毕业论文《稀硝酸生产工艺》

1、摘 要双加压法生产稀硝酸工艺是当今世界最为先进的稀硝酸生产工艺。双加压法生产硝酸的氧化压力适中，吨酸铂耗少，吸收压力高，对氮的氧化物吸收有利，产酸浓度高，氨耗低，酸尾排放的NOx含量低。双加压法的这些优点，使其占据了主导地位。关键词：双加压法 工艺流程 稀硝酸Abstractthe development of medium-pressure method for high pressure law and dual-pressure, dual-pressure production of dilute nitric acid process is the most advanced in

2、the world today, dilute nitric acid production process. Compared with other methods, dual-pressure production of nitric acid oxidation pressure is moderate, tons of acid platinum consumption, high pressure absorption, absorption of nitrogen oxides favorable high concentrations of acid production, am

3、monia consumption is low, acid tail emissions of NOx content is low. These advantages of the dual-pressure process, it has dominated in the production of nitric acid.Keywords: dual-pressure process; process; dilute nitric acidl目录摘 要1Abstract2目录1第1章 硝酸生产发展简史11.1 硝酸的工业应用和生产概况11.2 常用的硝酸生产工艺11.3 硝酸生产工艺之

4、间的比较21.4 双加压法稀硝酸在我国的生产现状4第2章 双加压法硝酸工艺流程简介62.1 主要经济指标和参数控制62.2 生产原料的选取72.2.1 工业上对液氨的要求：72.2.2 对空气的要求：72.2.3 对水的要求：82.2.4 氨催化剂82.2.5 润滑油（L-TSA46防锈汽轮机油）9第3章 流程分析双加压法硝酸工艺123.1 主要反应方程式123.2 氨氧化反应及影响因素123.2.1 氮催化氧化的速率控制步骤123.2.2 氨氧化的物料和热量衡算133.2.3 氨氧化反应的影响因素143.3 NO氧化反应及影响因素153.3.1 温度与压力对反应速度的影响153.3.2 压力

5、对NO氧化空间的影响163.4 影响吸收反应的因素17第4章 双加压法硝酸生产装置主要设备分析184.1 氨空混合器184.2 氧化炉与废热锅炉204.4 四合一机组22第5章 总结24参考文献25致谢26第1章 硝酸生产发展简史1.1 硝酸的工业应用和生产概况硝酸的生产历史较为悠久，早在十五世纪就有用智利硝石制造硝酸的方法，即用浓硫酸分解智利硝石，一直沿用到1900年。H2SO4+2NaNO3=2HNO3+Na2SO4十九世纪初发明电弧法固定氮，生产NO，再氧化、吸收变为硝酸。该法耗电量太大，仅对挪威、瑞典等电费低廉的国家适用，该法一直沿用到第二次世界大战后。以铂为催化剂进行氨氧化制造硝酸的

6、研究可追溯到1838年，但是一直到1904年在莱比锡建立了三套中试装置：第一个日产3吨（53%浓度）的硝酸工业装置于1908年在德国威斯特伐利亚（westphalia）附近的格特（Gerther）建成。当时采用卷成蜗状铂箱为催化剂，为了节约用铂，1909年改为网状，后又添加少量的銠及钯以改善其活性，随后英、美等国相继采用。但直到1913年Haber法合成氨工艺问世，解决了氨的经济来源后该法才得到发展。硝酸作为一种特殊的产品，可用于和平建设，亦可用于战争。美国在20世纪70年代越战时期，硝酸工业得到快速发展，硝酸产量最高达10000Kt/a。越战之后进行了调整，现保留约67家硝酸厂，总产能700

7、0-7500Kt/a。全球硝酸生产厂家（未含中国大陆）约345家，总产能55100-55700Kt/a，生产方法以高压法和双加压法为主。全球各国生产能力前5名排序为：中国7050Kt/a(预计2013将达10770Kt/a,美国7500 Kt/a,，德国3866 Kt/a，英国3187 Kt/a，荷兰2465 Kt/a。全球生产企业前5名排序为：英国帝国化学工业公司2205Kt/a,荷兰氮素公司1100Kt/a,德国巴斯夫950Kt/a,挪威波尔斯洛伦950Kt/a,中国山西天脊煤化工集团公司810 Kt/a。1.2 常用的硝酸生产工艺（1）常压法 氨氧化及酸吸收均在常压下进行。这种方法因压力

