5万吨高压法硝酸工程项目可行性研究报告.docx
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5万吨高压法硝酸工程项目可行性研究报告
第一章概述
1.1项目概述
1.1.1项目名称、主办单位及负责人
项目名称：
5万吨高压法硝酸工程
主办单位：
洪泽银珠化工有限公司
项目负责人：
1.1.2可行性研究的依据与原则
洪泽银珠化工集团有限公司委托书
洪泽银珠化工集团有限公司与南化集团设计院设计协议书，编号：
。
根据上述协议，南化集团设计院将根据生产实际状况，提供适用的可行的技术，在符合国家有关政策、规范的基础上，尽可能的降低投资，提高项目的经济效益。
1.1.3项目提出背景及建设意义
洪泽银珠化工有限公司是洪泽县化工系统的龙头企业，淮安重点盘大搞活企业，04年实现销售利税3.21亿元，现下辖化肥厂、硝酸厂、化工厂、福利厂、日辉公司、宁洪气体厂、普力公司及与大洋合资企业元明粉厂、芳胺厂。
现有职工2000人，其中各类技术人员185人，其他工程人员136人，职工素质较好，管理水平较高。
于2003年通过ISO9000质量体系认证。
公司现有5万吨/年（折100%HNO3）低压法硝酸装置4套，合成氨生产能力3.0万吨，为进一步消化合成氨，同时根据目前硝酸市场行情，现拟扩大硝酸氨氧化、制酸系统和硝酸提浓系统，达到10万吨生产规模。
扩产后，可多消化合成氨1.5万吨/年，完全消化了现有合成氨产能，同时提高了经济效益和市场竞争能力。
1.1.4研究范围
对洪泽银珠化工有限公司硝酸厂系统改造，扩产50000吨硝酸的生产工艺的选择，公用工程的条件和用量，生产过程对环境的影响，定员及投资，技术经济评价是本可行性研究的范围。
1.2研究结论
1.2.1研究简要综合结论
通过对工艺选择、公用工程、环保、技术经济的研究，结果认为采用目前较先进的全加压法工艺，利用现有合成氨产能、公用工程能力和空地扩建硝酸生产装置，无需征地可迅速形成生产规模，扩大企业经济效益。
1.2.2存在问题
新装置建成后对液氨的用量将超出合成氨产能，每年将需要对外采购约3000吨的合成氨。
1.2.3主要技术经济指标
序号
项目名称
单位
数量
备注
1
生产规模
万吨/年
5
2
产品方案
稀硝酸
吨/年
12500
折100%硝酸
浓硝酸
吨/年
37500
折100%硝酸
3
年操作率
小时
8000
4
主要原料消耗
液氨
吨/年
15000
5
公用工程用量
（1）
冷却水
吨/时
1630
（2）
电
设备负荷
KW
3375
供电负荷
KW
2109
年耗电量
万度
1687.2
（3）
蒸汽
用量
吨/时
15
压力
Mpa
1.4
6
三废排放量
废气（含NOx）
NM3/m
380
含NOx≤300PPM
废水（含HNO3）
Kg/h
0
废渣
无
7
运输量
输出硝酸
吨/年
50000
8
装置定员
38
其中工人
人
36
技术人员
人
2
9
占地面积
M2
6240
其中厂房战地面积
558
建筑面积
2466
10
项目总投资
万元
6000
其中建设投资
万元
5400
建设期利息
万元
0
流动资金
万元
600
11
工厂成本
单位成本
元/吨
924
年成本
万元
4620
12
销售收入
万元
6625
13
年利润总额
万元
1664.15
14
年销售税金
万元
340.85
15
财务评价指标
投资利润率
%
36.98
利税率
%
44.5
投资回收期（税后）
年
2.70
贷款回收期
年
税前内部收益率
%
税后内部收益率
