质量分数为68%稀硝酸生产技术的开发与应用

2018-10-08景双伍

氮肥与合成气 2018年8期

景双伍

(天津华景化工新技术开发有限公司，天津 300400)

1 双加压法概述

目前，在稀硝酸生产行业，双加压法是生产各种稀硝酸中综合指标最好的一种技术，已得到广泛的应用。在国内已经应用的传统双加压法稀硝酸生产技术，产品稀硝酸的设计质量分数一般为60%，不能满足各行业对高质量分数稀硝酸的需求，尤其是质量分数为68%稀硝酸的需求问题。为提高双加压法稀硝酸生产装置产出稀硝酸的质量分数，天津华景化工新技术开发有限公司(以下简称华景公司)组织专业技术人员，并聘请了国内外行业专家，对传统双加压法稀硝酸生产工艺技术中影响稀硝酸含量的主要因素进行了大量的分析论证，有针对性地提出了相应的解决方案，对于存在不确定性因素的部分，解决方案在实验装置上进行了验证，最终确定了改进的双加压法稀硝酸生产工艺流程，并进一步开发出质量分数为68%稀硝酸生产技术，填补了国内空白[1-2]。

2 改进后工艺流程及技术要点

2.1 工艺流程

改进后双加压法工艺流程见图1。

图1 改进后双加压法工艺流程

2.2 技术要点

2.2.1 原料空气的脱水

空气是生产稀硝酸的主要原料之一，但其中含有一定量的水蒸气，尤其是在我国南部湿度大的地区，空气中水蒸气的含量相对较高(相对湿度≥85%)。空气进入工艺系统后，其携带的水蒸气会有一部分在系统中被冷凝成水，并进入稀硝酸中，对提高成品稀硝酸的含量有一定的限制作用。华景公司在工艺设计中，为解决空气除水的问题，在空气压缩机出口设置了换热除水设备，利用空气加压条件下露点升高的特点，除去空气中大部分的水分。该脱水方案具有运行经济、操作可靠的特点[3]。

2.2.2 回收冷凝酸中的NOx

氨氧化反应中会生成大量的水蒸气，NOx气体在进入吸收塔前的冷却过程中，大部分水蒸气冷凝析出，并与NOx反应后形成冷凝酸，冷凝酸中含有大量的NOx气体，而这部分NOx气体在传统的双加压法工艺中随冷凝酸直接到了吸收塔的中部塔板，未经过吸收塔底部塔板吸收，对成品稀硝酸的质量分数有一定的影响。华景公司在工艺设计中，对二次空气进行了重新分配，增加了系统冷凝酸的漂白，回收其中的NOx进入吸收塔底部，提高吸收塔底部NOx的浓度。

2.2.3 冷凝酸的冷却

工艺系统中NOx气体经冷凝后分离的冷凝酸温度一般在45 ℃左右，有时达到50 ℃左右，冷凝酸经稀酸泵打入吸收塔相应浓度塔板上。对于吸收塔中的吸收反应而言，冷凝酸温度偏高，对吸收塔中吸收反应、NO的氧化度以及成品稀硝酸的质量分数均有不利的影响。华景公司在改进的双加压法稀硝酸工艺流程设计中考虑了系统冷凝酸的冷却，将冷凝酸温度降至40 ℃以下，再送入吸收塔，以消除冷凝酸温度高对吸收反应的不利影响。

2.2.4 NO气体的深度氧化

NO气体的氧化度对于吸收反应的平衡常数有很大的影响，氧化度越高，越有利于反应向生成稀硝酸的方向进行，得到的稀硝酸质量分数越高。传统双加压法稀硝酸生产工艺中，由于NO气体没有充分氧化变成NO2气体，成品稀硝酸的质量分数不可能达到很高的水平。华景公司在改进的双加压法稀硝酸生产工艺流程中专门设置了NO的深度氧化设施，使进入吸收塔底部塔板的NO气体氧化度达到99%以上，以促进吸收反应的进行。

2.2.5 提高吸收系统压力

吸收系统压力对产品稀硝酸的质量分数有着显著的影响，压力提高有利于吸收反应的进行，得到更高质量分数的稀硝酸产品。技术开发单位对四合一机组设计参数进行了技术改进，在保证机组具有较高效率和综合能耗不显著增加的前提下，适当提高NOx压缩机出口压力，达到提高吸收系统压力的目的，使吸收反应向有利于提高稀硝酸质量分数的方向进行。

2.2.6 强化吸收塔冷却

吸收塔内的吸收过程主要发生2个反应：一是NO2与H2O反应生成HNO3；二是NO与O2反应生成NO2，这2个反应都是放热反应，反应热量必须及时移出，才能保证吸收反应的正常进行。在工艺设计中，根据不同塔板的反应强度和放热量，合理设置塔板上的冷却盘管换热面积，优化冷却流程，既保证了冷却效果，又节约了循环水用量。

2.3 技术优点

利用该技术建成投产的稀硝酸生产装置，其产品稀硝酸质量分数达到68%以上，不但满足了各行业对高浓度稀硝酸的需求，而且因为稀硝酸中含水量大大降低，也大幅度降低了利用稀硝酸生产其他产品后续工序的能耗和废水排放，起到了节能减排的作用。

以稀硝酸用于生产浓硝酸为例，浓硝酸的生产主要是蒸汽消耗。传统双加压法稀硝酸生产工艺中稀硝酸的质量分数设计为60%，华景公司开发的双加压法稀硝酸生产工艺中稀硝酸的质量分数设计为68%，稀硝酸质量分数提高8%。利用蒸汽将稀硝酸浓缩变成浓硝酸，吨浓硝酸产品的蒸汽消耗至少可减少230 kg。按150 kt/a浓硝酸生产装置、蒸汽150元/t计，年节约蒸汽量为34.5 kt，则年节约蒸汽费用517.5万元。另外，对浓硝酸装置而言，由于原料稀硝酸质量分数的提高，同等规模的浓硝酸装置投资费用会大大减少，或者说同样的装置生产能力会大大提高[4]。