8、低，氨氧化率高，铂耗较低，设备结构简单，多用6-12全串联的吸收塔。早期吸收塔多用天然耐酸材质，如花岗岩或者耐酸砖砌成，现今用塑料或不锈钢制成。常压法缺点是成品酸中HNO3含量低，排放的尾气中氮氧化物含量高，环境污染严重，尾气需作处理。吸收容积大，占地多，投资大。（2）全压法 氨氧化和吸收均在加压下进行。吸收压力可分两个等级：中压吸收压力为0.2-0.5MPa。 高压吸收为0.7-1.0 MPa或更高。前者以伍德、斯塔米卡邦、蒙特爱迪生等工艺流程为代表。后者以凯米科、住友的工艺流程为代表。全压法因吸收压力高，其NO2吸收率以成品酸中HNO3含量较高。排放尾气中氮氧化物含量低。吸收容积小，能量回

9、收率高。但氨氧化率比常压法稍低，而且铂耗较大。（3）综合法 氨氧化和NO2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NO2吸收流程，二为中压氨氧化-高压NO2吸收流程。前者以前苏联国立氮气研究所流程为代表，后者以法国格朗德-帕鲁瓦斯流程为代表简称GP法或称双加压法。前者兼有常压和加压法两者优点：其氨耗及铂损耗比全压法小，不锈钢用量比全中压少，后者采用较高吸收压力和较低温度吸收，成品酸中HNO3含量一般可达60%，尾气中氮氧化物含量低于200PPm，可以不作处理而直接排放空气中。1.3 硝酸生产工艺之间的比较衡量一个流程先进的标准，主要是根据其技术经济指标、生产规模、原料及

10、操作费用、产品酸浓度高低和投资比为依据。技术经济指标主要是氨、催化剂、电、水、蒸汽的消耗，另外还有氧化率、吸收率、尾气排放浓度、产品浓度、生产规模等。投资比即生产强度与基建投资的比值。氨的消耗是主要的指标，它占生产成本的90%左右，提高氨的利用率是有极大意义的，理论上一吨成品酸需消耗氨为269.8Kg，实际上由于氨的转化率和吸收率达不到100%，液氨的纯度也达不到100%这样实际上氨耗应比理论值大，一般在280-300Kg/t。从降低氨耗的角度来看，常压氧化氨的利用率高，加压吸收氮氧化物的吸收率高，有利于氨耗的降低。根据铂催化剂的损失机理，铂消耗是必然的，由于其价格昂贵，资源缺少，所以铂的损耗

11、也很重要。近几年来生产中在减少铂耗和回收方面都采取了有效的措施。由于流程不同其差异十分明显，如常压氧化铂耗只有0.06g/t左右，而全高压法高达0.3g/t.电的消耗指标不仅仅和生产有关，而且与装置的能量回收密切相关。若流程配置得当，充分利用反应热，有效地回收尾气的热能和动能，加压的能量消耗可以大大降低。电的消耗还和冷冻系统强化吸收有很大的关系，同样也关系到蒸汽的消耗。生产规模主要是指铂网的燃烧强度和吸收设备的容积系数以及压缩机组的配置。在流程中多设置一些原料净化设备和热能回收设备，虽增加了投资费用，但能提高氨的转化率和回收了能量，仍是合理的。在吸收部分，提高压力和采用冷冻水，可以降低吸收容积

12、系数，相应增加了能量消耗，却有利于尾气吸收控制和能量回收，提高了产品浓度。节能压缩机组的选用，不仅提高了装置的整体装配水平，更有利于能量的综合利用。所以要多方面兼顾考虑。采用富氧氧化，不但减少吸收容积系数，而且能提高氨的转化率，减少动力配置，但要求有制备富氧的条件，可以综合利用，不宜专门设置制氧装置。生产强度还和设备的类型、结构有很大关系，采用新技术、新材料的设备可以大幅度地强化生产能力。各种硝酸工艺生产的特征见表经济技术指标项目常压法综合法中压法高压法双加压氧化压力（Mpa）0.110.220.100.450.80.90.45吸收压力（Mpa）0.0980.180.350.400.70.81

13、.1氨氧化率%9697969796-95-96酸浓度%40454345505353555860出酸塔尾气浓度NOX10-650001000025001000150020002500200处理后尾气浓度NOX10-6常压碱吸收6001300常压碱吸收6001300加压碱吸收200500催化还原200不需要处理尾气处理氨耗kg/t酸877（尾气NOX200以下计算）0总氨耗kg/t酸330308290293304283铂耗kg/t酸0.060.060.11.82.00.1投资（万元）50kt/a生产规模260050kt/a生产规模23002600100kt/a生产规模8000吸收率%8592969

14、89799.72.工艺指标及生产成本项目单价中压法高压法双加压法元消耗金额消耗金额消耗金额氨t14140.3424.20.3424.20.282398.75铂g2360.1228.320.247.200.1228.32冷却水t0.289025.209025.2013638.08脱盐水t3.001.85.41.33.900.5031.51电kwh0.261.5440.04164.4811.13.11蒸汽t40-0.5-20-0.9-36-0.301-12.04天然气m30.845042.00氢气m30.542614.04折旧41.0240.8375.58车间经费68.5068.5068.50制造

