CN209039059U - 一种新型单加压法氨氧化生产稀硝酸的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种新型单加压法氨氧化生产稀硝酸的系统，包括氨空气混合气的制备装置、氨的氧化及热能回收装置、一氧化氮的氧化及吸收装置、酸漂白装置和尾气处理装置；本实用新型合理利用系统内部热量，取代了现有技术中采用电机驱动空气压缩机，利用高能的自产蒸汽和尾气，提升汽轮机与尾气透平做功效率；并且降低氨消耗量和铂损耗量，提高成品酸浓度；本实用新型的吸收塔采用一台，可节约占地面积，吸收塔同时设置有闭路循环水系统和界区循环水系统，有利于吸收反应的进行，降低吸收塔出口NOx气体能量，节约尾气处理成本；本实用新型的蒸汽与冷凝液回收系统，使得系统能源利用更加充分，系统运行更加经济安全。

Description

一种新型单加压法氨氧化生产稀硝酸的系统

技术领域

本实用新型属于生产稀硝酸设备领域，尤其是涉及一种新型单加压法氨氧化生产稀硝酸的系统。

背景技术

单加压法硝酸工艺主要分为中压法硝酸工艺和高压法硝酸工艺。传统的中压法生产稀硝酸工艺，其缺点如下：(1)从吸收塔排放的尾气NOx浓度过高；(2)成品酸浓度低，最高只能达到52％；(3)热量利用不充分；(4)吸收塔一般为两台。传统的高压法生产稀硝酸工艺，其缺点如下：(1)氨消耗量过高(2)铂网损失较大；(3)电耗大；(4)热量利用不充分。

发明内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种新型单加压法氨氧化生产稀硝酸的系统，旨在提高稀硝酸浓度，降低吸收塔尾气NOx排放浓度，节能降耗。

为达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种新型单加压法氨氧化生产稀硝酸的系统，包括氨空气混合气的制备装置、氨的氧化及热能回收装置、一氧化氮的氧化及吸收装置、酸漂白装置和尾气处理装置；

所述氨空气混合气的制备装置：包括依次顺序连接的氨蒸发器、气氨过滤器、氨过热器、氨空混合器,所述氨蒸发器包括氨蒸发器A、氨蒸发器B和辅助蒸发器，氨蒸发器A和氨蒸发器B并联设置,氨蒸发器B中的油水排入辅助蒸发器；空气经空气过滤器后由空气压缩机送出一次空气和二次空气，一次空气进入氨空混合器，二次空气分别进入氨氧化热回收器和二次空气冷却器,所述空气压缩机由汽轮机和尾气透平驱动；

所述氨的氧化及热能回收装置：包括设置有铂网和下部盘管的氨氧化热回收器，氨空混合气经铂网进行氧化升温后送入下部盘管回收热量；

所述一氧化氮的氧化及吸收装置：包括依次顺序连接的尾气再热器、节能器、反应水冷凝器和氧化氮分离罐；经氧化氮分离罐分离出的稀硝酸经稀酸泵进入吸收塔；经氧化氮分离罐分离出的氧化氮气体经漂白塔进入吸收塔的底部；

所述酸漂白装置：包括漂白塔，所述二次空气经二次空气冷却器冷却后进入漂白塔底部；吸收塔底部的稀硝酸进入漂白塔的顶部塔盘；经漂白塔漂白的成品送入稀硝酸罐区；

所述尾气处理装置：包括尾气分离器、尾气预热器、冷凝液预热器、氨还原反应器；由吸收塔顶来的尾气依次经尾气分离器、二次空气冷却器、尾气预热器、尾气再热器进入氨还原反应器，反应后的尾气进入尾气透平回收压缩功；尾气透平出来的尾气经尾气预热器、冷凝液预热器回收热能后通过尾气排气筒排入大气。

