CN108946687A - 一种稀硝酸的生产系统 - Google Patents

Abstract

本发明创造提供了一种稀硝酸的生产系统，包括：空气压缩装置、氨氧化装置、吸收塔、漂白塔和尾气处理装置；其中，空气压缩装置包括依次串接的轴流压缩机、中间冷却器和离心压缩机；离心压缩机通过一次空气管道连通氨氧化装置中的空气加热器，离心压缩机通过二次空气管道连通漂白塔，氨氧化装置中的氨氧化反应器通过送料管道连通吸收塔，尾气透平内部叶轮分别与轴流压缩机、离心压缩机的内部叶轮同轴相连。本发明创造所述的一种稀硝酸的生产系统，其空气压缩装置能够满足更高的工艺压力要求，且整个系统能够充分利用各级管道中的残留能量，实现节能降耗的目的。

Description

一种稀硝酸的生产系统

技术领域

本发明创造属于稀硝酸生产领域，尤其是涉及一种稀硝酸的生产系统。

背景技术

现有技术中，硝酸的生产借助“三合一”机组或“四合一”机组实现压力和动力的供给，其中“三合一”机组指的是蒸汽透平压缩机-空气压缩机-尾气透平压缩机的组合，“四合一”机组指的是蒸汽透平压缩机-氧化氮压缩机-空气压缩机-尾气透平压缩机的组合。在原有机组中，尾气透平压缩机和蒸汽透平压缩机均用于回收压力能和热能，进而供给空气压缩机工作使用。

现有的空气压缩机普遍存在出口压力偏低的问题，当工艺要求的空气压力较高时“三合一”机组和“四合一”机组均不能满足其要求。同时现有的机组内部能源利用率不高多数热能都未被利用，导致了尾气透平压缩机的做工较少，需要额外为空气压缩机提供供能装置。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种稀硝酸的生产系统，以提升空气压缩机的出口压力并提高硝酸生产过程中的能源利用率。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种稀硝酸的生产系统，包括：空气压缩装置、氨氧化装置、吸收塔、漂白塔和尾气处理装置；

所述氨氧化装置包括顺次连接的空气加热器、氨空混合器和氨氧化反应器；

所述尾气吸收装置包括顺次连接的尾气分离器、尾气预热器、氨还原反应器和尾气透平；

所述空气压缩装置通过一次空气管道为空气加热器提供一次空气，通过二次空气管道向漂白塔内输送二次空气；所述氨氧化反应器通过送料管道向吸收塔内输送工艺气体，所述吸收塔制造的硝酸通过管道输送至漂白塔进行漂白，漂白塔产生的尾气通过管道输送至吸收塔内部进行二次吸收；

所述空气压缩装置包括依次串接的轴流压缩机、中间冷却器和离心压缩机，所述轴流压缩机用于对空气进行一级压缩，所述中间冷却器用于对一级压缩后的空气进行降温冷却，使之满足离心压缩机的进入条件，所述离心压缩机用于对一级压缩后的空气进行进一步压缩；所述尾气透平内部叶轮分别与轴流压缩机、离心压缩机的内部叶轮同轴相连。

进一步的，所述氨氧化反应器中设有热回收器，所述热回收器用于收集氨氧化过程中的反应热，并通过这一热量制造过热蒸汽送往外界使用。

进一步的，所述送料管道穿过空气加热器，并利用送料管道的余热对空气加热器内部的一次空气进行加热。

进一步的，所述送料管道上设有反应水冷凝器，所述反应水冷凝器利用循环水对送料管道中的工艺气体进行降温，使工艺气体中的水蒸气冷凝为稀硝酸溶液并送至吸收塔内部。

进一步的，所述氨还原反应器和尾气透平之间设有燃烧器，所述燃烧器用于对氨还原反应器的尾气进行升温，以提升尾气透平的做功效率。

进一步的，所述燃烧器的燃料接口通入工厂中的可燃性废气，空气接口通过连接管连通二次空气管道，所述氨还原反应器与尾气透平的连接管道贯穿燃烧器的燃烧腔。

进一步的，所述尾气透平通过尾气管道连接排气筒，在尾气管道上设有除氧水预热器，在除氧水预热器中的脱氧水原料通过尾气管道的余热进行预热。

进一步的，所述尾气处理装置还包括尾气再热器，所述尾气再热器设置在尾气预热器和氨还原反应器之间，且所述尾气管道连通尾气再热器，以使得吸收塔产生的尾气利用尾气管道内部气体的余热进行加热。