15、成本612.68134.36643.36600.811.4 双加压法稀硝酸在我国的生产现状近几年，我国硝酸工业进入了发展的快车道，总产量每年以高于10%的速度增长，新增装置的技术含量提高，装置规模增大，操作压力升高，酸浓度提高，新技术得到广泛的应用。新增加的装置主要以双加压法装置为主，双加压法硝酸装置以总产量大、单机规模大、能耗低、综合经济指标优等特点，已成为我国稀硝酸发展的主力和今后发展的方向。我国现已运行的双加压法稀硝酸装置共二十套装置，年生产量已达280万吨，占我国硝酸总产量的45%，成为各种硝酸生产工艺中，产量最大，技术含量最高的硝酸生产工艺。到目前为止，已经设计和正在施工安装的双加压

16、法硝酸装置有8套，总产量为150万吨，而其它生产工艺已经设计和正在施工安装的装置由3套，总产量为81万吨，由此可见双加压法硝酸工艺在我国已成为硝酸生产的主要方式。自1935年我国建成第一套硝酸装置至今已有近70年的历史了，以往我国硝酸生产主要以常压法、综合法、全压法为主。1978年12月1日天脊集团（原山西化肥厂）与日本东洋工程公司签定了硝酸装置成套建设承包合同，全套引进法国GP公司双加压法硝酸生产专利技术，其氨氧化压力为0.45MPa，吸收压力为1.1MPa，生产能力为902吨/日（100%HNO3）两套生产线。1983年7月25日正式开工建设，1987年3月开始单体试车，1987年8月进行

17、化工投料试车。通过化工投料和性能考核试车，在70-100%负荷下，主要消耗指标和消耗定额符合设计要求，达到合同规范，1988年4月5日进行了交工验收，这标志着双加压法硝酸生产在我国跨出了成功的第一步，对我国的硝酸发展具有重大的推动作用，从而为我国引进了工艺技术先进可靠、经济合理、装置规模大的硝酸生产技术，并培养了一大批硝酸专家型人才。化工部第二设计院对山西化肥厂引进的硝酸装置进行认真学习和消化，立足于国内工艺技术和设备制造能力，参照GP双加压法硝酸技术和济南化肥厂合作设计了一套350吨/日（100%HNO3）的双加压法硝酸装置，其氧化压力为0.45MPa，吸收压力为1.1，该装置除“四合一”机

18、组从德国公司引进外，其余设备全部为国产设备。该装置于1988年开工建设，1990年12月化工投料试车，自试车以来，工艺稳定、运行可靠、达到设计要求，与工艺指标、消耗定额基本一致，实际年产量可达110%生产负荷，实践证明该设计是成功的，开创了我国自行设计双加压法硝酸的先河。1996年，化二院为云南云峰化学工业公司设计了第二套350吨日（100%HNO3）的双加压法硝酸装置，与济南化肥厂硝酸装置基本相同，四合一机组采用我国陕鼓集团公司制造，真正实现了双加压法硝酸设计、设备制造、安装调试的国产化。1999年月建成试车投产以来，由于机组原因存在系统压力偏低，尾气偏高、蒸汽不能自给的问题，其它工艺指标基

19、本达标。1999年11月，化二院又为石家庄化肥厂设计了第三套350吨日（100%HNO3）的双加压法硝酸装置，设备全部采用国产化，陕鼓公司针对云峰机组存在的不足进行了技术改进，厂内单机试车良好，由于该厂原因该装置直道2005年月日才投料试车生产。2001年，化二院为山西天脊集团（原山西化肥厂）设计了一套902吨日（100%HNO3）的双加亚法硝酸装置，采用工艺，济南化肥厂模式，四合一机组采用德国公司制造，其它设备为国产化，2003年底，中石油辽阳化纤公司350吨日双加压硝酸装置进入施工阶段，全部设备为国产化，2004年11月投料生产。2004年，化二院又为南化公司氮肥厂设计了第五套350吨日（

20、100%HNO3）双加压硝酸装置，全部设备也为国产化，于2005年月试车成功。第2章 双加压法硝酸工艺流程简介2.1 主要经济指标和参数控制1.本装置主要工艺指标氨/空气中的NH3%9.35-9.75%尾气中O2含量3-5%尾气中NOX<=200ppm成品酸浓度58-60%成品酸中的HNO2含量<=100ppm氨氧化炉温度850-870锅炉排污PH9.0-11.0锅炉排污SIO2<=3mg/l锅炉给水O2含量<=15ppb塔板酸氯含量<=500ppmNOX分离器中铵盐<30mg/l主要消耗指标（以每吨100%HNO3计算值为准）脱盐水530kg低压蒸汽169