优选地，所述吸收塔为一台，该台吸收塔同时设置有闭路循环水系统和界区循环水系统，所述闭路循环水系统包括连接构成循环回路的氨蒸发器A、吸收塔的上部冷却器和循环水升压泵，循环水升压泵经补充循环水泵连接补充循环水槽；所述界区循环水系统包括与界区来的冷却水连接的吸收塔的下部冷却器，与吸收塔的下部冷却器并联设置凝气器、润滑油冷却器、以及连接反应水冷凝器和氨蒸发器B的管路。

优选地，设置有蒸汽与冷凝液回收系统，包括收集汽轮机出来的泛气的凝汽器，和凝汽器依次顺序连接的凝结水泵、除氧器；辅助氨蒸发器和氨过热器换热后的冷凝液、低压蒸汽进入除氧器；除氧器依次顺序连接蒸发给水泵、节能器、汽包；汽包通过蒸发循环水泵与氨氧化热回收器连接为循环回路；氨氧化热回收器中的过热蒸汽通过管道经蒸汽分离器连接汽轮机。

优选地，所述汽轮机、空气压缩机和尾气透平相连设置为三合一式机组。

优选地，所述尾气预热器和冷凝水预热器相连设置为二合一式尾气热回收设备。

优选地，所述尾气预热器为列管式换热器，所述冷凝液预热器为立式布置的翅片管式换热器。

相对于现有技术，本实用新型所述的装置具有以下优势：

(1)本实用新型的空气压缩机由汽轮机和尾气透平驱动，通过氨空气混合气的制备装置、氨的氧化及热能回收装置、一氧化氮的氧化及吸收装置、酸漂白装置和尾气处理装置合理利用系统内部热量，取代了现有技术中采用电机驱动空气压缩机，利用高能的自产蒸汽和尾气，提升汽轮机与尾气透平做功效率；并且降低氨消耗量和铂损耗量，提高成品酸浓度。

(2)本实用新型的吸收塔采用一台，可节约占地面积，吸收塔同时设置有闭路循环水系统和界区循环水系统，有利于吸收反应的进行，降低吸收塔出口NOx气体能量，节约尾气处理成本。

(3)本实用新型的蒸汽与冷凝液回收系统，使得系统能源利用更加充分，系统运行更加经济安全。

附图说明

附图中：

图1是本实施例的整体结构示意图；

图2是吸收塔的结构示意图；

图3是氨氧化热回收装置的结构示意图。

附图标记说明：

1-氨蒸发器A；2-氨蒸发器B；3-气氨过滤器；4-气氨过热器；5-氨辅助蒸发器；6-排油罐；7-氨空混合器；8-空气过滤器；9-汽轮机；10-空气压缩机；11-尾气透平；12-氨氧化-热回收器；13-尾气再热器；14-节能器；15-反应水冷凝器；16-氧化氮分离罐；17-稀酸泵；18-吸收塔；19-尾气分离器；20-二次空气冷却器；21-氨还原反应器；22-尾气预热器；23-冷凝液预热器；24-排气筒；25-开工酸泵，26-开工酸槽；27-移酸泵；28-漂白塔；29-工艺水泵；30-凝汽器；31-润滑油冷却器；32-补充循环水槽；33-补充循环水泵；34-循环水升压泵；35-除氧器；36-蒸发给水泵；37-汽包；38-蒸发给水循环泵；39-管道蒸汽分离器；40-蒸汽吹除消音器A；41-蒸汽分离器；42-蒸汽吹除消音器B；43-连续排污罐；44-排污膨胀器；45-凝结水泵。

具体实施方式

本实用新型所采用的技术方案：如图1、2、3所示，一种新型单加压法氨氧化生产稀硝酸的系统，包括氨空气混合气的制备装置、氨的氧化及热能回收装置、一氧化氮的氧化及吸收装置、酸漂白装置和尾气处理装置；