%
劳动生产率
万元/人
第二章市场需求预测
2.1产品国内市场需求预测、市场现状及变化趋势
2.1.1国内现有生产能力
中国国内现有生产能力约450万吨。
2.2产品用途
（1）浓硝酸消费市场分布：
行业
化工
冶金
制药
其他
所占比例
65
20
5
10
（2）化工行业中分布：
行业
炸药
染料
农药
硝盐
其他
所占比例
30
20
8
7
35
（3）江苏消费量约33.4万吨，分布如下：
厂家
梅兰
四力
扬农
红光
南京化工厂
淮河化工厂
新浦
其他
用量
3.0
1.5
3.0
2.0
4.5
2.0
9
16.5
2.3价格趋势
近年来硝酸的产量在节节攀升，而其耗量更是大幅度增长，市场的需求有近一半的脱节。
导致2004年下半年其价格增长较高，基本稳定在1800~2000元，从目前形势来看，其价格定位在1600元/吨较为合适。
第三章产品方案及市场规模
3.1产品品种及质量指标（GB/T337.1.2-2002）
稀硝酸浓度55%~60%
浓硝酸符合98酸标准
浓硝酸产品质量符合国家标准GB337.1-92，质量指标如下表
项目
97酸
98酸
HNO3的质量分数≥
98.0
97.0
HNO2的质量分数≤
0.50
1.0
硫酸的质量分数≤
0.08
0.10
灼烧残渣的质量分数≤
0.02
0.02
注：
硫酸含量的控制仅限于硫酸浓缩法制得的浓硝酸
稀硝酸产品质量符合国家标准GB/T337.2-2002,质量指标如下表：
项目
指标
68酸
62酸
50酸
40酸
HNO3的质量分数≥
68.0
62.0
50.0
40.0
HNO2的质量分数≤
0.20
0.20
0.20
0.20
灼烧残渣的质量分数≤
0.02
0.02
0.02
0.02
4.2生产规模
稀硝酸12500吨/年
浓硝酸37500吨/年
第四章工艺技术方案
4.1稀硝酸生产原理及生产方法选择
4.1.1工艺原理
工业上生产稀硝酸的方法几乎全部采用氨氧化法，即以氨为原料在铂为主体的网状铂合金催化剂下接触氧化生成NO，然后在氧气过量的条件下，NO氧化为NO2。
最后用水吸收制的稀硝酸。
主要反应过程如下：
4NH3+5O2=4NO+6H2O+216.7千卡
（1）
2NO+O2=2NO2+29.5千卡
（2）
3NO2+H2O=2HNO3+NO+17.59千卡（3）
总反应式NH3+2O2=HNO3+H2O（4）
由式（3）可知，在生成HNO3的过程中同时生成NO，NO需再氧化为NO2，再次被水吸收，故吸收过程中同时存在NO的再氧化过程。
氨氧化和NO氧化所需的氧均来于空气，故生产过程有大量的N2带入系统，最后在尾气中排入大气。
氨氧化过程中生成水，空气中也带入少量水分，但吸收过程中还需要补充一定量的水成为稀硝酸，浓度在50~60%，取决于压力、温度等操作条件。
4.1.2生产方法选择
氨氧化反应速度与压力关系不大，但压力对酸吸收有较大的影响。
故稀硝酸的生产方法分氨氧化和酸吸收二部分。
氨氧化与酸吸收均为常压，称为常压法。
氨氧化为常压，酸吸收为加压称为综合法。
氨氧化与酸吸收升到同一压力称为单加压法。
根据压力高低，又分低压法、中压法和高压法。
加压氨氧化后，又升压酸吸收称为双加压法。
生产方法的选择取决于生产规模，对环保的要求程度及当地的具体条件而定。
一般来说，大规模厂以双加压法为好，小规模厂可选择单加压法。
常压法生产装置因环保问题属国家禁止使用的工艺。
低压法生产装置，因其稀硝成品浓度较低造成浓缩蒸汽消耗高，同时尾气排放超标，不应选用；双加压法因投资过大（国产化机组就需1个亿左右），同时公司合成氨产能不能与之形成配套而不宜采用；故而本装置较为合理的工艺路线是在中压法和高压法间作出选择。
