CN110550614A - 稀硝酸生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于化工领域，具体为一种稀硝酸生产工艺。该工艺包括以下步骤：氨蒸发加热后，调节流量后进入氨空混合器与压缩空气均匀混合；经混合后的氨空混合气进入氧化炉，在铂网表面进行催化氧化反应，氨被氧化成一氧化氮，离开催化剂的工艺气体经废热锅炉和尾气分别回收废热后，再由低压快冷器将其冷凝，经分离其中的稀酸后，工艺气与漂白塔来的空气混合后，进入氧化氮气压缩机。经压缩后的工艺气使气体温度进一步升高。压缩后的工艺气经废热回收后，冷却后进入吸收塔。在吸收塔内的氮氧化物经吸收与水反应生成硝酸。本工艺氮氧化物吸收率高，氨耗低，酸浓度高，尾气排放浓度低，不用进一步处理即可达标排放。

Description

稀硝酸生产工艺

技术领域

本发明属于化工领域，具体为一种稀硝酸生产工艺。

背景技术

稀硝酸的生产是以氨为原料，氨与空气中的氧在催化剂存在的条件下，进行定向催化反应，生成一氧化氮(NO)和水。一氧化氮进一步氧化生成二氧化氮(NO₂)，二氧化氮NO₂用水吸收生成硝酸。因此工业生产稀硝酸涉及三个主要的反应过程，即氨的氧化、一氧化氮气的氧化、二氧化氮气的吸收。主要的反应式如下：

4NH₃+5O₂＝4NO+6H₂0+Q

2NO+O₂＝2NO₂+Q

3NO₂+H₂O＝2HNO₃+NO+Q

其中吸收产生的NO再经氧化后吸收，如此循环进行，直至尾气中NO 降至达到相关的排放标准。

根据各阶段反应的压力不同，稀硝酸生产工艺主要分为常压法、全压法、综合法和双加压法。各主要生产流程简述如下：

(1)：常压法：鼓风机将净化后的空气送出(压力<0.1MPa)，与过热后的气氨以一定的比例均匀混合，送到氧化炉。在氧化炉中催化剂表面在 750℃-850℃下燃烧。生成的氮氧化物气体先经过空气预热器、蒸汽锅炉、管式冷却器，后再送入由6个填料吸收塔组成的吸收系统中。在吸收系统中在通入空气，使废气中氧含量达到5.5％。生产出45％的稀硝酸。常压法因其产品酸浓度低、尾气排放浓度高(通常高达数千ppm)、设备体积庞大、占地面积大，已被淘汰。

⑵：全压法：全压法可分为全中压(0.2-0.5Mpa)与全高压(0.7-0.9Mpa)。两者流程中氨的氧化与酸的吸收都在加压下进行。过滤后的空气由空气压缩机加压到0.35-0.4Mpa(中压)/0.7-0.9Mpa(高压)，在文氏管与氨气混合，另一部分供第一吸收塔下部漂白区脱除成品酸中的氮氧化物。

氨、空气混合气进入氧化炉-废热锅炉装置上部在840℃左右燃烧。氧化后的气体经废热锅炉后温度降低。废热锅炉副产蒸汽，供空气压缩机的透平作为动力。

由废热锅炉出来的氮氧化物气体经水加热器、尾气预热器和水冷却器进一步冷却，进入第一、二吸收塔，生成50％-55％的稀硝酸。出塔气体中的氮氧化物含量一般低于0.2％。吸收后的气体经尾气预热器换热后送至尾气透平回收能量后再放空。

⑶：综合法：常压下氨氧化，加压下酸吸收。

气氨在混合器与净化后的空气(常压或微负压)混合进入氧化炉燃烧，生成的一氧化氮混合气体进入废热锅炉回收热量，然后进入快冷器冷却后工艺气体通过透平压缩机升到0.34Mpa，温度为120-130℃，然后送到一氧化氮氧化塔后将气体通过尾气预热器和水冷器冷却，再送到吸收塔底部吸收、漂白。

吸收塔顶出来的尾气，压力0.255-0.275Mpa，经过尾气预热器预热到 160-180℃，送入透平膨胀机回收30-35％的能量，最后排入大气。

(4)：双加压法稀硝酸生产工艺均是采用低压(0.35～0.55MPa)下进行氨的氧化、高压下(1.0～1.5MPaA进行NOx吸收，以达到既提高氨气氧化率，降低铂耗，又提高吸收率，生产较高浓度硝酸并降低尾气NOx排放的目的。

过滤后的空气由空气压缩机加压到0.35-0.45Mpa，主要部分在文氏管与氨气混合，另一部分供第一吸收塔下部漂白区脱除成品酸中的氮氧化物。氨、空气混合气进入氧化炉，在催化剂表面在860～880℃左右燃烧。氧化后的气体经废热回收并冷却后，经分离其中的稀硝酸，氧化氮气与漂白塔来的漂白空气混合后，进入NOx压缩机。经压缩机升压(1.0～1.5MPaA)后，与吸收塔出来的尾气换热，再经循环水冷却后进入吸收塔。经吸收塔的尾气经与工艺气换热后，进入膨胀机回收能量用于提供压缩机组所需动力。吸收塔产生的稀硝酸经漂白塔用二次空气吹出其中的NOx气后，送贮槽。

各种工艺中，综合法、中压法因其产品浓度低、尾气排放浓度高而逐渐被淘汰。高压法虽然产品浓度较高、尾气排放基本能达标，但其氨耗高、能耗高、铂耗高，也逐渐被淘汰。双加压法工艺因其氨耗低、铂耗低、能耗低、尾气排放低、产品浓度高、单套规模大、自动化程度高而占有绝对的优势，现为稀硝酸生产的主流工艺。

