毕业论文《稀硝酸生产工艺》

摘 要

双加压法生产稀硝酸工艺是当今世界最为先进的稀硝酸生产工艺。双加压法生产硝酸的氧化压力适中，吨酸铂耗少，吸收压力高，对氮的氧化物吸收有利，产酸浓度高，氨耗低，酸尾排放的NOx含量低。双加压法的这些优点，使其占据了主导地位。

关键词：双加压法工艺流程稀硝酸

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Abstract

the development of medium-pressure method for high pressure law and dual-pressure, dual-pressure production of dilute nitric acid process is the most advanced in the world today, dilute nitric acid production process. Compared with other methods, dual-pressure production of nitric acid oxidation pressure is moderate, tons of acid platinum consumption, high pressure absorption, absorption of nitrogen oxides favorable high concentrations of acid production, ammonia consumption is low, acid tail emissions of NOx content is low. These advantages of the dual-pressure process, it has dominated in the production of nitric acid.

Keywords: dual-pressure process; process; dilute nitric acid

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目录

摘 要 .................................................................................................................................................. 1

Abstract ............................................................................................................................................... 2

目录 ...................................................................................................................................................... 1

第1章 硝酸生产发展简史 ................................................................................................................ 1

1.1 硝酸的工业应用和生产概况 .................................................................................................................... 1

1.2 常用的硝酸生产工艺 ................................................................................................................................ 1

1.3 硝酸生产工艺之间的比较 ........................................................................................................................ 2

1.4 双加压法稀硝酸在我国的生产现状 ........................................................................................................ 4

第2章 双加压法硝酸工艺流程简介 ................................................................................................ 6

2.1 主要经济指标和参数控制 ........................................................................................................................ 6

2.2 生产原料的选取 ........................................................................................................................................ 7

2.2.1 工业上对液氨的要求： ................................................................................................................. 7

2.2.2 对空气的要求： ............................................................................................................................. 7

2.2.3 对水的要求： ................................................................................................................................. 8

2.2.4 氨催化剂 ......................................................................................................................................... 8

2.2.5 润滑油（L-TSA46防锈汽轮机油） ............................................................................................. 9

第3章 流程分析双加压法硝酸工艺 .............................................................................................. 12

3.1 主要反应方程式 ...................................................................................................................................... 12

3.2 氨氧化反应及影响因素 .......................................................................................................................... 12

3.2.1 氮催化氧化的速率控制步骤 ....................................................................................................... 12

3.2.2 氨氧化的物料和热量衡算 ........................................................................................................... 13

3.2.3 氨氧化反应的影响因素 ............................................................................................................... 14

3.3 NO氧化反应及影响因素 ......................................................................................................................... 15

3.3.1 温度与压力对反应速度的影响.................................................................................................... 15

3.3.2 压力对NO氧化空间的影响 ........................................................................................................ 16

3.4 影响吸收反应的因素 .............................................................................................................................. 17

第4章 双加压法硝酸生产装置主要设备分析 .............................................................................. 18

4.1 氨空混合器 .............................................................................................................................................. 18

4.2 氧化炉与废热锅炉 .................................................................................................................................. 20

4.4 四合一机组 .............................................................................................................................................. 22

第5章 总结 ...................................................................................................................................... 24

参考文献 ............................................................................................................................................ 25

致谢 .................................................................................................................................................... 26

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第1章 硝酸生产发展简史

1.1 硝酸的工业应用和生产概况

硝酸的生产历史较为悠久，早在十五世纪就有用智利硝石制造硝酸的方法，即用浓硫酸分解智利硝石，一直沿用到1900年。

H2SO4+2NaNO3=2HNO3+Na2SO4

十九世纪初发明电弧法固定氮，生产NO，再氧化、吸收变为硝酸。该法耗电量太大，仅对挪威、瑞典等电费低廉的国家适用，该法一直沿用到第二次世界大战后。以铂为催化剂进行氨氧化制造硝酸的研究可追溯到1838年，但是一直到1904年在莱比锡建立了三套中试装置：第一个日产3吨（53%浓度）的硝酸工业装置于1908年在德国威斯特伐利亚（westphalia）附近的格特（Gerther）建成。当时采用卷成蜗状铂箱为催化剂，为了节约用铂，1909年改为网状，后又添加少量的銠及钯以改善其活性，随后英、美等国相继采用。但直到1913年Haber法合成氨工艺问世，解决了氨的经济来源后该法才得到发展。硝酸作为一种特殊的产品，可用于和平建设，亦可用于战争。美国在20世纪70年代越战时期，硝酸工业得到快速发展，硝酸产量最高达10000Kt/a。越战之后进行了调整，现保留约67家硝酸厂，总产能7000-7500Kt/a。全球硝酸生产厂家（未含中国大陆）约345家，总产能55100-55700Kt/a，生产方法以高压法和双加压法为主。全球各国生产能力前5名排序为：中国7050Kt/a(预计2013将达10770Kt/a,美国7500 Kt/a,，德国3866 Kt/a，英国3187 Kt/a，荷兰2465 Kt/a。全球生产企业前5名排序为：英国帝国化学工业公司2205Kt/a,荷兰氮素公司1100Kt/a,德国巴斯夫950Kt/a,挪威波尔斯洛伦950Kt/a,中国山西天脊煤化工集团公司810 Kt/a。

