CN101696024A - 无搅拌连续转化生产硝酸钠的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无搅拌连续转化生产硝酸钠的方法和装置，主要包括：氨氧化制备氮氧化物、纯碱溶液制备、亚硝酸钠母液转化系统。亚硝酸钠母液转化系统主要由转化塔、预转化塔、吸收塔、母液贮槽及配套的泵和管路组成。硝酸和母液在转化塔内进行转化反应，用转化液对转化塔底进行回流并反洗，转化塔气体经气液分离器分离后到预转化塔，转化气与配氧空气定量混合后进入吸收塔进行吸收，制备原料液。本发明的优点是：硝酸钠生产连续进行，用转化液回流反洗代替空气搅拌，转化气吸收过程按比例加入配氧空气，优化了工艺操作，减轻了吸收塔及后部加工工序的负荷，提高了生产能力，降低了能量消耗，减少了NO_x的排放，有利于环境保护。

Description

无搅拌连续转化生产硝酸钠的方法和装置

技术领域

本发明属于无机化工产品生产技术领域，具体涉及一种无搅拌连续转化生产硝酸钠的方法和装置。

背景技术

硝酸钠是重要的无机化工原料，广泛用于化工、医药、食品、农业和军事工业等各个方面。当前工业生产中一般采用亚硝酸钠母液转化(也叫硝化)法生产硝酸钠。主要过程是：氨氧化产生NO，按工艺要求部分氧化成NO₂，进入碱吸收塔，制取原料液得到硝酸钠和亚硝酸钠混合溶液，经过蒸发、结晶和分离等过程制得亚硝酸钠分离后的即为母液，母液经过转化过程将亚硝酸钠转化为硝酸钠。亚硝酸钠母液转化的反应式为：

3NaNO₂+2HNO₃＝3NaNO₃+2NO+H₂O

亚硝酸钠母液转化是生产硝酸钠的主要工序，将母液中亚硝酸钠加硝酸氧化生产硝酸钠的过程称为转化。现有技术的转化过程均采用气体搅拌的间歇式转化工艺，转化设备为反应釜式转化器，硝酸和母液从上部进入转化器，从下部鼓入空气进行鼓泡搅拌。间歇式空气搅拌转化过程的缺点是：间歇操作，母液氧化反应不充分，生产能力低。转化时间长，转化终点不易控制，而且反应到终点时容易产生瞬间激烈的反应，造成NO气体大量释放，气体携带大量液体，导致带液、冒液和超压等问题。转化过程搅拌空气为NO的5～7倍，过量的空气进入系统，带出大量的酸雾，空气中大量的氧把转化过程产生的NO氧化为NO₂，稀释了NO_x气体的浓度，进入碱吸收系统后不仅增大了吸收塔的负荷，增加了吸收的难度，造成吸收率降低，成本增加，污染加重，同时破坏了碱吸收系统NO∶NO₂的比值平衡，为后续工序的结晶、分离造成困难，影响产品质量和产品产量。

公开号为CN101096280A的中国发明专利申请公开了一种“亚硝酸钠母液转化工艺，包括预转化工序、转化工序、中和工序，来自亚硝酸钠贮槽的母液在吸收塔来自转化塔的搅拌气预转化后，吸收液去转化工序，转化气去纯碱吸收工序。”该专利申请实现了亚硝酸钠转化过程连续操作，取得了良好的效果。但是该专利申请在转化塔仍需鼓入空气搅拌，没有解决上述转化过程中气体搅拌所带来的严重问题，而且转化气体没有进行气液分离，转化塔顶气体夹带液体到预转化塔，增加了预转化塔的负荷，稀释后的NO_x气体增加了后部处理负荷和气体治理的难度。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种无搅拌连续转化生产硝酸钠的方法，使亚硝酸钠母液在转化塔内连续与硝酸进行转化反应，无需空气搅拌，同时，减少转化塔顶气体中液体夹带量，优化操作，提高生产能力和产品质量，减少空气用量和氮氧化物的排放，本发明的另一目的是提供一种实现无搅拌连续转化生产硝酸钠的装置。

本发明提供的无搅拌连续转化生产硝酸钠的方法，过程包括：氨氧化制备氮氧化物，纯碱溶液制备，亚硝酸钠母液转化，转化液蒸发、结晶、离心分离和包装工序。所述亚硝酸钠母液转化工序主要由转化段、预转化段和吸收段组成。在转化段，硝酸和从母液贮槽来的母液从上部进入转化塔，经液体分布器两种液体混合、均匀分布顺流经过填料层进行转化反应。转化液流入塔下部，由转化泵抽出装置，一部分转化液经塔下部的转化液回流反洗入口返回转化塔进行回流并反洗。从塔顶出去的气体经气液分离器分离，液体返回转化塔，气体到预转化段。

