硝酸工藝流程技術(shù)綜述

孫濤

摘 要：硝酸生產(chǎn)工藝的進(jìn)步能使企業(yè)滿足市場的需求，充分與市場環(huán)境相契合，提升企業(yè)在市場環(huán)境中的競爭力。在液氨原料價(jià)格不斷上漲的市場中，只有通過技術(shù)進(jìn)步和工藝流程的優(yōu)化才能夠有效降低成本，而這一問題的突破則需要從提升氨氧化率入手來從根本上解決，因此對硝酸工藝流程的研究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：硝酸工藝;流程;技術(shù)

硝酸工藝流程的發(fā)展為減輕環(huán)境污染、合理利用資源提供了高水平、高質(zhì)量方案，同時(shí)促進(jìn)了行業(yè)和相關(guān)企業(yè)的發(fā)展，也使得我國的硝酸生產(chǎn)工藝在世界工業(yè)市場上占據(jù)了一席之地。常用的硝酸生產(chǎn)方法有很多，諸如常壓法、中壓法、雙加壓法、全高壓法等，但無論是哪一種工藝方法，其基本原理均是相似的，即通過催化劑條件下氨氣與空氣的氧化反應(yīng)首先生成一氧化氮，而后將一氧化氮氧化為二氧化氮，最后與水混合形成硝酸。這一流程看似簡單，但實(shí)際操作起來非常復(fù)雜，其涉及到的工藝流程步驟繁多，原材料質(zhì)量、生產(chǎn)安全性能等也是需要注意的問題。

1 影響硝酸生產(chǎn)效率因素

影響硝酸生產(chǎn)效率的主要因素有催化劑種類、反應(yīng)過程中的環(huán)境溫度、壓力、時(shí)間，以及參與反應(yīng)的原材料的氨氣和空氣純凈度等。這些因素與氨氧化率均有著直接或間接的關(guān)系，而且對其影響所占的比例也是不一樣的，在實(shí)際生產(chǎn)過程中要具體問題具體分析，切不能一概而論。

1.1 催化劑

催化劑是加速氨氧化率的重要因素之一，當(dāng)前常用的催化劑為鉑網(wǎng)催化劑，該催化劑具有催化活性高、選擇性強(qiáng)、制作方便、使用量少等優(yōu)點(diǎn)，因此在石油化工行業(yè)中具有重要的作用。氨氧化率與鉑網(wǎng)催化劑活性成正比關(guān)系，而后者活性則主要受本身質(zhì)量、反應(yīng)條件、活性表面積等條件控制。在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，氨氣與空氣在銠絲網(wǎng)催化劑、環(huán)境溫度為850～900℃的條件下反應(yīng)會(huì)生成一氧化氮和水，進(jìn)而發(fā)生后續(xù)發(fā)生制成硝酸。鉑催化劑中毒之后可以通過特殊處理恢復(fù)其活性，而完全失去活性的則可以通過酸溶等形式回收其中的金屬鉑進(jìn)而循環(huán)利用。

1.2 環(huán)境變量

反應(yīng)過程中所涉及到的環(huán)境變量主要有溫度和壓力，在上文也提到了一氧化氮生成的溫度，因此溫度控制也是加速氨氧化率的重要因素。但是，溫度并不是越高越高，在一定范圍內(nèi)，溫度升高可以加速反應(yīng)速度，但一旦超過某一閾值，除了會(huì)加速氨氧化反應(yīng)外還會(huì)加速副反應(yīng)效率，造成催化劑的大量消耗，不利于反應(yīng)速率的穩(wěn)定性和持續(xù)性。氨氧化的過程中，體積不斷增大，壓力也隨之增大，壓力的升高能夠在一定程度上提升鉑網(wǎng)的強(qiáng)度，延長其使用壽命，并提升硝酸產(chǎn)量，但過大的壓力會(huì)抑制反應(yīng)的進(jìn)行，因此需要對空氣壓縮機(jī)進(jìn)行嚴(yán)格控制?？刂坪脺囟群蛪毫@兩個(gè)環(huán)境變量對提升氨氧化率具有重要作用。