1.2 常用的硝酸生产工艺

（1）常压法 氨氧化及酸吸收均在常压下进行。这种方法因压力低，氨氧化率高，铂耗较低，设备结构简单，多用6-12全串联的吸收塔。早期吸收塔多用天然耐酸材质，如花岗岩或者耐酸砖砌成，现今用塑料或不锈钢制成。常压法缺点是成品酸中HNO3含量低，排放的尾气中氮氧化物含量高，环境污染严重，尾气需作处理。吸收容积大，占地多，投资大。

（2）全压法 氨氧化和吸收均在加压下进行。吸收压力可分两个等级：中压吸收压力为0.2-0.5MPa。 高压吸收为0.7-1.0 MPa或更高。前者以伍德、斯塔米卡邦、蒙特

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爱迪生等工艺流程为代表。后者以凯米科、住友的工艺流程为代表。全压法因吸收压力高，其NO2吸收率以成品酸中HNO3含量较高。排放尾气中氮氧化物含量低。吸收容积小，能量回收率高。但氨氧化率比常压法稍低，而且铂耗较大。

（3）综合法 氨氧化和NO2吸收分别在两种不同压力下进行。现有两类流程：一为常压氨氧化-加压NO2吸收流程，二为中压氨氧化-高压NO2吸收流程。前者以前苏联国立氮气研究所流程为代表，后者以法国格朗德-帕鲁瓦斯流程为代表简称GP法或称双加压法。

前者兼有常压和加压法两者优点：其氨耗及铂损耗比全压法小，不锈钢用量比全中压少，后者采用较高吸收压力和较低温度吸收，成品酸中HNO3含量一般可达60%，尾气中氮氧化物含量低于200PPm，可以不作处理而直接排放空气中。

1.3 硝酸生产工艺之间的比较

衡量一个流程先进的标准，主要是根据其技术经济指标、生产规模、原料及操作费用、产品酸浓度高低和投资比为依据。技术经济指标主要是氨、催化剂、电、水、蒸汽的消耗，另外还有氧化率、吸收率、尾气排放浓度、产品浓度、生产规模等。投资比即生产强度与基建投资的比值。氨的消耗是主要的指标，它占生产成本的90%左右，提高氨的利用率是有极大意义的，理论上一吨成品酸需消耗氨为269.8Kg，实际上由于氨的转化率和吸收率达不到100%，液氨的纯度也达不到100%这样实际上氨耗应比理论值大，一般在280-300Kg/t。从降低氨耗的角度来看，常压氧化氨的利用率高，加压吸收氮氧化物的吸收率高，有利于氨耗的降低。根据铂催化剂的损失机理，铂消耗是必然的，由于其价格昂贵，资源缺少，所以铂的损耗也很重要。近几年来生产中在减少铂耗和回收方面都采取了有效的措施。由于流程不同其差异十分明显，如常压氧化铂耗只有0.06g/t左右，而全高压法高达0.3g/t.电的消耗指标不仅仅和生产有关，而且与装置的能量回收密切相关。若流程配置得当，充分利用反应热，有效地回收尾气的热能和动能，加压的能量消耗可以大大降低。电的消耗还和冷冻系统强化吸收有很大的关系，同样也关系到蒸汽的消耗。生产规模主要是指铂网的燃烧强度和吸收设备的容积系数以及压缩机组的配置。在流程中多设置一些原料净化设备和热能回收设备，虽增加了投资费用，但能提高氨的转化率和回收了能量，仍是合理的。在吸收部分，提高压力和采用冷冻水，可以降低吸收容积系数，相应增加了能量消耗，却有利于尾气吸收控制和能量回收，提高了产品浓度。节能压缩机组的选用，不仅提高了装置的整体装配水平，更有利于能量的综合利用。所以要多方面兼顾考虑。采用富氧氧化，不但减少吸收容积系数，而且能提高氨的转化率，减少动力配置，但要求有制备富氧的条件，可以综合利用，不宜专门设置制氧装置。生产强度还和设备的类型、结构有很大关系，采用新技术、新材料的设备可以大幅度地强化生产能力。

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