中压法硝酸工艺：
压力0.45Mpa（绝压）因其吸收压力较低，尾气需经碱洗处理（或其他工艺方法）方可达标排放。
高压法硝酸工艺：
压力0.945Mpa（绝压），其技术先进，能源利用合理，稀硝浓度高（58~60%），尾气（浓度〈300PPM〉无须处理可直接排放。
二种工艺方法的主要技术指标如下：
序号
名称
中压法
高压法
1
操作压力
0.45
0.98
2
空气量Nm3/t100%HNO3
4252
4252
3
铂消耗g/t100%HNO3
0.1
0.12
4
稀硝酸浓度%
50
60
5
消耗（t100%HNO3）
氨
296
305
电
304
320
冷却水
170
200
尾气浓度
500
300
6
投资（万元）（按5万吨计）
6730.45
5400
7
生产成本元/吨
1075.8
1007.8
本装置推荐使用高压法，
4.2浓硝生产方法选择
浓硝酸不能由稀硝酸直接蒸馏。
因为硝酸和水的二元混合物蒸馏时形成共沸点，共沸点随压力变化而变化，但共沸点相对应的硝酸浓度几乎不变，故无法用直接蒸馏的办法制取浓硝酸。
工业上制取浓硝酸主要采用以下三种方法：
（1）脱水法
加入脱水剂，如硝酸镁、硝酸钙、硝酸锌、硫酸等，改变HNO3-H2O二元相图为三元相图，打破原有共沸点，经精馏制取98%的浓硝酸，该方法是主要制取浓硝酸的方法。
（2）直硝法
该方法是氨氧化制取NO，经浓硝酸氧化为NO2，再液化制取N2O4用纯氧和水在高压釜内直接氧化制取浓硝酸。
（3）超共沸酸精馏法
氨氧化制Nox，经冷却后析出冷凝酸，经酸水漂白塔后Nox返回系统，酸水排出系统，脱水后系统总物料超过稀硝酸的共沸点，经氧化塔、超共沸吸收塔、次共沸吸收塔和真空精馏塔等制得浓硝酸。
4.3工艺流程说明
4.3.1全厂总流程图
见附图
4.3.2稀硝酸工艺流程（高压法）简述
液氨经蒸发成为气氨后，再经过滤、加热进入氨-空混合器。
空气经过滤入鼓风机加压到0.98Mpa（绝）后经过滤进入空气预热器预热，再进入氨-空混合器与氨混合，混合气体充分混合后进入氧化反应器进行催化氧化反应。
氨被氧化成NO，高温混合气体依次进入NO再预热器、空气预热器、废热锅炉、铂过滤器、NO预热器回收热能。
再进入快速冷却器降温进入吸收塔，在吸收塔顶部加入尾气吸收塔底来的酸性水与从底部来的NO气体逆流接触生成稀硝酸，尾气进入尾气吸收塔与从顶部来的水进一步逆流接触脱除NO气体后进入NO加热器、预热器经氨还原工段去除残存的NO后进入再热器换热，温度提高到500℃进入透平机做功后，入排气筒放空。
流程见附图。
4.3.3浓硝酸工艺流程简述
稀硝酸工段来的稀硝酸与浓硝酸镁溶液经计量、混合后进入提馏塔。
稀硝酸中的水被硝酸镁吸收，硝酸蒸气进入精馏塔。
硝酸提浓后，一部分回流到精馏塔，一部分去漂白塔，经漂白后去成品槽。
吸收了水的硝酸镁进入膜式蒸发器浓缩成浓硝酸镁溶液，循环使用。
硝酸冷凝器中不凝性气体经水喷射器后排放。
工艺流程见附图。
4.4原材料及动力消耗
4.4.1稀硝酸原材料及动力消耗表（以100%吨硝酸计）
序号
名称及规格
单位
消耗量
备注
1
液氨（98%）
Kg
305
2
铂
g
0.12
3
锅炉给水
m3
0.6
4
吸收塔用水
m3
0.873
5
冷却水
m3
237
6
电
KWh
325
7
副产蒸汽
t
0.6
4.4.2浓硝酸原材料及动力消耗表（以100%吨硝酸计）
序号
名称及规格
单位
消耗量
备注
1
稀硝酸
