雙加壓法稀硝酸生產工藝技術應用研究

任思光

（山東聯合豐元化工有限公司，山東 棗莊277400）

我國硝酸工業為提升生產效率、擴大生產規模、壓縮生產成本，在上世紀90年代開始逐步引進先進的雙加壓法稀硝酸生產工藝，與國外持有技術專利的化學公司進行了稀硝酸生產工藝技術領域的交流協作，共同研究開發高效率的稀硝酸制造工藝，在近年來取得了可喜的成果，新世紀以來我國硝酸工業逐步擺脫了依賴于歐美國家公司技術支持的落后狀態，已經有能力獨立自主研發生產設備，全面改進了制酸工藝，對傳統的稀硝酸生產制造流程進行了合理調整，我國科研工作者和技術工人有效排除解決了雙加壓法硝酸設備在生產過程中發生的各類故障問題，改進了原有設計缺陷，降低了能耗水平，減少了污染排放量。現階段我國稀硝酸制造工藝已經處于國際領先水平，但是新型生產設備在使用過程中仍然暴露出很多必須及時改進的設計問題，例如尾透能耗較高、蒸汽鍋水汽分離效率較差等，此類生產設備設計問題有待技術人員改進。

1 雙加壓法稀硝酸生產工藝技術的基本特征

1.1 一體化“四合一”機組，安裝快捷方便，節能高效

雙加壓法稀硝酸生產工藝中，“四合一”機組是整個生產裝置的核心，采用一體化鋼結構鏈接空氣壓縮機、尾氣透平機等重要技術設備，在現場實裝前可對該設備進行提前調試，全面測試其運行穩定性[1]，“四合一”機組相比傳統硝酸制造設備而言，安裝精度更高，內部元件結合的更加緊密。近年來國內陜鼓對尾氣透平技術研究、氧化氮和軸流壓縮機匹配性研究取得了較大進展并獲得了較為成功的應用，進一步提高了硝酸生產的綜合水平。

1.2 稀硝酸制造品質較好，生產效率高

在化合反應過程中施加較強的壓力，能夠極大地加快氧化速度，我國科研工作者在生產設備設計過程中調整了管道排氣效率，使得氣體氧化度獲得進一步提升[2]，新型雙加壓法稀硝酸制作工藝還改進了氣體冷卻方法，利用化合物蒸發形成的水分進行冷卻，以此確保較高的吸收率，該生產工藝制造出的稀硝酸品質較好，濃度有了不小提升。

1.3 廢氣排放量小，對自然環境傷害較小

隨著雙加壓法硝酸生產工藝的不斷改進，對氨與氮氣等原材料進行高壓處理，硝酸的純度得到保證，而外部施加的高壓能夠有效控制化合反應所產生的廢物NoX量，強化反應效果[3]，提升一氧化氮吸收量，充分提高尾氣處理效率，將廢氣排放量限制在國家制定的安全標準以內，推動了可持續環保化學工業建設。

1.4 生產成本較低，對氨和鉑的消耗較少

使用雙加壓法制造稀硝酸能夠極大提升化合物轉化效率，減少對原材料的消耗。生產者利用現代化的生產工藝技術改變氣體分布，在氧化爐內安裝溫度調節設備，通過在設備內部對氣體流向的精確控制和對溫差的實時調節讓原材料進行充分融合，保證了化合反應的效果，原材料使用效率獲得提升，降低了稀硝酸生產對鉑和氨的消耗量，如上幾點所述，使用雙加壓法生產稀硝酸工藝不僅具備較高的經濟效益，還有著不可估量的環保節能效益。

2 現階段使用雙加壓法生產稀硝酸過程中出現的主要問題及相應改進措施

2.1 設備長期受到高溫冷凝酸液腐蝕，沒有相應的改進措施

傳統的稀硝酸生產過程中技術設備容易遭受酸液和廢氣的腐蝕造成損壞，這種腐蝕縮減了設備的使用壽命和稀硝酸生產效率，現階段我國硝酸工業在日常生產中所使用的設備并沒有對冷凝酸的腐蝕具備相應的防護效果，設備內部的管板間縫隙較大，化合物質聚集沉積對換熱管道進行長期縫隙腐蝕和點腐蝕，國內的部分廠商沒有意識到設備高速老化的原因，沒有對設備進行定期維修保養，造成較大的生產安全隱患。工廠管理者應當組織工人在停工期間對硝酸制造設備的內部管道和管板使用酸液進行清洗，有效去除管道內部積累的污垢。設計者還可改進設備的氣體進出管道，使用多條管道傳輸冷卻水，做好廢氣分流，避免管道沉積污垢。

