20万吨年双加压法制造稀硝酸

2.3 稀硝酸生产流程的确定
60年代后，硝酸生产的技术特点是，采用大型化组，适当的提高操作压力。采用高效设备，降低原料及能量消耗，解决尾气中氮氧化物的污染问题。与其他生产方法相比，双加压法的氧化压力适中，吨酸铂耗少，吸收压力高，对氮的氧化物吸收有利，产酸浓度高，氨耗低，酸尾排放的NOx含量低，是一种可供选择的先进的硝酸生产方法。
3706
3977
4300
5447
6670
7600
9670
表1-22006-2010年我国各种硝酸生产方法的产能情况
生产方法
2006年
2007年
2010（估计）
产能×104
比例/%
产能×104
比例/%
产能×104
比例/%
常压法
1180
17.7
1180
16.7
1180
12.2
综合法
1220
18.3
1220
2.3.2主要反应方程式6
第三章物料衡算与能量衡算8
3.1物料衡算8
3.1.1反应器（氧化）8
3.2能量衡算10
3.2.1压缩机（透平机）10
第四章典型机械设备的选型与论证12
4.1主要设备12
4.2典型压缩机选型与论证12
4.3典型设备选型与论证13
总结14
参考文献15
致谢16
附录17
前 言
目前国内外工业化生产稀硝酸几乎全部采用氨氧化法，根据氨氧化的压力和水吸收氧化氮的压力，稀硝酸生产分为常压法、综合法、中压法、高压法、双加压法5种工艺。我国的硝酸生产工艺已由常压法、综合法、中压法发展为高压法和双加压法，双加压法生产稀硝酸工艺是当今世界最为先进的稀硝酸生产工艺。
60
60～80
120
200
120
出酸塔尾气
NOx浓度/×10-6
5000～10000
2500
1000～1500
2000～2500
200～800
处理后尾气
NOx浓度/×10-6
常压碱吸收600～1300
常压碱吸收400～600
加压碱吸收200～500
≤200
≤200
总体上，氨和铂的消耗综合法为最低，中压法和双加压法次之，高压法最高：相对投资费用高压法最低，双加压法次之：在生产规模上高压法和双加压法最宜实现大型化，而尾气排放则双加压法最优。
2.1.3 综合法与双加压法
氨氧化和NO2吸收分别在两种不同压力下进行，现有两类流程。一为综合法，常压氨氧化-加压NO2吸收流程；二为双加压法，中压氨氧化．高压NO2吸收流程。前者以前苏联国立氮气研究所流程为代表；后者以法国格郎德一帕鲁瓦斯(Grande．Paroisse)流程为代表(简称GP法)，或称双压法。
1.2 国内硝酸生产概况
我国不同年份的硝酸生产能力情况见表1-1。2006～2010年我国各种硝酸生产方法的产能情况见表1-2。
表l-1我国不同年份的硝酸生产能力情况
年份
1970
1975
1980
1990
1995200020 Nhomakorabea52006
2008
2010(估计)
产能／kt.a-1
2102
2238
2755
2.1.2 全压法
氨氧化和酸吸收均在加压下进行。吸收压力可分两个等级：中压吸收的压力为0.4～0.6MPa。高压吸收为0．8～1．3MPa或更高。前者以伍德(UMe)、斯塔米卡邦(Stamicarbon)和蒙特爱迪生(Montecation)等工艺流程为代表。后者以凯米特(Chemico)、Weatherly和住友(Sumitomo)的工艺流程为代表。全压法因吸收压力高，其NO2吸收率及成品酸中HNO3含量都较高。排放尾气中氮氧化物含量低。吸收塔容积小，能量回收率高。但氨氧化率比常压法稍低，而且铂损耗较大。
关键词：双加压法；稀硝酸；工艺流程；
摘要Ⅰ
前言Ⅱ
第一章 硝酸生产工艺简介1
1.1世界硝酸生产概况1
1.2国内硝酸生产概况1
第二章 工艺流程论证3
2.1常用硝酸生产工艺3
2.1.1常压法3
2.1.2全压法3
2.1.3综合法与双加压法3
2.2硝酸生产工艺之间比较3
2.3稀硝酸生产流程的确定5
2.3.1双加压法稀硝酸工艺流程5
17.3
1220
12.6
中压法
1050
15.7
1130
16.0
1130
11.7
高压法
860
12.9
2560
13.6
960
9.9
双加压法
2360
35.4
7050
36.4
