2023年硝酸生产工艺

目录

1刖百...............................................1

2总论...............................................2

2.1硝酸工业的概况及发展趋势.......................................2

2.1.1国外硝酸工业的现状及发展趋势.................................2

2.1.2国内硝酸工业的现状及发展趋势.................................2

2.2硝酸的性质.....................................................3

2.2.1硝酸的物理性质...............................................3

2.2.2硝酸的化学性质...............................................4

2.3硝酸的用途......................................................4

2.4硝酸的毒性、安全和贮运..........................................5

3稀硝酸生产流程综述..................................6

3.1各种生产方法综述...............................................6

3.1.1常压法.......................................................6

3.1.2加压法.......................................................6

3.1.3综合法.......................................................7

3.2稀硝酸生产流程的确定...........................................8

3.3稀硝酸生产的主要原理............................................9

4氨的接触氧化.......................................11

4.1氨的接触氧化原理..............................................11

4.2催化剂的选择...................................................12

4.3钳系催化剂...................................................12

4.3.1化学组成...................................................12

4.3.2物理性状...................................................13

4.3.3伯网的活化、中毒及再生.....................................13

4.4氨催化氧化的反应动力学.......................................14

4.5工艺条件的确定...............................................15

4.6混合气组成....................................................17

4.7爆炸及其防止..................................................17

4.8氨接触氧化工艺流程............................................18

4.8.1空气和氨的净化..............................................18

4.8.2混合气体的配制...............................................19

4.8.3反应热的利用.................................................19

4.8.4工艺流程简述.................................................19

5一氧化氮的氧化....................................22

5.1一氧化氮氧化机理..............................................22

5.2氧化反应的影响因素............................................22

5.3一氧化氮氧化的工艺流程........................................23

6氮氧化物的吸收...................................24

6.1氮氧化物吸收机理...............................................24

6.2工艺条件的确定.................................................24

6.2.1吸收温度.....................................................24

6.2.2操作压力.....................................................25

6.2.3气体组成.....................................................25

6.3吸收工艺流程..................................................25

7工艺计算.........................................27

7.1物料衡算.......................................................27

7.1.1反应器（氧化）...............................................27

7.1.2废热锅炉（WHB）和冷却-冷凝器.................................28

7.1.3吸收塔.......................................................31

7.1.4生成的酸....................................................34

7.1.5总收率......................................................35

7.1.6放大至所需生产的速率........................................35

7.2能量衡算......................................................36

7.2.1压缩机（透平机）............................................36

7.2.2氨气化......................................................37

7.2.3氧化器......................................................37

8主要设备的工艺计算和选型.........................40

8.1氨氧化炉.......................................................40

8.1.1设备简介....................................................40

8.1.2工艺计算及选型..............................................40

8.2酸吸收塔......................................................42

8.3其他设备选型..................................................43

8.3.1尾气透平膨胀机：向心式膨胀器P320—35/11—11................43

8.3.2离心式压缩机：DA—1000—51.................................43

9车间设备布置.......................................44

10硝酸尾气的处理....................................45

10.1溶液吸收法...................................................45

10.1.1碱液吸收...................................................45

10.1.2亚硫酸溶液吸收法............................................46

10.1.3延长吸收法..................................................46

10.1.4用稀硝酸加钢盐吸收法........................................46

10.1.5硝酸吸收法..................................................47

10.2固体物质吸收或吸附法.........................................47

10.2.1固体物质吸收法..............................................47

10.2.2固体吸附法..................................................47

10.3催化还原法....................................................47

11结论.............................................49

附图.................................................52

参考文献.............................................54

致谢.................................................57

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时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页共60页

