質(zhì)量分?jǐn)?shù)為68%稀硝酸生產(chǎn)技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用

景雙伍

(天津華景化工新技術(shù)開發(fā)有限公司，天津 300400)

1 雙加壓法概述

目前，在稀硝酸生產(chǎn)行業(yè)，雙加壓法是生產(chǎn)各種稀硝酸中綜合指標(biāo)最好的一種技術(shù)，已得到廣泛的應(yīng)用。在國內(nèi)已經(jīng)應(yīng)用的傳統(tǒng)雙加壓法稀硝酸生產(chǎn)技術(shù)，產(chǎn)品稀硝酸的設(shè)計質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為60%，不能滿足各行業(yè)對高質(zhì)量分?jǐn)?shù)稀硝酸的需求，尤其是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為68%稀硝酸的需求問題。為提高雙加壓法稀硝酸生產(chǎn)裝置產(chǎn)出稀硝酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，天津華景化工新技術(shù)開發(fā)有限公司(以下簡稱華景公司)組織專業(yè)技術(shù)人員，并聘請了國內(nèi)外行業(yè)專家，對傳統(tǒng)雙加壓法稀硝酸生產(chǎn)工藝技術(shù)中影響稀硝酸含量的主要因素進(jìn)行了大量的分析論證，有針對性地提出了相應(yīng)的解決方案，對于存在不確定性因素的部分，解決方案在實驗裝置上進(jìn)行了驗證，最終確定了改進(jìn)的雙加壓法稀硝酸生產(chǎn)工藝流程，并進(jìn)一步開發(fā)出質(zhì)量分?jǐn)?shù)為68%稀硝酸生產(chǎn)技術(shù)，填補了國內(nèi)空白[1-2]。

2 改進(jìn)后工藝流程及技術(shù)要點

2.1 工藝流程

改進(jìn)后雙加壓法工藝流程見圖1。

圖1 改進(jìn)后雙加壓法工藝流程

2.2 技術(shù)要點

2.2.1 原料空氣的脫水

空氣是生產(chǎn)稀硝酸的主要原料之一，但其中含有一定量的水蒸氣，尤其是在我國南部濕度大的地區(qū)，空氣中水蒸氣的含量相對較高(相對濕度≥85%)?？諝膺M(jìn)入工藝系統(tǒng)后，其攜帶的水蒸氣會有一部分在系統(tǒng)中被冷凝成水，并進(jìn)入稀硝酸中，對提高成品稀硝酸的含量有一定的限制作用。華景公司在工藝設(shè)計中，為解決空氣除水的問題，在空氣壓縮機出口設(shè)置了換熱除水設(shè)備，利用空氣加壓條件下露點升高的特點，除去空氣中大部分的水分。該脫水方案具有運行經(jīng)濟、操作可靠的特點[3]。

2.2.2 回收冷凝酸中的NOx

氨氧化反應(yīng)中會生成大量的水蒸氣，NOx氣體在進(jìn)入吸收塔前的冷卻過程中，大部分水蒸氣冷凝析出，并與NOx反應(yīng)后形成冷凝酸，冷凝酸中含有大量的NOx氣體，而這部分NOx氣體在傳統(tǒng)的雙加壓法工藝中隨冷凝酸直接到了吸收塔的中部塔板，未經(jīng)過吸收塔底部塔板吸收，對成品稀硝酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)有一定的影響。華景公司在工藝設(shè)計中，對二次空氣進(jìn)行了重新分配，增加了系統(tǒng)冷凝酸的漂白，回收其中的NOx進(jìn)入吸收塔底部，提高吸收塔底部NOx的濃度。

2.2.3 冷凝酸的冷卻

工藝系統(tǒng)中NOx氣體經(jīng)冷凝后分離的冷凝酸溫度一般在45 ℃左右，有時達(dá)到50 ℃左右，冷凝酸經(jīng)稀酸泵打入吸收塔相應(yīng)濃度塔板上。對于吸收塔中的吸收反應(yīng)而言，冷凝酸溫度偏高，對吸收塔中吸收反應(yīng)、NO的氧化度以及成品稀硝酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均有不利的影響。華景公司在改進(jìn)的雙加壓法稀硝酸工藝流程設(shè)計中考慮了系統(tǒng)冷凝酸的冷卻，將冷凝酸溫度降至40 ℃以下，再送入吸收塔，以消除冷凝酸溫度高對吸收反應(yīng)的不利影響。