所述氨空气混合气的制备装置：包括依次顺序连接的氨蒸发器、气氨过滤器3、氨过热器4、氨空混合器7,所述氨蒸发器包括氨蒸发器A1、氨蒸发器B2和辅助蒸发器5，氨蒸发器A1和氨蒸发器B2并联设置,氨蒸发器B2中的油水排入辅助蒸发器5；空气经空气过滤器8后由空气压缩机10送出一次空气和二次空气，一次空气进入氨空混合器7，二次空气分别进入氨氧化热回收器12和二次空气冷却器20,所述空气压缩机10由汽轮机9和尾气透平11驱动；

所述氨的氧化及热能回收装置：包括设置有铂网和下部盘管的氨氧化热回收器12，氨空混合气经铂网进行氧化升温后送入下部盘管回收热量；

所述一氧化氮的氧化及吸收装置：包括依次顺序连接的尾气再热器13、节能器14、反应水冷凝器15和氧化氮分离罐16；经氧化氮分离罐16分离出的稀硝酸经稀酸泵17进入吸收塔18；经氧化氮分离罐16分离出的氧化氮气体经漂白塔28进入吸收塔18的底部；

所述酸漂白装置：包括漂白塔28，所述二次空气经二次空气冷却器20冷却后进入漂白塔28底部；吸收塔18底部的稀硝酸进入漂白塔28的顶部塔盘；经漂白塔28漂白的成品送入稀硝酸罐区；

所述尾气处理装置：包括尾气分离器19、尾气预热器22、冷凝液预热器23、氨还原反应器21；由吸收塔18顶来的尾气依次经尾气分离器19、二次空气冷却器20、尾气预热器22、尾气再热器13进入氨还原反应器21，反应后的尾气进入尾气透平11回收压缩功；尾气透平11出来的尾气经尾气预热器22、冷凝液预热器23回收热能后通过尾气排气筒24排入大气。

优选地，如图2所示，所述吸收塔18为一台，该台吸收塔18同时设置有闭路循环水系统和界区循环水系统，所述闭路循环水系统包括连接构成循环回路的氨蒸发器A1、吸收塔18的上部冷却器和循环水升压泵34，循环水升压泵34经补充循环水泵33连接补充循环水槽32；所述界区循环水系统包括与界区来的冷却水连接的吸收塔18的下部冷却器，与吸收塔18的下部冷却器并联设置凝气器30、润滑油冷却器31、以及连接反应水冷凝器15和氨蒸发器B2的管路。

优选地，如图3所示，设置有蒸汽与冷凝液回收系统，包括收集汽轮机9出来的泛气的凝汽器30，和凝汽器30依次顺序连接的凝结水泵45、除氧器35；辅助氨蒸发器5、氨过热器4换热后的冷凝液、低压蒸汽进入除氧器35；除氧器35依次顺序连接蒸发给水泵36、节能器14、汽包37；汽包37通过蒸发循环水泵38与氨氧化热回收器12连接为循环回路；氨氧化热回收器12中的过热蒸汽经蒸汽分离器41送入汽轮机9。

优选地，所述汽轮机9、空气压缩机10和尾气透平11相连设置为三合

一式机组。

优选地，所述尾气预热器22和冷凝水预热器23相连设置为二合一式尾气热回收设备。

优选地，所述尾气预热器22为列管式换热器，所述冷凝液预热器23为立式布置的翅片管式换热器。

本实实施例的工艺流程包括：氨—空混合气的制备工序、氨氧化与热能回收工序、NO氧化及吸收工序、酸漂白工序和尾气处理工序，具体工序如下：

1)氨—空气混合气的制备工序

由外界来的原料液氨送入第一氨蒸发器1和第二氨蒸发器2，大部分液氨在第一氨蒸发器1中蒸发，剩余的液氨在第二氨蒸发器2中蒸发。当液氨中的油水在第二氨蒸发器中积累起来时，可将其排至氨辅助蒸发器5，在该设备中通入低压蒸汽，此过程可间断或连续操作。由第一氨蒸发器1、第二氨蒸发器2和氨辅助蒸发器5来的气氨送至气氨过滤器3，过滤的气氨进入氨过热器4，然后送入氨-空混合器7，再去热回收器12。