刖百

经过两年的学习和在车间的生产实践，我深刻理解了化工设计的真谛，本着

理论与实际相结合的原则，在毕业之即专门选择了以硝酸生产为题材的毕业设计。

此次毕业设计的训练，进一步巩固加深了所学的基础理论、基本技能和专业知识，

使之系统化、综合化，对我以后的工作和生活起到了不可估量的作用。

本设计是根据系下达的毕业设计任务书进行编写的，内容是年产27万吨稀

硝酸车间的工艺设计。为了全面介绍稀硝酸工艺过程设计的基本内容、基本原理，

本设计共分为十章。第二章概述了硝酸的现状和趋势、硝酸的物理化学性质、用

途和生产发展等；第三章较详细地论述了稀硝酸的三种生产方法和本设计生产流

程的确定；第四章、第五章、第六章重点阐述了稀硝酸生产中各个环节的工艺流

程及其工艺选择的原理，并在本设计结尾附有该工艺流程的CAD图；第七章进

行了物料和能量的工艺计算；第八章简单介绍了主要设备的选型，并在本设计结

尾附有氧化炉设计图；第九章介绍了车间的布置的基本要求和原则，并在本设计

后面附有稀硝酸车间布置图；第十章介绍了目前处理硝酸尾气的各种方法，并对

这些方法做了合理化选择；第十一章对本设计进行了全面的总结和讨论。最后附

有参考文献。

本设计是以我两年来的学习和实践为依托，在指导老师和参考资料的帮助下

完成的，尽管做到集中优点、克服和改善缺点。但由于本人水平有限，设计中有

错误和不妥之处总是在所难免，恳切希望读者多给予批评指正。

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2总论

2.1硝酸工业的概况及发展趋势

2.1.1国外硝酸工业的现状及发展趋势囚

目前各国硝酸工业的发展趋势是随着合成氨和硝酸磷肥的生产装置大型化

而采用大机组、大装置，合理提高系统压力，提高产品浓度，降低原材料及能量

的消耗，降低尾气排放浓度，以减少对大气的污染。硝酸工业形成了如下的趋势:

（1）、生产规模大型化，目前最大装置为2000t/d；（2）、装置高压化；（3）、产

品多样化，可生产浓、稀两种产品；（4）、尾气排放达标，目前大型装置上，特

别是双加压装置已实现了150x10-6的指标；（5）、催化剂不断改良；（6）、能量回

收合理化；（7）、总体技术提升。

由于稀硝酸是半成品，其主要用途是用于制造浓硝酸、硝酸钱等，在此，借

浓硝酸在国外的生产情况来反映稀硝酸在国外的生产现状。

目前，世界上浓硝酸的生产能力约为300万吨/年,2000年总产量为260万吨，

我国浓硝酸产量82.48万吨，居世界首位。世界浓硝酸的装置能力如下：

表1世界浓硝酸装置能力及产量

国别装置能力（万吨/年）开工率（%）

美国32.5100

加拿大30.7590

墨西哥17.466

西欧82.085

日本24.4580

中国9092

总计300

2.1.2国内硝酸工业的现状及发展趋势

从近几年硝酸行业发展来看，在国内硝酸盐行业超常规发展冶金和医药等

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下游需求快速增长的推动下，我国硝酸行业的发展步伐大大加快。2006年全国