表1不同硝酸工艺消耗指标比较

各种双加压工艺的区别主要体现丰能耗、尾气排放及产品浓度指标等方面，通常的双加压法稀硝酸工艺存在如下问题：

1：氨空混合不均匀，氧化炉温差大。通常主要的原因是氨空混合器采用简单的直管喷射进行混合，同时进氧化炉前气体末作充分分布，因而导致氨与空气混合不是很均匀，氧化炉温差大(5～10℃)，催化剂表面呈波浪形热斑。

2：废热回收不充分，未能充分回收氨的氧化废热及NO的氧化废热，废热锅炉只有氧化炉中的立式废锅产生蒸汽，而尾气回收能量则限于膨胀机的要求只能将尾气加热到380～400℃，因此回收的能量只能平衡四合一机组的压缩功耗，甚至还需从外界补入少量蒸汽才能实现蒸汽平衡。

3：以前的氧化炉-废热锅炉存在如下问题：

1)蒸汽过热器和水蒸发器布置不合理，对于反应热的吸收利用率低，无法实现对其他机组所需过热蒸汽的供给，并且容易由于过热爆管，影响机组生产。

2)旋转烧嘴上喷嘴排列均匀，在燃烧时气体喷出方向和强度固定，使铂网受热不均，使用较长时期后，容易烧毁铂网。

3)由于各换热管内的流动阻力不同，导致蒸汽过热器和水蒸发器内各管内的流量分布不均匀，不易实现总体控制。

由于氧化炉结构不合理，经常出现炉水盘管爆管、表面填料塌陷引起氨空混合气出现短路，甚至将铂网撕裂等现象，严重影响生产的正常运行和消耗。

4：产品酸浓度不高，虽然采用了高压吸收，加快了NO的氧化速度及NO₂的吸收速度，与中压法相比产品酸浓度有了较大的提高，尾气排放指标也能满足相关排放要求，但由于NOx在吸收过程中的平衡限制，产品酸的浓度进一步提高受到限制，通常产品酸浓度不超过60％，这对一些需要较高浓度酸的应用受到较大限制。

发明内容

本发明正是基于以上技术问题，提供一种稀硝酸生产工艺。该工艺将各项技术进行优化，系统的关键设备氧化炉和吸收塔均采用具有自主知识产权的专利产品，同时采用低压废锅系统使氧化炉的操作条件始终处理最优条件，系统氨氧化率高，氮氧化物吸收率高，氨耗低，酸浓度高，尾气排放浓度低，不用进一步处理即可达标排放。本申请中所用到的设备运行经济性好，操作稳定，联锁装置安全可靠。

为了实现以上发明目的，本发明的技术方案为：

稀硝酸生产工艺，其包括以下步骤：

1)液氨经液氨过滤器过滤后进入氨蒸发器蒸发，蒸发得到的气氨经加热后，由氨空比调节阀调节流量后，进入氨空混合器，与压缩空气均匀混合；液氨蒸发所产生的冷量用于吸收塔的上部尾气处理。

2)过滤后的空气由空气压缩机加压后，经绝压压缩后的空气温度通常较高，从而影响氧化炉进行最佳温度条件下反应所需的氨空比。为保证氧化炉在适当的氨空比和温度条件下进行反应，出压缩机的空气经低压废热锅炉进行换热，将多余的热量用于产生～0.5MP低压蒸汽，同时将空气温度调整至最适合的状态(175～185℃)。经换热后的工艺空气去氨空混合器与气氨混合。

所述的压缩空气采用低压废锅进行调温，以保证氨空混合气的温度始终处于最佳，从而保证装置始终处理最佳的运行状态。该低压废锅采用国专利号ZL 201620819267.8中记载的低压废锅。

氨空混合器：氨在空气与氧气在催化剂作用下进行反应生成NO和水。其中氨与空气的混合要求达到以下几个目的：一是使氨在氧化过程中充分与氧接触，从而阻止副反应的发生，二是防止局部气体出现氨空比超高，从而出现安全事故。本技术方案中采用的氨空混合器的结构为：

所述的氨空混合器分为喷射混合段和填料组合段，喷射混合段和填料组合段固定连接；第一段的喷射混合段由内外两组喷射孔相向进行喷射，通过喷孔组合使气氨和空气均匀喷射分布，达到初步混合；所述的喷射混合段其喷射混合段由外到内为三层，依次为外氨管、内氨管和主空气管。在外氨管与主空气管、氨管与主空气管之间分别设有交错布置的喷孔。每组喷孔呈圆周均匀布置，内外喷孔错开布置，周向布孔也错开3°，使喷孔能均匀地分布于喷射混合段的各处。内外喷管之间采用钢管焊接，既可以固定内喷管，也可以使气氨能均匀分散到内喷管和外喷管。整个喷射混合段高效低阻。

第二段为填料组合混合段，其采用不同的规整填料组合使氨和空气在流动过程中进一步混合均匀。填料段采用不同型号的规整波纹孔板填料组合，与喷射混合段靠近的前段填料采用较粗的250Y型规整填料，后面两组采用较细的350Y型规整填料规格组合，填料段比表面积逐渐增大，气体的混合愈加充分，同时减少气流总阻力。填料每段气流向采用交错90°布置，形成从而0°-90°-0°交错气流方向，使氨空混合气体再次在不同的流向中进一步进行混合。

