專利名稱：一種高濃度稀硝酸的生產(chǎn)方法
一種高濃度稀硝酸的生產(chǎn)方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于硝酸制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種高濃度稀硝酸的生產(chǎn)方法。
技術(shù)背景
目前，稀硝酸生產(chǎn)主要采用雙加壓法工藝，其工藝流程詳見(jiàn)附圖2，該雙加壓法稀硝酸制備工藝存在主要問(wèn)題表現(xiàn)如下(1)雙加壓法硝酸裝置中皆沒(méi)有考慮到空氣除水的問(wèn)題，即空氣壓縮機(jī)出口到氨空混合器入口皆沒(méi)有設(shè)計(jì)任何換熱除水設(shè)備。因?yàn)榇髿猱?dāng)中都有一定量的水蒸汽，尤其是在中國(guó)的南方空氣濕度大的地方，空氣當(dāng)中的水蒸氣含量會(huì)相當(dāng)?shù)母?相對(duì)濕度>85%)。此部分水蒸汽在系統(tǒng)中被冷凝成水，對(duì)成品稀硝酸濃度起到了稀釋的作用。
(2)雙加壓法稀硝酸裝置二次空氣的利用僅僅考慮了成品稀硝酸的漂白，沒(méi)有考慮系統(tǒng)冷凝酸的漂白，因?yàn)橄到y(tǒng)冷凝酸中含有大量的NOx氣體，而這部分NOx氣體隨冷凝酸直接到了吸收塔的中部塔板，未經(jīng)過(guò)吸收塔底部塔板快速冷卻和吸收，降低了 NOx氣體在塔中的轉(zhuǎn)化和吸收率，同時(shí)降低了成品稀硝酸的濃度。
(3)雙加壓法稀硝酸裝置的流程設(shè)計(jì)中皆沒(méi)有考慮到系統(tǒng)冷凝酸的冷卻問(wèn)題。系統(tǒng)NOx氣體經(jīng)冷凝和分離后的冷凝酸溫度一般在50°C左右，再經(jīng)稀酸泵打入吸收塔下部相應(yīng)濃度塔板上，其溫度會(huì)上升到50 60°C范圍。對(duì)吸收塔中的吸收反應(yīng)而言，此冷凝酸溫度較高，不利于吸收塔中吸收反應(yīng)的進(jìn)行，對(duì)在吸收塔中提高NO的氧化度以及提高成品稀硝酸濃度都有很大的影響。
(4)雙加壓法稀硝酸裝置吸收塔底部皆沒(méi)有考慮NO氣體的進(jìn)一步快速深度冷卻和快速深度氧化問(wèn)題，即吸收塔底部塔板沒(méi)有設(shè)置NO氣體的冷卻和氧化段。由于NO氣體在塔中沒(méi)有充分氧化變成NO2氣體，所以成品稀硝酸的濃度就不可能相對(duì)提高。
(5)雙加壓法稀硝酸裝置的吸收塔用冷卻水，都是采用外部循環(huán)水和內(nèi)部液氨蒸發(fā)的冷凍水，硝銨裝置或兩鈉裝置等用氨的液氨蒸發(fā)器設(shè)計(jì)都不在硝酸裝置，也就是說(shuō)，硝銨裝置或兩鈉裝置等用氨的液氨蒸發(fā)的冷量沒(méi)有合理與稀硝酸裝置結(jié)合將其冷量用于硝酸吸收塔的冷卻。
總之，現(xiàn)有的雙加壓法稀硝酸裝置成品稀硝酸的濃度一直以來(lái)實(shí)際運(yùn)行都在60% 左右，其濃度最高不超過(guò)63%，不能滿足各行業(yè)對(duì)高濃度稀硝酸的需求，存在日益突出的尤其是65 68%濃度的稀硝酸的需求問(wèn)題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供了一種高濃度稀硝酸的生產(chǎn)方法。