在预转化段，从上一工序来的母液从上部进入预转化塔，气体分离器的气体从下部入口进入预转化塔，两相逆向接触进行预转化反应，液相产物从塔底抽出到母液贮槽，塔顶出去的气体进入吸收塔下部。在吸收段，新鲜碱液从塔上部进入吸收塔，与下部进入的转化气逆向接触，进行吸收传质过程，液体产物从塔底抽出到原料液后加工工序，塔顶气体到尾气治理系统。

从预转化塔出去的气体与配氧空气混合后进入吸收塔下部，配氧空气的量根据吸收塔中NO∶NO₂＝1∶1的比值调节。亚硝酸钠母液转化工序为恒温恒压操作，操作温度为60～80℃，优选为：70±5℃；操作压力为0.03～0.08Mpa，优选为：0.05±0.01MPa。硝酸的浓度为30％～40％(wt)，优选为：35％(wt)；所述碱液为碳酸钠碱液，碱液浓度为15％～25％(wt)，优选为：20％(wt)。

为种实现上述方法，本发明提供的无搅拌连续转化生产硝酸钠装置，包括氨氧化制备氮氧化物系统，纯碱溶液制备系统，亚硝酸钠母液转化系统，转化液蒸发、结晶、离心分离系统，包装系统和尾气治理系统。所述亚硝酸钠母液转化系统主要由转化塔、预转化塔、吸收塔和母液贮槽组成，转化塔、预转化塔和吸收塔为填料塔。转化塔上部设有硝酸入口和母液入口，预转化塔上部设有母液入口，吸收塔上部设有新鲜碱液入口。所述预转化塔下部出料口通过预转化泵连接到母液贮槽，母液贮槽通过转化泵连接到转化塔上部的母液入口，预转化塔的顶部连接到吸收塔的下部入口，吸收塔顶部连接到尾气治理系统，底部通过吸收泵连接到原料液后加工工序，转化塔底部通过循环泵连接到蒸发工序。转化塔下部设有转化液回流反洗入口，转化液回流反洗入口连接到循环泵的出口。装置还设有气液分离器，转化塔的顶部连接到气液分离器的入口，气液分离器的顶部出口连接到预转化塔的下部，下部液体出口连接到转化塔的下部。

所述填料塔的填料层下部用支承栅板支承。所述填料塔用的填料为陶瓷填料、塑料填料或不锈钢填料，填料的形状为环形、矩形、矩鞍形或蜂窝形。优选为陶瓷矩鞍形填料，不排除用其它材质和形状的填料。预转化塔上部和吸收塔上部设有喷淋器，用于均匀分布液体。

转化塔采用分布器和陶瓷填料使母液和硝酸均匀分布，充分的接触进行转化反应，通过部分转化液再循环和塔底回流反洗过程，使塔底的料液充分鼓泡翻腾，促使溶解在液体中的NO气体及时排出，实现了无空气搅拌连续转化生产硝酸钠。吸收塔用于碱吸收转化气制备原料液，预转化塔用于综合利用转化塔产生的气体，将转化塔顶出来的酸雾与母液预先接触转化成一部分硝酸钠，减轻转化塔的负荷。转化塔、预转化塔和吸收塔的运行实现了亚硝酸钠的连续转化。

与现有技术相比，本发明的优点是：①转化过程不用空气搅拌，节省了空气，减少过量的空气进入系统，解决了空气搅拌操作带出大量酸雾，过量的空气中的氧与NO反应产生的NO₂进入吸收塔所导致NO∶NO₂比值不平衡的问题，减轻了吸收塔及后部加工工序的负荷，提高了生产能力，降低了能量消耗。②用转化液对转化塔底进行回流反洗，促使溶解在液体中的NO气及时排出，既加快了转化反应速度，又不影响转化气逸出的浓度，有利于提高转化效率，是实现无气体搅拌连续转化的重要措施。③亚硝酸钠母液转化过程在转化塔内进行，实现了连续化生产，有利于自动化控制，扩大生产能力。④转化塔顶气体经气液分离器分离后进预转化塔，使转化后气体带出的酸雾减少，减轻了预转化塔的负荷，有利于增加加工能力。④根据工艺要求，按比例定量在预转化塔顶到吸收塔的转化气入口的管道中注入配氧空气，使吸收塔中NO和NO₂的比值稳定，有利于提高吸收效率，稳定产品质量。⑤由于没有5～7倍的空气搅拌气体的稀释，NO_x化物的浓度高有利于吸收。⑥减少了NO_x的排放，有利于环境保护。实施本发明后，硝酸钠产量提高220％，由原来年产19492吨，提高到43439吨；排出的尾气中NO₂浓度大幅减少，改善了企业环境，减少了对大气的污染；吨产品煤耗由原来的0.428吨下降到0.1028吨，产能提高50％以上。