通过第一段喷射混合段中喷孔的作用，使气氨能较均匀地分布与空气混合，再经后续三段填料段混合作用，以保证气氨与空气能充分混合。

整个混合器采用与主空气管通径相同的管道制作而成，占地小，安装方便，阻力小，氨空混合均匀，经实际使用，比常规的单级填料或喷射混合方法更优。

3)经混合后的氨空混合气进入氧化炉，在铂网表面进行催化氧化反应，氨被氧化成一氧化氮，同时放出大量的热使气体温度急速升高。

本工艺采用的氧化炉采用中国专利号ZL 200820302975.X中记载的氧化炉。

另外氧化炉中点火枪的特点：传统的氧化炉点火枪是利用针尖放电，在点火枪的端口上进行放电从而点燃由点火枪喷出的氢气，使之在点火枪喷口燃烧，再由此点燃大氢管。由于针尖极易损坏，加上此处为氢气喷出口，火焰温度高，因此常出现针尖损坏打不着火的现象，加上在生产时此处为一死区，温度低，空气中携带的饱和水极易在此冷凝下来，并生成铵盐，从而堵塞点火枪。而每次点火枪需要检修，则需要拆开氧化炉的上盖，将火花塞取出，在炉外进行维修、试验，再重新装回氧化炉，有时在开车时点火枪需要检修时，则整个开车工作都得停下来才能进行，维修难度非常大。

本申请中对氧化炉点火枪进行改进，即将点火枪的火花塞移到氧化炉外面的点火枪内，同时将加氢管一同移至氧化炉外，在点火枪进氧化炉之前加装一不锈钢球阀。点火时，首先通电使火花塞打火，再打开氢气管送氢，利用点火枪内的空气将氢气点燃，随着氢气的进入和点火枪内氧气的耗尽，燃烧点迅速沿点火枪前移到喷口，并在喷口由氧化炉内的空气提供氧气进行燃烧，从而使点火枪建立正常的燃烧。如果点火枪需要检修(通常是火花塞问题)，则关闭点火枪上的球阀，拆下点火枪火花塞部分即可进行检修，检修完后可以装上继续点火，整个系统不用停下来，也不用拆氧化炉上盖，检修非常方便。

4)离开催化剂的工艺气体经废热回收装置回收废热后，再由低压快冷器将其冷凝，优选冷凝至45℃左右，经分离其中的稀酸后，工艺气与漂白塔来的空气混合后，进入氧化氮气压缩机，将工艺气压力升高。该工艺气压力由0.40MPaA升高到1.04MPaA。

离开催化剂的工艺气体经废热回收装置回收废热，该废热回收装置包括尾气过热器、垂直废锅、尾气加热器和第二废锅，在氧化炉内设置垂直废锅，垂直废锅与尾气过热器连接，尾气过热器与尾气加热器(低压气- 气热换热器)连接，在尾气过热器与尾气加热器之间设置第二废锅。

该废热回收装置用于产生中压蒸汽，可以充分利用出氧化炉的高温工艺将尾气加热到膨胀机所需要的过热温度，同时也可以充分利用氧化氮气在换热降温过程中进一步氧化所产生的热量用于产生中压蒸汽，从而增加废热回收。该废热装置氨氧化率高(可达97％)，废热回收合理(氧化过程废热的65％)，同时降低了工艺气的出炉温度，从而降低了后续设备管道的材料等级和费用。

本工艺中氧化炉立式(垂直)废锅产生的蒸汽与常规双加压法氧化炉产生的废锅蒸汽相同，第二(水平)废锅可以多产生约33％的蒸汽，从而使吨硝酸的蒸汽消耗由常规双加压工艺的持平或不足变为有富余蒸汽外送。

所述低压快冷器换热负荷大，设备尺寸大、设备腐蚀严重，因此常规工艺中该设备要么采用钛材，要么就需要经常更换设备，采用钛材则设备投资大，更换设备则劳动强度大、影响正常生产。本方案中的将低压快冷器是将现有的低压快冷器分为A/B两段，A/B两段尺寸比例1:1，根据稀硝酸腐蚀的特点，将冷却负荷大、设备易发生腐蚀的A段采用钛材，同时针对该设备的冷却温度要求不高，冷却水采用汽轮机表冷器的冷却回水，而对腐蚀不严重，冷却负荷较小的B段则采用普通不锈钢，从而降低设备投入。

与传统的单一低压快冷器相比，采用钛材的部分减少近一半，从而减少了设备投资，同时由于低压快冷器A采用汽轮机表冷器的冷却回水，因此大大减少了循环水的用量，使本工艺的吨酸循环水耗低于通常的双加压法硝酸工艺装置。

5)经压缩后的工艺气温度升高，同时NO氧化速度加快，使气体温度进一步升高。

6)压缩后的工艺气经废热回收后，用循环水冷却至40～45℃进入吸收塔。在吸收塔内从塔顶加入吸收液，经逐层自上而下流动，工艺气体从塔底依次经过各层塔塔盘。其中的氮氧化物经吸收与水反应生成硝酸，其中产生的NO经再氧化吸收变成硝酸。

7)从稀酸分离器分离来的稀硝酸加入吸收塔相应浓度的塔盘上进一步增浓。吸收塔下部采用循环水冷却，中上部采用冷冻水冷却以强化尾气的吸收。

普通的双加压法硝酸吸收塔塔板上的筛孔设计不够合理，在引导气体通过筛孔时容易产生碰撞，降低了气体的流速。并且塔板的尺寸通常较大，层数较多，在安装时由于塔板自身的重量，压在支撑梁上时会产生一定的变形，为硝酸吸收塔的安装增加了难度。塔板与吸收塔塔壁的密封均采用密封垫密封，吸收液的泄漏量较大，导致吸收液在塔板上不能均匀分布，影响吸收效果。

本工艺采用的硝酸吸收塔，采用中国专利号ZL 200820302977.9中记载的硝酸吸收塔。整个吸收塔的塔盘采用园弧形的边缘设计，并进行满焊，取消了密封垫防漏设计，以保证设备不窜气。筛孔进行倒角处理，以减小气流阻力。整个吸收塔生产能力大，产品浓度高。

