CN102502541A - 一种高浓度稀硝酸的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高浓度稀硝酸的生产方法。本发明属于硝酸制备技术领域。高浓度稀硝酸的生产方法，采用双加压法硝酸工艺，包括氨气和空气的混合、硝酸吸收，其特点是：氨气和空气混合前先进行空气除湿，除湿方法为原料空气被吸入空气压缩机加压后，压缩空气利用除水换热器冷却降温，使压缩空气达到露点温度冷凝，冷凝水排除；硝酸吸收时，吸收塔下部设置冷却盘管，利用液氨来降低吸收塔下部冷却盘管温度，控制高浓度稀硝酸的吸收反应温度。本发明具有工艺简单，操作方便，控制稳定，安全可靠，有效提高了稀硝酸的浓度达到65%-68%以上，大大满足了现代工业对稀硝酸的高浓度需求等优点。

Description

一种高浓度稀硝酸的生产方法

技术领域

 本发明属于硝酸制备技术领域，特别是涉及一种高浓度稀硝酸的生产方法。

背景技术

目前，稀硝酸生产主要采用双加压法工艺，其工艺流程详见附图2，该双加压法稀硝酸制备工艺存在主要问题表现如下：

（1）双加压法硝酸装置中皆没有考虑到空气除水的问题，即空气压缩机出口到氨空混合器入口皆没有设计任何换热除水设备。因为大气当中都有一定量的水蒸汽，尤其是在中国的南方空气湿度大的地方，空气当中的水蒸气含量会相当的高（相对湿度≥85%）。此部分水蒸汽在系统中被冷凝成水，对成品稀硝酸浓度起到了稀释的作用。

（2）双加压法稀硝酸装置二次空气的利用仅仅考虑了成品稀硝酸的漂白，没有考虑系统冷凝酸的漂白，因为系统冷凝酸中含有大量的NO_X气体，而这部分NO_X气体随冷凝酸直接到了吸收塔的中部塔板，未经过吸收塔底部塔板快速冷却和吸收，降低了NO_X气体在塔中的转化和吸收率，同时降低了成品稀硝酸的浓度。

（3）双加压法稀硝酸装置的流程设计中皆没有考虑到系统冷凝酸的冷却问题。系统NO_X气体经冷凝和分离后的冷凝酸温度一般在50℃左右，再经稀酸泵打入吸收塔下部相应浓度塔板上，其温度会上升到50～60℃范围。对吸收塔中的吸收反应而言，此冷凝酸温度较高，不利于吸收塔中吸收反应的进行，对在吸收塔中提高NO的氧化度以及提高成品稀硝酸浓度都有很大的影响。

（4）双加压法稀硝酸装置吸收塔底部皆没有考虑NO气体的进一步快速深度冷却和快速深度氧化问题，即吸收塔底部塔板没有设置NO气体的冷却和氧化段。由于NO气体在塔中没有充分氧化变成NO₂气体，所以成品稀硝酸的浓度就不可能相对提高。

（5）双加压法稀硝酸装置的吸收塔用冷却水，都是采用外部循环水和内部液氨蒸发的冷冻水，硝铵装置或两钠装置等用氨的液氨蒸发器设计都不在硝酸装置，也就是说，硝铵装置或两钠装置等用氨的液氨蒸发的冷量没有合理与稀硝酸装置结合将其冷量用于硝酸吸收塔的冷却。

总之，现有的双加压法稀硝酸装置成品稀硝酸的浓度一直以来实际运行都在60%左右，其浓度最高不超过63%，不能满足各行业对高浓度稀硝酸的需求，存在日益突出的尤其是65～68%浓度的稀硝酸的需求问题。

发明内容

本发明为解决现有技术存在的问题，提供了一种高浓度稀硝酸的生产方法。

本发明目的是提供一种具有工艺简单，操作方便，控制稳定，安全可靠，有效提高了稀硝酸的浓度达到65%-68%以上，大大满足了现代工业对稀硝酸的高浓度需求等特点的高浓度稀硝酸的生产方法。