21、kg中压蒸汽310kg冷却水160m3电力11.1kwh仪表空气5.3m3氮气26.6m32.2 生产原料的选取生产稀硝酸需要的原料有：氨、空气、水、催化剂、和润滑油。2.2.1 工业上对液氨的要求：氨含量>99.5%，水分含量<0.3%,含油量<10ppm.液氨经气化后使用，气氨用布质、纸质或其它过滤材料将介质中的油、铁屑等机械杂质除掉。2.2.2 对空气的要求：由于在工艺系统中，一般均使用铂作催化剂，它对空气中杂质的要求越低越好，杂质会减弱催化剂的活性，增加铂网的损耗，因此，经过氨氧化部分的空气，首先要经过过滤器，除去空气中悬浮的机械杂质，过滤后的磷等化合物，每种均应低于

22、0.1ppm。空气过滤室分为三级：第一级过滤器：型式自动卷帘式空气过滤器尺寸宽度1.7米、净高4.0米并排数7个风量350000N立方米每小时压力降5-12.5mmH2O过滤效率45%电机0.55KW第二级过滤器型式袋式空气过滤器风量304000N立方米每小时压力降11.2-22.4mmH2O过滤效率88%第三级过滤器型式箱式空气过滤器风量240000N立方米每小时压力降12-25mmH2O过滤效率99.9%2.2.3 对水的要求： 冷却水要求最高在45不至于形成结垢物的各种组分和形成易侵蚀铁或合金钢的各种成分及产生腐蚀的盐类，其指标控制范围：固体悬浮物：10-20ppm、PH值7-8、氯化物

23、<80ppm2.2.4 氨催化剂 通过大量催化剂筛选试验，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：一是铂系列催化剂，二是以铁、钴、铬等金属的非铂催化剂。后者虽然价格低廉，但是其活性周期短，且氨氧化率低，仅为80-87%，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。所以，现在国内外的硝酸工厂几乎都采用铂系催化剂。 氨氧化用铂系催化剂1、化学组成以纯铂作为氨氧化催化剂，在温度为800-900的操作条件下，纯铂催化活性并不高，且在强大气流连续冲击下铂表面变得松弛不平，铂表面疏松的铂微粒易被气流带走。若采用含铑的铂合金，不仅可提高反应活性，且能增加其机械强度，减少铂的

24、损失。但铑的价格昂贵，所以工业上大多采用含铑为5-10%的铂合金。也有以较低廉的钯来代替部分铑的，一般含铂在90%以上，钯和铑各占3.5-4%。20世纪60年代后，其中钯用量还在提高。例如采用含钯在50%以下、铑10%以下，并掺入钍0.01-10%的铂合金。据说这种铂催化剂活性和机械强度也是较好的。2、物理性质铂催化剂通常不用载体，以利于铂的回收，而且载体容易破裂，外露的载体会促使氨分解，降低氨氧化氯。工业上要求催化剂单位重量的接触表面积应尽可能大，而铂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，都将其拉成细丝制成网状。由于铂的导热性好、开工时一经点火即能投入生产，而且铂网也便于再

25、生和回收，还可使氧化炉的结构简化。通常所用的铂丝直径为0.045-0.09mm。铂网的自由面积约占整个面积的50-60%。现今铂网尺寸以规范化。3、空气中不纯物的含量如气态氯、溴、硫、3、的活化、中毒及再生新的铂网表面光滑且有弹性，使用时不能立即获得高的NO，需经一段活化时间才能提高。如在600时，其活性需经数昼夜方能升高。在900时，活化时间则可缩短到8-16h。活化一般用氢焰烘烤，使铂网表面变得疏松和粗糙，从而增大其反应接触表面。c网队杂质非常敏感，很容易中毒。4、网损失和回收 温升华损失并不大，当温度为900时，其蒸汽压仅为8MPa。铂的损失量与反应温度、压力、网径、气流方向及工作时间等

26、因素有关。当温度高、网径细、气流方向由下而上所导致网振动大等因素均会使铂网损失加大。一般在常压下氨氧化温度出常取为800，而加压下为880左右。铂网正常使用1-2年后则需更新。铂网在使用过程中随气流带走的铂微粒，一般沉淀在氧化炉后面的废热锅炉进口管处较多，约有1/2呈胶泥状沉积在硝酸罐中，应定期清理加以回收。尚有约1/4随废气排出，少部沉积在其他设备和管道中。5、铂网规格三元平织网：三元平织网铂92.5%、铑3.5%、钯4%丝径0.09mm网孔数1024个/平方厘米优点具有好的再生和修补，可以多次清洗缺点网重、易拉裂、脱边适用于常压法二元针织网：二元针织网铂90-95%、铑5-10%丝径0.0

