我国硝酸工业生产技术新进展研究

岳雅男

（1.太原理工大学 化学化工学院，山西 太原 030024；2.山西天脊煤化工集团有限公司，山西 潞城 047507）

硝酸工业生产拥有比较长的历史，早期使用硝石作为生产原料来生产硝酸，这种工业生产硝酸的方法持续了一段时间，直到工业合成氨技术的诞生， 氨氧化法一直成为近代硝酸工业生产采用的主要方法。 世界上首座电弧法生产硝酸工厂在挪威投入生产，随后我国也积极引进了一些国外的硝酸工业生产技术，不久就在国内建立了几十套全高压和双加压装置。 如今国内硝酸工业呈现种类繁多、规模不等局面，不仅掌握了硝酸的生产技术，而且也具备了工厂设计和设备制造的能力，在国际上占有一定的地位。

1 我国硝酸生产技术的现状分析

二十世纪七八十年代，硝酸工业在全球性产业中经过了一次大的洗礼，发达国家开始意识到环境保护的重要性，对硝酸工业生产中的氮氧化物的排放提出了更高的要求， 我国硝酸工业也受到外国产业政策的冲击， 使得国内很多硝酸生产装置企业纷纷倒闭。 另外由于产业升级，传统的硝酸工业生产原料的改变使得硝酸铵产品迅速下降，从而也很大程度影响硝酸的产量。 据统计我国目前拥有硝酸工业生产能力的企业不到150 家。

随着机械制造水平的提高和催化剂技术的快速发展，硝酸工业的生产基本实现了经济技术指标先进化和控制自动化。 在硝酸发展史中，不同时期的工艺也会有所不同，因此也就产生了很多不同的工艺生产流程。

硝酸生产中最关注的就是工艺流程， 经过多年的总结分析，判断一个流程是否先进主要从生产原料、生产规模、经济技术指标和操作费用等方面考虑。 这其中最重要的指标就是氨的消耗，因为它占据整个生产成本的85%，所以提高氨的利用率对硝酸工业生产是有非常重要的作用。

2 硝酸工业生产中几种常见的几种工艺方法分析

2.1 常压法和综合法

这两种方法都是常压的情况下进行的，而且工艺的优点是补充了在加压的情况下氨转化率等问题， 缺点就是常压下吸收不够充分。 考虑到这两种方法的工业生产效率和质量，目前国内大批量生产都不使用这种方法， 只有一些小作坊在使用这种传统方法。

2.2 全中压法

工业生产是在0.5MPa 左右情况下进行氨的氧化和氮氧化物的吸收来制备硝酸， 这种生产工艺的优点是流程比综合法简单、投资少、能量还可以部分回收、不需要压缩机，缺点就是生产强度仍然很低，尾气排放需要处理否则会对环境造成污染。 全中压法早期在20 世纪30年代我国曾使用过这种工艺， 如今也被淘汰了。

2.3 全高压法

工业生产是在0.9MPa 左右情况下进行氨氧化物和氮氧化物的吸收来制备硝酸， 这种工艺和全中压法相比有很多相似的地方。 全高压法最主要的优点是特种钢材用量比较小、产品浓度高、生产强度大、对环境产生的污染程度小，缺点就是氨氧化率很低，催化剂使用量大使得生产成本提高很多。

2.4 双加压法

这种工业制备硝酸的方法兼备了全中压法和全高压法的优点， 并且在条件允许情况下可以使用更高的压力使氮氧化物充分吸收。 在铂催化剂损耗程度上来说非常接近综合法，但是双加压法的生产成本低、生产强度大、尾气氮氧化物含量低等优点使得双加压法在国际上普遍采用这种工艺法制备硝酸。 然而这种工艺的缺点就是整个制备流程过于复杂、 对设备的制造要求高。