进一步的，所述尾气再热器为管壳式换热器，其中吸收塔产生的尾气沿壳程流动，尾气管道中的气体沿管程流动。

进一步的，所述尾气再热器的壳程冷端连接尾气预热器，壳程热端连接氨还原反应器；尾气再热器的管程热端连接尾气透平，管程冷端连接除氧水预热器。

相对于现有技术，本发明创造所述的一种稀硝酸的生产系统具有以下优势：

(1)本发明创造所述的一种稀硝酸的生产系统，通过串接的轴流压缩机和离心压缩机制造高压力气体，满足工艺上对气体压力的需求。

(2)本发明创造所述的一种稀硝酸的生产系统，通过尾气再热器和除氧水预热器充分利用了尾气透平尾气的热量，进一步提升了本系统的能量利用率。

(3)本发明创造所述的一种稀硝酸的生产系统，通过燃烧器将工厂内的可燃性废气进行燃烧，降低了废物排放量，同时利用燃烧产生的热量提升了尾气透平的效率，降低了空气压缩装置的能源消耗。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1为本发明创造实施例所述的一种稀硝酸的生产系统的流程示意图。

附图标记说明：

1-空气过滤器；2-轴流压缩机；3-中间冷却器；4-离心压缩机；5-空气加热器；6-氨空混合器；7-氨氧化反应器；8-热回收器；9-吸收塔；10-漂白塔；11-尾气分离器；12-尾气预热器；13-尾气再热器；14-氨还原反应器；15-燃烧器；16-尾气透平；17-反应水冷凝器；18-除氧水预热器；19-排气筒；20-一次空气管道；21-二次空气管道；22-送料管道；23-连接管；24-尾气管道。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

一种稀硝酸的生产系统，包括：空气压缩装置、氨氧化装置、吸收塔9、漂白塔10和尾气处理装置，各设备的位置关系可由图1进行示意。

空气压缩装置用于提供制取稀硝酸所用的一次空气和二次空气，包括依次串接的轴流压缩机2、中间冷却器3和离心压缩机4，在轴流压缩机2的进风端还设有防止灰尘进入的空气过滤器1。在工作时，轴流压缩机2对空气进行一级压缩，其产物通过中间冷却器3进行降温，随后进入离心压缩机4进行二级压缩，最终形成供给本系统使用的一次空气和二次空气。

在现有技术中，空气压缩装置通常仅使用轴流压缩机2或离心压缩机4，若单独使用的轴流压缩机2会存在出口压力不足的问题，不能适应高压力的工艺需求，而单独使用离心压缩机4会产生喘振现象，同时其空气处理量较小，需要消耗更多的能源。因此本实施例将轴流压缩机2和离心压缩机4串接使用，先通过轴流压缩机2获取压力较低但流量较大的空气，然后再通过离心压缩机4对上述空气进行压力提升，实现空气压缩机的高压力工作。

具体的，空气经空气过滤器1除尘后进入轴流压缩机2，轴流压缩机2将空气压缩到0.27MPa、197℃，随后该空气进入中间冷却器3中利用循环水降温至49℃，再进入离心压缩机4将空气压缩到0.61MPa、160℃，供给后续设备使用。

由于气体被压缩后会产生温度升高、体积膨胀的现象，这一现象使压缩机的有效容积减少，设置中间冷却器3能够通过对气体降温实现气体体积的下降，进而提升后续压缩机的有效容积，使压缩机在同样的时间条件下输送尽量多的气体。