硝酸产量达到了181.78万吨，同比增长了12.6%,增速同比下降了11.4个百分

点，但依然实现较快增长，当年进口量3.12万吨，出口量1.2万吨，观消费量为

183.7万吨，同比增长14.3%,表明下游需求旺盛。

进入2007年，在硝酸下游消费稳中有增的利好因素下，行业继续保持着较

好的增长势头，一季度硝酸累计产量为47.54万吨，同比增长14.35%,进口480

吨出口1854吨，表观消费量为47.4万吨，同比增长14.78%。

从我国硝酸工业的发展趋势来看，2006年产能的过快增长已经使得影响行

业健康发展的不利因素凸显。2006年上半年，浓硝酸企业外购的合成氨、原料

煤、电力、铁路运价及各种辅助材料价格的大幅度上涨，加之因铁路提速而大增

的自备槽车改造和安全评估费用，使浓硝酸的生产成本大幅度上升。而同时浓硝

酸市场价格跳水，行业利润暴跌，许多企业被迫减产甚至停产，市场供应量大幅

度波动，价格跌宕不稳。

2007年以来，由于市场需求较旺，硝酸价格止跌回稳，5月以来强势上行，

其中华东市场浓硝酸(98%)价格从4月底2300/吨上升至5月上旬的2350元/

吨。可见硝酸工业还是很有前景的，但高价格将诱发硝酸生产恢复,增加供应量，

导致价格波动，总的看来，产能增长过快仍然是硝酸行业难以承受的压力。同时

人们越来越重视环境保护。因此本设计将从节能、提高氨利用率、降低销耗、提

高成品酸、降低尾气排放等方面来降低成本从而提高工业生产的利润。

2.2硝酸的性质

2.2.1硝酸的物理性质⑵

硝酸(nitricacid),又名硝镯水或氮酸。纯硝酸(100%HN03)为无色透

明，具有窒息性与刺激性的液体，相对密度L522,沸点83.4℃,熔点-4L5°C。

硝酸腐蚀性很强，属一级无机酸性腐蚀品，能灼伤皮肤,也能损害粘膜与呼吸道，

与蛋白质接触生成鲜明的黄蛋白酸黄色物质。

在-41c时，呈白色雪状晶体，不稳定，在常温下分解出红棕色的二氧化氮，

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光和热能促其分解更快,溶于水,可以任何比例混合,溶解时放热。68.4%硝酸为恒