空气经空气过滤器8进入空气压缩机10，压缩后的空气分为一次和二次空气两股气流：一次空气进入氨-空混合器7，二次空气分两部分，一部分进入热回收器12内，其余部分去经二次空气冷却器20进入漂白塔28。

2)氨的氧化及热能回收工序

氨-空气混合气入热回收器12并均匀分布于铂网上，进行氧化反应：

4NH3+5O2＝4NO+6H2O+Q

氨氧化反应所释放出的热量及氨-空气混合气的显热反应使气体温度升高，此气流经热回收器12下部盘管回收热量，气体出热回收器12的温度降低。

3)一氧化氮氧化及吸收工序

出热回收器12的氧化氮气体流经串联的尾气再热器13和节能器14，当温度降低时，混合气中的NO氧化为NO2：

2NO+O2＝2NO2+Q

氧化氮气进入反应水冷凝器15用冷却水冷却，部分NOx气在此与冷凝水反应生成稀硝酸，将气体和稀硝酸送至氧化氮分离罐16进行分离；稀硝酸由稀酸泵17送入吸收塔18相应浓度塔板；分离后的氧化氮气体和来自漂白塔28的二次空气相混合，送入吸收塔18底部；在吸收塔18塔板上氧化氮气体被水吸收而生成硝酸，总反应如下：

3NO2+H2O→2HNO3+NO+Q

从漂白塔28出来的另一股二次空气则进入吸收塔18的中部塔盘，以促进生成的NO尽快氧化为NO2。

硝酸所需的工艺水由工艺水泵29送至吸收塔18顶部塔板，吸收塔塔板间装有冷却盘管以移走吸收热和氧化热，通过水吸收后在吸收塔底收集的酸浓度为55％以上。

4)酸漂白工序

二次空气先在二次空气冷却器20中被尾气冷却后，送入漂白塔28底部。吸收塔18底部稀硝酸送入漂白塔28顶部塔盘，通入二次空气提出溶解其中的NOx气体以完成漂白过程。经漂白的成品从漂白塔28引出后直接送入稀硝酸罐区。

5)尾气处理工序

由吸收塔18顶来的尾气送到尾气分离器19以除去夹带的雾沫。然后经二次空气冷却器20、尾气预热器22和尾气再热器13，将尾气加热，加热的尾气与气氨混合后送入氨还原反应器21，以在触媒作用下进行氨还原反应，处理尾气中的NOx气体。反应后的尾气送入尾气透平机11，在此回收压缩功。尾气透平机11出来的尾气经尾气预热器22、冷凝液预热器23回收热能后，通过尾气排气筒24排入大气。

工艺采用两种冷却水系统：一种是工艺过程的闭路循环水系统，另一种是界区循环水系统。

闭路循环水系统是指：闭路循环水系统是由第一氨蒸发器1、吸收塔18上部冷却器、循环水升压泵34、补充循环水槽32，补充循环水泵33所组成。由吸收塔18上部18-41层的冷却盘管出来的热水进入蒸发器A1，进行换热，水将其热量传给液氨，使液氨蒸发，液氨将其冷量传给水，使水温降低。自第一氨蒸发器1出来的冷水再进入吸收塔18上部冷却水盘管中，与吸收塔内的NOX气体进行热交换，水将其冷量传给NOX气体，使NOX气体温度降低，有利于吸收反应的进行，NOX气体在吸收塔内反应放出的热量，被水带走，使水温升高，用于液氨的蒸发，用循环水升压泵34克服循环过程中的压力降，由补充循环水槽32通过补充循环水泵33向闭路系统补充脱盐水。

界区循环水系统是指：从循环水装置来的冷却水，分别进入凝汽器30、润滑油冷却器31、反应水冷凝器15、第二氨蒸发器2、吸收塔18下部冷却器进行换热后，返回循环水装置。

