CN114700003B - 一种电子级硝酸联产工业级硝酸的生产装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子级硝酸联产工业级硝酸的生产装置及方法，生产装置包括配置除杂系统和废气处理系统，其中配置除杂系统包括依次通过管道连接的硝酸配置装置、缓冲罐、吸附器、精馏塔、精馏塔顶冷凝器、脱气塔、膜分离装置、冷却器、成品储槽、过滤装置和包装装置，其中所述精馏塔塔釜与精馏塔釜储槽通过管道连接。本发明能够实现工业级硝酸和电子级硝酸的联产，废气中氮氧化物可以被完全吸收，没有废气产生，物质利用率显著提升，大大降低了对周边环境的污染，具有很好的社会效益和经济效益。

Description

一种电子级硝酸联产工业级硝酸的生产装置及方法

技术领域

本发明涉及电子级硝酸制备技术领域，更具体的说是涉及一种电子级硝酸联产工业级硝酸的生产装置及方法。

背景技术

电子级硝酸是一种强氧化性、强腐蚀性的强酸，常温下为无色透明液体，见光易分解。电子级硝酸的浓度一般要求在68～70％之间，但对其中所含的颗粒物和金属杂质含量有着严格要求，标准远远高于普通工业级硝酸。电子级硝酸是一种对浓度组成有严格要求的特殊硝酸产品，在半导体、电子级多晶硅、LCD面板、超大规模集成电路用硅片、芯片的清洗和蚀刻等领域有重要作用，随着太阳能光伏产业和电子科技领域的进一步发展，电子级产品将会有更加广阔的应用前景。

但是，当前电子级硝酸的生产一般采用试剂级浓硝酸二次加热提纯的方式，废气、废水处理流程复杂，环境污染大，且只能单独生产工业级硝酸和电子级硝酸，同时方法流程中的精馏操作单元含有众多换热过程，余热浪费严重，来自工业级硝酸生产过程中的颗粒和杂质使精馏塔内环境越来越恶化，这些问题共同影响电子级硝酸的生产效率，导致电子级硝酸的生产成本较高，浪费了大量能源。

因此，提供一种生产效率高的电子级硝酸联产工业级硝酸的生产装置及方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种电子级硝酸联产工业级硝酸的生产装置及方法，解决工业生产电子级硝酸生产成本高，能源大量浪费的现象，可以在满足电子级硝酸组成和杂质含量要求的基础上，同时生产电子级硝酸和工业级硝酸，大大降低生产成本，提高经济效益，同时节能降耗。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电子级硝酸联产工业级硝酸的生产装置，包括配置除杂系统，所述配置除杂系统包括依次通过管道连接的硝酸配置装置、缓冲罐、吸附器、精馏塔、精馏塔顶冷凝器、脱气塔、膜分离装置、冷却器、成品储槽、过滤装置和包装装置，其中所述精馏塔塔釜与精馏塔釜储槽通过管道连接。

进一步的，还包括废气处理系统，所述废气处理系统包括一级硝酸吸收塔、第一碱液吸收塔、还原吸收塔、第二碱液吸收塔和第三碱液吸收塔，所述硝酸配置装置、所述缓冲罐、所述精馏塔顶冷凝器、所述脱气塔和所述成品储槽分别通过管道与所述一级硝酸吸收塔连接；所述一级硝酸吸收塔、所述第一碱液吸收塔和所述还原吸收塔依次通过管道连接；所述过滤装置和所述包装装置分别通过管道与所述第二碱液吸收塔连接，所述第二碱液吸收塔、所述第三碱液吸收塔和所述还原吸收塔的尾气排出管道依次通过管道连接。

进一步的，所述精馏塔和所述脱气塔均采用高效塔内件，所述高效塔内件为散堆填料或规整填料或高效BH填料。

进一步的，所述吸附器采用高效吸附介质，所述高效吸附介质为二氧化钛或活性炭或酸性树脂或活性氧化铝或硅胶。

进一步的，所述膜分离装置采用高效膜组件，所述高效膜组件为板框式膜组件或管式膜组件或螺旋卷式膜组件或中空纤维式膜组件。

进一步的，所述一级硝酸吸收塔、所述第一碱液吸收塔、所述还原吸收塔、所述第二碱液吸收塔和所述第三碱液吸收塔均采用高效填料，所述高效填料为散堆填料或规整填料或高效BH填料。