沸混合物,具有最高沸点121.9℃,溶点-42c(75%HN03)0

工业硝酸依HN03量多少可分为浓硝酸(96%〜9896HN03)和稀硝酸(45%〜

70%HN03)o纯硝酸是无色透明的发烟液体,一般商品都带且有微黄色有刺激性气

味。

2.2.2硝酸的化学性质⑶

硝酸是强酸之一，氧化性很强。除金、柏及某些其它稀有金属外，各种金属

都能与稀硝酸作用生成硝酸盐，如硝酸银、硝酸钠等。硝酸能使铁、铝、格、钙

等钝化而不致继续侵蚀。非金属硫、磷、硼能被硝酸氧化成相应的酸，碳则被氧

化成C02。硝酸还能够使有机物氧化和硝化。硝酸作为氮的最高价(+5)水化物,

具有很强的酸性，一般情况下认为硝酸的水溶液是完全电离的。

浓硝酸具有强烈的硝化作用，与硫酸制成的混酸能与很多有机化合物结合成

硝化物，如硝基苯、硝基蔡、三硝基甲苯、硝化甘油等。浓硝酸还是强氧化剂，

除金、粕、铐、钺外，可将所有金属氧化。将浓硝酸按1:3的比例与盐酸混合,

其混合液称为王水。此溶液中含有氯化亚硝酰，并放出游离氯，游离氯是一种强

氧化剂：HN03+3HCl=N0Cl+C12+2H20,这就是各种金属包括金、粕等之所以溶于

王水中的原因所在。

2.3硝酸的用途⑸

硝酸是基本化学工业重要的产品之一，产量在各类酸中仅次于硫酸。其用途

如下：

(1)制造化肥：硝酸大部分用于生产硝酸锈和硝酸磷肥。

(2)制造硝酸盐：硝酸可用于制造金属硝酸盐，如：硝酸钠、硝酸镁、硝酸

锂、硝酸锄等。硝酸锂熔点264C,分解温度为600C,用于热交换载体。硝酸

锄是制备丁二烯的催化剂。

(3)有机合成原料：浓硝酸可将苯、葱、蔡和其他芳香族化合物硝化制取有

机原料。如硝酸和硫酸的混酸(工业上常用由30%与苯反应，生成硝基苯，再加

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氢生成苯胺，它是合成染料、医药、农药的中间体。

（4）制造草酸以农作物废料如玉米蕊、甘蔗渣、谷壳、花生壳等为原料与硝

酸反应，制取草酸，硝酸与丙烯或乙烯、乙二醇作用也可制取草酸。

（5）军火工业硝酸除用于制造TNT炸药，还用它精制提取核原料。杯是重要

的核燃料，在精制过程中，先将杯转化成Pu（NO3）4溶液，再萃取分离。

（6）合成香料硝酸与二甲苯反应制得二甲苯麝香气味，广泛用于调配化妆品、

皂用及室内用香料。

止匕外，硝酸还用于化学试剂及有色金属酸洗涤。也用来鉴别含有蛋白的物质

加羊毛，羽毛等。

2.4硝酸的毒性、安全和贮运⑸

动物组织和植物组织受到硝酸的作用即被破坏。硝酸落到皮肤上，皮肤即被

染成黄色并烧坏，溅入眼睛尤其危险。氮氧化物和硝酸蒸气低浓度时，引起头痛、

强烈咳嗽、胸闷，严重者出现肺气肿。因此，工作场所空气中的NO2允许浓度，

中国和原苏联规定为O.O85mg/m3,美国为O.lmg/n?,德国为O.O8mg/m3。

尽管硝酸不燃烧，但它是强氧化剂，与金属粉末、有机物质等发生反应后，

有引起燃烧或爆炸的危险。

工厂为了保持硝酸生产的连续进行并随时向外提供商品酸，在厂区需设室内

或半露天式酸库，以防烈日暴晒。宜单层建筑，不宜设地下室。地面应耐酸腐蚀。

电气设备、电线等应有耐酸防腐措施。稀硝酸的容器为铝质的，输送浓硝酸采用

装有铝罐的槽车。

不慎被浓硝酸烧伤皮肤，应立即用大量或小苏打水清洗，并及时送医院救治。

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3稀硝酸生产流程综述

3.1各种生产方法综述

生产稀硝酸的方法主要有三中常压法、加压法和综合法，它们都各有各的优

缺点，本节将从经济和环保两大方面来论述个方法，并根据系下达的任务书选择

适合本设计的方法。

3.1.1常压法

氨的氧化与氮氧化物的吸收均在常压下进行，使用的设备材质有花岗岩、

PVC塑料及不锈钢。吸收工艺有多塔流程和单塔流程。

早期硝酸生产多采用这种方法，该工艺流程的特点为系统压力低，设备结构

简单，工艺操作稳定，氨氧化率高，粕耗较低。但吸收比容积大(20〜25m3),酸

吸收率较低(仅为92%左右)。为减少对大气的污染并提高氨利用率，需附有碱

吸收NO,尾气装置并副产硝盐，即便如此尾气中N0、浓度仍很高，不符合目前日

益严格的环境要求。加上设备相对台数较多，设备体积大，装置占地面积多，投

资大，成品酸浓度低等因素，国家经贸委已明文规定禁止采用此种流程新建硝酸

装置。

3.1.2加压法

氨氧化和氮氧化物吸收均在加压下进行。根据压力不同可分为中压(0.3〜

0.6MPa)与高压(0.7~1.5MPa)两种。

(1)＞全中压法

氨的氧化和氮氧化物的吸收均在0.35~0.6MPa压力下进行。这种流程始于

20世纪30年代。20世纪70年代以后采用该类方法的生产企业有兴平、乌拉山、

大庆、川化、黑化、开化等。

此法的特点是设备较为紧凑，生产强度有所提高，不需要特种钢材的NOx

压缩机，流程比常压氧化加压吸收法简单，基建投资及特种钢材用量较少，因吸

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收压力高，其NO2吸收率高，成品酸浓度高。吸收塔容积小，能量回收率高，

缺点是生产强度仍低，氨在加压下氧化，氧化率略低，柏损失大，尾气中NOx

含量略高，仍需要处理才能达标排放。由于原料成本的降低，氨氧化操作工艺的

改进，大型压缩机组的配套，目前这种流程无论在数量和产量上都占一定比例。

(2)、高压法

氨氧化和NOx吸收均在0.71~1.2MPa的压力下进行。基本流程与全中压法

相似。此法的特点是全过程压力均由空气压缩机供给，不需特种钢材的NOx压

缩机，流程简单，设备布置紧凑，基建投资少，特种钢材用量少，生产强度大,

吸收率高，产品浓度高，能量回收率高。缺点是氨氧化率低，氨耗高，伯催化装

填量大，使用周期短，损耗亦大，尾气中NOx含量高，使得尾气处理费用高。

生产成本较高。针对我国目前原材料价格较高和环保要求较严的现状，高压法投

资省的优势已丧失。

3.1.3综合法

氨氧化和氮氧化物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-加压氮氧化物吸收流程；二为中压氨氧化-高压氮氧化物吸收流程，又