5180
53.6
合计
.0
.0
.0
可以看出：2006-2010年我国硝酸工业生产能力将快速增长，生产方法结构性调整呈大提速状态，落后的生产方法(如常压法和综合法)的生产份额将被压缩，有的将转产或退出市场；先进的双加压法的产能所占比例逐年增加，至2010年其产量将达到5180kt／a，所占比例上升至53.6％，在硝酸生产中将占居主导地位。
根据铂催化剂的损失机理，铂消耗是必然的，由于其价格昂贵，资源缺少，所以铂的损耗也很重要。近几年来生产中在减少铂耗和回收方面都采取了有效的措施。由于流程不同其差异十分明显，如常压氧化铂耗只有0.06g／t左右，而全高压法高达0.3g／t。电的消耗指标不仅仅和生产有关，而且与装置的能量回收密切相关。若流程配置得当，充分利用反应热，有效地回收尾气的热能和动能，加压的能量消耗可以大大降低。电的消耗还和是否用冷冻系统强化吸收有关，同样也关系到蒸汽的消耗。
第二章 工艺流程论证
2.1 常用硝酸生产工艺
由于在各个历史发展时期的条件局限，诞生了许多流程。一般按压力来划分，有常压法、全压法、综合法、双加压法。这几种流程都属于氨接触氧化法制硝酸，包括氨氧化制NO、氮氧化物与水反应吸收成酸、尾气氮氧化物的脱除、空气和氧化氮气体的压缩以及能量回收四个步骤。但不同的流程在生产能力、技术经济指标、设备组合及结构方面存在明显的差异。
生产规模主要是指铂网的燃氨强度和吸收设备的容积系数以及压缩机组的配置。在流程中多设置一些原料气净化设备和热能回收设备，虽增加了投资费用，但能提高氨的转化率和回收了能量，仍是合理的。在吸收部分，提高压力和采用冷冻水，可以降低吸收容积系数，相应增加了能量消耗，却有利于尾气吸收控制和能量回收，提高了产品浓度。节能压缩机组的选用，不仅提高了装置的整体装配水平，更有利于能量的综合利用。所以要多方面兼顾考虑。采用富氧氧化，不但减少吸收容积系数，而且能提高氨的转化率，减少动力配置，但要求有制备富氧的条件，可以综合利用，不宜专门设置制氧装置。生产强度还和设备的类型、结构有很大关系，采用新技术，新材料的设备可以大幅度地强化生产能力。各种生产方法的特征见表1-1。
摘 要
硝酸是化学工业中的重要产品之一，用途十分广泛。本文对国内外硝酸工业的发展进行了比较全面的总结，对不同的硝酸生产工艺流程进行了比较，分析了各个工艺的优点和缺点。
稀硝酸生产分为常压法、综合法、中压法、高压法、双加压法5种工艺。与其它方法相比，双加压法生产硝酸的氧化压力适中，吨酸铂耗少，吸收压力高，对氮的氧化物吸收有利，产酸浓度高，氨耗低，酸尾排放的NOx含量低。双加压法的这些优点，使其在硝酸工业生产中占据了主导地位。
前者兼有常压和加压法两者优点：其氨耗及铂损耗比全高压法小，不锈钢用量比全中压法为少。后者采用较高吸收压力和较低吸收温度，成品酸中HNO3含量一般可达60％，国外有些双加压装置尾气中氮氧化物含量低于200mg／kg，可以不做处理直接放空，但是国内很多装置由于受机组、开车等因素影响还达不到。
2.2 硝酸生产工艺之间比较
本设计第一章介绍了世界硝酸的生产概况、国内生产硝酸的概况以及硝酸的作用，说明的双加压法在当今工业生产中的重要性，第二章介绍并比较了生产稀硝酸常用的方法，确定了本设计生产稀硝酸所采用的双加压法，并阐述了双加压法的流程，介绍主要发生的反应，第三章简要计算了反应器的物料衡算和压缩机的能量衡算。第四章确定主要设备的选型。后面予以总结、列明参考文献并致谢。
1.1世界硝酸生产概况
硝酸工业生产具有悠久的历史，早在15世纪就有用智利硝石与硫酸反应制造硝酸，该法一直沿用至20世纪初。
从1905年世界上首座电弧法生产硝酸的工厂在挪威投入生产，到1908年德国建成以铂网为催化剂使氨与空气在氧化炉内反应的规模为3t／d硝酸(53％)的工厂，再到1913年Haber法合成氨问世，从此氨接触氧化法硝酸生产技术进入工业化阶段。
第一章硝酸生产工艺简介
硝酸是重要的无机酸，大部分用于制造硝酸铵，氮磷或氮磷钾等复合肥料。硝酸铵还大量用作矿山、铁路和公路、建筑施工等民用爆破工程上的安全炸药。
浓硝酸广泛用于有机化工。作为染料生产中最重要的中间体之一的苯胺，以及染料和塑料工业应用的邻苯二甲酸及其酸酐均需用浓硝酸。