t
1.84
2
硝酸镁
Kg
0.2
3
蒸汽（1.4Mpa,198）
t
2.2
4
冷却水
m3
130
5
电
KWh
16
4.5设备
4.5.1材料选用
硝酸生产过程中，介质多有腐蚀性，但因硝酸浓度不同，对材料的腐蚀有很大的差异，故选材上要注意：
（1）氨氧化部分：
气体在较高的温度下，腐蚀不强烈
（2）有酸冷凝后，呈稀酸状态，有腐蚀，可用不锈钢
（3）高浓度硝酸不能用普通不锈钢，可用高硅铁和铝
（4）高温及高浓度硝酸环境要用特殊材料，如c4钢，设备将按工况选用材料，当然要考虑经济性。
4.5.2设备表
见附表
4.6自控技术方案
4.6.1设计标准
（1）《过程检测和控制系统用文字代号和图形符号》（HG20505-92）
（2）《自动化仪表选型规定》（HG20507-92）
（3）《石油化工自动控制设计手册》
（4）《自控安装图册》（HG/T21581-95）
4.6.2自动化水平
本装置设远程控制室，根据用户要求，采用DCS系统，对生产过程的主要参数：
温度、压力、流量、物位、成分等分别进行显示、记录、累计、报警和连锁，通过键盘对整个工艺过程进行操作和控制。
根据工艺要求，初步估计仪表检测点200个，控制系统15套。
4.6.3仪表选型
（1）DCS系统
本装置选用DCS系统，其配置为：
操作站、控制站、打印机、通讯设备和其他附件。
（2）现场仪表
1）温度仪表
温度集中显示的一次测温元件为热电阻或热电偶，用于控制系统的选用一体化温度变送器，就地显示采用双金属温度计。
2）压力仪表
就地压力仪表一般为弹簧管压力表，有腐蚀性的场合，选用隔膜式压力表，隔膜材料为哈氏合金C，用于压力集中显示的一次仪表采用电容式压力或差压变送器，输出信号为4——20mADC带就地显示表头。
3）调节阀
所有调节阀选用气动调节阀。
4.6.4仪表电源
仪表用电由电气专业提供，起参数如下：
电压220VAC
频率50Hz
容量10KVA
第五章原料、辅助材料及动力供应
5.1原料、辅助材料供应
主要原料为液氨、脱盐水等，由化肥厂供给
5.1.1液氨规格
含氨量%（G）>99.8
水分%（G）<0.2
油PPM（G）<10
压力Mpa>1.0（阀前）
温度℃20
5.1.2空气
不含H2S、SO2、C2H2、PH2等
5.1.3吸收塔补充水
Cl-含量小于10PPM
5.1.4铂网
化学组成%（重量）
Pt90
Rh10
5.1.5氧化镁
Mgo>95
5.2动力供应
由现有装置供应
5.2.1蒸汽
压力1.4Mpa
温度190℃
5.2.2循环水（新建循环水场8000m3/hr）
压力0.4Mpa
温度<32℃
5.2.3一次水
压力0.4Mpa
温度32℃
5.2.4电
380V三相
6000V三相
第六章厂址条件及厂址方案
6.1建厂条件
6.1.1地理位置、交通及地质
洪泽银珠化工集团有限公司位于洪泽县城北郊，西靠苏北灌溉总渠，东靠县人民北路，距宁连一级公路6公里，地势平坦，海拔标高为10.7米，距南京、连云港各150公里。
水上交通以洪泽湖为中心，航线四通八达，可通长江及大运河，可与上海、安徽、山东等地相连。
厂区工程地质为填土层，一般厚约0.8米，下土层为中塑——硬塑粘土，厚约3~4米，是良好的持力层，地震烈度7级。
6.1.2气象条件
年平均气温
14.8
极端最高气温
39.8
极端最低气温
-16.1
年平均相对湿度
70%
最大相对湿度
98%
最小相对湿度
36%
年平均气压
1004.9
最高气压
1034.9
最低气压
993
年均降水量
906.1
夏季主导风向