称双加压法。

(1)常压氧化-加压吸收流程

20世纪50年代国际上已拥有这种流程技术。该流程中的氨的氧化在常压下

进行，氮氧化物的吸收在加压(0.3〜0.35MPa)下进行。

这种流程因氨氧化在常压下进行，可以弥补加压下氨氧化率低及粕耗高的缺

点，而加压吸收又弥补常压吸收的不足。其特点是氨氧化率高，钳耗低，吸收系

统由于压力提高，吸收容积相对缩小，吸收率高，占地面积、基建投资、特种钢

材用量均较常压减少，适合于规模不大的工厂选择。其缺点是生产强度低，基建

投资比大，酸浓度低，尾气中NOx高，需进行再处理，流程较复杂。由于这种

装置存在氨耗高，电耗高和尾气排放浓度高等问题，生产方法落后，根据国家经

贸委的“工商投资领域制止重复建设目录(第一批)“，该法已被列入其中，属自

1999年8月9日公布日起不许再建设的项目。

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(2)双加压法

此法氨的氧化采用中压(0.35〜0.6MPa),NOx的吸收采用高压(1.0~1.5MPa)。

我国于1986年在山西天脊集团建成2套920t/d的双加压法生产装置，形成

540Kt/a规模，为我国硝酸工业的技术提高起到了推动作用。

此法吸收全中压法和高压法的优点，并可采用比全高压法更高的吸收压力，

对工艺过程更为适用。使氨的损耗与粕催化剂的损耗较少，吸收率高，吸收系统

采用高压，容积减少，酸浓度高，生产强度大，经济技术指标最优化，生产成本

低，尾气中NOx含量低，是彻底的清洁技术，符合国际上的排放要求，基建投

资适度，能量回收综合利用合理，是最具发展的流程。缺点是流程复杂，设备制

造要求高，操作控制要求严，管理水平要求高。

衡量一种工艺流程优劣的标准，主要是技术经济指标和设备的投资。而氨氧

化法生产稀硝酸的技术经济指标主要包括氨耗、箱耗、电耗和冷却水消耗等。

表2三种稀硝酸生产工艺的主要技术经济指标

生产方法常压法加压法综合法

常压氧化-加压吸双加压

项目常压法中压法高压法

收法

氧化压力/MPa(绝)0.11-0.220.450.8-0.90.100.45

0.098

吸收压力/MPa(绝)0.400.7-0.80.351.1

0.180

氨氧化率/96〜9796〜9596〜9796

酸吸收率先85〜9298〜9796〜99.7

成品酸度外40~4550〜5353〜5543〜4558〜60

尾气NOx浓度(X

5-101.0〜1.52.0-2.52.5<0,2

103)

0.308

吨酸总氨耗/t0.293〜0.3040.290〜0.283

0.330

0.18〜

吨酸伯耗/g0.06〜0.10.06〜0.1

0.2

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3.2稀硝酸生产流程的确定

尽管稀硝酸生产流程很多，但衡量一个流程的优劣应根据实际条件的不同,

如生产规模，成品酸浓度要求，氨原料成本及公用工程费用等，采用不同流程。

通过上节的比较，可知全中压法与双加压法较优。由于本设计的生产规模是年产

27万吨稀硝酸，而双加压法单机组生产能力大，适用于较大型硝酸装置，所以

本设计选用压法流程来生产稀硝酸。其工艺流程方块图见下图：

图1双加压法硝酸工艺流程图

1,2氢蒸发器A、B3辅助氢莱发界4R过热器5过滤跚6空气过源於7空气压鲂机

8氯空混合帚9氨■化炉10高温气一％换热传11*煤器12低压水冷器13NOx分离卷

14NO,压缩机15尾气预热帘16高压水冷司17吸收塔18尾气分H舀19二次空气冷却器

20尾气过平21废热锅炉22汽泡23蔡汽燃平24森汽冷25漂白塔263冷0

稀硝酸生产工艺流程图

3.3稀硝酸生产的主要原理

氨接触氧化法制硝酸的总反应式为:NH3+2O2===HNO3+H2O,反应可分三步

进行：

氨的接触氧化过程：在催化剂的作用下，将氨氧化为一氧化氮，其反应式为：

4NH3+5O2====4NO+6H2。(1)