硝酸除用于制造梯恩梯(TNT)炸药外，苦味酸、硝化纤维、硝化甘油、雷汞均需用到硝酸，N2O4正是浓硝酸生产过程中的中间产品，它与其他燃料组成双组元液体，用与火箭的推进剂。
3、图纸要求：工艺流程图1张（图幅2号）；设备平面或立面布置图1张（图幅3号））。
二、进度安排：
教学内容
学时
地点
备注
查资料、说明书提纲、流程论证、工艺流程图
第一周
设计室
设备布置图、说明书整理、答辩。
第二周
设计室
三、指定参考文献与资料
《过程装备成套技术设计指南》（兼用本课程设计指导书）、《过程装备成套技术》、《化工单元过程及设备课程设计》
四 川 理 工 学 院
课 程 设 计
设计题目：20万吨/年双加压法制造稀硝酸
一、设计要求：
1、根据设计题目，进行生产实际调研或查阅有关技术资料，选定合理的流程方案和设备类型，并进行简要论述。（字数不小于8000字）
2、设计说明书内容：封面、目录、设计题目、概述与设计方案简介、工艺方案的选择与论证、工艺流程说明、专题论述、参考资料等。
衡量一个流程先进与否的标准，主要是根据其技术经济指标、生产规模、原料及操作费用、产品酸浓度高低和投资比为依据。技术经济指标主要是指氨、催化剂、电、水、蒸汽的消耗，另外还有氧化率、吸收率、尾气排放浓度、产品浓度、生产规模等。投资比即生产强度与基建投资的比值。
氨的消耗是最主要的指标，它占生产成本的90％左右，提高氨的利用率是有极大意义的，理论上一吨成品酸需消耗氨为269．8kg，实际上由于氨的转化率和吸收率达不到100％，液氨的纯度也达不到100％，这样实际上氨耗应比理论值大，一般在280～300kg／t。从降低氨耗的角度来看，常压氧化氨的利用率高：加压吸收，氮氧化物的吸收率高，有利于氨耗的降低。
表2-1各种硝酸生产工艺的特征
项目
常压法
综合法
中压法
高压法
双加压法
氧化压力/bar
1.1～1.2
1
4～6
8～13
4～6
吸收压力/bar
0.98～1.8
4～6
4～6
8～13
8～12
产品浓度/%
40～45
≤50
≤53
≥60
≥60
氨耗kg/t
308～330
280
282～284
288～300
282～284
铂耗mg/t
2.1.1 常压法
氨氧化及酸吸收均在常压下进行。这种方法因压力低，氨氧化率高，铂损耗较低，设备结构简单，多用6～12个串联的吸收塔。早期吸收塔多用天然耐酸材质，如花岗石或耐酸砖砌成，现今用塑料或不锈钢制成。常压法缺点是成品酸中HNO3含量低，排放的尾气中氮氧化物含量高，环境污染严重，尾气需作处理。吸收容积大，占地多，投资大。
硝酸作为一种特殊产品，可用于和平建设，亦可用于战争。美国在20世纪70年代越战时期，硝酸工业得到快速发展，硝酸产量最高达10000kt／a，越战之后进行了调整，现保留约67家硝酸厂，总产能7000～7500kt／a。全球硝酸生产厂家(未含中国大陆)约345家，总产能55100～55700kt／a，生产方法以高压法和双加压法为主。全球各国生产能力前5名排序为：中国7050 kt／a(预计2010年将达9670kt／a)，美国7000～7500kt／a，德国3866kt／a，英国3187kt/a，荷兰2465kt／a。全球生产企业产能前5名排序为：英国帝国化学工业公司2205kt／a(最大生产厂比村厄1375kt／a)，荷兰氮素公司1100kt／a，德国巴斯夫(在路德维港)950kt／a，挪威波尔斯洛伦950kt／a，中国山西天脊煤化工集团公司810kt／a。
综上所述，结合各稀硝酸生产方法的优缺点，本设计所需制备20万吨/年稀硝酸的情况，以及能源、技术、环境等因素考虑，故本设计选择双加压法！
2.3.1 双加压法稀硝酸工艺流程
本法典型的工艺流程如图2-1
图2-1双加压法制稀硝酸流程
（1）氨的氧化和热能回收
氨和空气分别进入过滤器,以除去气体中夹带的固体粉尘和油雾等对氨氧化催化剂有害的杂质,净化后的气体经混合器混合(混合气中氨含量约9.5%(v))后进入氨氧化器,经与铂铑网接触,96%～97%(v)的氨被氧化为一氧化氮,气体的温度也上升至～860℃,此气体经氨氧化器下部的蒸气过热器和废热锅炉回收热量后出氨氧化反应器的温度约为400℃。