附图说明

图1本发明无搅拌连续转化生产硝酸钠方法的转化工序工艺流程图。

其中在：

1-气液分离器、2-液体分布器、3-填料层、4-支承栅板、5-转化塔、6-循环泵、7-转化泵、8-母液贮槽、9-预转化泵、10-预转化塔、11-吸收塔、12-喷淋器、15-吸收泵、16-配氧空气管路、17-转化液回流反洗入口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

本发明提供的无搅拌连续转化生产硝酸钠装置，如图1所示，包括：包括氨氧化制备氮氧化物系统，纯碱溶液制备系统，亚硝酸钠母液转化系统，转化液蒸发、结晶、离心分离系统，包装系统和尾气治理系统。亚硝酸钠母液转化系统主要由转化塔5、预转化塔10、吸收塔11和母液贮槽8组成。转化塔、预转化塔和吸收塔为填料塔，填料为陶瓷矩鞍形填料，填料塔的填料层3下部用支承栅板4支承。塔的下部为液槽，转化塔上部设有硝酸入口和母液入口，预转化塔上部有母液入口，吸收塔上部设有新鲜碱液入口。转化塔填料层的上部设有液体分布器2，预转化塔和吸收塔上部设有喷淋器12，用于均匀分布反应料液。预转化塔下部出料口通过预转化泵9连接到母液贮槽，母液贮槽通过转化泵7连接到转化塔上部的母液入口，预转化塔的顶部出来的气体管线连接到吸收塔的下部入口，配氧空气管路16连接到预转化塔顶到吸收塔的气体入口管路上。吸收塔顶部连接到尾气治理系统，底部出料口通过吸收泵15连接到原料液后加工工序，转化塔底部通过循环泵6连接到蒸发工序。转化塔下部设有转化液回流反洗入口17，转化液回流反洗入口连接到循环泵6的出口；装置还设有气液分离器1，转化塔的顶部连接到气液分离器的入口，气液分离器的顶部出口连接到预转化塔的下部，下部液体出口连接到转化塔下部。

本发明无搅拌连续转化生产硝酸钠的过程为：从上一工序来的母液从上部入口进入预转化塔10，经喷淋器12均匀分布液体，从气体分离器顶部出来的气体进入预转化塔下部入口，两相在填料层3逆向接触进行预转化反应，将母液中的部分亚硝酸钠转化为硝酸钠。液体产物从塔底由预转化泵9抽出到母液贮槽8，预转化泵9出口的一路打回流到预转化塔母液入口，转化气从塔顶出去与配氧空气管路16来的配氧空气混合氧化后进入吸收塔11下部入口，配氧空气的量根据工艺要求，按吸收塔中NO∶NO₂＝1∶1的比值调节，严格控制配氧风量，防止氧气过量，NO₂的浓度增大。硝酸和经转化泵7从母液贮槽8抽出的母液分别进入转化塔5的上部入口，经液体分布器2两种液体混合，均匀分布顺流经过填料层3进行转化反应。转化液流入塔下部，由循环泵6泵抽出到蒸发工序，一部分转化液经转化液回流反洗入口17返回转化塔进行回流并反洗，通过回流反洗使溶解在液体中的NO及时逸出，加快转化反应速度，实现无气体搅拌连续转化操作，另一部分转化液作为回流从上部返回转化塔。从转化塔顶出去的酸雾气体经气液分离器1分离，液体返回转化塔下部，气体到预转化塔下部入口。在吸收塔，新鲜碳酸钠碱液从上部进料口进入吸收塔，经喷淋器12均匀分布液体，与下部进入的气体逆向接触，进行吸收传质作用，将气相中的NO+NO₂转化为NaNO₂、NaNO₃，液体产物从塔底由吸收泵15抽出到原料液后加工工序，一部分原料液打回流至上部碱液入口，塔顶气体到后续的尾气治理系统。

