稀硝酸生产工艺毕业论文

l摘 要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。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，使其占据了主导地位。关键词：双加压法 工艺流程 稀硝酸lAbstractthe development of medium-pressure method for high pressure law and dual-pressure, dual-pressure production of dilute nitric acid process is the most advanced in the world today, dilute nitric acid production process. Compared with other methods, dual-pressure production of nitric acid oxidation pressure is moderate, tons of acid platinum consumption, high pressure absorption, absorption of nitrogen oxides favorable high concentrations of acid production, ammonia consumption is low, acid tail emissions of NOx content is low. These advantages of the dual-pressure process, it has dominated in the production of nitric acid.Keywords: dual-pressure process; process; dilute nitric acidl目录摘 要 .1Abstract .2目录 .1第 1 章 硝酸生产发展简史 .11.1 硝酸的工业应用和生产概况 .11.2 常用的硝酸生产工艺 .11.3 硝酸生产工艺之间的比较 .21.4 双加压法稀硝酸在我国的生产现状 .4第 2 章 双加压法硝酸工艺流程简介 .62.1 主要经济指标和参数控制 .62.2 生产原料的选取 .72.2.1 工业上对液氨的要求： .72.2.2 对空气的要求： .72.2.3 对水的要求： .82.2.4 氨催化剂 .82.2.5 润滑油（L-TSA46 防锈汽轮机油） .9第 3 章 流程分析双加压法硝酸工艺 .123.1 主要反应方程式 .123.2 氨氧化反应及影响因素 .123.2.1 氮催化氧化的速率控制步骤 .123.2.2 氨氧化的物料和热量衡算 .133.2.3 氨氧化反应的影响因素 .143.3 NO 氧化反应及影响因素 .153.3.1 温度与压力对反应速度的影响 .153.3.2 压力对 NO 氧化空间的影响 .163.4 影响吸收反应的因素 .17第 4 章 双加压法硝酸生产装置主要设备分析 .184.1 氨空混合器 .184.2 氧化炉与废热锅炉 .204.4 四合一机组 .22第 5 章 总结 .24参考文献 .25致谢 .26l第 1 章 硝酸生产发展简史1.1 硝酸的工业应用和生产概况硝酸的生产历史较为悠久，早在十五世纪就有用智利硝石制造硝酸的方法，即用浓硫酸分解智利硝石，一直沿用到 1900 年。H2SO4+2NaNO3=2HNO3+Na2SO4十九世纪初发明电弧法固定氮，生产 NO，再氧化、吸收变为硝酸。该法耗电量太大，仅对挪威、瑞典等电费低廉的国家适用，该法一直沿用到第二次世界大战后。以铂为催化剂进行氨氧化制造硝酸的研究可追溯到 1838 年，但是一直到 1904 年在莱比锡建立了三套中试装置：第一个日产 3 吨（53%浓度）的硝酸工业装置于 1908 年在德国威斯特伐利亚（westphalia）附近的格特（ Gerther）建成。当时采用卷成蜗状铂箱为催化剂，为了节约用铂，1909 年改为网状，后又添加少量的銠及钯以改善其活性，随后英、美等国相继采用。但直到 1913 年 Haber 法合成氨工艺问世，解决了氨的经济来源后该法才得到发展。硝酸作为一种特殊的产品，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 7050Kt/a(预计 2013 将达 10770Kt/a,美国 7500 Kt/a,，德国 3866 Kt/a，英国 3187 Kt/a，荷兰 2465 Kt/a。全球生产企业前 5 名排序为：英国帝国化学工业公司 2205Kt/a,荷兰氮素公司1100Kt/a,德国巴斯夫 950Kt/a,挪威波尔斯洛伦 950Kt/a,中国山西天脊煤化工集团公司 810 Kt/a。1.2 常用的硝酸生产工艺（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，铂耗较低，设备结构简单，多用 6-12 全串联的吸收塔。早期吸收塔多用天然耐酸材质，如花岗岩或者耐酸砖砌成，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。（2）全压法 氨氧化和吸收均在加压下进行。吸收压力可分两个等级：中压吸收压力为 0.2-0.5MPa。 高压吸收为 0.7-1.0 MPa 或更高。前者以伍德、斯塔米卡邦、蒙特l爱迪生等工艺流程为代表。后者以凯米科、住友的工艺流程为代表。全压法因吸收压力高，其 NO2 吸收率以成品酸中 HNO3 含量较高。排放尾气中氮氧化物含量低。吸收容积小，能量回收率高。但氨氧化率比常压法稍低，而且铂耗较大。（3）综合法 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：一为常压氨氧化- 加压 NO2 吸收流程，二为中压氨氧化-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，后者以法国格朗德-帕鲁瓦斯流程为代表简称 GP 法或称双加压法。