工艺过程所需要的空气压缩和吸收氧化氮气体所需的压缩由空气压缩机和氧化氮气压缩机进行。压缩机所需的动力由尾气膨胀机和蒸汽透平机提供。膨胀机尾气废热回收：

国产四合一(传统)机组的膨胀机出口尾气温度约在140～150℃，属低品位废热，利用价值不高，同时为了减小膨胀机出口阻力，通常的工艺都是直接放空。

本工艺中通过在膨胀机出口的尾气管线上设置了两个加热器，利用膨胀机出口尾气的高温气体作热源，分别将气氨由10℃左右加热到 115～120℃，将脱盐水由常温加热到65～70℃。气氨经尾气加热后即达到规定指标，可以不用蒸汽再加热。脱盐水经尾气加热后，再经二次空气冷却器加热，温度可达90～95℃，可大大减少脱氧槽的蒸汽消耗。同时排放尾气温度可以降至90℃左右。

8)出吸收塔的尾气用高压段工艺气加热后，再用低压段工艺气进行过热，最后进入膨胀机回收其中的能量。出膨胀机的尾气经脱盐水预热及气氨加热回收废后，经烟囱放空。出吸收塔的稀硝酸经二次空气在漂白塔内进行漂白后，送入成品酸贮槽，漂白后的二次空气送入氧化氮压缩机入口与工艺气一同加压后送吸收塔。

传统的双加压法硝酸开车点火气氨控制程序：在气氨管线上设置了一个压力调节阀、一个氨空比调节阀、一个放空调节阀、一个紧急联锁阀和温度、压力、流量测量元件。正常开车时，先利用压力调节阀稳定气氨压力，再打开放空调节阀和氨空比调节阀，使气氨通过放空阀建立调节流量，并调节氨空比调节阀使气氨流量与工艺空气流量达到一定的比值，同时使气氨管线预热达到规定要求。出放空阀的气氨回相应的氨回收单元。待氧化炉点火氢点燃后，再联锁打开联锁阀，关闭放空阀，使氨进入氧化炉。由于氨点火前准备时间较长，因此造成大量的气氨放空或需要回收。

本工艺采用的点火气氨控制程序，与前述控制阀和测量元件相比，将联锁阀改为联锁控制阀，将放空调节阀改为联锁阀，同时将气氨管线改为低压蒸汽伴热管线，使气氨管线温度始终处理运行正常状态。开车需要点火时，先确认工艺空气流量、气氨温度压力、点火氢压力等工艺参数满足要求后，首先建立氢气点火，待大氢管正常点着后，解除气氨联锁系统，首先将联锁控制阀设定在较低值(约15％)，再利用氨空比调节阀控制氨空比在2～3％，再逐步将联锁控制阀开度调节至30％，然后再将流量控制阀逐步打开使氨空比在3～5％，如此交替操作联锁控制阀和氨空比调节阀，当联锁控制阀开度达80％以上时，氨空比调节阀应调节氨空比为6～7％，最后全开联锁调节阀，然后利用氨空比调节阀逐步将氨空比升至9％，检查氧化炉已经正常燃烧后，切除点火氢气。待系统各指标正常后，将氨空比提升至 10％。

与传统的点火程序相比，该点火方式克服了预先放空气氨或增加气氨回收装置的缺点，也不需要对管道进行预热，点火安全有保障，点火时间短。

本申请中各个阀门均由控制器控制，自动化程度高。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(一)、本工艺采用上述各项技术进行优化，系统的关键设备氧化炉和吸收塔均采用具有自主知识产权的专利产品，同时采用低压废锅系统使氧化炉的操作条件始终处理最优条件，系统氨氧化率高，氮氧化物吸收率高，氨耗低，酸浓度高，尾气排放浓度低，不用进一步处理即可达标排放。

(二)、本工艺中所使用的装置运行经济性好，操作稳定，自动化程度高，联锁装置安全可靠。

(三)、本工艺可根据空气压缩机出口的空气温度，设置调节空气温度的低压废锅。整个硝酸生产过程中，氨空比的控制对整个装置的安全和效率为关键指标。

在本工艺中，氨空比主要是受氧化炉的操作温度控制。该指标控制方式为：

铂网温度：T＝铂网温升+预热温度

其中铂网温升ΔT＝〔(7577-21600a)C₀-q〕/ 〔7.43+3.84C₀+8.93(P_H2O/P-P_H2O)〕

其中a为氨氧化率，C₀为混合气中氨浓度(氨空比)，q为热损失，P_H2O为水蒸汽分压。在不计热损失时，如果氨氧化率一定时，则ΔT几乎与氨空比呈线性关系。因此在给定的最佳铂网温度条件下，氨空比值直接受预热温度的影响，即ΔT＝铂网温度-预热温度。当铂网温度一定时(最佳操作温度)，预热温度越高，则温升越小，即氨空比越小，即系统加氨量越少。以15万吨/年稀硝酸装置为例，在系统满负荷生产情况下，当铂网操作温度为 860℃时，如果预热温度为180℃，则氨空比≈9.71％，而当预热温度达240℃时，氨空比≈8.86％。前一种情况下系统加氨量约为7205Nm³/h，后一种情况下系统加氨量约为6322Nm³/h。前一种情况系统多加氨量约883Nm³/h，按通常的氨耗计可多产硝酸约2.4吨/h(100％)，同时系统可以多产中压蒸汽约2.8t/h，每天可以增产硝酸57.6吨，增产中压蒸汽67吨，可见经济效益十分显著。而预热温度即为氨空混合气的温度。从前述可知，氨空混合气中空气量占90％以上，因此混合气的温度主要取决于压缩空气温度。

(四)、本申请在空气压缩机出口增设一低压废锅，将空气的的高温降至180℃，同时副产0.5MPa的低压蒸汽。此外，低压废锅利用中压废锅的排污作补水，既回收的中压废锅的排污废热，也减少了系统外排废水。此外考虑到不同季节气温的变化，低压废锅的压力在0.40～1.00MPa可调，根据不同季节气温变化可以使工艺空气温度始终维持在180℃左右的理想状态。