本發(fā)明目的是提供一種具有工藝簡(jiǎn)單，操作方便，控制穩(wěn)定，安全可靠，有效提高了稀硝酸的濃度達(dá)到65%-68%以上，大大滿足了現(xiàn)代工業(yè)對(duì)稀硝酸的高濃度需求等特點(diǎn)的高濃度稀硝酸的生產(chǎn)方法。
本發(fā)明提供一種濃度可達(dá)到65 70% (wt)的稀硝酸溶液的生產(chǎn)工藝1、空氣壓縮機(jī)出口設(shè)置三臺(tái)換熱器，即兩臺(tái)一次空氣加熱器和一臺(tái)空氣冷卻器，詳見(jiàn)附圖1所示前兩臺(tái)設(shè)備為一次空氣加熱器，由空壓機(jī)出口的全部空氣加熱一次空氣(占總空氣量的80 85%)，后一臺(tái)設(shè)備為空氣冷卻器，用冷卻水來(lái)冷卻空壓機(jī)出口的全部空氣， 使其降溫至露點(diǎn)以下，除掉進(jìn)入硝酸生產(chǎn)工藝系統(tǒng)空氣當(dāng)中的水，提高成品稀硝酸的濃度， 同時(shí)將一次空氣溫度提高到設(shè)計(jì)所需溫度220 230°C范圍。
2、流程中設(shè)置冷凝酸的漂白設(shè)施，并將NOx氣體的冷卻冷凝-氣液分離-冷凝酸漂白三個(gè)過(guò)程設(shè)置在一臺(tái)立式容器中進(jìn)行。引用部分二次空氣自容器下部通入，依次通過(guò)四層篩板塔，吹出冷凝酸中溶解的NOx氣體，使其可以隨主流NOx氣體進(jìn)入吸收塔底部參與吸收反應(yīng)。在冷卻冷凝器頂部和稀酸分離器元件上下部位分別設(shè)置連續(xù)和間歇噴酸設(shè)施， 替代目前工藝的間歇噴水設(shè)施。詳見(jiàn)附圖1所示，其目的是提高成品稀硝酸的濃度；同時(shí)解決冷卻冷凝器和氧化氮壓縮機(jī)的腐蝕問(wèn)題。
3、流程中設(shè)置稀酸冷卻器，即經(jīng)冷卻冷凝-氣液分離-稀酸漂白過(guò)的冷凝酸進(jìn)入稀酸冷卻器，利用外界循環(huán)冷卻水對(duì)其冷凝酸冷卻到40°C以下，再由稀酸泵打入吸收塔下部某層相應(yīng)濃度塔板上，詳見(jiàn)附圖1所示。目的是降低系統(tǒng)冷凝酸溫度有利于吸收塔的吸收反應(yīng)，有利于提高產(chǎn)品稀硝酸的濃度。
4、吸收塔下部根據(jù)需要設(shè)置1 3層塔板作為NO氣體冷卻和氧化段，氨氧化產(chǎn)生的NOx氣體自下而上一次通過(guò)該三層塔板時(shí)被循環(huán)水快速冷卻，同時(shí)NOx氣體中的大量NO 氣體被氧化為NO2氣體。詳見(jiàn)附圖1所示，目的是提高NO2在NOx中的比例，以便獲得高濃度硝酸溶液。
5、流程中自外界來(lái)的液氨進(jìn)入硝銨或兩鈉裝置等用氨的液氨蒸發(fā)器，該蒸發(fā)器設(shè)置在本稀硝酸界區(qū)，其液氨被來(lái)自外界的循環(huán)水蒸發(fā)為氣氨，氣氨送往硝銨或兩鈉裝置用， 被液氨冷卻后的循環(huán)水進(jìn)入吸收塔冷卻盤(pán)管，作為吸收塔的冷卻水，之后該循環(huán)水返回到外界循環(huán)水回水總管。詳見(jiàn)附圖1所示，目的是利用液氨的冷量加強(qiáng)吸收塔的冷卻，以提高吸收率和成品稀硝酸濃度。
