浅析硝酸生产技术及双加压法的前景分析

2022-09-14

世界上首座电弧法生产硝酸工厂1905年在挪威投入生产, 随后国内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规模不等、种类繁多等局面, 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。

一、国内外硝酸生产技术的现状

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。在硝酸生产的发展史中, 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。通常情况来说有综合法、常压法、全中压法、全高压法和双加压法。这些都属于氨接触氧化的范畴来制备硝酸, 由于不同时期生产能力、设备结构不同等因素使得硝酸的产量会有所不同。

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消耗、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。

二、关于硝酸工业生产中几种常见的工艺方法

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, 成品酸浓度低, 尾气排放浓度高, 吸收容积大, 综合能耗高。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、全中压法

工业生产是在压力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, 尾气若不进行处理是严重超标的, 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。

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。

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、尾气中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。

三、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。

1、氨利用率高

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面, 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。

2、催化剂消耗低

在氨气和空气混合气进入氮氧化炉之前采用独特的混合器使气体充分混合, 另外氨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、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, 而逐步的将压力提高到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60%以上。另外双加压法在工艺上不设氧化塔, 可以在吸收塔内氧化, 氧化度能高达97%, 从而也保证了比较高的吸收率。

4、成品硝酸浓度高

由于工业生产硝酸工艺中采用了高压, 可以大大提高氧化氮的吸收效率, 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。

5、尾气氮氧化物含量低

生产工艺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来有将近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为满足环保方面的要求, 国产四合一机组的性能逐步改进, 价格上有很大的优势。同时能源、液氨等价格也提高很大, 双加压法的工艺优点得到大部分生产企业的认可。

虽然我国硝酸工业在双加压法的带动下取得很大的进步, 但是与国际上知名的企业相比, 我们跟他们存在了很大的差距, 主要体现在装置的规模、综合能耗、运行效率、关键设备的制造、安全环保等方面。所以我们当前的任务也很紧迫, 需要进一步完善我们的体系, 提高核心设备的国产化制造水平、综合设计水平和管理水平, 真正实现国产全自动化。

结束语:

综上所述, 硝酸工业的发展经历了一个漫长的过程, 工艺流程的不断改进, 使得硝酸生产从生产成本、能源消耗、安全环保等方面都有了全面的提升。我国的硝酸工业虽然在近几十年来发展趋势良好, 但是跟国际上同行业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, 这也将是我们未来共同研究的一门课题。

摘要：随着经济的快速发展, 硝酸工业如今已经成为一个能源综合利用、技术成熟的工业体系, 对国民经济的发展起来重要的推动作用。本文主要对国内外硝酸工业技术进行阐述、列举了一些常用的硝酸工业生产方法, 并对双加压法在硝酸工业的应用前景进行了分析。

关键词：硝酸生产技术双加压法