亚硝酸钠转化工序为恒温、恒压操作，本实施例选择：操作温度为70±5℃，操作压力为0.05±0.01MPa。转化塔硝酸进料的浓度为35％(wt)。碳酸钠碱液的浓度为20％(wt)。

Claims (10)

1.一种无搅拌连续转化生产硝酸钠的方法，其过程包括：氨氧化制备氮氧化物，纯碱溶液制备，亚硝酸钠母液转化，转化液蒸发、结晶、离心分离和包装工序；所述亚硝酸钠母液转化工序主要由转化段、预转化段和吸收段组成，其特征是：在转化段，硝酸和从母液贮槽(8)来的母液从上部入口进入转化塔，经液体分布器(2)两种液体混合、均匀分布顺流经过填料层(3)进行转化反应；转化液流入塔下部，由循环泵(6)抽出装置，一部分转化液经塔下部的转化液回流反洗入口(17)返回转化塔进行回流并反洗；从塔顶出去的气体经气液分离器(1)分离，液体返回转化塔，气体到预转化段。

2.根据权利要求1所述的无搅拌连续转化生产硝酸钠的方法，其特征是：在预转化段，母液从上部进入预转化塔(10)，气体分离器(1)的气体从下部入口进入预转化塔，两相逆向接触进行反应，液相产物从塔底抽出到母液贮槽(8)，塔顶出去的气体进入吸收塔(11)下部；在吸收段，新鲜碱液从塔上部进入吸收塔(11)，与下部进入的转化气逆向接触，进行吸收传质过程，液体产物从塔底抽出到原料液后加工工序，塔顶气体到气体治理系统。

3.根据权利要求2所述的无搅拌连续转化生产硝酸钠的方法，其特征是：从预转化塔出去的气体与配氧空气混合后进入吸收塔(11)下部，所述配氧空气的量根据吸收塔中NO∶NO₂＝1∶1的比值调节。

4.根据权利要求1或2或3所述的无搅拌连续转化生产硝酸钠的方法，其特征是：所述亚硝酸钠母液转化工序为恒温恒压操作，操作温度为60～80℃，操作压力为0.03～0.08MPa。

5.根据权利要求1所述的无搅拌连续转化生产硝酸钠的方法，其特征是：所述硝酸的浓度为30％～40％(wt)。

6.根据权利要求2所述的无搅拌连续转化生产硝酸钠的方法，其特征是：所述碱液为碳酸钠碱液，浓度为15％～25％(wt)。

7.一种实现无搅拌连续转化生产硝酸钠方法的装置，包括氨氧化制备氮氧化物系统，纯碱溶液制备系统，亚硝酸钠母液转化系统，转化液蒸发、结晶、离心分离系统，包装系统和废气治理系统，所述亚硝酸钠母液转化系统主要由转化塔(5)、预转化塔(10)、吸收塔(11)和母液贮槽(8)组成，所述转化塔、预转化塔和吸收塔为填料塔；转化塔上部设有硝酸入口和母液入口，预转化塔上部有母液入口，吸收塔上部设有新鲜碱液入口；所述预转化塔下部出料口通过预转化泵(9)连接到母液贮槽，母液贮槽通过转化泵(7)连接到转化塔上部的母液入口，预转化塔的顶部连接到吸收塔的下部入口，吸收塔顶部连接到废气治理系统，底部出口通过吸收泵(15)连接到原料液后加工工序，转化塔底部通过循环泵(6)连接到蒸发工序，其特征是：所述转化塔下部设有转化液回流反洗入口(17)，转化液回流反洗入口连接到循环泵(6)的出口；所述装置还设有气液分离器(1)，转化塔的顶部连接到气液分离器(1)的入口，气液分离器的顶部出口连接到预转化塔的下部，下部液体出口连接到转化塔下部。

8.根据权利要求7所述无搅拌连续转化生产硝酸钠的装置，其特征是：所述填料塔使用的填料为陶瓷填料、塑料填料或不锈钢填料，所述填料的形状为环形、矩形、矩鞍形或蜂窝形，所述填料塔的填料层(3)下部用支承栅板(4)支承。

9.根据权利要求7所述无搅拌连续转化生产硝酸钠的装置，其特征是：配氧空气管路(16)连接到预转化塔顶到吸收塔的连接管路。

10.根据权利要求7所述无搅拌连续转化生产硝酸钠的装置，其特征是：所述预转化塔(10)上部和吸收塔(11)上部设有喷淋器(12)。

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