本發(fā)明高濃度稀硝酸的生產(chǎn)方法采用如下技術(shù)方案高濃度稀硝酸的生產(chǎn)方法，采用雙加壓法硝酸工藝，包括氨氣和空氣的混合、硝酸吸收，其特點(diǎn)是氨氣和空氣混合前先進(jìn)行空氣除濕，除濕方法為原料空氣被吸入空氣壓縮機(jī)加壓后，壓縮空氣利用除水換熱器冷卻降溫，使壓縮空氣達(dá)到露點(diǎn)溫度冷凝，冷凝水排除； 硝酸吸收時(shí)，吸收塔下部設(shè)置冷卻盤(pán)管，利用液氨來(lái)降低吸收塔下部冷卻盤(pán)管溫度，控制高濃度稀硝酸的吸收反應(yīng)溫度。本發(fā)明高濃度稀硝酸的生產(chǎn)方法還可以采用如下技術(shù)措施 所述的高濃度稀硝酸的生產(chǎn)方法，其特點(diǎn)是除水換熱器冷卻降溫采用三臺(tái)除水換熱器，前兩臺(tái)為一次空氣加熱器，后一臺(tái)為一次空氣冷卻器，空氣冷卻器有冷卻用的循環(huán)冷卻水；空壓機(jī)出口的空氣先經(jīng)前兩臺(tái)一次空氣加熱器，后經(jīng)一次空氣冷卻器；空氣冷卻除水后，再經(jīng)過(guò)兩臺(tái)一次空氣加熱器加熱后進(jìn)行氨氣和空氣的混合。
所述的高濃度稀硝酸的生產(chǎn)方法，其特點(diǎn)是空氣壓縮機(jī)出口的空氣壓力為 0. 3 0. 4MPa(G)，溫度為230 250°C，進(jìn)入前兩臺(tái)一次立式空氣加熱器、后一臺(tái)一次立式空氣冷卻器，出來(lái)的空氣溫度為35 45°C。
所述的高濃度稀硝酸的生產(chǎn)方法，其特點(diǎn)是空氣冷卻除水后，再經(jīng)過(guò)前兩臺(tái)一次立式空氣加熱器加熱一次空氣到220 230°C后進(jìn)行氨氣和空氣混合。
所述的高濃度稀硝酸的生產(chǎn)方法，其特點(diǎn)是空氣冷卻除水后，分為一次空氣和二次空氣，二次空氣分別進(jìn)入氨氧化-余熱回收器、冷凝分離漂白器，二次空氣經(jīng)加熱后進(jìn)入漂白塔。
所述的高濃度稀硝酸的生產(chǎn)方法，其特點(diǎn)是用液氨來(lái)降低吸收塔下部冷卻盤(pán)管溫度時(shí)，液氨先進(jìn)入液氨蒸發(fā)器，用循環(huán)水蒸發(fā)為氣氨，被液氨冷卻后溫度15 25°C的循環(huán)水進(jìn)入吸收塔下部冷卻盤(pán)管進(jìn)行冷卻。
本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果高濃度稀硝酸的生產(chǎn)方法由于采用了本發(fā)明全新的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在原有傳統(tǒng)硝酸工藝流程的基礎(chǔ)上增加空氣除濕系統(tǒng)，除去原料空氣當(dāng)中的水，減少系統(tǒng)冷凝水的產(chǎn)生，從而提高硝酸濃度。本發(fā)明具有工藝簡(jiǎn)單，操作方便，控制穩(wěn)定，安全可靠，有效提高了稀硝酸的濃度達(dá)到65 68%以上，大大滿足了現(xiàn)代工業(yè)對(duì)稀硝酸的高濃度需求。


圖1是本發(fā)明高濃度稀硝酸溶液生產(chǎn)工藝流程示意圖； 圖2是傳統(tǒng)雙加壓法稀硝酸溶液生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)圖。
圖1中1.空氣壓縮機(jī)，2. 1 # 一次空氣加熱器，3. 2 # 一次空氣加熱器，4.空氣冷卻器，5.氨空混合器，6.氨氧化-余熱回收器，7.尾氣再熱器，8.節(jié)能器，9.冷凝分離漂白器，10. NOx壓縮機(jī)，11. 二次空氣加熱器，12.尾氣預(yù)熱器，13.高壓反應(yīng)水冷凝器，14.吸收塔，15.稀酸冷卻器，16.稀酸泵，17.吸收水入口，18.吸收尾氣出口，19.液氨蒸發(fā)器。