2.2 鉑網受塵埃和廢氣沾染腐蝕造成設備停車

近年來某些工廠在投入稀硝酸生產一段時間后，硝酸的整體產量和濃度都出現了不明原因的下降，原材料的消耗量則逐步增加，在對生產設備進行整修過程中，維修者發現鉑網受到了塵垢污染，網上的積灰嚴重影響了反應速率和效果，致使硝酸濃度明顯降低。個別工廠位于沙暴災害頻發或大氣污染嚴重地區，沒有對鉑網進行定期酸洗，就無法保證制酸質量和產量。為解決此類問題，工廠的管理者必須在現有過濾設備沒有效果的情況下增添更多的空氣過濾設備，盡早改變鉑網受污染造成不定期停工維修的現象。還可改進裝置的空氣過濾模式，設置多級過濾網和過濾袋，在液氨進行蒸發之前利用高效的過濾設備（磁過濾設備、箱式過濾器等）進行提前處理，以此保證化合物過濾效果，工廠必須定期檢查鉑網受污染程度，清洗或更換過濾設備，清除鉑網上沾染的雜質，使用氮氣清理管道內壁，以此避免酸液腐蝕。

2.3 由于場地設施限制無法穩定生產

我國部分地區的稀硝酸生產受到基礎設施建設不足的困擾，供電時間有限、電壓不穩定，生產安全得不到保障，生產效率和生產時間受到限制，在用電高峰期因耗電量過大，對當地電網造成極大壓力，經常超出最高電力荷載，極易導致斷電現象發生，工廠的生產因此被迫中途停止，大量原材料被浪費，設備內部殘余化合物處理困難，為接下來的稀硝酸生產造成了極大阻礙。面對此類用電困難的廠商應當主動調整生產周期，改變原定的生產計劃，與當地供電管理部門進行協調商議，提升機組運行速率，減少系統運行的用電量，縮減設備生產時間，錯開周邊城鎮用電高峰時間進行生產，在夏季雷雨天氣必須停止生產，以保證工人生產安全為主，防止出現意外事故。

2.4 冷卻設備換熱效率較低，難以滿足高強度生產需求

目前雙加壓法中比較重要的換熱設備無法滿足廠商高強度大規模生產的需要，在通風條件不良、溫度較高的生產車間內無法有效控制油溫，造成設備過熱受損，工廠生產受到影響。生產者必須改進設備內部的通風、導熱結構，均衡分配氣體內外傳輸的管道，避免發生因污垢沉積帶來的管道溫度升高的問題。減輕換熱設備負擔。在設備制造過程中使用耐高溫耐腐蝕的鈦合金材料，提前考慮好硝酸生產產生的熱量對管道內外壁的影響，通過合理的列管排布和焊接技術避免管壁凝結污垢影響導熱效果，滿足企業高強度生產的需求，使換熱設備能夠長期安全穩定地運行。

3 結語

文章通過對現有的雙加壓法稀硝酸生產工藝進行深入探究，指出了設備在制造稀硝酸過程中頻繁發生的主要的故障和設計缺陷，并對此提出了科學有效的改進方案。雙加壓法稀硝酸生產技術的實際應用價值極高，是現階段最可靠、最有經濟效益的稀硝酸制造方式，未來發展前景非常廣闊，雖然在實際應用過程中暴露出一定缺陷，但是該技術已在我國硝酸生產行業中占據了不可或缺的地位。對生產技術的不斷改進完善，能夠提高我國稀硝酸總產量和生產的安全性，降低生產事故發生頻率，提高稀硝酸的濃度，減少原材料消耗，以此進一步提升我國化學工業在全球范圍內的產業競爭力。