空气压缩装置产生的压缩气体将分为两部分，一部分通过一次空气管道20进入氨氧化装置，另一部分通过二次空气管道21进入漂白塔10。进入氨氧化装置的空气为本系统的中的一次空气，用于与氨气进行混合氧化，生成工艺气体供给吸收塔9使用。

氨氧化装置包括顺次连接的空气加热器5、氨空混合器6和氨氧化反应器7。其中，空气加热器7的第一入口通过一次空气管道20与离心压缩机4的出口端相连，空气加热器7的第一出口与氨空混合器6的入口端相连。送料管道22从空气加热器5的第二入口穿入第二出口穿出，所述第二入口和第二出口均不与第一入口或第一出口重合。由于送料管道22输送的工艺气体携带有大量的反应热，因此可利用工艺气体的余热对一次空气进行升温，提升后续氨气的氧化质量。

此外，在本系统首次开车时，系统处于低负荷运行状态，从离心压缩机4产出的一次空气温度足以保证氨氧化反应器7的首次点火，因此不需要空气加热器5对一次空气进行加热。而在氨氧化反应器7点火成功后，其产生的工艺气体即可在空气加热器5中与一次空气进行换热，从而达到氧化炉的正常操作温度。

可选的，可在置于空气加热器5内部的送料管道22上设置到导热翅片，用以增强送料管道22与一次空气的换热效率；还可将空气加热器5内部的送料管道22进行多段弯折，用以提升送料管道22与一次空气的换热效率。

经过混合的氨气与一次空气通过管道进入氨氧化反应器7，在氨氧化反应器7内部通过铂铑合金网对氨气进行催化氧化，其反应方程式如下：

4NH3+5O2＝4NO+6H₂O

其产物中的部分一氧化氮会被一次空气中的氧气氧化，其反应方程式如下：

2NO+O2＝2NO2

上述两反应产生的产物与一次空气中的残余气体共同构成工艺气体，并通过送料管道22送至吸收塔9中。

由于氨氧化反应器7在工作过程中会释放大量的反应热，因此本实施例在氨氧化反应器7内部设有热回收器8。优选的，所述热回收器8可以是管壳式换热器，其壳程供氨氧化反应器内气体流动，管程供饱和蒸汽流动，通过反应热将饱和蒸汽转变为过热蒸汽，供给其他设备使用。这一过程提升了反应热的利用率，同时降低了过热蒸汽制造的能源消耗。

此外，工艺气体中存在大量水蒸气，本实施例在送料管道22上设有反应水冷凝器17，通过循环水对工艺气体进行冷凝。示例性的，反应水冷凝器17可以是管壳式换热器，送料管道22输送的工艺气体沿反应水冷凝器17的管程进行流动，循环水沿壳程进行流动，且循环水与工艺气体对流换热。工艺气体的管程出口温度为48℃，因此其内部的水蒸气将冷凝为液态水，而液态水在吸收工艺气体中的二氧化氮后会变成稀硝酸，并通过管线进入吸收塔9内部。

当工艺气体进入吸收塔9后，本系统开始进行硝酸的制备过程。吸收塔9的底部通过管道连接漂白塔10，将其产物硝酸送至漂白塔10进行漂白。所述漂白塔通过二次空气管道21与离心压缩机4的出口端相连，利用离心压缩机4产生的二次空气对塔内硝酸进行漂白，伴随漂白过程生成的二氧化氮通过管道送至吸收塔9内进行再吸收，而漂白塔10的产物稀硝酸则可直接导出本系统。

在吸收塔9进行工艺气体与反应水的结合过程中会产生尾气，这部分气体从吸收塔9顶部的尾气出口排向尾气处理装置进行处理。所述尾气处理装置包括顺次连接的尾气分离器11、尾气预热器12、氨还原反应器14和尾气透平16。其中，尾气分离器11用于回收尾气中的氮氧化合物，示例性的，其内部分离工作借助活性炭或分子筛实现。经过分离后，尾气进入尾气预热器12内部进行加热，具体的，尾气预热器12可以借助工艺气体的余热对吸收塔9的尾气进行升温。升温后的尾气进入氨还原反应器14内部，利用氨气对尾气中的残余氮氧化合物进行还原，其反应方程式如下：