圖2中1.空氣壓縮機(jī)，5.氨空混合器，6.氨氧化-余熱回收器，7.尾氣再熱器，8.節(jié)能器，9.低壓反應(yīng)水冷凝器，10. NOx壓縮機(jī)，11. 二次空氣冷卻器，12.尾氣預(yù)熱器，13.高壓反應(yīng)水冷凝器，14.吸收塔，16.稀酸泵，17.吸收水入口，18.吸收尾氣出口， 20.稀酸分離器。
具體實(shí)施方式
為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲列舉以下實(shí)例，并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如下實(shí)施例1 參照附圖1。
高濃度稀硝酸的生產(chǎn)方法，采用雙加壓法硝酸工藝，包括氨氣和空氣的混合、硝酸吸收。氨氣和空氣混合前先進(jìn)行空氣除濕，除濕方法為原料空氣被吸入空氣壓縮機(jī)加壓后， 壓縮空氣利用除水換熱器冷卻降溫，使壓縮空氣達(dá)到露點(diǎn)溫度冷凝，冷凝水排除；硝酸吸收時(shí)，吸收塔下部設(shè)置冷卻盤(pán)管，利用液氨來(lái)降低吸收塔下部冷卻盤(pán)管溫度，控制高濃度稀硝酸的吸收反應(yīng)溫度。
除水換熱器冷卻降溫采用三臺(tái)除水換熱器，前兩臺(tái)為一次空氣加熱器，后一臺(tái)為一次空氣冷卻器，空氣冷卻器有冷卻用的循環(huán)冷卻水；空壓機(jī)出口的空氣先經(jīng)前兩臺(tái)一次空氣加熱器，后經(jīng)一次空氣冷卻器；空氣冷卻除水后，再經(jīng)過(guò)兩臺(tái)一次空氣加熱器加熱后進(jìn)行氨氣和空氣的混合。
空氣壓縮機(jī)出口的空氣壓力為0. 3 0. 4MPa(G)，溫度為230 250°C，進(jìn)入前兩臺(tái)一次立式空氣加熱器、后一臺(tái)一次立式空氣冷卻器，出來(lái)的空氣溫度為35 45°C?？諝饫鋮s除水后，再經(jīng)過(guò)前兩臺(tái)一次立式空氣加熱器加熱一次空氣到220 230°C后進(jìn)行氨氣和空氣混合。
空氣冷卻除水后，分為一次空氣和二次空氣，二次空氣分別進(jìn)入氨氧化-余熱回收器、冷凝分離漂白器，二次空氣經(jīng)加熱后進(jìn)入漂白塔。
用液氨來(lái)降低吸收塔下部冷卻盤(pán)管溫度時(shí)，液氨先進(jìn)入液氨蒸發(fā)器，用循環(huán)水蒸發(fā)為氣氨，被液氨冷卻后溫度15 25°C的循環(huán)水進(jìn)入吸收塔下部冷卻盤(pán)管進(jìn)行冷卻。
本實(shí)施例的具體實(shí)施過(guò)程來(lái)自大氣中的空氣經(jīng)過(guò)空氣過(guò)濾器凈化后進(jìn)入空氣壓縮機(jī)1加壓，依次進(jìn)入1 # 一次空氣加熱器2、2#—次空氣加熱器3、空氣冷卻器4降溫，除去空氣中所含部分水份，低溫空氣分流出二次空氣，其余空氣作為一次空氣，依次進(jìn)入2 #—次空氣加熱器3、1 #一次空氣加熱器2與熱空氣間接換熱提高溫度，在氨空混合器5內(nèi)與來(lái)自液氨蒸發(fā)系統(tǒng)的氣氨按一定比例充分混合后，再進(jìn)入氨氧化-余熱回收器6，在鉬網(wǎng)的催化作用下進(jìn)行氨氧化反應(yīng)， 并回收利用反應(yīng)熱生產(chǎn)蒸汽，同時(shí)降低氨氧化反應(yīng)產(chǎn)物NOx氣體的溫度。