东南
冬季主导风向
东北
最大风速
19.7
最大冻土裂度
13
6.2厂址方案
硝酸装置拟建在洪泽银珠化工集团有限公司硝酸厂东面空地上，与化肥厂、硝酸厂靠近，原料及动力来源十分方便，空地南北长~120米，东西长约120米。
考虑整体布局和以后的发展空间，硝酸装置靠南布置。
第七章公用工程和辅助设施方案
7.1总图运输
7.1.1总图位置
新建硝酸装置不需要征地，在现厂区内硝酸厂东面空地，东西长约120米，南北长约120米。
靠空地南侧布置。
7.1.2运输
1、液氨由化肥来，用管线直接输送，管线规格DN80，Pn2.5。
2、产品运输，每年3.75万吨浓硝酸，1.25万吨稀硝酸，用槽车或船只运输。
7.2公用工程
7.2.1公用工程用量
（1）冷却水1500m3/h
其中循环水1200m3/h
一次水300m3/h
（3）蒸汽15吨/时（压力1.4Mpa，190℃）由动力锅炉供给
（4）电2010KW
7.3结构
7.3.1设计条件
本工程暂定以下条件
（1）地基土Ⅱ类，无软弱下卧层及不良地质条件，表层以下1米土承力
（2）抗震设防裂度7级，近震
（3）基本风压0.35Kpa
（4）基本雪压0.25Kpa
（5）无积灰载荷
7.3.2施工要求
本工程土建均采用现浇钢筋混凝土结构，一般施工单位的生产能力均可满足。
7.3.3结构设计
（1）椐设计条件，本工程可不作地基处理
（2）结构型式
结构选型以安全适用，技术先进，经济合理为原则，结合工艺生产要求确定其型式，叙述如下：
浓硝酸设备平台：
现浇七层框架，柱网6米*10米，基础为柱下独立基础和柱下条形梁板式基础
稀硝酸压缩厂房：
现浇二层框架，柱网6米*12米，基础为柱下独立基础，墙下为基础梁。
塔：
采用大块式现浇基础，对上部回填土做处理。
7.3.4三材估算
（1）钢材：
钢筋144吨，型钢2.8吨
（3）木材：
5立方
（4）水泥：
412吨
7.4建筑
7.4.1本工程建筑在满足工艺生产的前提下，本着方便施工的原则，尽量选用地方材料。
选用国家、地方颁发的标准图。
7.4.2
（1）稀硝酸压缩厂房采用240厚砖墙围护，其余建筑物无围护体系；
（2）屋面均采用有组织排水，建筑物周围做散水和排水沟
（4）窗采用铝合金，门采用钢木大门；
（5）楼地面采用水泥砂浆，素砖地坪；
（6）室内粉刷采用混合材料；
7.4.3建筑物和构筑物一览表
见附录。
第八章环境保护及劳动安全
8.1环境保护
8.1.1厂址与环境影响
（1）厂址地理位置
洪泽银珠化工集团有限公司位于洪泽县北郊，西靠苏北灌溉总渠，东靠县人民北路。
硝酸装置建在厂区内现有一块靠东空地上，与化肥厂、硝酸厂靠近。
（2）环境现状
化肥厂造气污水排放到污水处理装置，硝酸厂有少量NOx尾气排放，化肥厂造气有吹风气排放。
8.1.2执行的环境质量标准及排放标准
（1）〈环境空气质量标准〉GB3095-1996
（2）〈地面水环境质量标准〉GB3838-88
（3）〈污水综合排放标准GB8978-1996，一级标准
（4）〈大气污染物综合排放标准〉GB16297-1996，二级标准
（5）〈工业企业厂界噪声标准〉GB12348-90，三级标准
（6）化工建设项目噪声控制设计规定》HG20503-92
8.1.3建设项目的主要污染源及污染物
本设计采用的硝酸生产方法为：
液氨汽化后与空气混合，经催化氧化成为NOx气体，然后用浓缩工段来的酸性水吸收成稀硝酸，稀硝酸再经浓缩，最终得浓硝酸（98%）
硝酸生产的主要污染源是吸收工段排出的含氧化氮尾气，浓缩工段排出的污水。
