此方法為雙加壓法生產高濃度(68%(wt))稀硝酸的新型工藝流程。本文對該工藝的技術先進性進行闡述，該技術具有低消耗、低排放、能量回收率高，負荷擴展性好的特點，是最先進、最可靠、最環保的技術，對于下游的產品具有很好的適用性。

68%(wt)稀硝酸；雙加壓法；高濃度；先進性

引言

硝酸是基本化學工業的重要產品之一，用途廣泛，經過上百年的發展，已成為一個技術成熟、設計合理、產品規格齊全、能源綜合利用、環保達標的工業體系。

在硝酸工業快速發展的過程中，雙加壓法工藝以其技術先進可靠、生產規模大、能耗低、綜合經濟指標優等特點，成為眾多企業新上硝酸裝置的首選工藝。雙加壓法氨的氧化采用0.35-0.4MPa(G)的壓力，氮氧化物的吸收采用1.0-1.2 MPa(G)的壓力，此方法對工藝過程更為適用，吸收率高，酸濃度達到60%。我們對傳統的雙加壓法硝酸技術進行了改進優化，酸濃度可達68%以上，同時做到氨耗低，自產蒸汽量提高，尾氣排放控制在50～100ppm之間，此優化技術是最徹底的清潔生產技術，能量回收綜合利用合理，是最具發展的流程。

一、工藝流程簡述

雙加壓法稀硝酸工藝技術流程包括：液氨蒸發；氣氨氧化；空氣及NOx氣體壓縮；熱能回收；氧化氮吸收等工序。

原料液氨經過液氨過濾器和液氨除油器除去液氨中的機械雜質和油，送入氨蒸發器A和B，大部分液氨在氨蒸發器A中蒸發，剩余的液氨在氨蒸發器B中蒸發。蒸發產生的氣氨送至氣氨過濾器進一步除掉氣氨當中的油和水后，進入氣氨過熱器，過熱的氣氨進入氨空氣混合器與一次空氣混合，再去氨氧化反應器（氧化爐-廢熱鍋爐）。氧化空氣經空氣入口消音器，再經空氣過濾器然后入空氣壓縮機。壓縮后空氣進入溫度恢復器、空氣冷卻器，在空氣冷卻器中將空氣中的水冷凝出來，干燥后的空氣分為一次和二次空氣兩股氣流：一次空氣去溫度恢復器與總空氣換熱后進入氨空混合器，二次空氣去吸收工序。

氨-空氣混合氣進入氨氧化爐并均勻分布于鉑網上，進行氧化反應，氨氧化反應所釋放出的熱量及氨-空氣混合氣的顯熱使氣體溫度升至860～880℃，此氣流經安裝在氨氧化爐下部的廢熱鍋爐以回收熱量。

出廢熱鍋爐的氧化氮氣體流經串聯的尾氣再熱器，再經節能器，當溫度降低時，混合氣中的NO逐漸氧化為NO2，氧化氮氣進入冷凝分離漂白器用冷卻水冷卻，部分NO氣在此與冷凝水反應生成稀硝酸，由稀酸泵把稀酸送入吸收塔相應濃度塔板，二次空氣在二次空氣加熱器中被NOx氣體加熱后送入漂白塔底部。從冷凝分離漂白器分離后的氧化氮氣體，在氧化氮氣壓縮機中壓縮后，進入二次空氣加熱器、尾氣預熱器冷卻，再進入高壓反應水冷凝器中進一步冷卻，氧化氮氣送入吸收塔底部，在吸收塔塔板上被水吸收而生成硝酸。

生成硝酸所需的工藝水由工藝水泵送至吸收塔頂部塔板，吸收塔塔板間裝有冷卻盤管以移走吸收熱和氧化熱，通過水吸收后在吸收塔底收集的酸濃度為68%左右，然后將此酸送入漂白塔頂部塔板，并在漂白塔底部通入二次空氣提出溶解的NOx氣體以完成漂白過程。經漂白的成品酸含HNO2＜0.01%。