NOx氣體進(jìn)入尾氣再熱器7、節(jié)能器8進(jìn)一步回收利用熱量，然后進(jìn)入冷凝分離漂白器9快速冷卻降低溫度， 分離生成的冷凝酸。NOx氣體進(jìn)入NOx壓縮機(jī)10再次升壓，依次進(jìn)入二次空氣加熱器11、 尾氣預(yù)熱器12回收熱量，再進(jìn)入高壓反應(yīng)水冷凝器13降溫，分離生成的冷凝酸，NOx氣體進(jìn)入吸收塔14下部，在冷卻段塔盤(pán)上繼續(xù)冷卻，NO2到上面各層塔盤(pán)上與從塔頂加入的水逆流進(jìn)行吸收化學(xué)反應(yīng)，在吸收塔14底部可獲得濃度> 68%的硝酸溶液。
吸收塔14下部根據(jù)需要設(shè)置1 3層塔板作為NO氣體冷卻和氧化段，上一層塔板降液管越過(guò)冷卻段直接到塔底部。
自二次空氣系統(tǒng)分流出兩股二次空氣，一股到氨氧化-余熱回收器6下部，一股到冷凝分離漂白器9下部對(duì)NOx氣體分離下來(lái)的冷凝酸進(jìn)行漂白，回收其中溶解的NOx，使其回到主流NOx氣體中。冷凝酸經(jīng)稀酸冷卻器15冷卻，進(jìn)入稀酸泵16升壓，一部分到冷凝分離漂白器9頂部噴酸裝置，其余部分送至吸收塔14中部的塔盤(pán)上，參與塔內(nèi)吸收反應(yīng)。
液氨蒸發(fā)器19 (硝銨或兩鈉裝置用)，用來(lái)降低進(jìn)入吸收塔14下部冷卻水的進(jìn)水溫度，提高冷卻效果。來(lái)自外界的循環(huán)水首先進(jìn)入液氨蒸發(fā)器19 (該蒸發(fā)器設(shè)置在本稀硝酸界區(qū)內(nèi))與液氨間接換熱，液氨被蒸發(fā)為氣氨，外送硝銨或兩鈉等裝置用，循環(huán)水降低溫度后進(jìn)入吸收塔14下部各層塔板的冷卻盤(pán)管作為冷卻水，之后返回外界循環(huán)水回水總管。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的裝置是以獲得高濃度硝酸為目的，對(duì)硝酸生產(chǎn)工藝流程和設(shè)備進(jìn)行的新設(shè)計(jì)工藝流程中增加了 1 #一次空氣加熱器2、2 #—次空氣加熱器3、空氣冷卻器4、 稀酸冷卻器15、液氨蒸發(fā)器19等設(shè)備；對(duì)部分設(shè)備的功能和構(gòu)造進(jìn)行了較大改進(jìn)，如吸收塔14塔板層數(shù)增加至四十層，下部三層塔板設(shè)置了 NO冷卻及氧化段，以滿足新工藝的需要；采用了全新設(shè)計(jì)型式的設(shè)備，如立式布置的冷凝分離漂白器9，一臺(tái)設(shè)備替代兩臺(tái)設(shè)備并增加了新的功能，使其同時(shí)具備三項(xiàng)功能冷卻冷凝、冷凝酸分離、冷凝酸漂白，另外在該設(shè)備頂部設(shè)置有稀硝酸噴淋降溫設(shè)施，能有效防止設(shè)備腐蝕，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命等。
權(quán)利要求
1.高濃度稀硝酸的生產(chǎn)方法，采用雙加壓法硝酸工藝，包括氨氣和空氣的混合、硝酸吸收，其特征是氨氣和空氣混合前先進(jìn)行空氣除濕，除濕方法為原料空氣被吸入空氣壓縮機(jī)加壓后，壓縮空氣利用除水換熱器冷卻降溫，使壓縮空氣達(dá)到露點(diǎn)溫度冷凝，冷凝水排除； 硝酸吸收時(shí)，吸收塔下部設(shè)置冷卻盤(pán)管，利用液氨來(lái)降低吸收塔下部冷卻盤(pán)管溫度，控制高濃度稀硝酸的吸收反應(yīng)溫度。