27、76mm孔数1024个/平方厘米优点氧化率高高出1-1.5%、铂好低、装填量少、三维结构不脱边、不易拉裂缺点不能多次清洗再生适用于中压和高压法2.2.5 润滑油（L-TSA46防锈汽轮机油）1、技术指标项目质量指标试验方法优级品一级品合格品黏度等级32-4632-4632-46运动指数不小于28.8-35.2 41.6-50.6GB265倾点不高于 90GB1995闪点不低于 180GB3536密度 报告GB1884酸值不大于0.3GB264中和值不大于报告报告GB4945机械杂质 无GB511水分 无GB260被乳化值（40-37-3）m154度不大于 15GB7305起泡性试验ml/ml2

28、4度93度后24度 SY2669450/0450/0600/0100/0100/0100/0450/0450/060/0氧化安定性总氧化产物沉淀物b、氧化后酸值报告报告GB8119报告报告SY2680300020001500液相锈蚀试验 无锈GB11143铜片试验（100度、3h）不大于 1GB5096空气释放值（50度）不大于6565 SY2693用GB511方法测定，机械杂质含量在0.005%以下时，认为无。GB260方法测定，试样的水分少于0.03%，认为是痕迹。在仪器拆卸后接收器中没有水存在，认为试样无水。 2、生产作用透平油的作用有二：其一是润滑机组各轴承极其转动部分，并带走由摩擦所

29、产生的热量，以及高温蒸汽传给机组各部分的热量，保证了机组轴承、轴颈处温度不超过一定值。同时在轴颈上形成一层油膜，使轴颈与轴承之间不是直接摩擦，因而减少了摩擦阻力。其二是透平 时机组调速系统和各压力控制系统的传动工具（液压传递）油质劣化对润滑部分不能很好的润滑，结果使乌金熔化而损坏设备分可能造成动作迟滞、腐蚀、生锈卡住等不良后果，从而使调速和保护失灵。根据尾气中的氧含量判断空气的加入量，一般控制在3-5%。第3章 流程分析双加压法硝酸工艺3.1 主要反应方程式 （1）氨和空气混合在铂催化剂的作用下生成NO，此反应实在氧化炉中进行，化学反应方程式为：4NH3+5O2=4NO+6H2O +Q副反应，

30、当铂网温度过高时，产生氨的分解：2NH3=N2+3H2 _Q当铂网温度增加和较长时间的接触，再促成NO的分解和氨的完全氧化。2NO=N2+O2 +Q4NH3+3O2=2N2+6H2O +Q4NH3+6H2O=5N2+6H2O +Q（2）氧化氮继续氧化成二氧化氮，此反应是在一系列换热设备中进行的，化学反应方程式：2NO+O2=2NO2 +Q（3）用脱盐水吸收NO2生成硝酸，此反应是在吸收塔内进行的，化学反应方程式为：3NO2+H2O=2HNO3+NO +Q3.2 氨氧化反应及影响因素氨氧化的反应机理是因催化剂对氧的吸附能力强，氧分子被吸附到催化剂表面后两原子间的键断裂。催化剂吸附氨分子，氧原子与

31、氨分子中的氮和氢结合，重新进行电子排列生成NO、H2O。因催化剂对NO、H2O吸附力小，因此NO、H2O脱离催化剂向气相中扩散。3.2.1 氮催化氧化的速率控制步骤在上述各步骤中，以氨分子至铂网表面的扩散速度为最慢的一步，因而整个反应速度是受外扩散所控制。 氨分子向铂网表面扩散的时间为： t=A2/2D其中，A氨分子扩散途径的平均长度 D氨在空气中的扩散系数 由此求得的扩散时间t与氨空气混合气体通过铂网自由空间的时间、或称接触时间甚为接近。说明氨氧化成NO的反应速度极快。气体通过催化剂的接触时间t0:To=V0/V式中，V0催化剂的自由空间，m3V操作条件下的气体体积流量，m3/s网的自由空间

32、为：V0=Fsdm/100式中，f铂网的自由空间占网总体积的百分率S铂网的截面积，m2D铂网的直径，cmM铂网张数在操作条件下的气体体积流量为：V=0.1V0Tk/273P式中，V0在标准状况下的气体体积流量，m3/sTK操作温度,KP操作压力，MPa3.2.2 氨氧化的物料和热量衡算对该过程进行恰当的简化，近似地根据主反应式：4NH3+5O2=4NO+6H2O +Q2NH3=N2+3H2 Q进行物料平衡计算。取氨空气混合气体为1mol,其中氨、氧的起始量分别为c0、b0摩尔分数，设氨氧化生成NO的氧化度为a。设氨最终全部耗尽，混合气体总压力为P总，水蒸汽的压力为PH2O，得到反应后各气体的分