如图3所示，从汽轮机9出来的泛汽，经凝汽器30收集，用凝结水泵45抽出与外界来的脱盐水混合与尾气换热后送入除氧器35中。低压蒸汽分别送入辅助氨蒸发器5和氨过热器4中，换热后冷凝液送入除氧器35，低压蒸汽送入除氧器35，除氧器35对冷凝液进行热力除氧，除氧后由蒸发给水泵36经节能器14与NOX气体换热后送入汽包37中。

来自汽包37的饱和水进入蒸发循环水泵38使脱盐水在汽包37和热回收器12之间循环。来自汽包37的饱和蒸汽进入热回收器12过热段中，生成过热蒸汽。过热蒸汽经过管道蒸汽分离器39、蒸汽分离器41除雾后，大部分用于汽轮机9，富余的输出界区。开车时汽包换热后的中压蒸汽经蒸汽吹除消音器40放空。

汽包37的废水进入连续排污罐43，蒸汽通过顶部管道送到除氧器35，废水排污到排污膨胀罐44。

本实用新型上述实施例中需要进一步说明的是：

1)空气压缩机出口压力选择0.5MPa(A)，既可保证热回收器的氧化率，又可维持吸收塔吸收压力控制在0.45MPa(A)，可提高吸收塔的吸收率，同时提高尾气透平机尾气进口压力，提高尾气透平机做功效率。系统压力不易过高，过高会导致氨氧化副反应的增加，氨消耗量与铂网损失量加大。

2)装置采用新型汽轮机-空气压缩机-尾气透平机三合一机组，本工艺产出4.0MPa(A)、440℃的中压过热蒸汽，尾气透平机进气温度380℃，装置合理利用系统内部热量，不再采用电机，利用高能的自产蒸汽和尾气，提升汽轮机与尾气透平机做功效率。

3)吸收塔采用一台，可节约占地面积。

4)吸收塔所用冷却水分为两段：从循环水装置来的冷却水，进入吸收塔下部冷却盘管冷却后，返回循环水装置；吸收塔上部冷却水采用与第一氨蒸发器蒸氨所用的脱盐水形成闭路循环水，具体过程如下：由吸收塔上部的冷却盘管出来的热水进入第一氨蒸发器，进行换热，水将其热量传给液氨，使液氨蒸发，液氨将其冷量传给水，使水温由22.5℃冷却至18℃左右。自第一氨蒸发器出来的冷水再进入吸收塔上部冷却水盘管中，与吸收塔内的NOx气体进行热交换，水将其冷量传给NOx气体，使NOx气体温度降低，有利于吸收反应的进行，NOx气体在吸收塔内反应放出的热量，被水带走，使水温升高，用于液氨的蒸发。

5)系统二次空气分两段进入吸收塔中，2/3二次空气经氧化氮分离罐进入吸收塔底部，另1/3二次空气进入吸收塔的中部。这样既使吸收塔底部NO2浓度较高，又可将在吸收过程产生的NO及时氧化为NO2，以保证吸收塔具有高的吸收率。

6)系统热量的合理利用：氨氧化反应产生大量的反应热，首先在热回收器中通过锅炉水回收热量产生4.0MPa(A)、440℃蒸汽，然后经尾气再热器、节能器分别给尾气和蒸发给水加热。吸收塔出来的冷尾气则分别经过二次空气冷却器、尾气预热器、尾气再热器利用系统内的二次空气、高温尾气、高温氧化氮气体加热至360℃，给尾气透平机提供能量，有助于尾气透平机的做功。而从尾气透平机出来的高温尾气则通过尾气预热器和冷凝液预热器由低温尾气和冷凝液回收热量。吸收塔上部所用冷却水与第一氨蒸发器蒸氨所用的脱盐水形成闭路循环水，合理利用蒸氨的冷量和吸收的热量。第二氨蒸发器所用循环水则采用反应水冷凝器的循环回水，合理利用循环水回水的热量。

7)尾气预热器和冷凝液预热器做成二合一的尾气热回收设备，且根据物料特性选择不同的换热器型式，尾气预热器选用列管式换热器，冷凝液预热器选用翅片管式换热器，并采用立式布置，保证换热效果的同时，设备阻力和占地面积也更小。