利用上述一种电子级硝酸联产工业级硝酸的生产装置而进行的方法，包括以下步骤：

S1、来自罐区质量分数为90%~98%的浓硝酸、来自罐区质量分数为50%~60%的稀硝酸、超纯水作为原料放入硝酸配置装置内；

S2、硝酸配置装置出口液相输送到缓冲罐中储存，然后从缓冲罐向吸附器输送，吸附器出口硝酸经精馏塔的预热器预热，输送到精馏塔，精馏塔塔顶采出硝酸和水的共沸物进入到精馏塔顶冷凝器，塔釜液进入精馏塔釜储槽形成副产工业硝酸；

S3、精馏塔顶冷凝器冷凝液进入脱气塔，脱气塔内干净无油的空气与硝酸、水的共沸物的液相物料接触，去除其中的氮氧化物；

S4、脱气塔釜的物料经膜分离装置进一步除杂后，再经冷却器冷却后，输送到成品储槽，成品储槽内产品经过检测、质检分析合格后，用泵输送到过滤装置过滤，得到电子级硝酸产品，最后输送到包装装置，经包装后放入库房；

S5、硝酸配置装置、缓冲罐、精馏塔顶冷凝器、脱气塔和成品储槽产生的气相汇总后输送到一级硝酸吸收塔，利用超纯水吸收回收其中的氮氧化物，得到的硝酸回收液回流到硝酸配置装置；

S6、一级硝酸吸收塔内废气进入第一碱液吸收塔，所得废水输送至污水处理厂，气相进入还原吸收塔后高处放空；

S7、过滤装置以及包装装置废气经第二碱液吸收塔和第三碱液吸收塔两级吸收处理后，气相高处放空。

进一步的，所述电子级硝酸产品内杂质物包括烛灼残渣、氯化物、磷酸盐、硫酸盐和其他金属杂质。

由此可知，本发明提供了一种电子级硝酸联产工业级硝酸的生产装置及方法，与现有技术相较而言，本发明：

1）可同时生产电子级硝酸和工业级硝酸，能够解决硝酸制备过程设备繁琐、物质利用率不足的问题，提高整体方法的经济效益；

2）精馏塔采用高效塔内件，能够防止来自工业级硝酸生产过程中的颗粒和杂质在塔内聚集造成堵塞，大大增强了传质效率，增强了设备的耐腐蚀性，大幅降低能耗，提高氮氧化物的溶解吸收量，降低废气中氮氧化物的含量；

3）废气处理系统可将方法运行过程中极少量的氮氧化物废气完全吸收，达到极少或没有废气产生，物质利用率显著提升，大大降低了对周边环境的污染，具有很好的社会效益和经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1 附图为本发明提供的一种电子级硝酸联产工业级硝酸的生产装置的方法流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例公开了一种电子级硝酸联产工业级硝酸的生产装置，包括配置除杂系统和废气处理系统，配置除杂系统包括依次通过管道连接的硝酸配置装置、缓冲罐、吸附器、精馏塔、精馏塔顶冷凝器、脱气塔、膜分离装置、冷却器、成品储槽、过滤装置和包装装置，其中精馏塔塔釜与精馏塔釜储槽通过管道连接；在精馏塔前设置吸附器，可大大降低进入精馏塔的固体颗粒含量，保证精馏塔的长期安全稳定运行，提高传质效率；废气处理系统包括一级硝酸吸收塔、第一碱液吸收塔、还原吸收塔、第二碱液吸收塔和第三碱液吸收塔，硝酸配置装置、缓冲罐、精馏塔顶冷凝器、脱气塔和成品储槽分别通过管道与一级硝酸吸收塔连接；一级硝酸吸收塔、第一碱液吸收塔和还原吸收塔依次通过管道连接；过滤装置和包装装置分别通过管道与第二碱液吸收塔连接，第二碱液吸收塔、第三碱液吸收塔和还原吸收塔的尾气排出管道依次通过管道连接。