33、压： PNO=c0aP总/1+0.25c0+R PO2=(b00.75c00.5c0a) P总/1+0.25c0+R PH2O=(R+1.5c0) P总/1+0.25c0+R PN2=10.5c0(1+a)b0 P总/1+0.25c0+R R= PH2O/P总- PH2O其中，若在理想条件下，忽略各项热损失，反应前气体温度为T0，反应后的温度为Tf，则反应过程的温升为： T温升=TfT0=aQ1+ c0(1a)Q2/CP式中Q1氨在T0时进行等温反应氧化成NO的反应热Q2氨在T0时进行等温反应氧化成N2的反应热CP-反应后各组分气体的平均等压热容3.2.3 氨氧化反应的影响因素1、反应温度温度

34、升高，氨转化率升高，温度过高副反应增加，铂损失增加，温度降低。氨转化率降低，氨损失大，本装置最适合的温度为850870。2、反应压力氨氧化是体积增大的反应，压力升高对反应不利。但是从经济角度看，应该适当地提高压力，增加生产能力，所以还要提高铂网强度和使用寿命。3、混合气中氨的浓度氨气在空气中混合气体爆炸极限为：上限27.4%，下线15.7%，在实际生产中采用养过量的氨空比，因此氨空混合气中氨的浓度应控制在911%，最佳的氨氧比为O2：NH3=1.72.0。4、接触时间接触时间短，反应不完全，氨损失大，时间长副反应增加，生产能力下降，氨消耗大，从理论计算有适宜的接触时间。实际生产中，从经济角度考

35、虑采用比2适宜的时间稍少一些。5、催化剂的活性设计采用含铂90%、锗10%的二元催化剂拉成丝，织成网，网直径采用=0.0090.007cm。催化剂的活性与制造质量、反应条件、活性表面积及容易引起铂网中毒物等有关。6、原料气的净化度空气杂质：SO2、Fe2O3、SiO2、H2S、Cl2、PH3等碳氢化合物、固体颗粒。这些物质不但可以降低空气纯度，还造成催化剂暂时性中毒和永久性中毒。本装置对空气净化设计采用三级干式过滤，过滤原件采用玻璃纤维。三级过滤器：级数类型过滤压差效率一卷帘过滤器512mmH2O45%二袋式过滤器11.222.4mmH2O89%三箱式过滤器1225mmH2O99.9%液氨的杂

36、质“压缩机油、催化剂粉末、铁锈。采用缓冲、沉降玻璃纤维过滤。3.3 NO氧化反应及影响因素影响NO氧化的因素有反应温度、压力、反应物的浓度、停留时间等。3.3.1 温度与压力对反应速度的影响NO氧化反应为： 2NO+O2=2NO2 +Q副反应为： NO+NO2=N2O3 +Q 2NO2=N2O4 _Q由实验获得的反应速度方程式为：dpNO2/dt=k1p2NOpO2k2p2NO2式中：k1、k2分别为正逆速度常数。在工艺生产条件下，温度低于200时，该反应实际上可视为是不可逆反应因而得：dpNO2/dt=k1pNO2pO2对式：2NO+O2=2NO2 +Q做物料衡算：设2aNO的开始量含量，摩

37、尔分数bO2的开始量，摩尔分数NO的氧化度p总压，MPa可以得到：PNO=(2a2ar)PPO2=(bar)PPNO2=2arP由以上可得：adr/dt=2k1P2a2(1r)2(bar)令2k1=kp，积分得：tkpp2dt=a0da/a(1a)2(bar)式中：r=a/b由以上可以看出，当其他条件一定时，随着氧化度r的增加，所需氧化时间也增长，但是增长并不是等速的，a减少，r增加较小，a变大时，r增加很多。这时由于a变大时，NO浓度很少，氧化推动力减少的缘故，所以要是NO完全氧化是很困难的。当其他条件不变时，温度降低kp增加，但a和r一定时由于KPa2p2r值保持不变，而其中仅KP增加，则

38、必然r因之下降。由此可见，温度降低能使反应速度加速，这对反应是有利的。3.3.2 压力对NO氧化空间的影响设气体的出口温度为T0，气体的流量为V0，在反应瞬间，反应为T,流量为Vg反应过程分子数减少，Vg与V0的关系如下：Vg= V0（1ar）T/ T0当反应气体通过一个微元dV时，有下列关系： dV=Vgdt积分后有： V=t0Vgdt由以上可得：VKpp2T0=V0a0(1ar)T/(1r)2(bar)由于1ar1,温度变化不大，TT0，则上式可简化为： VV0t即氧化空间V与流量V0及时间t成正比。由此前术已知t与p2成反比，因此V与p2成反比。故当压力增加一倍则设备体积V将减少到原来的