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一氧化氮氧化过程：将前一过程中生成的NO进一步氧化成NO2,其反应式为:

2NO+O2====2NO2(2)

氮氧化物的吸收过程：用水吸收二氧化氮，从而得到产品硝酸，其反应式为：

3NO2+H2O====2HNO3+NO(3)

用此工艺可生产浓度为45%〜60%的稀硝酸。

60年代后，硝酸生产的技术特点是，采用大型化组，适当的提高操作压力。

采用高效设备，降低原料及能量消耗，解决尾气中氮氧化物的污染问题。

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4氨的接触氧化

4.1氨的接触氧化原理口2,13]

由于催化剂和反应条件不同，氨与氧相互作用可生成不同的产物

4NH3+5O2====4NO+6H2。△H=-907.28KJ/mol(1)

4NH3+4O2====2N2O+6H2O△H=-1104.9KJ/mol(2)

4NH3+3O2====2N2+6H2O△H=-1269.02KJ/mol(3)

以上均为强烈放热反应。除此之外，还可能发生下列副反应：

2NH3====N2+3H2△H=91.69KJ/mol(4)

2NO====N2+O2△H=-180.6KJ/mol(5)

4NH3+6NO====5N2+6H2。△H=-1810.8KJ/mol(6)

由于一氧化氮是生产硝酸的中间物，因而希望反应能按式（1）进行，其余

反应则设法使之不进行的程度很小。为此，首先要研究这些反应的特点，即讨论

在什么条件下才有利于一氧化氮的生成。

根据实验测定不同温度下反应式（1）〜式（4）的平衡常数。列于下表：

表3不同温度下氨氧化或氨分解的平衡常数（P=0.IMPa）

平衡常数

温度/k反应式（1）反应式（2）I,应式（3）反应式（4）

3006.4X10"7.3X10'77.3X10561.7X103

5001.1X10264.4X10287.1Xio343.3

7002.1X10192.7X1O202.6X10251.1X102

9003.8X10157,4X10'51.5义及。8.5X102

11003.4X10"9.1X10126.7X10lfi3.2X103

13001.5X10"8.9X10'°3.2X10"8.1X103

15002.OXIO103.0X1096.2X10121.6X101

从上表可知，在一定温度下，几个反应的平衡常数都很大，实际上可视为不

可逆反应。比较各反应的平衡常数，以式（3）最大。如果对反应不加任何控制

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而任其自然进行，氨和氧的最终反应产物必然是氮气。欲获得所要求的产物NO,

不可能从热力学去改变化学平衡来达到目的，而只可能从反应动力学方面去努力。

即要寻求一种选择性催化剂，加速反应式（1）,同时抑制其他反应进行。

4.2催化剂的选择

通过大量催化剂筛选实验，至今可供工业使用的选择性良好的催化剂归纳起

来有两大类。一类是以金属粕为主体的粕系催化剂。另一类是以其它金属为主体

的催化剂，如铁锤催化剂、钻铝催化剂等，通称为非粕系催化剂。

非销系催化剂的优点是，比较价廉易得，新制备的非铜系催化剂活性往往较

高。其缺点是活性容易降低,活性温度范围较窄，且氨氧化率低，仅为80%〜87%o

用过的催化剂不容易点着，由催化剂节省的费用并不能抵偿由于原料氨耗增大所

产生的费用，因而非的系催化剂未能在工业上大规模应用。

粕系催化剂虽然价格昂贵，但因伯催化剂或粕合金催化剂是接触效率最好的

催化剂，而且能在长时期中保持高度的活性，具有足够的化学稳定性和机械强度，

易于再生，容易点燃，操作方便。因此，国内外用氨接触氧化法制造硝酸均用伯

及钳合金催化剂。

通过上述比较，本设计选用柏系催化剂。

4.3铀系催化剂口4】

4.3.1化学组成

以纯粕作为氨氧化催化剂，在温度为800〜900C的操作条件下，纯伯催化

剂活性并不高，且在强大气流连续冲击下伯表面变得松弛不平，伯表面疏松的伯

微粒易被气流带走。但伯的合金性能很好，即具有高的机械强度，而且活性比纯

的还高。

粕的合金一般是柏和钺、柏和铐或粕和钿的合金，由含5%〜7%的铐的粕铐

合金的特点是活性高、机械强度大、伯损失减小。但错比伯昂贵的多，因此有时

采用伯铭钿三元合金。由于钳的加入可减少钱的用量。目前最常用的伯、镂、钿

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三元合金组成为伯93%、铐3%、钿4%。也有采用伯依合金者，如伯99%、钺