具体的，精馏塔和脱气塔均采用高效塔内件，高效塔内件为散堆填料或规整填料或高效BH填料。

在本实施例中，为了防止来自工业级硝酸生产过程中的颗粒和杂质在塔内聚集造成堵塞，提高塔内传质效率，精馏塔、脱气塔均采用高效BH填料。

具体的，吸附器采用高效吸附介质，高效吸附介质为二氧化钛或活性炭或酸性树脂或活性氧化铝或硅胶。

在本实施例中，吸附器采用的吸附介质为活性氧化铝。

具体的，膜分离装置采用高效膜组件，高效膜组件为板框式膜组件或管式膜组件或螺旋卷式膜组件或中空纤维式膜组件。

具体的，一级硝酸吸收塔、第一碱液吸收塔、还原吸收塔、第二碱液吸收塔和第三碱液吸收塔均采用高效填料，高效填料为散堆填料或规整填料或高效BH填料。

在本实施例中，为了提高一级硝酸吸收塔、第一碱液吸收塔、还原吸收塔、第二碱液吸收塔和第三碱液吸收塔的传质效率，提高氮氧化物的溶解吸收量，降低废气中氮氧化物的含量，增强设备的耐腐蚀性，一级硝酸吸收塔、第一碱液吸收塔、还原吸收塔、第二碱液吸收塔和第三碱液吸收塔均采用高效BH填料。

值得提出的是，为了保证内壁不留疤痕，设备压降显著下降，操作弹性大，提高了设备的操作安全性，本发明所涉及的管道、设备和仪表均采用不锈钢材质，阀门及连接件采用抗腐蚀316L不锈钢，控制阀及截止阀均采用隔膜式结构，管道及设备均经过抛光、除油、清洗、钝化等处理，封头焊缝内侧为三角对缝焊接，且为了保证整个系统在清洗置换过程中不留死角，保证了产品质量的均一性和稳定性，设备定位及管道布置经过精心设计，在系统中设若干放空和排液口，并在生产过程中无物流盲肠。

本发明实施例还公开了一种电子级硝酸联产工业级硝酸的生产方法，包括以下步骤：

S1、来自罐区质量分数为90%~98%的浓硝酸、来自罐区质量分数为50%~60%的稀硝酸、超纯水作为原料放入硝酸配置装置内；

在此步骤中，由于浓硝酸稀释是放热过程，稀释放出的热量通过冷却器将其移走，冷却器中循环冷却水为32~40℃，0.45 MPaG ~ 0.25 MPaG；

在本实施例中，选择为98%浓硝酸和60%的稀硝酸，硝酸配置装置为70%硝酸配置装置。

S2、硝酸配置装置出口液相输送到缓冲罐中储存，然后从缓冲罐向吸附器输送，去除固体颗粒，吸附器出口硝酸经精馏塔的预热器预热，输送到精馏塔，精馏塔操作压力为常压，利用硝酸和水共沸的原理来生产电子级硝酸，精馏塔塔顶采出硝酸和水的共沸物进入到精馏塔顶冷凝器，塔釜液进入精馏塔釜储槽形成副产工业硝酸；

S3、精馏塔顶冷凝器冷凝液进入脱气塔，脱气塔内干净无油的空气与硝酸、水的共沸物的液相物料接触，去除其中的氮氧化物；

S4、脱气塔釜的物料经膜分离装置进一步除杂后，再经冷却器冷却后，输送到成品储槽，成品储槽内产品经过检测、质检分析合格后，用泵输送到过滤装置过滤，得到电子级硝酸产品，最后输送到包装装置，经包装后放入库房；

S5、硝酸配置装置、缓冲罐、精馏塔顶冷凝器、脱气塔和成品储槽产生的气相汇总后输送到一级硝酸吸收塔，利用超纯水吸收回收其中的氮氧化物，得到19%硝酸回收液回流到硝酸配置装置；

S6、一级硝酸吸收塔内废气进入第一碱液吸收塔，所得废水输送至污水处理厂，气相进入还原吸收塔后高处放空；

S7、过滤装置以及包装装置废气经第二碱液吸收塔和第三碱液吸收塔两级吸收处理后，气相高处放空。经S5、S6和S7步骤能够将废气完全吸收，极少或没有废气产生。

根据本发明一种电子级硝酸联产工业级硝酸的生产方法及装置，实施后所得最终电子级硝酸产品组成详见下表：

序号	项目	指标
			1	等级	G4
2	纯度	69.5±0.3%
			3	色泽	＜10APHA
4	烛灼残渣	≤0.3ppm
			5	氯化物	≤10ppb
6	磷酸盐	≤50ppb
			7	硫酸盐	≤50ppb
8	其他金属杂质	≤0.05ppb

