硝酸工藝流程技術綜述

孫濤

摘 要：硝酸生產工藝的進步能使企業(yè)滿足市場的需求，充分與市場環(huán)境相契合，提升企業(yè)在市場環(huán)境中的競爭力。在液氨原料價格不斷上漲的市場中，只有通過技術進步和工藝流程的優(yōu)化才能夠有效降低成本，而這一問題的突破則需要從提升氨氧化率入手來從根本上解決，因此對硝酸工藝流程的研究具有非常重要的現(xiàn)實意義。

關鍵詞：硝酸工藝;流程;技術

硝酸工藝流程的發(fā)展為減輕環(huán)境污染、合理利用資源提供了高水平、高質量方案，同時促進了行業(yè)和相關企業(yè)的發(fā)展，也使得我國的硝酸生產工藝在世界工業(yè)市場上占據(jù)了一席之地。常用的硝酸生產方法有很多，諸如常壓法、中壓法、雙加壓法、全高壓法等，但無論是哪一種工藝方法，其基本原理均是相似的，即通過催化劑條件下氨氣與空氣的氧化反應首先生成一氧化氮，而后將一氧化氮氧化為二氧化氮，最后與水混合形成硝酸。這一流程看似簡單，但實際操作起來非常復雜，其涉及到的工藝流程步驟繁多，原材料質量、生產安全性能等也是需要注意的問題。

1 影響硝酸生產效率因素

影響硝酸生產效率的主要因素有催化劑種類、反應過程中的環(huán)境溫度、壓力、時間，以及參與反應的原材料的氨氣和空氣純凈度等。這些因素與氨氧化率均有著直接或間接的關系，而且對其影響所占的比例也是不一樣的，在實際生產過程中要具體問題具體分析，切不能一概而論。

1.1 催化劑

催化劑是加速氨氧化率的重要因素之一，當前常用的催化劑為鉑網催化劑，該催化劑具有催化活性高、選擇性強、制作方便、使用量少等優(yōu)點，因此在石油化工行業(yè)中具有重要的作用。氨氧化率與鉑網催化劑活性成正比關系，而后者活性則主要受本身質量、反應條件、活性表面積等條件控制。在實際工業(yè)生產中，氨氣與空氣在銠絲網催化劑、環(huán)境溫度為850～900℃的條件下反應會生成一氧化氮和水，進而發(fā)生后續(xù)發(fā)生制成硝酸。鉑催化劑中毒之后可以通過特殊處理恢復其活性，而完全失去活性的則可以通過酸溶等形式回收其中的金屬鉑進而循環(huán)利用。

1.2 環(huán)境變量

反應過程中所涉及到的環(huán)境變量主要有溫度和壓力，在上文也提到了一氧化氮生成的溫度，因此溫度控制也是加速氨氧化率的重要因素。但是，溫度并不是越高越高，在一定范圍內，溫度升高可以加速反應速度，但一旦超過某一閾值，除了會加速氨氧化反應外還會加速副反應效率，造成催化劑的大量消耗，不利于反應速率的穩(wěn)定性和持續(xù)性。氨氧化的過程中，體積不斷增大，壓力也隨之增大，壓力的升高能夠在一定程度上提升鉑網的強度，延長其使用壽命，并提升硝酸產量，但過大的壓力會抑制反應的進行，因此需要對空氣壓縮機進行嚴格控制。控制好溫度和壓力這兩個環(huán)境變量對提升氨氧化率具有重要作用。

1.3 原材料純凈度

液氨和空氣的純凈度對氨氧化率的影響也是較為顯著的，其中，空氣純凈度對反應速率的影響體現(xiàn)在：當空氣中含有較多的雜質，特別是含有二氧化硫、二氧化硅、硫化氫等物質使，極容易使鉑網中毒，降低反應速率。因此，要盡量提高原料（主要是液氨和空氣）的純凈度，使二者混合達到較好的效果，進而提升氨氧化率。

2 硝酸生產關鍵技術

雙加壓工藝是當前較為常用的稀硝酸成產方式之一，其由法國GP公司研制而成。雙加壓主要體現(xiàn)在中壓和高壓的結合上，其中前者為氨氧化過程的壓力，而后者則為氮氧化物吸收過程的壓力。生產流程如下：首先，由合成氨系統(tǒng)提供液氨來源，液氨流經蒸發(fā)器之后變?yōu)?.52MPa的氣態(tài)氨，氨過熱器將氣態(tài)氨加熱至100℃左右再由過濾器去除其中混合有的部分雜質，進而與空氣混合并均勻分布在安置在氨氧化爐頂部的鉑網上，鉑網具有催化作用，在此發(fā)生氮氧化物的氧化還原反應，反應溫度為860℃，反應后生成的高溫氮氧化物氣體經過回收、冷卻、加壓，最后進入硝酸吸收塔與水混合生成硝酸。

由于市場需求的不同，生產時需要注意硝酸的濃度和pH值，同時還要注意對環(huán)境的保護，特別是需要格外注意尾氣的處理，切忌為了方便、節(jié)約成本而隨意排放尾氣，對環(huán)境造成不良影響。另外，由于硝酸的強腐蝕性和氧化性，需要嚴格控制生產材料和設備質量，特別要注意防腐蝕問題，合成裝置耐腐蝕材料的選擇要根據(jù)相關規(guī)范進行，工業(yè)生產中一般選用含碳量較低的不銹鋼。濃硝酸生產中，常以高硅鑄鐵為原材料生產設備儀器，也有國外的特氟龍、搪玻璃等。以聚四氟乙烯為材料的塔內件搭建而成的濃縮塔具有密閉性好、耐腐蝕性強等優(yōu)點，使得現(xiàn)場的工作環(huán)境和安全性有了極大提升。國內還需要加強對碳化硅換熱器的研發(fā)和創(chuàng)新力度，進而打破國外技術壟斷，進一步降低生產成本，努力打造高國產化的硝酸生產行業(yè)。

3 結語

我國是硝酸生產和消耗的大國，總體上講我國硝酸生產工藝技術已經有了非常明顯的進展，但仍與世界上一些發(fā)達國家有較大的差距，因此我們要不斷進行工藝流程的創(chuàng)新和應用，結合市場特點和政策特點（特別是環(huán)境政策），繼續(xù)推動雙加壓和高壓法等先進工藝技術的推廣和應用，響應綠色節(jié)能的要求，在保護生態(tài)環(huán)境的基礎之上進一步降低生產成本，提升企業(yè)的經濟效益。

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