8NH₃+6NO₂＝7N₂+12H₂O

4NH₃+6NO＝＝＝5N₂+6H₂O

根据方程式可知，氨还原反应器14能够利用氨气的还原性将带有污染性的氮氧化合物转变为氮气进行排放，降低了本系统对环境的污染。

从氨还原反应器14产出的氮气带有反应余热和余压，将这部分气体输送至尾气透平16内部，使尾气透平16回收氮气中的能量，进而供给空气压缩装置工作，提升本装置的能源利用率。

所述尾气透平16指的是尾气膨胀透平机，其内部叶轮分别通过连接轴与轴流压缩机2和离心压缩机4内部的叶轮相连。当带有能量的气体进入尾气透平16后，其内部叶轮开始转动，这一转动通过连接轴传递至轴流压缩机2叶轮和离心压缩机4叶轮上，降低上述两压缩机在工作时的能量需求，以达到节能的目的。

优选的，在氨还原反应器14和尾气透平16之间设有燃烧器15，所述燃烧器15用于对氨还原反应器14的尾气进行升温，以使得进入尾气透平的做功效率。具体的，燃烧器15的壳体内部设有燃烧腔，其燃烧腔的燃料入口接通工厂中的可燃性废气，其空气入口通过连接管23与二次空气管道21相连，而氨还原反应器14与尾气透平16的连接管道则纵向贯穿燃烧器15的燃烧腔。工作时，燃烧器15将可燃烧废气进行燃烧，通过燃烧产生的热量对氨还原反应器14产生的尾气(氮气和水蒸气)加热至550℃-650℃。这一过程提升了尾气所携带热量，使得尾气能够在尾气透平16内部产生更大的做工压力，进而使尾气透平16获得更高的效率。同时，燃烧器15还能消耗掉工厂中产生的废气，降低污染程度。

经过尾气处理装置处理后的尾气将通过排气筒19排向外界，具体的，尾气透平16的出口端通过尾气管道24连接排气筒19。

在尾气管道24上设有除氧水预热器18，所述除氧水预热器18可以是任意一种换热器，在本实施例中选用列管式换热器。其中在除氧水预热器18中的脱氧水原料沿壳程运动，尾气管道24中的尾气沿管程运动，通过尾气的余热量对脱氧水原料进行预热，降低脱氧器的能耗，以达到节能降耗的效果。

优选的，在尾气管道24上设有尾气再热器13，所述尾气再热器13能利用尾气管道24中气体的余热对吸收塔9产生的尾气进行加热。具体的，所述尾气再热器13为管壳式换热器，其中吸收塔9产生的尾气沿壳程流动，尾气管道24中的气体沿管程流动。

由于尾气透平16产生的尾气仍带有较高的热量，本实施例通过设置尾气再热器13对这部分余热进行回收利用。在回收过程中，待加热的尾气(吸收塔9产生的尾气，途经尾气分离器11和尾气预热器12)温度较低，因此沿壳程流动，热源气体(尾气透平16产生的尾气)温度较高，且后续需经过尾气管道24输往下一设备，因此沿着管程流动。为提升尾气再热器13内部的换热效率，待加热气体与热源气体采用对流换热，即管程的热端连接尾气透平16，管程的冷端连接除氧水预热器18，壳程的冷端连接尾气预热器12，壳程的热端连接氨还原反应器14。通过这一换热过程使在尾气进入氨还原反应器14前具有一定的温度，既可以加快尾气的氨还原速度，又可以充分利用系统中的能量，提升能源的利用率。

