硝酸工艺流程技术综述

孙涛

摘 要：硝酸生产工艺的进步能使企业满足市场的需求，充分与市场环境相契合，提升企业在市场环境中的竞争力。在液氨原料价格不断上涨的市场中，只有通过技术进步和工艺流程的优化才能够有效降低成本，而这一问题的突破则需要从提升氨氧化率入手来从根本上解决，因此对硝酸工艺流程的研究具有非常重要的现实意义。

关键词：硝酸工艺;流程;技术

硝酸工艺流程的发展为减轻环境污染、合理利用资源提供了高水平、高质量方案，同时促进了行业和相关企业的发展，也使得我国的硝酸生产工艺在世界工业市场上占据了一席之地。常用的硝酸生产方法有很多，诸如常压法、中压法、双加压法、全高压法等，但无论是哪一种工艺方法，其基本原理均是相似的，即通过催化剂条件下氨气与空气的氧化反应首先生成一氧化氮，而后将一氧化氮氧化为二氧化氮，最后与水混合形成硝酸。这一流程看似简单，但实际操作起来非常复杂，其涉及到的工艺流程步骤繁多，原材料质量、生产安全性能等也是需要注意的问题。

1 影响硝酸生产效率因素

影响硝酸生产效率的主要因素有催化剂种类、反应过程中的环境温度、压力、时间，以及参与反应的原材料的氨气和空气纯净度等。这些因素与氨氧化率均有着直接或间接的关系，而且对其影响所占的比例也是不一样的，在实际生产过程中要具体问题具体分析，切不能一概而论。

1.1 催化剂

催化剂是加速氨氧化率的重要因素之一，当前常用的催化剂为铂网催化剂，该催化剂具有催化活性高、选择性强、制作方便、使用量少等优点，因此在石油化工行业中具有重要的作用。氨氧化率与铂网催化剂活性成正比关系，而后者活性则主要受本身质量、反应条件、活性表面积等条件控制。在实际工业生产中，氨气与空气在铑丝网催化剂、环境温度为850～900℃的条件下反应会生成一氧化氮和水，进而发生后续发生制成硝酸。铂催化剂中毒之后可以通过特殊处理恢复其活性，而完全失去活性的则可以通过酸溶等形式回收其中的金属铂进而循环利用。

1.2 环境变量

反应过程中所涉及到的环境变量主要有温度和压力，在上文也提到了一氧化氮生成的温度，因此温度控制也是加速氨氧化率的重要因素。但是，温度并不是越高越高，在一定范围内，温度升高可以加速反应速度，但一旦超过某一阈值，除了会加速氨氧化反应外还会加速副反应效率，造成催化剂的大量消耗，不利于反应速率的稳定性和持续性。氨氧化的过程中，体积不断增大，压力也随之增大，压力的升高能够在一定程度上提升铂网的强度，延长其使用寿命，并提升硝酸产量，但过大的压力会抑制反应的进行，因此需要对空气压缩机进行严格控制。控制好温度和压力这两个环境变量对提升氨氧化率具有重要作用。

1.3 原材料纯净度

液氨和空气的纯净度对氨氧化率的影响也是较为显著的，其中，空气纯净度对反应速率的影响体现在：当空气中含有较多的杂质，特别是含有二氧化硫、二氧化硅、硫化氢等物质使，极容易使铂网中毒，降低反应速率。因此，要尽量提高原料（主要是液氨和空气）的纯净度，使二者混合达到较好的效果，进而提升氨氧化率。

2 硝酸生产关键技术

双加压工艺是当前较为常用的稀硝酸成产方式之一，其由法国GP公司研制而成。双加压主要体现在中压和高压的结合上，其中前者为氨氧化过程的压力，而后者则为氮氧化物吸收过程的压力。生产流程如下：首先，由合成氨系统提供液氨来源，液氨流经蒸发器之后变为0.52MPa的气态氨，氨过热器将气态氨加热至100℃左右再由过滤器去除其中混合有的部分杂质，进而与空气混合并均匀分布在安置在氨氧化炉顶部的铂网上，铂网具有催化作用，在此发生氮氧化物的氧化还原反应，反应温度为860℃，反应后生成的高温氮氧化物气体经过回收、冷却、加压，最后进入硝酸吸收塔与水混合生成硝酸。

由于市场需求的不同，生产时需要注意硝酸的浓度和pH值，同时还要注意对环境的保护，特别是需要格外注意尾气的处理，切忌为了方便、节约成本而随意排放尾气，对环境造成不良影响。另外，由于硝酸的强腐蚀性和氧化性，需要严格控制生產材料和设备质量，特别要注意防腐蚀问题，合成装置耐腐蚀材料的选择要根据相关规范进行，工业生产中一般选用含碳量较低的不锈钢。浓硝酸生产中，常以高硅铸铁为原材料生产设备仪器，也有国外的特氟龙、搪玻璃等。以聚四氟乙烯为材料的塔内件搭建而成的浓缩塔具有密闭性好、耐腐蚀性强等优点，使得现场的工作环境和安全性有了极大提升。国内还需要加强对碳化硅换热器的研发和创新力度，进而打破国外技术垄断，进一步降低生产成本，努力打造高国产化的硝酸生产行业。

3 结语

我国是硝酸生产和消耗的大国，总体上讲我国硝酸生产工艺技术已经有了非常明显的进展，但仍与世界上一些发达国家有较大的差距，因此我们要不断进行工艺流程的创新和应用，结合市场特点和政策特点（特别是环境政策），继续推动双加压和高压法等先进工艺技术的推广和应用，响应绿色节能的要求，在保护生态环境的基础之上进一步降低生产成本，提升企业的经济效益。

参考文献：

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