本发明提供一种浓度可达到65～70%（wt）的稀硝酸溶液的生产工艺：

1、空气压缩机出口设置三台换热器，即两台一次空气加热器和一台空气冷却器，详见附图1所示：前两台设备为一次空气加热器，由空压机出口的全部空气加热一次空气（占总空气量的80～85%），后一台设备为空气冷却器，用冷却水来冷却空压机出口的全部空气，使其降温至露点以下，除掉进入硝酸生产工艺系统空气当中的水，提高成品稀硝酸的浓度，同时将一次空气温度提高到设计所需温度220～230℃范围。

2、流程中设置冷凝酸的漂白设施，并将NOx气体的冷却冷凝-气液分离-冷凝酸漂白三个过程设置在一台立式容器中进行。引用部分二次空气自容器下部通入，依次通过四层筛板塔，吹出冷凝酸中溶解的NO_X气体，使其可以随主流NO_X气体进入吸收塔底部参与吸收反应。在冷却冷凝器顶部和稀酸分离器元件上下部位分别设置连续和间歇喷酸设施，替代目前工艺的间歇喷水设施。详见附图1所示，其目的是：提高成品稀硝酸的浓度；同时解决冷却冷凝器和氧化氮压缩机的腐蚀问题。

3、流程中设置稀酸冷却器，即经冷却冷凝-气液分离-稀酸漂白过的冷凝酸进入稀酸冷却器，利用外界循环冷却水对其冷凝酸冷却到40℃以下，再由稀酸泵打入吸收塔下部某层相应浓度塔板上，详见附图1所示。目的是：降低系统冷凝酸温度有利于吸收塔的吸收反应，有利于提高产品稀硝酸的浓度。

4、吸收塔下部根据需要设置1～3层塔板作为NO气体冷却和氧化段，氨氧化产生的NOx气体自下而上一次通过该三层塔板时被循环水快速冷却，同时NOx气体中的大量NO气体被氧化为NO₂气体。详见附图1所示，目的是：提高NO₂在NOx中的比例，以便获得高浓度硝酸溶液。

5、流程中自外界来的液氨进入硝铵或两钠装置等用氨的液氨蒸发器，该蒸发器设置在本稀硝酸界区，其液氨被来自外界的循环水蒸发为气氨，气氨送往硝铵或两钠装置用，被液氨冷却后的循环水进入吸收塔冷却盘管，作为吸收塔的冷却水，之后该循环水返回到外界循环水回水总管。详见附图1所示，目的是：利用液氨的冷量加强吸收塔的冷却，以提高吸收率和成品稀硝酸浓度。

本发明高浓度稀硝酸的生产方法采用如下技术方案：

高浓度稀硝酸的生产方法，采用双加压法硝酸工艺，包括氨气和空气的混合、硝酸吸收，其特点是：氨气和空气混合前先进行空气除湿，除湿方法为原料空气被吸入空气压缩机加压后，压缩空气利用除水换热器冷却降温，使压缩空气达到露点温度冷凝，冷凝水排除；硝酸吸收时，吸收塔下部设置冷却盘管，利用液氨来降低吸收塔下部冷却盘管温度，控制高浓度稀硝酸的吸收反应温度。本发明高浓度稀硝酸的生产方法还可以采用如下技术措施：

所述的高浓度稀硝酸的生产方法，其特点是：除水换热器冷却降温采用三台除水换热器，前两台为一次空气加热器，后一台为一次空气冷却器，空气冷却器有冷却用的循环冷却水；空压机出口的空气先经前两台一次空气加热器，后经一次空气冷却器；空气冷却除水后，再经过两台一次空气加热器加热后进行氨气和空气的混合。

所述的高浓度稀硝酸的生产方法，其特点是：空气压缩机出口的空气压力为0.3～0.4MPa（G），温度为230～250℃，进入前两台一次立式空气加热器、后一台一次立式空气冷却器，出来的空气温度为35～45℃。

所述的高浓度稀硝酸的生产方法，其特点是：空气冷却除水后，再经过前两台一次立式空气加热器加热一次空气到220～230℃后进行氨气和空气混合。

所述的高浓度稀硝酸的生产方法，其特点是：空气冷却除水后，分为一次空气和二次空气，二次空气分别进入氨氧化-余热回收器、冷凝分离漂白器，二次空气经加热后进入漂白塔。

所述的高浓度稀硝酸的生产方法，其特点是：用液氨来降低吸收塔下部冷却盘管温度时，液氨先进入液氨蒸发器，用循环水蒸发为气氨，被液氨冷却后温度15～25℃的循环水进入吸收塔下部冷却盘管进行冷却。