下面对上述方案进行效果说明：

本实施例提供了一种稀硝酸的生产系统，通过轴流压缩机2和离心压缩机4进行串接，提供高压力的空气供给；本系统使送料管道22穿过空气加热器5、尾气预热器12和反应水冷凝器17，利用了工艺气体的余热，提升了本系统的能源利用率；本系统使尾气管道24穿过尾气再热器13和除氧水预热器18，通过尾气中的热量对尾气和脱氧水进行预热，降低系统内加热装置的能耗；本系统在尾气透平16前设有燃烧器15，既可以燃烧废气降低污染，还可以提升进入尾气透平16的气体能量，提升尾气透平16的效率。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种稀硝酸的生产系统，包括：空气压缩装置、氨氧化装置、吸收塔(9)、漂白塔(10)和尾气处理装置；

所述氨氧化装置包括顺次连接的空气加热器(5)、氨空混合器(6)和氨氧化反应器(7)；

所述尾气吸收装置包括顺次连接的尾气分离器(11)、尾气预热器(12)、氨还原反应器(14)和尾气透平(16)；

所述空气压缩装置通过一次空气管道(20)为空气加热器(5)提供一次空气，通过二次空气管道(21)向漂白塔内输送二次空气；所述氨氧化反应器(7)通过送料管道(22)向吸收塔(9)内输送工艺气体，所述吸收塔(9)制造的硝酸通过管道输送至漂白塔(10)进行漂白，漂白塔(10)产生的尾气通过管道输送至吸收塔(9)内部进行二次吸收，其特征在于：

所述空气压缩装置包括依次串接的轴流压缩机(2)、中间冷却器(3)和离心压缩机(4)，所述轴流压缩机(2)用于对空气进行一级压缩，所述中间冷却器(3)用于对一级压缩后的空气进行降温冷却，使之满足离心压缩机(4)的进入条件，所述离心压缩机(4)用于对一级压缩后的空气进行进一步压缩；所述尾气透平(16)内部叶轮分别与轴流压缩机(2)、离心压缩机(4)的内部叶轮同轴相连。

2.根据权利要求1所述的一种稀硝酸的生产系统，其特征在于：所述氨氧化反应器(7)内设有热回收器(8)，所述热回收器(8)用于收集氨氧化过程中的反应热，并通过这一热量制造过热蒸汽送往外界使用。

3.根据权利要求1所述的一种稀硝酸的生产系统，其特征在于：所述氨还原反应器(14)和尾气透平(16)之间设有燃烧器(15)，所述燃烧器(15)用于对氨还原反应器(14)的尾气进行升温，以提升尾气透平(16)的做功效率。

4.根据权利要求3所述的一种稀硝酸的生产系统，其特征在于：所述燃烧器(15)的燃料接口通入工厂中的可燃性废气，空气接口通过连接管(23)连通二次空气管道(21)，所述氨还原反应器(14)与尾气透平(16)的连接管道贯穿燃烧器(15)的燃烧腔。

5.根据权利要求1所述的一种稀硝酸的生产系统，其特征在于：所述尾气透平(16)通过尾气管道(24)连接排气筒(19)，在尾气管道(24)上设有除氧水预热器(18)，在除氧水预热器(18)中的脱氧水原料通过尾气管道(24)的余热进行预热。

6.根据权利要求5所述的一种稀硝酸的生产系统，其特征在于：所述尾气处理装置还包括尾气再热器(13)，所述尾气再热器(13)设置在尾气预热器(12)和氨还原反应器(14)之间，且所述尾气管道(24)连通尾气再热器(13)，以使得吸收塔(9)产生的尾气利用尾气管道(24)内部气体的余热进行加热。

7.根据权利要求6所述的一种稀硝酸的生产系统，其特征在于：所述尾气再热器(13)为管壳式换热器，其中吸收塔(9)产生的尾气沿壳程流动，尾气管道(24)中的气体沿管程流动。

8.根据权利要求7所述的一种稀硝酸的生产系统，其特征在于：所述尾气再热器(13)的壳程冷端连接尾气预热器(12)，壳程热端连接氨还原反应器(14)；尾气再热器(13)的管程热端连接尾气透平(16)，管程冷端连接除氧水预热器(18)。