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

Claims (6)

1.一种新型单加压法氨氧化生产稀硝酸的系统，其特征在于：包括氨空气混合气的制备装置、氨的氧化及热能回收装置、一氧化氮的氧化及吸收装置、酸漂白装置和尾气处理装置；

所述氨空气混合气的制备装置：包括依次顺序连接的氨蒸发器、气氨过滤器、氨过热器、氨空混合器,所述氨蒸发器包括氨蒸发器A、氨蒸发器B和辅助蒸发器，氨蒸发器A和氨蒸发器B并联设置,氨蒸发器B中的油水排入辅助蒸发器；空气经空气过滤器后由空气压缩机送出一次空气和二次空气，一次空气进入氨空混合器，二次空气分别进入氨氧化热回收器和二次空气冷却器,所述空气压缩机由汽轮机和尾气透平驱动；

所述氨的氧化及热能回收装置：包括设置有铂网和下部盘管的氨氧化热回收器，氨空混合气经铂网进行氧化升温后送入下部盘管回收热量；

所述一氧化氮的氧化及吸收装置：包括依次顺序连接的尾气再热器、节能器、反应水冷凝器和氧化氮分离罐；经氧化氮分离罐分离出的稀硝酸经稀酸泵进入吸收塔；经氧化氮分离罐分离出的氧化氮气体经漂白塔进入吸收塔的底部；

所述酸漂白装置：包括漂白塔，所述二次空气经二次空气冷却器冷却后进入漂白塔底部；吸收塔底部的稀硝酸进入漂白塔的顶部塔盘；经漂白塔漂白的成品送入稀硝酸罐区；

所述尾气处理装置：包括尾气分离器、尾气预热器、冷凝液预热器、氨还原反应器；由吸收塔顶来的尾气依次经尾气分离器、二次空气冷却器、尾气预热器、尾气再热器进入氨还原反应器，反应后的尾气进入尾气透平回收压缩功；尾气透平出来的尾气经尾气预热器、冷凝液预热器回收热能后通过尾气排气筒排入大气。

2.根据权利要求1所述的一种新型单加压法氨氧化生产稀硝酸的系统，其特征在于：所述吸收塔为一台，该台吸收塔同时设置有闭路循环水系统和界区循环水系统，所述闭路循环水系统包括连接构成循环回路的氨蒸发器A、吸收塔的上部冷却器和循环水升压泵，循环水升压泵经补充循环水泵连接补充循环水槽；所述界区循环水系统包括与界区来的冷却水连接的吸收塔的下部冷却器，与吸收塔的下部冷却器并联设置凝气器、润滑油冷却器、以及连接反应水冷凝器和氨蒸发器B的管路。

3.根据权利要求1所述的一种新型单加压法氨氧化生产稀硝酸的系统，其特征在于：设置有蒸汽与冷凝液回收系统，包括收集汽轮机出来的泛气的凝汽器，和凝汽器依次顺序连接的凝结水泵、除氧器；辅助氨蒸发器和氨过热器换热后的冷凝液、低压蒸汽进入除氧器；除氧器依次顺序连接蒸发给水泵、节能器、汽包；汽包通过蒸发循环水泵与氨氧化热回收器连接为循环回路；氨氧化热回收器中的过热蒸汽通过管道经蒸汽分离器连接汽轮机。

4.根据权利要求1所述的一种新型单加压法氨氧化生产稀硝酸的系统，其特征在于：所述汽轮机、空气压缩机和尾气透平相连设置为三合一式机组。

5.根据权利要求1所述的一种新型单加压法氨氧化生产稀硝酸的系统，其特征在于：所述尾气预热器和冷凝水预热器相连设置为二合一式尾气热回收设备。

6.根据权利要求1所述的一种新型单加压法氨氧化生产稀硝酸的系统，其特征在于：所述尾气预热器为列管式换热器，所述冷凝液预热器为立式布置的翅片管式换热器。