本发明具有的优点和积极效果：

高浓度稀硝酸的生产方法由于采用了本发明全新的技术方案，与现有技术相比，本发明在原有传统硝酸工艺流程的基础上增加空气除湿系统，除去原料空气当中的水，减少系统冷凝水的产生，从而提高硝酸浓度。本发明具有工艺简单，操作方便，控制稳定，安全可靠，有效提高了稀硝酸的浓度达到65～68％以上，大大满足了现代工业对稀硝酸的高浓度需求。

附图说明

图1 是本发明高浓度稀硝酸溶液生产工艺流程示意图；

图2 是传统双加压法稀硝酸溶液生产工艺流程简图。

图1中：1.空气压缩机，2.1＃一次空气加热器，3.2＃一次空气加热器，4.空气冷却器，5.氨空混合器，6.氨氧化-余热回收器，7.尾气再热器，8.节能器，9.冷凝分离漂白器，10.NOx压缩机，11.二次空气加热器，12.尾气预热器，13.高压反应水冷凝器 ，14.吸收塔，15.稀酸冷却器，16.稀酸泵 ，17.吸收水入口，18.吸收尾气出口，19.液氨蒸发器。

图2中：1.空气压缩机，5.氨空混合器 ，6.氨氧化-余热回收器，7.尾气再热器，8.节能器，9.低压反应水冷凝器，10.NOx压缩机，11.二次空气冷却器，12.尾气预热器，13.高压反应水冷凝器，14.吸收塔 ，16.稀酸泵，17.吸收水入口，18.吸收尾气出口，20.稀酸分离器。 

具体实施方式

为能进一步了解本发明的技术内容、特点及功效，兹列举以下实例，并配合附图详细说明如下：

实施例1

参照附图1。

高浓度稀硝酸的生产方法，采用双加压法硝酸工艺，包括氨气和空气的混合、硝酸吸收。氨气和空气混合前先进行空气除湿，除湿方法为原料空气被吸入空气压缩机加压后，压缩空气利用除水换热器冷却降温，使压缩空气达到露点温度冷凝，冷凝水排除；硝酸吸收时，吸收塔下部设置冷却盘管，利用液氨来降低吸收塔下部冷却盘管温度，控制高浓度稀硝酸的吸收反应温度。

除水换热器冷却降温采用三台除水换热器，前两台为一次空气加热器，后一台为一次空气冷却器，空气冷却器有冷却用的循环冷却水；空压机出口的空气先经前两台一次空气加热器，后经一次空气冷却器；空气冷却除水后，再经过两台一次空气加热器加热后进行氨气和空气的混合。

空气压缩机出口的空气压力为0.3～0.4MPa(G)，温度为230～250℃，进入前两台一次立式空气加热器、后一台一次立式空气冷却器，出来的空气温度为35～45℃。空气冷却除水后，再经过前两台一次立式空气加热器加热一次空气到220～230℃后进行氨气和空气混合。

空气冷却除水后，分为一次空气和二次空气，二次空气分别进入氨氧化-余热回收器、冷凝分离漂白器，二次空气经加热后进入漂白塔。

用液氨来降低吸收塔下部冷却盘管温度时，液氨先进入液氨蒸发器，用循环水蒸发为气氨，被液氨冷却后温度15～25℃的循环水进入吸收塔下部冷却盘管进行冷却。

本实施例的具体实施过程：

来自大气中的空气经过空气过滤器净化后进入空气压缩机1加压，依次进入1＃一次空气加热器2、2＃一次空气加热器3、空气冷却器4降温，除去空气中所含部分水份，低温空气分流出二次空气，其余空气作为一次空气，依次进入2＃一次空气加热器3、1＃一次空气加热器2与热空气间接换热提高温度，在氨空混合器5内与来自液氨蒸发系统的气氨按一定比例充分混合后，再进入氨氧化-余热回收器6，在铂网的催化作用下进行氨氧化反应，并回收利用反应热生产蒸汽，同时降低氨氧化反应产物NOx气体的温度。 NOx气体进入尾气再热器7、节能器8进一步回收利用热量，然后进入冷凝分离漂白器9快速冷却降低温度，分离生成的冷凝酸。NOx气体进入NOx压缩机10再次升压，依次进入二次空气加热器11、尾气预热器12回收热量，再进入高压反应水冷凝器13降温，分离生成的冷凝酸，NOx气体进入吸收塔14下部，在冷却段塔盘上继续冷却，NO₂到上面各层塔盘上与从塔顶加入的水逆流进行吸收化学反应，在吸收塔14底部可获得浓度≥68%的硝酸溶液。