2.按照權(quán)利要求1所述的高濃度稀硝酸的生產(chǎn)方法，其特征是除水換熱器冷卻降溫采用三臺(tái)除水換熱器，前兩臺(tái)為一次空氣加熱器，后一臺(tái)為一次空氣冷卻器，空氣冷卻器有冷卻用的循環(huán)冷卻水；空壓機(jī)出口的空氣先經(jīng)前兩臺(tái)一次空氣加熱器，后經(jīng)一次空氣冷卻器；空氣冷卻除水后，再經(jīng)過(guò)兩臺(tái)一次空氣加熱器加熱后進(jìn)行氨氣和空氣的混合。
3.按照權(quán)利要求2所述的高濃度稀硝酸的生產(chǎn)方法，其特征是空氣壓縮機(jī)出口的空氣壓力為0. 3 0. 4MPa，溫度為230 250°C，進(jìn)入前兩臺(tái)一次立式空氣加熱器、后一臺(tái)一次立式空氣冷卻器，出來(lái)的空氣溫度為35-45°C。
4.按照權(quán)利要求2或3所述的高濃度稀硝酸的生產(chǎn)方法，其特征是空氣冷卻除水后， 再經(jīng)過(guò)前兩臺(tái)一次立式空氣加熱器加熱一次空氣到220 230°C后進(jìn)行氨氣和空氣混合。
5.按照權(quán)利要求1所述的高濃度稀硝酸的生產(chǎn)方法，其特征是空氣冷卻除水后，分為一次空氣和二次空氣，二次空氣分別進(jìn)入氨氧化-余熱回收器、冷凝分離漂白器，二次空氣經(jīng)加熱后進(jìn)入漂白塔。
6.按照權(quán)利要求1所述的高濃度稀硝酸的生產(chǎn)方法，其特征是用液氨來(lái)降低吸收塔下部冷卻盤(pán)管溫度時(shí)，液氨先進(jìn)入液氨蒸發(fā)器，用循環(huán)水將其蒸發(fā)為氣氨，被液氨冷卻后溫度15 25°C的循環(huán)水進(jìn)入吸收塔下部冷卻盤(pán)管進(jìn)行冷卻。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高濃度稀硝酸的生產(chǎn)方法。本發(fā)明屬于硝酸制備技術(shù)領(lǐng)域。高濃度稀硝酸的生產(chǎn)方法，采用雙加壓法硝酸工藝，包括氨氣和空氣的混合、硝酸吸收，其特點(diǎn)是氨氣和空氣混合前先進(jìn)行空氣除濕，除濕方法為原料空氣被吸入空氣壓縮機(jī)加壓后，壓縮空氣利用除水換熱器冷卻降溫，使壓縮空氣達(dá)到露點(diǎn)溫度冷凝，冷凝水排除；硝酸吸收時(shí)，吸收塔下部設(shè)置冷卻盤(pán)管，利用液氨來(lái)降低吸收塔下部冷卻盤(pán)管溫度，控制高濃度稀硝酸的吸收反應(yīng)溫度。本發(fā)明具有工藝簡(jiǎn)單，操作方便，控制穩(wěn)定，安全可靠，有效提高了稀硝酸的濃度達(dá)到65%-68%以上，大大滿足了現(xiàn)代工業(yè)對(duì)稀硝酸的高濃度需求等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C01B21/44GK102502541SQ20111032365
公開(kāi)日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月21日
發(fā)明者崔貴全, 張燕萍, 景雙伍, 柴向陽(yáng) 申請(qǐng)人:天津華景化工新技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司