由吸收塔頂來的尾氣送到尾氣分離器以除去夾帶的霧沫，然后經尾氣預熱器及尾氣再熱器，將尾氣加熱后進入尾氣膨脹機，在此可回收總壓縮功的60%左右，尾氣中含NOx≤200ppm(v)，經氨還原反應器進行氨還原反應后尾氣中含NOx≤100ppm(v)，尾氣通過尾氣排氣筒排入大氣。

二、高濃度68%（wt）稀硝酸的技術先進性

1.空氣過濾器優化設計

空壓機入口空氣過濾器采用四級立式型式過濾器，空氣從過濾室頂部四周被吸入，自上而下垂直依次進入一、二、三級各級濾袋，各級濾袋所承受的力主要是向下和周側，濾袋各處受力是均勻的。空氣經第三級出來到第四級精過濾，第四級為箱式紙板過濾。該過濾器具有結構簡單，設計緊湊，占地面積小，空氣阻力小，使用壽命長，運行成本低，空氣凈化質量高等特點。

2.空氣除濕技術

在南方地區雨季多，空氣濕度大，硝酸工藝的原料空氣中的水分如果不能有效去除，將直接進入生產工藝系統，稀釋硝酸的濃度。高濃度稀硝酸技術設計了空氣除濕系統，利用空氣恢復器和空氣冷卻器兩臺設備將空氣中的水分冷凝分離出來，流程設計理念科學合理，實際運行除濕效果也非常明顯，運行費用僅僅是消耗了少量的循環水。

3.新型“氧化爐-廢熱鍋爐”設計

我們目前設計的新型“氧化爐-廢熱鍋爐”換熱管結構型式采用盤管式結構型式代替傳統的蛇管結構型式，從設計上徹底解決了高溫氧化氮氣體走短路現象的發生，氨氧化反應熱能回收效果好，熱能回收效果好帶來的主要好處是：自產蒸汽量多，氨氧化反應熱幾乎全被鍋爐水拿走變成蒸汽，最大限度回收氨氧化的反應熱，同時徹底解決廢熱鍋爐的爆管問題。同時，針對國內生產廠家普遍存在的設備氣體分布不均勻、鉑網邊緣和大法蘭泄漏、觸媒框和分布器變形等問題上，我們都做了優化設計。

4.冷凝分離漂白器設計

幾十年來國內外硝酸裝置的低壓反應水冷凝器設備都存在運行短時間嚴重腐蝕的問題，該腐蝕主要存在兩個方面：一是“間隙腐蝕”；二是“高溫冷凝酸的腐蝕”。我們將原傳統工藝中的臥式低壓反應水冷凝器和NOx氣體分離器合二為一，設備設計為立式放置后相對會減小間隙腐蝕的程度和時間，同時改變管子與管板的焊接方式，消除了管子與管板孔的間隙，從設計角度解決間隙腐蝕的問題。正常生產情況下該臺設備頂部不斷有大量低溫冷凝酸噴入，并沿管壁流下，起到降膜式換熱器的作用，即內管壁始終有低溫冷凝酸成膜流下，起到保護換熱管的目的，高溫冷凝酸在管子中央生成，不直接與管子內壁接觸，從而達到徹底解決高溫冷凝酸對換熱管內壁的腐蝕問題。

NOx氣體進入分離器，分離后進入NOx壓縮機，同時從漂白塔過來的二次空氣即使帶液，經該分離器后也不可能有酸霧滴帶入NOx壓縮機，對壓縮機造成腐蝕。我們設計了漂白段提出系統冷凝酸中含有的大量NOx氣體，如果此部分NOx氣體隨冷凝酸一起進入吸收塔中部，便浪費了其下部吸收塔盤的吸收作用。

5.新型吸收塔的設計

與傳統硝酸裝置吸收塔設計理念完全不同，此設備依據在吸收塔中各層塔板上NO2的吸收反應熱不同、NO的氧化度不同合理設計各層塔板間距，從而使在NO2的吸收過程中產生的NO得到充分氧化，確保氧化氮氣體進入吸收塔后達到一個最高的吸收率。