吸收塔14下部根据需要设置1～3层塔板作为NO气体冷却和氧化段，上一层塔板降液管越过冷却段直接到塔底部。

自二次空气系统分流出两股二次空气，一股到氨氧化-余热回收器6下部，一股到冷凝分离漂白器9下部对NOx气体分离下来的冷凝酸进行漂白，回收其中溶解的NOx，使其回到主流NOx气体中。冷凝酸经稀酸冷却器15冷却，进入稀酸泵16升压，一部分到冷凝分离漂白器9顶部喷酸装置，其余部分送至吸收塔14中部的塔盘上，参与塔内吸收反应。

液氨蒸发器19(硝铵或两钠装置用)，用来降低进入吸收塔14下部冷却水的进水温度，提高冷却效果。来自外界的循环水首先进入液氨蒸发器19（该蒸发器设置在本稀硝酸界区内）与液氨间接换热，液氨被蒸发为气氨，外送硝铵或两钠等装置用，循环水降低温度后进入吸收塔14下部各层塔板的冷却盘管作为冷却水，之后返回外界循环水回水总管。

本发明实现的装置是以获得高浓度硝酸为目的，对硝酸生产工艺流程和设备进行的新设计：工艺流程中增加了1＃一次空气加热器2、2＃一次空气加热器3、空气冷却器4、稀酸冷却器15、液氨蒸发器19等设备；对部分设备的功能和构造进行了较大改进，如吸收塔14塔板层数增加至四十层，下部三层塔板设置了NO冷却及氧化段，以满足新工艺的需要；采用了全新设计型式的设备，如立式布置的冷凝分离漂白器9，一台设备替代两台设备并增加了新的功能，使其同时具备三项功能：冷却冷凝、冷凝酸分离、冷凝酸漂白，另外在该设备顶部设置有稀硝酸喷淋降温设施，能有效防止设备腐蚀，延长设备使用寿命等。

Claims (6)

1.高浓度稀硝酸的生产方法，采用双加压法硝酸工艺，包括氨气和空气的混合、硝酸吸收，其特征是：氨气和空气混合前先进行空气除湿，除湿方法为原料空气被吸入空气压缩机加压后，压缩空气利用除水换热器冷却降温，使压缩空气达到露点温度冷凝，冷凝水排除；硝酸吸收时，吸收塔下部设置冷却盘管，利用液氨来降低吸收塔下部冷却盘管温度，控制高浓度稀硝酸的吸收反应温度。

2.按照权利要求1所述的高浓度稀硝酸的生产方法，其特征是：除水换热器冷却降温采用三台除水换热器，前两台为一次空气加热器，后一台为一次空气冷却器，空气冷却器有冷却用的循环冷却水；空压机出口的空气先经前两台一次空气加热器，后经一次空气冷却器；空气冷却除水后，再经过两台一次空气加热器加热后进行氨气和空气的混合。

3.按照权利要求2所述的高浓度稀硝酸的生产方法，其特征是：空气压缩机出口的空气压力为0.3～0.4MPa，温度为230～250℃，进入前两台一次立式空气加热器、后一台一次立式空气冷却器，出来的空气温度为35-45℃。

4.按照权利要求2或3所述的高浓度稀硝酸的生产方法，其特征是：空气冷却除水后，再经过前两台一次立式空气加热器加热一次空气到220～230℃后进行氨气和空气混合。

5.按照权利要求1所述的高浓度稀硝酸的生产方法，其特征是：空气冷却除水后，分为一次空气和二次空气，二次空气分别进入氨氧化-余热回收器、冷凝分离漂白器，二次空气经加热后进入漂白塔。

6.按照权利要求1所述的高浓度稀硝酸的生产方法，其特征是：用液氨来降低吸收塔下部冷却盘管温度时，液氨先进入液氨蒸发器，用循环水将其蒸发为气氨，被液氨冷却后温度15～25℃的循环水进入吸收塔下部冷却盘管进行冷却。

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