1%，其活性也很高。粕系催化剂中如果含有少量杂质如铜、铝、银，尤其是铁，

都会使氨的接触氧化率降低。因此，用来制造的系催化剂的粕必须非常纯净。

4.3.2物理性状

粕催化剂通常不用载体，以利于粕的回收；而且载体容易破裂，外露的载体

会促使氨分解，降低氨氧化率。工业上要求催化剂单位重量的接触表面积应尽可

能大，而钳合金具有较好的延展性和机械强度，因而工业上利用这一特性，都将

其拉成细丝织成网状。由于伯的导热性好，开工时一经点火即能投入生产，因而

伯网也便于再生和回收，还可使氧化炉的结构简化。

通常所用的伯丝直径为0.045~0.09mm。的网的自由面积约占整个面积的

50%~60%o现今粕网尺寸已规范化，常见的伯网直径规格有1.1、1.6、2、2.4、

2.8、3.0m的。

4.3.3钳网的活化、中毒及再生

(1)、活化

新的箱网表面光滑且有弹性，使用时不能立即获得高的NO得率，需经一段

活化时间才能提高。一般开车时，新伯网需要烤10-15分钟，旧粕网需要烤

2-3分钟。

⑵、中毒

伯网对杂质敏感，易中毒。能使伯网中毒的物质有：

PH3：它对钳具有强烈中毒作用，属于永久性中毒。气体中含0.00002%PH3

时，氨氧化率可降至80%o当含量为0.02%时，氧化率会降至3.9%。伯网永久

中毒不能再生。

H2S：当气体中含H2s浓度很小时，会使钳网暂时中毒。若气体中含1%H2s

时，伯的活性就会降低百分之几。

C2H2:乙焕能使粕网暂时中毒。乙焕自身能燃烧，使粕网温度升高，会使氧

化率降至65%-70%。硝酸车间禁止用乙烘焊接。

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苛性碱对伯网亦有毒害作用，并能腐蚀伯网。

水蒸气虽对粕网无毒，但会降低粕网温度。

空气中含有的灰尘(主要是各种金属氧化物)和氨气中可能带来铁粉等机械

杂质。遮盖在伯网表面，会造成暂时中毒。止匕外，若气体中夹带润滑油，油燃烧

后残留的炭会渗入伯中，也能降低催化剂活性。

(3)、再生

为了防止销催化剂中毒，必须先将原料气严格净化。即使如此，随着工作时

间增长，销网仍会逐渐中毒，故一般使用3〜6个月后，就应将它进行再生处理，

以除去毒物和污垢。

再生方法是先将伯网取出，用水冲洗杂质和灰尘，然后在温度60〜80℃下，

用浓度为10%〜15%盐酸溶液浸渍1〜2h,然后取出，用蒸储水洗涤至无氯离子

和溶液呈中性为止。干燥后再用氢焰灼烧，而后活化，活化时间可比新网短些。

如此，活性即可恢复正常。

4.4氨催化氧化的反应动力学口5】

氨氧化生产N0的反应,需有4个分子氨与5个分子氧碰撞一起才能生成NOo

事实上9个分子同时碰撞在一起的概率是极小的。所以，该式只不过是反映参与

反应的反应物之间的一种量化关系，并不代表真实的反应机理。

氨氧化生成N0的反应机理遵循一般气固催化反应的基本规律。包括反应物

分子先从气相扩散到催化剂表面，而后在催化剂表面进行反应，然后反应物从催

化剂表面扩散到气相中去。曾有人认为，在箱网表面上氨的氧化，按下图所示机

理进行。

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的催化剂表面生成NO的图

1.从氨氧化的反应理论来说，预使这个反应得以进行，首先应使以强大共

价键相结合的氧分子（键能为498KJ/mol）能够解离出氧原子。但是即使在200℃,

其解离度仍不到1虬工业上，利用粕表面活性中心具有能首先吸附氧分子的强