前者兼有常压和加压法两者优点：其氨耗及铂损耗比全压法小，不锈钢用量比全中压少，后者采用较高吸收压力和较低温度吸收，成品酸中 HNO3 含量一般可达 60%，尾气中氮氧化物含量低于 200PPm，可以不作处理而直接排放空气中。1.3 硝酸生产工艺之间的比较衡量一个流程先进的标准，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。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。电的消耗还和冷冻系统强化吸收有很大的关系，同样也关系到蒸汽的消耗。生产规模主要是指铂网的燃烧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。l各种硝酸工艺生产的特征见表经济技术指标项目 常压法 综合法 中压法 高压法 双加压氧化压力（Mpa）0.110.22 0.10 0.45 0.80.9 0.45吸收压力（Mpa）0.0980.18 0.35 0.40 0.70.8 1.1氨氧化率 % 9697 9697 96 -95 -96酸浓度 % 4045 4345 5053 5355 5860出酸塔尾气浓度 NOX10-6500010000 2500 10001500 20002500 200处理后尾气浓度 NOX10-6常压碱吸收 6001300常压碱吸收6001300加压碱吸收 200500催化还原 200 不需要处理尾气处理氨耗 kg/t 酸8 7 7（尾气 NOX200以下计算）0总氨耗 kg/t酸330308 290 293 304 283铂耗 kg/t 酸 0.06 0.06 0.1 1.82.0 0.1投资（万元） 50kt/a 生产规模260050kt/a 生产规模23002600100kt/a 生产规模 8000吸收率 % 8592 96 98 97 99.72.工艺指标及生产成本l单价 中压法 高压法 双加压法项目元 消耗 金额 消耗 金额 消耗 金额氨 t 1414 0.3 424.2 0.3 424.2 0.282 398.75铂 g 236 0.12 28.32 0.2 47.20 0.12 28.32冷却水 t 0.28 90 25.20 90 25.20 136 38.08脱盐水 t 3.00 1.8 5.4 1.3 3.90 0.503 1.51电 kwh 0.26 1.54 40.04 16 4.48 11.1 3.11蒸汽 t 40 -0.5 -20 -0.9 -36 -0.301 -12.04天然气 m3 0.84 50 42.00氢气 m3 0.54 26 14.04折旧 41.02 40.83 75.58车间经费 68.50 68.50 68.50制造成本 612.68 134.36 643.36 600.811.4 双加压法稀硝酸在我国的生产现状近几年，我国硝酸工业进入了发展的快车道，总产量每年以高于 10%的速度增长，新增装置的技术含量提高，装置规模增大，操作压力升高，酸浓度提高，新技术得到广泛的应用。新增加的装置主要以双加压法装置为主，双加压法硝酸装置以总产量大、单机规模大、能耗低、综合经济指标优等特点，已成为我国稀硝酸发展的主力和今后发展的方向。我国现已运行的双加压法稀硝酸装置共二十套装置，年生产量已达 280 万吨，占我国硝酸总产量的45%，成为各种硝酸生产工艺中，产量最大，技术含量最高的硝酸生产工艺。到目前为止，已经设计和正在施工安装的双加压法硝酸装置有 8 套，总产量为 150 万吨，而其它生产工艺已经设计和正在施工安装的装置由 3 套，总产量为 81 万吨，由此可见双加压法硝酸工艺在我国已成为硝酸生产的主要方式。自 1935 年我国建成第一套硝酸装置至今已有近 70 年的历史了，以往我国硝酸生产主要以常压法、综合法、全压法为主。1978 年 12 月 1 日天脊集团（原山西化肥厂）与日本东洋工程公司签定了硝酸装置成套建设承包合同，全套引进法国GP 公司双加压法硝酸生产专利技术，其氨氧化压力为 0.45MPa，吸收压力为 1.1MPa，生产能力为 902 吨/日（100%HNO3）两套生产线。1983 年 7 月 25 日正式开工建设，1987 年 3月开始单体试车，1987 年 8 月进行化工投料试车。通过化工投料和性能考核试车，在 70-100%负荷下，主要消耗指标和消耗定额符合设计要求，达到合同规范，1988 年 4 月 5 日进行了交工验收，这标志着双加压法硝酸生产在我国跨出了成功的第一步，对我国的硝酸发展具有重大的推动作用，从而为我国引进了工艺技术先进可靠、经济合理、装置规模大的硝酸生产技术，并培养了一大批硝酸专家型人才。l化工部第二设计院对山西化肥厂引进的硝酸装置进行认真学习和消化，立足于国内工艺技术和设备制造能力，参照 GP 双加压法硝酸技术和济南化肥厂合作设计了一套 350 吨/日（100%HNO3 ）的双加压法硝酸装置，其氧化压力为 0.45MPa，吸收压力为 1.1，该装置除“四合一”机组从德国公司引进外，其余设备全部为国产设备。该装置于1988 年开工建设，1990 年 12 月化工投料试车，自试车以来，工艺稳定、运行可靠、达到设计要求，与工艺指标、消耗定额基本一致，实际年产量可达 110%生产负荷，实践证明该设计是成功的，开创了我国自行设计双加压法硝酸的先河。1996 年，化二院为云南云峰化学工业公司设计了第二套 350 吨日（100%HNO 3）的双加压法硝酸装置，与济南化肥厂硝酸装置基本相同，四合一机组采用我国陕鼓集团公司制造，真正实现了双加压法硝酸设计、设备制造、安装调试的国产化。1999 年月建成试车投产以来，由于机组原因存在系统压力偏低，尾气偏高、蒸汽不能自给的问题，其它工艺指标基本达标。1999 年 11 月，化二院又为石家庄化肥厂设计了第三套 350 吨日（100%HNO 3）的双加压法硝酸装置，设备全部采用国产化，陕鼓公司针对云峰机组存在的不足进行了技术改进，厂内单机试车良好，由于该厂原因该装置直道 2005 年月日才投料试车生产。2001 年，化二院为山西天脊集团（原山西化肥厂）设计了一套 902 吨日（100%HNO 3）的双加亚法硝酸装置，采用工艺，济南化肥厂模式，四合一机