附图说明：

图1为本发明实施例1中记载稀硝酸生产工艺的简要流程示意图。

图2为本发明所述稀硝酸生产工艺中空气废锅的流程示意图。

图3为本发明所述稀硝酸生产工艺中氨空混合器的结构示意图。

图4为本发明所述稀硝酸生产工艺中双废锅的流程示意图。

图5为本发明所述稀硝酸生产工艺中低压快冷器的流程示意图。

图6为本发明所述稀硝酸生产工艺中膨胀机尾气废热回收的工艺流程示意图。

图7为本发明所述点火枪的位置示意图。

图8为本发明所述点火枪的结构示意图。

图9为本发明所述稀硝酸生产工艺的流程示意图。

其中，图中标记：1——喷射混合段、2——填料组合段、3——外氨管、 4——内氨管、5——主空气管、6——喷孔、7——氨空混合器、8——氧化炉、9——点火枪、10——球阀一、11——球阀二、12——地线接头、13——火花塞孔、14——球阀三、15——与氧化炉连接的法兰、16——管道一、 17——管道二、18——管道二内孔。

具体实施方式

为了使本发明的内容更加便于理解，下面将结合附图和具体实施方式对本发明中所述的工艺做进一步的阐述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。

本申请文件中的％，如无特殊说明，均表示wt％。

稀硝酸生产工艺，其包括以下步骤：

1)液氨经液氨过滤器过滤后进入氨蒸发器蒸发，蒸发得到的气氨经加热后，由氨空比调节阀调节流量后，进入氨空混合器，与压缩空气均匀混合；液氨蒸发所产生的冷量用于吸收塔的上部尾气处理。

2)过滤后的空气由空气压缩机加压后，经绝压压缩后的空气温度通常较高，从而影响氧化炉进行最佳温度条件下反应所需的氨空比。为保证氧化炉在适当的氨空比和温度条件下进行反应，出压缩机的空气经低压废热锅炉进行换热，将多余的热量用于产生～0.5MP低压蒸汽，同时将空气温度调整至最适合的状态(175～185℃)。经换热后的工艺空气去氨空混合器与气氨混合。

所述的压缩空气采用低压废锅进行调温，以保证氨空混合气的温度始终处于最佳，从而保证装置始终处理最佳的运行状态。该低压废锅采用国专利号ZL 201620819267.8中记载的低压废锅。

氨空混合器：氨在空气与氧气在催化剂作用下进行反应生成NO和水。其中氨与空气的混合要求达到以下几个目的：一是使氨在氧化过程中充分与氧接触，从而阻止副反应的发生，二是防止局部气体出现氨空比超高，从而出现安全事故。本技术方案中采用的氨空混合器的结构为：

所述的氨空混合器分为喷射混合段和填料组合段，喷射混合段和填料组合段固定连接；第一段的喷射混合段由内外两组喷射孔相向进行喷射，通过喷孔组合使气氨和空气均匀喷射分布，达到初步混合；所述的喷射混合段其喷射混合段由外到内为三层，依次为外氨管、内氨管和主空气管。在外氨管与主空气管、氨管与主空气管之间分别设有交错布置的喷孔。每组喷孔呈圆周均匀布置，内外喷孔错开布置，周向布孔也错开3°，使喷孔能均匀地分布于喷射混合段的各处。内外喷管之间采用钢管焊接，既可以固定内喷管，也可以使气氨能均匀分散到内喷管和外喷管。整个喷射混合段高效低阻。

第二段为填料组合混合段，其采用不同的规整填料组合使氨和空气在流动过程中进一步混合均匀。填料段采用不同型号的规整波纹孔板填料组合，与喷射混合段靠近的前段填料采用较粗的250Y型规整填料，后面两组采用较细的350Y型规整填料规格组合，填料段比表面积逐渐增大，气体的混合愈加充分，同时减少气流总阻力。填料每段气流向采用交错90°布置，形成从而0°-90°-0°交错气流方向，使氨空混合气体再次在不同的流向中进一步进行混合。

通过第一段喷射混合段中喷孔的作用，使气氨能较均匀地分布与空气混合，再经后续三段填料段混合作用，以保证气氨与空气能充分混合。

整个混合器采用与主空气管通径相同的管道制作而成，占地小，安装方便，阻力小，氨空混合均匀，经实际使用，比常规的单级填料或喷射混合方法更优。

3)经混合后的氨空混合气进入氧化炉，在铂网表面进行催化氧化反应，氨被氧化成一氧化氮，同时放出大量的热使气体温度急速升高。

本工艺采用的氧化炉采用中国专利号ZL 200820302975.X中记载的氧化炉。

另外氧化炉中点火枪是在传统的氧化炉点火枪上进行改进，即将点火枪的火花塞移到氧化炉外面的点火枪内，同时将加氢管一同移至氧化炉外，在点火枪进氧化炉之前加装一不锈钢球阀。点火时，首先通电使火花塞打火，再打开氢气管送氢，利用点火枪内的空气将氢气点燃，随着氢气的进入和点火枪内氧气的耗尽，燃烧点迅速沿点火枪前移到喷口，并在喷口由氧化炉内的空气提供氧气进行燃烧，从而使点火枪建立正常的燃烧。如果点火枪需要检修(通常是火花塞问题)，则关闭点火枪上的球阀，拆下点火枪火花塞部分即可进行检修，检修完后可以装上继续点火，整个系统不用停下来，也不用拆氧化炉上盖，检修非常方便。

4)离开催化剂的工艺气体经废热回收装置回收废热后，再由低压快冷器将其冷凝，优选冷凝至45℃左右，经分离其中的稀酸后，工艺气与漂白塔来的空气混合后，进入氧化氮气压缩机，将工艺气压力升高。该工艺气压力由0.40MPaA升高到1.04MPaA。