閉路循環水系統分為兩段進入吸收塔，上下兩段水串聯使用，在確保吸收反應熱被充分取走的前提下，力爭最小的循環水量。實際理論分析和實踐證明，吸收塔的反應熱并不是自下而上依次減少，在新型盤管設計中，根據每層塔板上的實際反應熱設計盤管數量，使NO2的吸收率得到最大提高，吸收尾氣排放濃度得到最大限度降低。同時考慮到NOx氣體的深度冷卻和NO的深度氧化問題，吸收塔底部塔板間距設計增大，塔下部出酸部位設計為兩個出酸口，提高NO的氧化空間并且使成品酸濃度提高。

6.二合一設備立式設計

將原傳統流程中的尾氣預熱器和高壓反應水冷凝器合二為一立式設計，更好的解決了尾氣預熱器的腐蝕問題、NO氧化度低的問題以及設備投資問題。

7.氨還原反應器設計

氨還原反應器的設計充分考慮到阻力等問題，其觸媒層改進其他設計單位單層觸媒，阻力大、設備直徑大、占地面積大等劣勢，我們設計的該臺設備觸媒層為雙層觸媒，具有阻力小、設備直徑小、占地面積小等優勢。

三、結論

“高濃度（68%（wt））雙加壓法稀硝酸生產工藝技術”是目前最先進、最可靠、最環保的技術，適用于國內有濃硝酸、硝酸銨、硝酸磷肥、硝基苯-苯胺、己二酸、硝酸鉀等硝酸鹽產品以及硝基復合肥產品的生產企業。該生產技術在國內很多廠家得到了廣泛的應用，具有低消耗、低排放、能量回收率高，負荷擴展性好的特點，給企業帶來的經濟效益、環保效益和社會效益都是非常明顯的。我們還需要不斷積累生產經驗，不斷總結，相信該工藝技術在我國會有更好的發展。

[1]化工部化工設計公司，氮肥工藝設計手冊.硝酸、硝酸銨[M].北京:化學工業出版社，1983.

[2]景雙伍，王以貴，趙瑞生等.硝酸生產用四級空氣過濾器:中國，0403880.9 [P].2012.05.30.

[3]景雙伍，劉建國，趙瑞生等.硝酸生產用氨氧化熱回收器:中國，0405406.X [P].2012.05.30.

[4]景雙伍，柴向陽，鄭麗利等.硝酸生產用冷凝分離漂白器:中國，0405727.X [P].2012.07.11.

The Development and Application of New Technology for High Concentration dilute nitric acid

Zhang Yanping, Jing Shuangwu, Chai Xiangyang, Guo Yuanyuan
( H.J.CO.,LTD(China) of New Technology Development in Chemical Industry,Tianjin,300400)

Using air and liquid ammonia as raw materials, oxidizing reaction which is happened in the platinum net of the new type ammonia oxidation reactor to produce NO. NO2is produced by a series of heat exchangers and transfers into the absorption tower, then it generates dilute nitric acid which is absorbed by water on the absorber plate. The dual pressurized method to produce high concentration (68% (wt)) of dilute nitric acid is a new type of process flow. The technology advancement of the process is elaborated in this article, the technology which has the characteristic of low consumption, low emission, high energy recovery rate and the load adaptability, is the most advanced , the most reliable and the most environmentally friendly technology, and it has a good applicability for downstream products.

s：dilute nitric acid of 68% (wt)；the dual pressurized method；high Concentration of dilute；advancement

T

A

張艷萍（1981～），女，天津華景化工新技術開發有限公司，研究方向：硝酸、硝酸鹽、硝基復合肥。景雙伍（1961～），男，天津華景化工新技術開發有限公司，研究方向：硝酸、硝酸鹽、硝基復合肥。柴向陽（1968～），男，天津華景化工新技術開發有限公司，研究方向：硝酸、硝酸鹽、硝基復合肥。郭媛媛（1985～），女，天津華景化工新技術開發有限公司，研究方向：硝酸、硝酸鹽、硝基復合肥。