根据上表的检测结果可知，采用本发明G4电子级硝酸生产方法完全能够达到对颗粒物和金属杂质的含量要求，采用高效塔内件可以提高氮氧化物的溶解吸收量，降低废气中氮氧化物的含量，由于电子级硝酸属于高端产品，属于高附加值的精细氟化工产品，所以该项目可以为企业带来可观的利润。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种电子级硝酸联产工业级硝酸的生产装置，包括配置除杂系统，其特征在于，还包括废气处理系统，所述配置除杂系统包括依次通过管道连接的硝酸配置装置、缓冲罐、吸附器、精馏塔、精馏塔顶冷凝器、脱气塔、膜分离装置、冷却器、成品储槽、过滤装置和包装装置，其中所述精馏塔塔釜与精馏塔釜储槽通过管道连接，塔釜液进入所述精馏塔釜储槽形成副产工业硝酸；所述废气处理系统包括一级硝酸吸收塔、第一碱液吸收塔、还原吸收塔、第二碱液吸收塔和第三碱液吸收塔，所述硝酸配置装置、所述缓冲罐、所述精馏塔顶冷凝器、所述脱气塔和所述成品储槽分别通过管道与所述一级硝酸吸收塔连接；所述一级硝酸吸收塔、所述第一碱液吸收塔和所述还原吸收塔依次通过管道连接；所述过滤装置和所述包装装置分别通过管道与所述第二碱液吸收塔连接，所述第二碱液吸收塔、所述第三碱液吸收塔和所述还原吸收塔的尾气排出管道依次通过管道连接。

2.根据权利要求1所述的一种电子级硝酸联产工业级硝酸的生产装置，其特征在于，所述精馏塔和所述脱气塔均采用高效塔内件，所述高效塔内件为散堆填料或规整填料。

3.根据权利要求1所述的一种电子级硝酸联产工业级硝酸的生产装置，其特征在于，所述吸附器采用高效吸附介质，所述高效吸附介质为二氧化钛或活性炭或酸性树脂或活性氧化铝或硅胶。

4.根据权利要求1所述的一种电子级硝酸联产工业级硝酸的生产装置，其特征在于，所述膜分离装置采用高效膜组件，所述高效膜组件为板框式膜组件或管式膜组件或螺旋卷式膜组件或中空纤维式膜组件。

5.根据权利要求1所述的一种电子级硝酸联产工业级硝酸的生产装置，其特征在于，所述一级硝酸吸收塔、所述第一碱液吸收塔、所述还原吸收塔、所述第二碱液吸收塔和所述第三碱液吸收塔均采用高效填料，所述高效填料为散堆填料或规整填料。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种电子级硝酸联产工业级硝酸的生产装置而进行的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、来自罐区质量分数为90%~98%的浓硝酸、来自罐区质量分数为50%~60%的稀硝酸、超纯水作为原料放入硝酸配置装置内；

S2、硝酸配置装置出口液相输送到缓冲罐中储存，然后从缓冲罐向吸附器输送，吸附器出口硝酸经精馏塔的预热器预热，输送到精馏塔，精馏塔塔顶采出硝酸和水的共沸物进入到精馏塔顶冷凝器，塔釜液进入精馏塔釜储槽形成副产工业硝酸；

S3、精馏塔顶冷凝器冷凝液进入脱气塔，脱气塔内干净无油的空气与硝酸、水的共沸物的液相物料接触，去除其中的氮氧化物；

S4、脱气塔釜的物料经膜分离装置进一步除杂后，再经冷却器冷却后，输送到成品储槽，成品储槽内产品经过检测、质检分析合格后，用泵输送到过滤装置过滤，得到电子级硝酸产品，最后输送到包装装置，经包装后放入库房；

S5、硝酸配置装置、缓冲罐、精馏塔顶冷凝器、脱气塔和成品储槽产生的气相汇总后输送到一级硝酸吸收塔，利用超纯水吸收回收其中的氮氧化物，得到的硝酸回收液回流到硝酸配置装置；

S6、一级硝酸吸收塔内废气进入第一碱液吸收塔，所得废水输送至污水处理厂，气相进入还原吸收塔后高处放空；

S7、过滤装置以及包装装置废气经第二碱液吸收塔和第三碱液吸收塔两级吸收处理后，气相高处放空。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述电子级硝酸产品内杂质物包括炽 灼残渣、氯化物、磷酸盐、硫酸盐和其他金属杂质。

Images