离开催化剂的工艺气体经废热回收装置回收废热，该废热回收装置包括尾气过热器、垂直废锅、尾气加热器和第二废锅，在氧化炉内设置垂直废锅，垂直废锅与尾气过热器连接，尾气过热器与尾气加热器(低压气- 气热换热器)连接，在尾气过热器与尾气加热器之间设置第二废锅。

该废热回收装置用于产生中压蒸汽，可以充分利用出氧化炉的高温工艺将尾气加热到膨胀机所需要的过热温度，同时也可以充分利用氧化氮气在换热降温过程中进一步氧化所产生的热量用于产生中压蒸汽，从而增加废热回收。该废热装置氨氧化率高(可达97％)，废热回收合理(氧化过程废热的65％)，同时降低了工艺气的出炉温度，从而降低了后续设备管道的材料等级和费用。

本工艺中氧化炉立式(垂直)废锅产生的蒸汽与常规双加压法氧化炉产生的废锅蒸汽相同，第二(水平)废锅可以多产生约33％的蒸汽，从而使吨硝酸的蒸汽消耗由常规双加压工艺的持平或不足变为有富余蒸汽外送。

所述低压快冷器是将现有的低压快冷器分为A/B两段，A/B两段尺寸比例1:1，根据稀硝酸腐蚀的特点，将冷却负荷大、设备易发生腐蚀的A段采用钛材，同时针对该设备的冷却温度要求不高，冷却水采用汽轮机表冷器的冷却回水，而对腐蚀不严重，冷却负荷较小的B段则采用普通不锈钢，从而降低设备投入。

并且由于低压快冷器A采用汽轮机表冷器的冷却回水，因此大大减少了循环水的用量，使本工艺的吨酸循环水耗低于通常的双加压法硝酸工艺装置。

5)经压缩后的工艺气温度升高，同时NO氧化速度加快，使气体温度进一步升高。

6)压缩后的工艺气经废热回收后，用循环水冷却至40～45℃进入吸收塔。在吸收塔内从塔顶加入吸收液，经逐层自上而下流动，工艺气体从塔底依次经过各层塔塔盘。其中的氮氧化物经吸收与水反应生成硝酸，其中产生的NO经再氧化吸收变成硝酸。

7)从稀酸分离器分离来的稀硝酸加入吸收塔相应浓度的塔盘上进一步增浓。吸收塔下部采用循环水冷却，中上部采用冷冻水冷却以强化尾气的吸收。

本工艺采用的硝酸吸收塔，采用中国专利号ZL 200820302977.9中记载的硝酸吸收塔。整个吸收塔的塔盘采用园弧形的边缘设计，并进行满焊，取消了密封垫防漏设计，以保证设备不窜气。筛孔进行倒角处理，以减小气流阻力。整个吸收塔生产能力大，产品浓度高。

工艺过程所需要的空气压缩和吸收氧化氮气体所需的压缩由空气压缩机和氧化氮气压缩机进行。压缩机所需的动力由尾气膨胀机和蒸汽透平机提供。膨胀机尾气废热回收：

本申请文件中通过在膨胀机出口的尾气管线上设置了两个加热器，利用膨胀机出口尾气的高温气体作热源，分别将气氨由10℃左右加热到 115～120℃，将脱盐水由常温加热到65～70℃。气氨经尾气加热后即达到规定指标，可以不用蒸汽再加热。脱盐水经尾气加热后，再经二次空气冷却器加热，温度可达90～95℃，可大大减少脱氧槽的蒸汽消耗。同时排放尾气温度可以降至90℃左右。

8)出吸收塔的尾气用高压段工艺气加热后，再用低压段工艺气进行过热，最后进入膨胀机回收其中的能量。出膨胀机的尾气经脱盐水预热及气氨加热回收废后，经烟囱放空。出吸收塔的稀硝酸经二次空气在漂白塔内进行漂白后，送入成品酸贮槽，漂白后的二次空气送入氧化氮压缩机入口与工艺气一同加压后送吸收塔。

传统的双加压法硝酸开车点火气氨控制程序：在气氨管线上设置了一个压力调节阀、一个氨空比调节阀、一个放空调节阀、一个紧急联锁阀和温度、压力、流量测量元件。正常开车时，先利用压力调节阀稳定气氨压力，再打开放空调节阀和氨空比调节阀，使气氨通过放空阀建立调节流量，并调节氨空比调节阀使气氨流量与工艺空气流量达到一定的比值，同时使气氨管线预热达到规定要求。出放空阀的气氨回相应的氨回收单元。待氧化炉点火氢点燃后，再联锁打开联锁阀，关闭放空阀，使氨进入氧化炉。由于氨点火前准备时间较长，因此造成大量的气氨放空或需要回收。

本工艺采用的点火气氨控制程序，与前述控制阀和测量元件相比，将联锁阀改为联锁控制阀，将放空调节阀改为联锁阀，同时将气氨管线改为低压蒸汽伴热，使气氨管线温度始终处理运行正常状态。开车需要点火时，先确认工艺空气流量、气氨温度压力、点火氢压力等工艺参数满足要求后，首先建立氢气点火，待大氢管正常点着后，解除气氨联锁系统，首先将联锁控制阀设定在较低值(约15％)，再利用氨空比调节阀控制氨空比在 2～3％，再逐步将联锁控制阀开度调节至30％，然后再将流量控制阀逐步打开使氨空比在3～5％，如此交替操作联锁控制阀和氨空比调节阀，当联锁控制阀开度达80％以上时，氨空比调节阀应调节氨空比为6～7％，最后全开联锁调节阀，然后利用氨空比调节阀逐步将氨空比升至9％，检查氧化炉已经正常燃烧后，切除点火氢气。待系统各指标正常后，将氨空比提升至10％。