大吸附力，从而大大削弱了氧分子的键能，降低了该反应活化能的能峰，为反应

创造了首要的良好条件。

2.在钳催化剂表面靠范德华力吸附。2而形成第一层吸附层后，剩余的范德

华力仍再可吸附氨分子以形成第二层吸附层。

3.吸附在催化剂表面的氧原子与被吸附的N4分子中的三个氢分别结合,

通过分子重排生产N0和水蒸气的吸附力较弱，两者则从催化剂表面脱附（解吸）

出来，向气相进行扩散。

研究认为，在上述各阶段中，以氨分子至伯网表面的扩散速度最慢的一步,

因而整个反应速度是受外扩散所控制。

4.5工艺条件的确定

原料氨在硝酸生产成本中占有很大的比重，故在生产过程中必须保证氨的

高氧化率（a）。按现今技术水平，常压下a可达97%〜98.5%,在加压氧化下

可达96%~97%。

其次，应有尽可能大的生产强度；在生产条件下的伯耗为最小；最大限度

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的保证钳网有效工作时间，以达到稳产、高产、安全生产的目的。以下讨论氨氧

化的一些主要工艺条件温度、压力和接触时间对反应的影响。

1.温度在不同温度下，氨氧化后的反应生成物也不同。低温时，主要

生成的是氮气。650℃时，氧化反应速率加快，氨氧化率达90%；700〜1000C时，

氨氧化率为95%〜98%。温度高于1000℃时，由于一氧化氮分解，氨氧化率反

而下降。在650〜1000℃范围内，温度升高，反应速率加快，氨氧化率也提高。

但是温度太高，粕损失增大，同时对氧化炉材料要求也更高。因此一般常压下，

氧化温度取750〜850C,加压氧化取870〜900C为宜。

2.压力氨氧化反应实际上可视为不可逆反应，压力对于NO产率影响

不大，但加压反有助于反应速度的提高。在工业生产条件下，加压时氧化率比常

压时氧化率低1%〜2%。尽管加压可导致氨氧化率降低，但由于反应速度的提高

可使催化剂的生产强度增大。尤其是压力提高可大大节省NO氧化和NO2吸收

所用的昂贵不锈钢设备。生产中究竟采用常压还是加压操作，应视具体条件而定。

一般加压氧化采用0.3〜0.5MPa压力，国外有采用l.OMPao

由于本设计选用双加压法，操作压力选为氧化压力为0.45MPa,吸收压力为

l.IMPao

3.接触时间混合气体在柏网区的停留时间称为接触时间。当伯网规格

和层数不变时，在一定的时间内，流过的气体量越大，气流速度越快，接触时间

也就越短，催化剂的生产强度就越大。

当接触时间太长即气流速度太慢，氨在销网前高温处停留时间过长，会引起

氨的分解，同时还会引起已氧化生成的一氧化氮的分解，从而降低氧化率。

2NH3=N2+3H2

2NO=N2+O2

当接触时间太短即气流速度太快时，在粕网上生产的中间产物羟氨（NH2OH）

来不及在伯网上分解，离开伯钢后再分解，而生成氮。另外，有部分氨滑过伯网，

与生成的一氧化氮作用，生成氮气和水蒸汽，因而也降低于氨氧化率。

6NO+4NH3=5N2+6H2O

由上述可见，接触时间太长或太短均使氧化率降低。因此实际生产中如何选

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择一个适当的接触时间，对于提高氨的氧化率是非常重要的。

常压下：气体在接触网区内的流速w20.3m/s；加压时：由于反应温度较常

压高，粕网前的温度也升高，为避免NH3在粕网内的接触时间过长，加压操作

就必须采用多层伯网。

本设计所选用的接触时间见设备选型一章。

4.6混合气组成