影响双加压法硝酸产品浓度因素分析

影响双加压法硝酸产品浓度因素分析

发表时间：2018-09-18T18:55:45.057Z 来源：《基层建设》2018年第23期作者：李达军

[导读] 摘要：在双加压法硝酸生产工艺中，系统的温度、压力、吸收加水量、对氧化吸收起着重要作用，是控制产品稀硝酸浓度的重要手段，不仅影响稀硝酸产品的目标浓度，而且影响尾气中NOx的浓度和原料液氨的消耗，从而影响生态环境和经济效益。

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摘要：在双加压法硝酸生产工艺中，系统的温度、压力、吸收加水量、对氧化吸收起着重要作用，是控制产品稀硝酸浓度的重要手段，不仅影响稀硝酸产品的目标浓度，而且影响尾气中NOx的浓度和原料液氨的消耗，从而影响生态环境和经济效益。本文结合某双加压法年产40万吨60%稀硝酸装置分析了影响双加压法硝酸产品浓度因素。

关键词：双加压法；硝酸产品；浓度因素；

随着双加压法硝酸工艺的不断改进，生产上对硝酸浓度的要求越来越高，为了保证产品浓度，分析影响产品浓度的主要因素是关键，在实际生产中，充分考虑到影响因素，选取合适控制参数，指导硝酸的生产十分重要。

1双加压法

氨的氧化采用中压，氮氧化物的吸收采用1.0-1.5MPa，此法吸收了全中压法与全高压法的优点，并可采用比全高压法更高的吸收压力，对工艺过程更为适用。具有氨耗较低，铂损耗较少，接近常压法，吸收系统采用高压后吸收率高，容积减少，酸浓度高，生产强度大，经济技术指标优，生产成本低，尾气中NOX含量低，是最彻底的清洁生产技术，符合严格的环境保护要求。基建投资适度，单机组生产能力大，能量回收综合利用合理，是最具发展的流程，是随着对环境污染日益严厉的控制而发展起来的。缺点是流程复杂，设备制造要求高，操作控制严格。根据装置能力的不同，空气被压缩到0.3-0.5MP与气氨反应，工艺气在废热锅炉和一系列热交换器中被冷却，最后被压缩到1-1.5MPa，选择合适的压力让吸收段达到最佳状态，尾气中NOX含量达到规定的标准。四合一机组的合理设计有效的利用装置生产运行中的能量，为装置的运行提供了动力。

2影响双加压法硝酸产品浓度因素

2.1温度

硝酸生产的几个主要反应都是放热反应，氧化炉中的反应会产生大量的热，可以保证氧化炉的温度控制在820-900℃，使催化剂有优良的活性，氨有很高的转化率。实际生产过程中控制温度稳定，使反应平稳进行，减少副反应发生，得到合格浓度的产品酸。

NO的氧化和NO2的吸收都为放热反应，为使NO充分转化为NO2，需要通过系列换热器将氧化炉出口的高温工艺气逐级减温。在压缩机之前设置了低压反应水冷凝器，工艺气在其中快速降温，除去水分，为NOx压缩机运行创造良好的条件。从NOx压缩机后又进入一个降温的过程，通过设置高压反应水冷凝器，使温度降下来，则进入吸收塔底的温度为40-50℃，为低温吸收创造条。在实际运行生产中，可以通过调节两反应水冷凝器的冷却水的量和温度来保证工艺气的温度有利于吸收的进行。

要产生大量合格浓度的产品硝酸，NO2在吸收塔中被充分吸收是关键。吸收塔中主要的吸收反应为可逆放热反应，移去反应过程中产生的热量，有利于反应平衡向生成硝酸的方向进行，是保证NO2被充分吸收而得到目标浓度硝酸的保证。用于吸收的水的温度会影响到吸收塔中的温度，水的温度随环境温度的变化成正比例变化，在工业生产中，吸收塔会设计蛇形换热盘管，一般用冷却水给吸收塔换热，吸收温度维持在20-35℃。