实施例1：

一套15万吨/年双加压法稀硝酸生产工艺：

1：流程：界区来的液氨进入氨蒸发器，氨蒸发器为两个，分别为氨蒸发器A和氨蒸发器B，两个氨蒸发器串联，分别通过冷冻水和循环回水进行换热蒸汽，蒸发为5.60bar abs的气氨。气氨经分离器分离出所夹带的液滴后进入气氨过热器用尾气(开车时用蒸汽)加热至120℃。过热气氨送经气氨过滤器后送氨空混合器，与空气按比例混合形成氨空混合气。

空气通过滤器后进入空气压缩机，经空压机压缩到4.2bar abs，压缩空气经低压废锅，将多余的废热用于产生低压蒸汽，同时使空气温度维持在 180℃左右，出低压废锅空气分为主空气(占总量的85％)和二次空气(占总量的15％)。二次空气再经二次空气冷却器冷却到100℃，用于漂泊硝酸。主空气180℃进入氨空混合器，氨流量以主空气流量作基准进行比例控制。正常的NH₃/(NH₃+空气)比例值为～10.0％体积比。

180℃，4.1bar abs的氨空混合气进入氨氧化炉，穿过一分布器将气体均匀地分布在铂铑合金催化剂表面上。在催化剂表面，氨和空气中的氧进行剧烈的氧化反应，生成一氧化氮和水汽，并放出大量的热。调节氨空比例使催化剂氧化炉内的气体温度控制在865～880℃。

本工艺氧氧化炉中的氨氧化率约为97％，其相应的铂耗网应为100mg/t 100％硝酸(回收前)。

由氨氧化反应放出的热加上氨空混合气体中显热，将铂网和氧化氮气体温度升高到865℃。

反应后的氧化氮气，依次流过下列换热器。

——垂直废锅

——蒸汽过热器

——垂直废锅

——废气过热器

——水平废锅

——低压气-气换热器

——经济器

经过这将其中大量的热转至尾气或用于产生蒸汽。在立式废锅和水平废锅中将废锅炉产生中压蒸汽,蒸汽经分离后送过热器过热至420℃，出氧化炉的氧化氮气体温度降到450℃。

出氧化炉的低压氧化氮气体，直接流入尾气过热器，与尾气换热，将尾气加热到380℃同时氧化氮气体冷却到379℃，然后低压氧化氮气体进入水平废锅，与炉水换热冷却至275℃。出废锅后，低压氧化氮气体经过低压气气换热器与尾气换热，氧化氮气进一步冷却至240℃。

低压气气换热器与经济器之间的氧化空间使气体温度上升到279℃。然后低压氧化氮气体经过经济器回收部分热，温度从279℃后降温至142℃。出经济器的低压氧化氮气进入低压快冷器，用循环水将其冷却到40℃。其中的水蒸汽凝结为液态水，部分氧化氮气体被溶解吸收生成稀硝酸。冷却后的氧化氮气体经分离器分离其中生成的稀硝酸后，氧化氮气进入氧化氮压缩机升压，稀硝酸用泵送入吸收塔进一步提浓。

经分离后的低压氧化氮气体与来自漂泊塔的二次空气在NOx压缩机进口混合，经氧化氮压缩机，将其压力由3.82barabs压缩到10.4barabs，同时氧化氮气温度升至189℃。因NO的氧化，从NO_X压缩机出口到尾气加热器高压氧化氮气体温度由189℃上升至224℃。高温氧化氮气依次进入尾气加热器，尾气预热器中，与从吸收塔来的尾气换热，氧化氮气的温度降至92℃。

在尾气加热器中高压氧化氮气体冷却至140℃，尾气由91℃加热至 192℃。

出换热器，在尾气预热器中高压氧化氮气体由146℃冷却到92℃；尾气由18℃加热到91℃。出尾气预热器的氧化氮气进入高压快冷器用循环水冷却到47℃；然后进入吸收塔。

在吸收塔内，氧化氮气从塔底向上流动，水(稀硝酸)从塔顶向下流动，两者逆流接触。气体流过每层筛板时在塔板酸液中鼓泡从而使气体中部分NO₂及N₂O₄与水反应生成硝酸。通过每层塔盘吸收反应后，稀硝酸浓度会有部分升高，而氧化氮气浓度逐渐降低。在吸收塔底出口，稀硝酸浓度》57％，在吸收塔顶出口，尾气中NO_X浓度低于130PPm。

吸收过程会形成额外的NO。两层塔盘间的体积(该体积从塔底到塔顶变得越来越大)允许NO部分氧化成NO₂。

吸收液及工艺水分别由塔顶及36层塔盘上加入，低压快冷器E-109来的冷凝酸加入到第10-13层塔盘。

吸收生成酸及NO氧化放出的热由塔盘中的盘管中的冷却水(从第1 到第11层塔盘)及冷冻水(从第12层到第27层塔层)带走。由此可充分发挥各自的优点，既减少了成本高的冷冻水的用量，又达到了NO_X最大吸收并减少排放。

塔底汇集的硝酸浓度55％，32℃。出塔的酸送入漂泊塔C-102进行漂泊。

二次空气由空压机一供给。二次空气经低压废锅和二次空气冷却器冷却至100℃，然后进入漂泊塔。漂泊塔内二次空气鼓泡通过塔盘，与由上而下的硝酸逆流接触气提出的氧化氮气体。漂泊空气送至NO_X压缩机二进口与低压氧化氮气体混合后进入压缩机升压。漂白后的硝酸经计量后送入硝酸贮槽。

吸收塔出口尾气NO_X含量＜130PPm，温度18℃压力9.43bar(A)。为了在尾气排入烟囱进入大气之前在膨胀机K-101C中回收到尽可能多的能量，尾气在以下这些换热器中加热。