2.2.4 NO氣體的深度氧化

NO氣體的氧化度對于吸收反應(yīng)的平衡常數(shù)有很大的影響，氧化度越高，越有利于反應(yīng)向生成稀硝酸的方向進(jìn)行，得到的稀硝酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高。傳統(tǒng)雙加壓法稀硝酸生產(chǎn)工藝中，由于NO氣體沒有充分氧化變成NO2氣體，成品稀硝酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不可能達(dá)到很高的水平。華景公司在改進(jìn)的雙加壓法稀硝酸生產(chǎn)工藝流程中專門設(shè)置了NO的深度氧化設(shè)施，使進(jìn)入吸收塔底部塔板的NO氣體氧化度達(dá)到99%以上，以促進(jìn)吸收反應(yīng)的進(jìn)行。

2.2.5 提高吸收系統(tǒng)壓力

吸收系統(tǒng)壓力對產(chǎn)品稀硝酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)有著顯著的影響，壓力提高有利于吸收反應(yīng)的進(jìn)行，得到更高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的稀硝酸產(chǎn)品。技術(shù)開發(fā)單位對四合一機組設(shè)計參數(shù)進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)，在保證機組具有較高效率和綜合能耗不顯著增加的前提下，適當(dāng)提高NOx壓縮機出口壓力，達(dá)到提高吸收系統(tǒng)壓力的目的，使吸收反應(yīng)向有利于提高稀硝酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的方向進(jìn)行。

2.2.6 強化吸收塔冷卻

吸收塔內(nèi)的吸收過程主要發(fā)生2個反應(yīng)：一是NO2與H2O反應(yīng)生成HNO3；二是NO與O2反應(yīng)生成NO2，這2個反應(yīng)都是放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱量必須及時移出，才能保證吸收反應(yīng)的正常進(jìn)行。在工藝設(shè)計中，根據(jù)不同塔板的反應(yīng)強度和放熱量，合理設(shè)置塔板上的冷卻盤管換熱面積，優(yōu)化冷卻流程，既保證了冷卻效果，又節(jié)約了循環(huán)水用量。

2.3 技術(shù)優(yōu)點

利用該技術(shù)建成投產(chǎn)的稀硝酸生產(chǎn)裝置，其產(chǎn)品稀硝酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到68%以上，不但滿足了各行業(yè)對高濃度稀硝酸的需求，而且因為稀硝酸中含水量大大降低，也大幅度降低了利用稀硝酸生產(chǎn)其他產(chǎn)品后續(xù)工序的能耗和廢水排放，起到了節(jié)能減排的作用。

以稀硝酸用于生產(chǎn)濃硝酸為例，濃硝酸的生產(chǎn)主要是蒸汽消耗。傳統(tǒng)雙加壓法稀硝酸生產(chǎn)工藝中稀硝酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)設(shè)計為60%，華景公司開發(fā)的雙加壓法稀硝酸生產(chǎn)工藝中稀硝酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)設(shè)計為68%，稀硝酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高8%。利用蒸汽將稀硝酸濃縮變成濃硝酸，噸濃硝酸產(chǎn)品的蒸汽消耗至少可減少230 kg。按150 kt/a濃硝酸生產(chǎn)裝置、蒸汽150元/t計，年節(jié)約蒸汽量為34.5 kt，則年節(jié)約蒸汽費用517.5萬元。另外，對濃硝酸裝置而言，由于原料稀硝酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高，同等規(guī)模的濃硝酸裝置投資費用會大大減少，或者說同樣的裝置生產(chǎn)能力會大大提高[4]。

3 結(jié)語

截至目前，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為68%的稀硝酸生產(chǎn)技術(shù)已在國內(nèi)近20套稀硝酸生產(chǎn)裝置上得到成功應(yīng)用，運行工藝指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計要求。質(zhì)量分?jǐn)?shù)為68%的稀硝酸生產(chǎn)技術(shù)與傳統(tǒng)的雙加壓法稀硝酸生產(chǎn)技術(shù)相比，具有很大的優(yōu)勢，能獲得良好的經(jīng)濟效益和社會效益，相信必將得到更廣泛的應(yīng)用。