3 双加压法制硝酸的特点分析以及在我国的发展前景

目前国内外采用的基本是双加压法制备硝酸，下面主要对双加压法的工艺特点进行分析并探讨这种方法制备硝酸在未来的发展前景。

3.1 氮利用率高

在氧化炉上设计独特的气体分布器，消除涡流，改变气体流向，再通过一层多孔分布器让气体均匀分布在铂网的表明，控制温度使网面上的温度差小于6℃，从而有效提高氨氧化率。

3.2 催化剂消耗低

在氮气和空气混合进入氮氧化炉之前采用独特的混合器是气体充分混合， 另外氮氧化炉专门采用了独特设计的气体分布器使得混合气体均匀分布在铂网的表面，减少铂的损失。

3.3 吸收率高

在硝酸生产工艺过程中使用较高的压力会使NO 的氧化速度加快， 而逐步将压力提高到1MPa 左右能加快NO 的氧化速度，在系统的设备和管道里氧化，能够使进入吸收塔的NO 气体氧化速度达到85%以上，同时酸的平衡浓度也能达到很高。另外双加压法在工艺上不设氧化塔，可以在吸收塔入口氧化，氧化度能高达97%，从而也保证了比较高的吸收率。

3.4 成品硝酸浓度高

由于工业生产硝酸工艺中采用了高压，可以大大提高了氨的吸收效率，最终转化为硝酸成品，经过检测硝酸浓度基本可以达到65%以上，同时也能满足工业其他当面的应用需求。

3.5 尾气氮氧化物含量低

生产工艺中尾气中氮氧化物的含量跟吸收反应过程的压力是有一定的比例关系，所以提高吸收塔的压力是很有必要的。当吸收压力提高到1.35MPa 时尾气中当氧化物可以减少到最低程度基本不会造成环境污染。

双加压法在我国投入硝酸工业生产以及有将近20年的历史，但是总体上来说发展进程还是很慢，最近几年国家的经济高速增长带动了硝酸下游产业的发展使得硝酸工业迅速发展。 过去因为很多企业在资金上存在问题只能购买国外的二手装置。但是近些年随着企业实力的不断增强和企业满足环保方面的要求，国产机的性能也逐步改进，价格上有很大的优势。同时能源、液氨等价格也很大程度上提高， 双加压法的工艺优点得到大部分生产企业的认可。

4 如何促进我国硝酸工业取得新的进展提出几点发展建议

4.1 以工业园区为主导，建设大型硝酸生产装置

在硝酸工业生产中一个首要解决的就是企业硝酸生产规模问题，主要表现在两个方面：第一，有些硝酸生产企业的硝酸产能是根据该企业下游产品的需求来配置的。 第二，有些企业没有下游产品，主要是对外销售硝酸。 这两张情况下硝酸的生产规模都很小，对于没有下游产品的硝酸企业，在硝酸销售淡季很容易出现亏损的现象。 所以，以工业园区为中心来建立160kt/a 的硝酸装置是比较划算的， 无论从投资成本考虑还是从检修费和运行费考虑，都是能够给企业带来很大的收益。

4.2 积极创新，提高科技促进硝酸工业发展速度

从我国自主研发硝酸生产装置后，我国相继在内地建设了几种不同规模的硝酸生产装置， 但是这些装置建设都是基于大量人力和资金的发展模式，所以，为了促进我国硝酸工业取得新的进展， 我们应该联合国内硝酸生产具有优势的企业和研究单位，组建一个硝酸生产技术创新集体，共同探索、研发出新的硝酸生产工业和生产技术，不断改革旧的生产工艺，朝着绿色环保的方向发展，提高企业的综合竞争力。

4.3 制定合理的硝酸工业生产标准

为了能够使得硝酸工业生产能够健康、快速发展，制定合理的硝酸工业生产标准是非常有必要的， 可以从以下几个方面开展：第一，生产方法选用目前最先进的双加压法生产工艺。 第二，硝酸工业生产建设规模首要考虑大型化装置。 第三，在硝酸产品能耗方面做到符合行业规定的能源消耗标准。 第四，硝酸生产过程中排放的氮氧化物要符合国家硝酸工业污染物排放标准。

5 结语

综上所述，过去的十年由于中国产业受到外国产业政策的冲击，使得我国硝酸工业生产处在一个高速发展的阶段，硝酸生产能力在十年期间也得到了显著的提高， 在硝酸产量不断增加的同时，硝酸工业生产技术也在不断的革新，生产水平多样化。我国的硝酸工业虽然在近十年来发展趋势良好， 但是跟国际上相比我们还有很大的差距，我们需要从自身情况去考虑，完善自己，敢于淘汰一些落后的且高消耗的生产工艺，不断探索创新新的硝酸工艺技术，确保我国的硝酸工业能够健康稳定发展，建设一个低消耗、高产量、环境友好型的硝酸工业蓝图而不懈奋斗，这也将是我们未来共同研究的一门课题。

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