氧化炉的温度、进入吸收塔的工艺气温度、吸收塔中反应的温度、环境温度都是影响硝酸浓度的因素，在实际工业生产中，装置整体上是以降温为控制方向，使NO→NO2→HNO3转化，有利于提高转化率和控制浓度。

2.2压力

双加压装置中采用0.3-0.5mp的氧化压力，可以弥补常压氧化的不足，也可避开过高压力下，氨氧化率变低、氨耗高、铂催化剂装填量大、铂损耗高的缺点，某装置采用的西班牙TR双加压工艺包，氨耗只有38mg/t（100%HNO3）。NO氧化为NO2和NO2在吸收塔中吸收生成酸都是体积减小的反应，压力越高，越有利于硝酸的生成，从而提高硝酸产品的浓度。因此，通过NOX压缩机对工艺气加压，促使NO充分氧化为NO2和NO2在吸收塔中接近完全吸收。在实际生成中，根据当班产品数据分析结果，通过“四合一机组”控制氧化和吸收的压力，保证硝酸产品的浓度。

2.3 NO的氧化度

NO只有氧化为NO2后，才能被水吸收，形成硝酸，一氧化氮氧化的关键步骤为2NO+O2=2NO2，该反应是放热和体积减小的可逆反应。从废热锅炉开始约为1.55%，随着工艺气温度逐渐降低到低压反应水冷凝器出口为40.16%，由于二次空气的补充，在氧化氮压缩机入口处已达62%，通过升压后在尾气预热器入口处达85.87%，在经过后续换热器的降温，进入吸收塔底部已达到97.69，高的氧化率为吸收创造了条件，也是达到较高浓度硝酸的基础。

2.4水量的影响

从双加压法稀硝酸生产的反应过程及工艺流程可以看出，产品硝酸中水的来源包括以下几方面：（1）液氨中含有的水带入硝酸产品中，生产中的原料液氨，要求水质量相对于液氨量（或硝酸产量）含量极少，某装置的液氨含水重量最大为0.5%，且这部分水可以通过定期氨系统排污而排走；（2）喷蒸汽中的水，在双加压法硝酸实际生产中，喷蒸汽的目的是除去系统中的铵盐，正常情况下该操作为间断操作，且时间较短、喷水量不多、频率较低，因此喷入的蒸汽量可以忽略不计；（3）进入轴流空压机空气中的含水，可由装置所在地的空气湿度和空气量及算出，一般来说，短期内空气湿度变化较小，可认为是不变的，含水量较小，对硝酸浓度影响有限；（4）原料氨在氧化炉中反应生成的水，可以根据氨的流量算出，由式NH3+O2=HNO3+H2O可以看出，生产负荷对反应产生的水起着决定性作用，每消耗原料氨1吨就能相应的生成1吨的水量，是系统中吸收水来源的主要源头之一。反应生产的水蒸汽在各级换热器中逐渐冷凝吸收部份NO2形成浓度不等的稀硝酸；（5）吸收塔加水，可由流量计检测得到。要想基本完全吸收余下NO2生成浓度60%或更高一点的稀硝酸，还需要外加吸水量，这是系统中吸收水来源的主要源头之二。一般通过吸收塔顶层塔盘加入脱盐水来保证产品酸的浓度和质量。以某装置日常运行负荷75-100%为例，根据实际操作情况，脱盐水流量对应加入7-11m3/h左右。吸收塔顶部脱盐水的加入量与负荷成正比例关系，负荷越高，脱盐水的加入量也相应的增加，环境温度也会影响吸收水的加入量，环境温度高可以根据操作经验适当的增加水量，平稳的控制吸收塔顶水的加入量，是保证吸收效率和硝酸浓度的主要手段之一。通过分析可以看出，生产负荷和吸收塔顶加水量是决定着系统中水的来源，是影