質量分數為68%稀硝酸生產技術的開發與應用

景雙伍

(天津華景化工新技術開發有限公司，天津 300400)

1 雙加壓法概述

目前，在稀硝酸生產行業，雙加壓法是生產各種稀硝酸中綜合指標最好的一種技術，已得到廣泛的應用。在國內已經應用的傳統雙加壓法稀硝酸生產技術，產品稀硝酸的設計質量分數一般為60%，不能滿足各行業對高質量分數稀硝酸的需求，尤其是質量分數為68%稀硝酸的需求問題。為提高雙加壓法稀硝酸生產裝置產出稀硝酸的質量分數，天津華景化工新技術開發有限公司(以下簡稱華景公司)組織專業技術人員，并聘請了國內外行業專家，對傳統雙加壓法稀硝酸生產工藝技術中影響稀硝酸含量的主要因素進行了大量的分析論證，有針對性地提出了相應的解決方案，對于存在不確定性因素的部分，解決方案在實驗裝置上進行了驗證，最終確定了改進的雙加壓法稀硝酸生產工藝流程，并進一步開發出質量分數為68%稀硝酸生產技術，填補了國內空白[1-2]。

2 改進后工藝流程及技術要點

2.1 工藝流程

改進后雙加壓法工藝流程見圖1。

圖1 改進后雙加壓法工藝流程

2.2 技術要點

2.2.1 原料空氣的脫水

空氣是生產稀硝酸的主要原料之一，但其中含有一定量的水蒸氣，尤其是在我國南部濕度大的地區，空氣中水蒸氣的含量相對較高(相對濕度≥85%)。空氣進入工藝系統后，其攜帶的水蒸氣會有一部分在系統中被冷凝成水，并進入稀硝酸中，對提高成品稀硝酸的含量有一定的限制作用。華景公司在工藝設計中，為解決空氣除水的問題，在空氣壓縮機出口設置了換熱除水設備，利用空氣加壓條件下露點升高的特點，除去空氣中大部分的水分。該脫水方案具有運行經濟、操作可靠的特點[3]。

2.2.2 回收冷凝酸中的NOx

氨氧化反應中會生成大量的水蒸氣，NOx氣體在進入吸收塔前的冷卻過程中，大部分水蒸氣冷凝析出，并與NOx反應后形成冷凝酸，冷凝酸中含有大量的NOx氣體，而這部分NOx氣體在傳統的雙加壓法工藝中隨冷凝酸直接到了吸收塔的中部塔板，未經過吸收塔底部塔板吸收，對成品稀硝酸的質量分數有一定的影響。華景公司在工藝設計中，對二次空氣進行了重新分配，增加了系統冷凝酸的漂白，回收其中的NOx進入吸收塔底部，提高吸收塔底部NOx的濃度。

2.2.3 冷凝酸的冷卻

工藝系統中NOx氣體經冷凝后分離的冷凝酸溫度一般在45 ℃左右，有時達到50 ℃左右，冷凝酸經稀酸泵打入吸收塔相應濃度塔板上。對于吸收塔中的吸收反應而言，冷凝酸溫度偏高，對吸收塔中吸收反應、NO的氧化度以及成品稀硝酸的質量分數均有不利的影響。華景公司在改進的雙加壓法稀硝酸工藝流程設計中考慮了系統冷凝酸的冷卻，將冷凝酸溫度降至40 ℃以下，再送入吸收塔，以消除冷凝酸溫度高對吸收反應的不利影響。

2.2.4 NO氣體的深度氧化

NO氣體的氧化度對于吸收反應的平衡常數有很大的影響，氧化度越高，越有利于反應向生成稀硝酸的方向進行，得到的稀硝酸質量分數越高。傳統雙加壓法稀硝酸生產工藝中，由于NO氣體沒有充分氧化變成NO2氣體，成品稀硝酸的質量分數不可能達到很高的水平。華景公司在改進的雙加壓法稀硝酸生產工藝流程中專門設置了NO的深度氧化設施，使進入吸收塔底部塔板的NO氣體氧化度達到99%以上，以促進吸收反應的進行。

2.2.5 提高吸收系統壓力

吸收系統壓力對產品稀硝酸的質量分數有著顯著的影響，壓力提高有利于吸收反應的進行，得到更高質量分數的稀硝酸產品。技術開發單位對四合一機組設計參數進行了技術改進，在保證機組具有較高效率和綜合能耗不顯著增加的前提下，適當提高NOx壓縮機出口壓力，達到提高吸收系統壓力的目的，使吸收反應向有利于提高稀硝酸質量分數的方向進行。

2.2.6 強化吸收塔冷卻

吸收塔內的吸收過程主要發生2個反應：一是NO2與H2O反應生成HNO3；二是NO與O2反應生成NO2，這2個反應都是放熱反應，反應熱量必須及時移出，才能保證吸收反應的正常進行。在工藝設計中，根據不同塔板的反應強度和放熱量，合理設置塔板上的冷卻盤管換熱面積，優化冷卻流程，既保證了冷卻效果，又節約了循環水用量。

2.3 技術優點

利用該技術建成投產的稀硝酸生產裝置，其產品稀硝酸質量分數達到68%以上，不但滿足了各行業對高濃度稀硝酸的需求，而且因為稀硝酸中含水量大大降低，也大幅度降低了利用稀硝酸生產其他產品后續工序的能耗和廢水排放，起到了節能減排的作用。

以稀硝酸用于生產濃硝酸為例，濃硝酸的生產主要是蒸汽消耗。傳統雙加壓法稀硝酸生產工藝中稀硝酸的質量分數設計為60%，華景公司開發的雙加壓法稀硝酸生產工藝中稀硝酸的質量分數設計為68%，稀硝酸質量分數提高8%。利用蒸汽將稀硝酸濃縮變成濃硝酸，噸濃硝酸產品的蒸汽消耗至少可減少230 kg。按150 kt/a濃硝酸生產裝置、蒸汽150元/t計，年節約蒸汽量為34.5 kt，則年節約蒸汽費用517.5萬元。另外，對濃硝酸裝置而言，由于原料稀硝酸質量分數的提高，同等規模的濃硝酸裝置投資費用會大大減少，或者說同樣的裝置生產能力會大大提高[4]。

3 結語

截至目前，質量分數為68%的稀硝酸生產技術已在國內近20套稀硝酸生產裝置上得到成功應用，運行工藝指標均達到設計要求。質量分數為68%的稀硝酸生產技術與傳統的雙加壓法稀硝酸生產技術相比，具有很大的優勢，能獲得良好的經濟效益和社會效益，相信必將得到更廣泛的應用。