39、0.125.可见双加压法对NO的氧化大为有利。NO氧化的适宜气体含量O2含量（b）对NO含量（2a）,按化学计量时大大过量的，当b/2a10时，此时也意味着a值很小。显然tkpp2dt=a0da/a(1a)2(bar)可以简化为： KpP2t=a/br(1r)将上式两边各乘以气体流量V0，由于V=V0t则得：V=a V0/Kpp2ab(1r)设进吸收塔前未加入二次空气时的NO和O2的含量分别为2a0和b0,又设此时的氨空混合气体的总量为1mol。当加入ymol含量气体后，则有：V0=22.4（1+y）2a=2a0/1+yb=b0+Ky/1+y其中K-加入含氧气体中的O2含量。由此以上可以得到：

40、y=K3b0/2K a=2Ka0/3(Kb0) b=1K/3由此可知：加入二次氧气的含量应控制在最终混合气体中的氧气含量的1/3，即所对应的气体组成就是NO氧化时最适宜的气体含量。由此可知气体浓度与NO、O2的起始量无关。吸收反应机理及影响因素氧化物中能与水进行的吸收反应如下式：2NO+H2O=HNO3+HNO2N2O4+H2O=HNO3+HNO2N2O3+H2O=2HNO2工业上实际N2O3含量很少的，而亚硝酸性质较活泼是很不稳定的，只有在温度低于0摄氏度而且浓度极小时才能稳定存在。因此一般条件下HNO2会很快按下式分解：3HNO2=HNO3+2NO+H2O3NO2+H2O=2HNO3+NO

41、由上式可知只有总量的2/3NO2生成硝酸，1/3变为NO放出。氧化吸收，但每次吸收后总有1/3的NO放出来，因此欲使1molNO完全转化为HNO3实际上在整个过程中需要氧化的NO量并非是1mol而是按等比级数计算即 1+1/3+（1/3）2+（1/3）3=1.5mol3.4 影响吸收反应的因素低温有利于吸收反应和NO的氧化反应向右进行，降低塔内温度有利于反应，但是温度太低，HNO3中含量增加，NO2合成N2O4，溶在HNO3中，在漂白塔中NO2分离不出，降低了成品酸的合格率。而容积系数大同样降低生产能力。因此降低到适当的温度有利于吸收反应和NO氧化反应向右进行，增加吸收反应速度和减少设备容积，

42、降低一次性投资。提高压力不仅可使平衡向生成硝酸的方向移动，并有利于提高成品酸的浓度，同时对硝酸生产的速度有很大的影响，这是因为NO在气相总所需氧化空间几乎与压力的三次方成反比，所以加压可大大减少吸收容积。使成品酸浓度提高的措施之一是提高NO2的浓度或提高氧化度，根据尾气中的氧含量判断空气的加入量，一般控制在3-5%。第4章 双加压法硝酸生产装置主要设备分析一直以来，国内270kt/a的双加压稀硝酸装置都是全部或主机进口，2007年河南晋开化工集团投资的270kt/a的双加压稀硝酸装置是国内第一套完全国产化的稀硝酸装置，该项目有化二院进行初步设计和最终设计，陕西鼓风机厂承担核心设备四合一主机的国

43、产化研发。在2010年晋开化工集团又引进三套国产化双加压，成为国内最大的硝酸生产基地。通过对该装置设备的分析和研究，对国产双加压稀硝酸装置的推广具有一定的代表性。装置中静设备部分为120台，动设备部分为63台。装置设备分为： 静设备部分DC类反应器8台EG类除氧气2台FD类过滤器12台EA、ED、EC类换热器46台FA、FB类筒和槽28台IH类槽罐4台FG类消音器6台BS、FJ类特殊设备4台EE类喷射器10台动设备部分GA泵类54台GB101空压机2台GB102NOX压缩机2台GT101尾气透平机2台JE天车1台GT102蒸汽透平机2台4.1 氨空混合器空气-氨混合器类似文丘里混合器，在器内后

44、部设有前后正反段螺旋叶片，每段为8片，与轴线成30°倾斜。前收缩角为19.5°，后扩散角为28.6°。混合全部在喉部，并通过螺旋叶片机械混合，机构简单合理，体积较小，焊缝结构设计考虑周到，外筒为管子式焊接圆筒，受力较好，而承受氨介质的焊缝在筒体内部，允许有泄漏，因此焊缝焊接检查为一般规范即可。为了保证设备效果，要求严格按图纸尺寸制作，孔的公差要求4±0.05mm，分布小孔要求在圆筒成型后再钻孔。2）操作条件设计温度：266 操作温度：236 设计压力：0.41MPa·G 操作压力：0.35MPa·G水压试验压力：0.60MPa