1.3 原材料純凈度

液氨和空氣的純凈度對氨氧化率的影響也是較為顯著的，其中，空氣純凈度對反應(yīng)速率的影響體現(xiàn)在：當(dāng)空氣中含有較多的雜質(zhì)，特別是含有二氧化硫、二氧化硅、硫化氫等物質(zhì)使，極容易使鉑網(wǎng)中毒，降低反應(yīng)速率。因此，要盡量提高原料（主要是液氨和空氣）的純凈度，使二者混合達(dá)到較好的效果，進(jìn)而提升氨氧化率。

2 硝酸生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)

雙加壓工藝是當(dāng)前較為常用的稀硝酸成產(chǎn)方式之一，其由法國GP公司研制而成。雙加壓主要體現(xiàn)在中壓和高壓的結(jié)合上，其中前者為氨氧化過程的壓力，而后者則為氮氧化物吸收過程的壓力。生產(chǎn)流程如下：首先，由合成氨系統(tǒng)提供液氨來源，液氨流經(jīng)蒸發(fā)器之后變?yōu)?.52MPa的氣態(tài)氨，氨過熱器將氣態(tài)氨加熱至100℃左右再由過濾器去除其中混合有的部分雜質(zhì)，進(jìn)而與空氣混合并均勻分布在安置在氨氧化爐頂部的鉑網(wǎng)上，鉑網(wǎng)具有催化作用，在此發(fā)生氮氧化物的氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)溫度為860℃，反應(yīng)后生成的高溫氮氧化物氣體經(jīng)過回收、冷卻、加壓，最后進(jìn)入硝酸吸收塔與水混合生成硝酸。

由于市場需求的不同，生產(chǎn)時(shí)需要注意硝酸的濃度和pH值，同時(shí)還要注意對環(huán)境的保護(hù)，特別是需要格外注意尾氣的處理，切忌為了方便、節(jié)約成本而隨意排放尾氣，對環(huán)境造成不良影響。另外，由于硝酸的強(qiáng)腐蝕性和氧化性，需要嚴(yán)格控制生產(chǎn)材料和設(shè)備質(zhì)量，特別要注意防腐蝕問題，合成裝置耐腐蝕材料的選擇要根據(jù)相關(guān)規(guī)范進(jìn)行，工業(yè)生產(chǎn)中一般選用含碳量較低的不銹鋼。濃硝酸生產(chǎn)中，常以高硅鑄鐵為原材料生產(chǎn)設(shè)備儀器，也有國外的特氟龍、搪玻璃等。以聚四氟乙烯為材料的塔內(nèi)件搭建而成的濃縮塔具有密閉性好、耐腐蝕性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，使得現(xiàn)場的工作環(huán)境和安全性有了極大提升。國內(nèi)還需要加強(qiáng)對碳化硅換熱器的研發(fā)和創(chuàng)新力度，進(jìn)而打破國外技術(shù)壟斷，進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，努力打造高國產(chǎn)化的硝酸生產(chǎn)行業(yè)。

3 結(jié)語

我國是硝酸生產(chǎn)和消耗的大國，總體上講我國硝酸生產(chǎn)工藝技術(shù)已經(jīng)有了非常明顯的進(jìn)展，但仍與世界上一些發(fā)達(dá)國家有較大的差距，因此我們要不斷進(jìn)行工藝流程的創(chuàng)新和應(yīng)用，結(jié)合市場特點(diǎn)和政策特點(diǎn)（特別是環(huán)境政策），繼續(xù)推動(dòng)雙加壓和高壓法等先進(jìn)工藝技術(shù)的推廣和應(yīng)用，響應(yīng)綠色節(jié)能的要求，在保護(hù)生態(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)之上進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

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