——尾气预热器；与高压氧化氮气体换热(至91℃)，进入E-118之前，尾气先经过一隔板式分离器V-107以除去除气体中含的液滴。

——尾气加换器，与高压氧化氮气体换热(至192℃)

——低压氧化氮气一尾气换热器中与低压氧化氮气体换热(至259℃)

——尾气过热器；与出废锅的低压氧化氮气体换热(至421℃)

进膨胀机尾气温度421℃，压力9.10bar(A)，膨胀机出口155℃，1.055bar(A) 正常操作时回收6445kw。出膨胀机的尾气再经氨加热器、脱盐水预热器分别与气氨、脱盐水换热冷后却到100℃。换热后的尾气由烟囱排入大气。

将实施例1与其它双加压稀硝酸工艺消耗指标对比如下表(/吨酸 100％)：

将实施例1运用于工业化生产，并任意抽取72h的生产情况进行查看，具体情况如下：

虽然本发明已经通过具体实施方式对其进行了详细阐述，但是，本专业普通技术人员应该明白，在此基础上所做出的未超出权利要求保护范围的任何形式和细节的变化，均属于本发明所要保护的范围。

Claims (7)

1.稀硝酸生产工艺，其特征在于包括以下步骤：

1)经液氨过滤器过滤后的液氨进入氨蒸器蒸发，气氨经加热后，由氨空比调节阀调节流量后，进入氨空混合器，与压缩空气均匀混合；

2)过滤后的空气经空气压缩机加压后，再经低压废锅调节空气温度后进入氨空混合器；

3)经混合后的氨空混合气进入氧化炉，在铂网表面进行催化氧化反应，氨被氧化成一氧化氮，同时放出大量的热使气体温度急速升高；

4)离开催化反应的工艺气体经废热锅炉和尾气加热器分别回收废热后，再由低压快冷器将其冷凝，分离其中的稀酸后，分离稀酸后的工艺气与漂白塔来的空气混合后，进入氧化氮气压缩机，将工艺气压力升高；

5)经压缩后的工艺气温度升高，同时NO氧化速度加快，使气体温度进一步升高；

6)步骤4)中经压缩后的工艺气经废热回收后，用循环水冷却至40～45℃进入吸收塔；在吸收塔内从塔顶加入吸收液，经逐层自上而下流动，工艺气体从塔底依次经过各层塔塔盘；其中的氮氧化物经吸收与水反应生成硝酸，其中产生的NO经再氧化吸收变成硝酸；

7)从稀酸分离器分离来的稀硝酸加入吸收塔相应浓度的塔盘上进一步增浓；吸收塔下部采用循环水冷却，中上部采用冷冻水冷却以强化尾气的吸收；

8)出吸收塔的尾气用高压段工艺气加热后，再用低压段工艺气进行过热，最后进入膨胀机回收其中的能量；出膨胀机的尾气经脱盐水预热及气氨加热回收废后，经烟囱放空；出吸收塔的稀硝酸经二次空气在漂白塔内进行漂白后，送入成品酸贮槽，漂白后的二次空气送入氧化氮压缩机入口与工艺气一同加压后送吸收塔。

2.如权利要求1所述的稀硝酸生产工艺，其特征在于：所述的氨空混合器包括喷射混合段和填料组合段，喷射混合段和填料组合段固定连接；所述的喷射混合段管道由外到内依次设置外氨管、内氨管和主空气管，在外氨管和内氨管上均设置氨喷孔，在主空气管上沿圆周布置喷孔；每个圆周喷形成一组，每组喷孔呈圆周均匀布置，外氨管与内氨管上的氨喷孔错开布置，圆周喷孔也错开3°；内外喷管之间采用钢管焊接；

填料段采用二种不同规格的孔板波纹规整填料组合，与喷射混合段靠近的前段填料采用较粗的250Y型规整填料，后面两组采用较细的350Y型规整填料规格组合，填料每段进气流向采用交错90°布置。

3.如权利要求1所述的稀硝酸生产工艺，其特征在于：低压废锅需调节空气温度至175～185℃再进入氨空混合器，调节氨空比例使氧化炉内的气体温度控制在865～880℃。

4.如权利要求1所述的稀硝酸生产工艺，其特征在于：步骤4)中的工艺气体经废热回收装置进行回收废热，该废热回收装置包括尾气过热器、垂直废锅、尾气加热器和第二废锅，在氧化炉内设置垂直废锅，垂直废锅与尾气过热器连接，尾气过热器与尾气加热器连接，在尾气过热器与尾气加热器之间设置第二废锅。

5.如权利要求1所述的稀硝酸生产工艺，其特征在于：所述的低压快冷器是指将传统的低压快冷器平均分为两个部分，即分为A段低压快冷器和B段低压快冷器，A段低压快冷器和B段低压快冷器固定连接，A段低压快冷器的材料采用钛材，B段低压快冷器的材料为普通不锈钢。

6.如权利要求1所述的稀硝酸生产工艺，其特征在于：在所述的膨胀机出口的尾气管线上设置两个尾气加热器，利用膨胀机出口尾气的高温气体作热源，分别将气氨加热到115～120℃，将脱盐水由常温加热到65～70℃；气氨经尾气加热后即达到规定指标，不用蒸汽再加热；脱盐水经尾气加热后，再经二次空气冷却器加热，温度为90～95℃，减少脱氧槽的蒸汽消耗；同时排放尾气温度降至90℃。

7.如权利要求1所述的稀硝酸生产工艺，其特征在于：整个工艺过程所需要的空气压缩和吸收氧化氮气体所需的压缩均由空气压缩机和氧化氮气压缩机进行；压缩机所需的动力由尾气膨胀机和蒸汽透平机提供。