45、3;G3）主要材质壳体、内管全为0Cr18Ni10Ti不锈钢4）设计参数空气入口速度 16m/s空气出口速度 17 m/s氨气处空气速度 1618 m/s氨喷出速度 30 m/s喉口处混合气速度 80100 m/s 压力降800mmH2O柱。氧化炉氨空混合器：混合气33m/sAir30m/sNH3 80100m/s4.2 氧化炉与废热锅炉氧化炉废热锅炉为硝酸生产的一台关键设备，废热锅炉与氧化炉连为一体，紧接在氧化炉下部，用以回收热量，生产4.4MPa的中压蒸汽，驱动透平压缩机组，实现硝酸生产自热平衡，氨空混合气体进行氧化炉分布均匀，铂网支承好，各点温度均匀，使用寿命长。其基本结构如下：2）基本

46、参数氧化炉：4070×6355操作温度：217/860OC操作压力：0.337MPa废热锅炉:换热面积：210m2操作温度 管程：257OC，壳程：761400OC操作压力管程：4.3MPa,壳程：0.35MPa蒸汽过热盘管：换热面积：97.8m2 操作温度 管程：257440OC，壳程：860761OC操作压力管程：4.3MPa,壳程：0.35MPa4.3 吸收塔本硝酸装置设一个吸收塔，塔直径5200mm，塔总高58540mm，塔为筛板型，双S形单溢流，有32块塔板。塔板上有15层冷却盘管，塔体在顶部、中部、下部开有三个人孔，但塔内筛板上每层都开有人孔，以便检修之用。塔板

47、支撑为#字形支承梁，塔板连接有固定焊接及螺栓活动连接，多数采用活动连接。塔在1.1MPa（G）压力下操作，吸收工艺水由塔顶送到第一层塔板上，通过降液管连续稳定地由上而下流入每块塔板上，气体由底部进入，向上穿过每层塔板，在板上进行着气液间的泡沫吸收反应，生成5862%的硝酸，尾气由塔顶排走，其NOX含量在200PPm左右。吸收塔（1）吸收塔塔板设计32块，全部设有冷却盘管。板间距最小为1000mm，最大为2300mm，板厚12mm，小孔直径2mm，孔间距9.4×10mm，塔板上有折流板，液体成双S形流动，每层有溢流管2个，直径为220mm，塔体壁厚为12mm，全塔重量为350吨。（2）

48、冷却盘管规格。采用25×2电焊不锈钢管，总冷却面积995.5m2，水在管内流速为1米/秒，每组盘管用夹板和螺栓紧固以防振动。（3）塔板支架及塔板之间的固定，采用活动螺栓连接，可避免塔体焊接变形和应力腐蚀，安装塔板的水平度一定要严格控制，一般要求在±3mm范围。（4）材质：塔体及塔内所有焊接部件，均采用超低碳不锈钢304L型，其它为304型，塔裙座为碳钢。（5）冷却盘管分布为两进两出，独立单元，双S型，具体分布如下：13层塔板： 5层冷却盘管45层盘管： 4层冷却盘管68层塔板： 3层冷却盘管916层塔板： 2层冷却盘管1726层塔板： 1层冷却盘管2732层塔板： 0层冷却

49、盘管4.4 四合一机组 我公司年产27万吨稀硝酸装置配套四合一透平压缩机组是硝酸生产的关键设备，该“四合一”机组由：轴流压缩机、NOX压缩机、尾气膨胀机、汽轮机、齿轮箱和联轴器组成，包括润滑调节油站等。硝酸“四合一”机组中，轴流压缩机和NOX压缩机是耗功设备，汽轮机和尾气透平膨胀机为原动机，共同驱动轴流压缩机和NOX压缩机。轴流压缩机是硝酸工程的原料气压缩机，经轴流压缩机压缩的空气与氨气混合后进入氧化炉，进行氧化反应，生成的氮氧化合物混合气经废热锅炉进行热交换，然后进行速冷，温度降至60。经脱水后进入NOX压缩机，经过压缩的气体进入吸收塔，制成硝酸，从塔顶滤出的尾气经预热，过热后进入尾气膨胀机做功，回收能量，尾气做功后经烟囱排入大气。轴流压缩机具有效率高，流量调节范围宽，它比同等条件下的离心式压缩机相比，多变效率高出5%10%。NOX压缩机为离心式结构，该压缩机配有蒸汽清洗系统（用于清洗压缩机内部的铵盐结晶），空气密封系统（用于轴端密封，不允许有害气体泄漏）。尾气透平膨胀机为轴流式结构，第一级静叶可调，可适应不同工况点的操作，使膨胀机处于高效运行区。采用充空气密封，防止尾