8.1.4主要污染物的类型、排放量含毒物质成分和浓度
（1）废气
废气排放量22800Nm3/h,其中氮氧化物0.03%
（2）废水
废水全部回收进酸吸收塔。
8.1.5排放方式及去向
废气为连续排放，去大气
8.1.6污染物治理措施
三废治理的最基本原则是尽可能采用先进的生产工艺和设备，最大限度地提高资源、能源的利用率，把污染物消灭或减少在生产工艺过程中，对工艺过程中必须排放的废弃物，应首先采用回收或综合利用的措施，对必须排放的污染物则采取稳妥、可靠的治理措施，以达到国家排放标准。
8.1.7废气的治理措施
为减少硝酸尾气中氮氧化物的排放量，本设计从工艺入手，改进了工艺路线，采用高压法工艺，提高了吸收压力。
同时对尾气中的氮氧化物采用氨还原处理，处理后排放的氮氧化物浓度小于300PPM。
8.1.8废水的治理措施
本工程在生产中产生的废水，主要含硝酸（〈0.1%〉，这股水量很少，浓度低，设计考虑将废水收集后全部返回工艺生产中，作为吸收液，吸收用水不足部分由蒸汽冷凝水补充。
8.1.9预计达到的效果
由上述可知，本设计的生产原料路线、工艺技术路线及综合利用技术均能符合清洁生产的要求。
吸收后的尾气经30米烟囱排放，能符合《大气污染综合物的排放标准》中规定的氮氧化物“30米高烟囱4.4Kg/h”的标准，本设计的废水做到了“零”排放。
因而本工程的建设从环保考虑是可行的。
8.1.10环保投资概算
废气治理320万元（氨还原）
8.2劳动保护及安全卫生
8.2.1生产过程中职业危害因素分析
生产过程中危害物质有氨、氮氧化物、硝酸
（1）氨
氨是具有强烈刺激气味的无色、碱性气体，化学式为NH3，沸点-33℃，凝固点-78℃，气体密度0.596，液体密度0.771Kg/l，自燃温度651℃，爆炸极限16~25%。
氨具有轻度毒性，其TLV为50ppm，吸入氨，皮肤和黏膜会被刺激和烧伤。
高浓度氨可引起窒息和死亡。
（2）氮氧化物
氮氧化物有N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4和N2O5六种形式。
硝酸生产中主要有NO、NO2、N2O4,主要物理性能如下表：
NO
NO2
沸点℃
-153
20
凝固点℃
-164
-11
液体密度g/l
1.34
1.49
蒸汽密度（空气为1）
1.04
1.16
NO为无色气体，在空气中可自动氧化成NO2，但在低浓度下进行很慢。
NO为有毒物质其TLV为25ppm。
它与CO类似，与血红垸化合成变形血红垸，从而降低氧气在人体内的传输，对人体有毒害作用。
是一级毒害品。
NO2是红棕色气体，在50℃时可聚合为N2O4。
NO2较NO毒得多，其TLV为5ppm，吸入NO2，主要影响肺部组织引起肺出血，中毒特性是呼吸短促，有发展为肺炎的危险，是一级毒害品。
水可有效地扑灭NO2助燃的火灾。
（3）硝酸
纯硝酸是无色具有腐蚀性的液体，如溶有no2，则呈红棕色，硝酸暴露在光线下易分解为NO2及水。
浓硝酸的物理性质如下表:
硝酸在水中的浓度68~70%
比重1.5
沸点86
凝固点-42
虽然浓硝酸自身不会燃烧，但可能引起木块、刨花及其他纤维品的燃烧尤其与粉状纤维素或多孔物质相遇时，可能产生自然，浓硝酸与下列物质混合能发生爆炸和自然，如松节油、丙酮、乙醇、硝基苯、苯胺等。
硝酸对毛发和皮肤能引起灼伤。
当皮肤或衣服与硝酸接触时，应立即用水冲洗并用稀皂液洗涤。
8.2.2职业安全卫生与防护措施
鉴于上述有毒物质，硝酸装置应设置必要的防护措施，如防毒面具、氧气呼吸器、防护手套、防护衣等。
装置附近还应设冲洗水龙头。
8.2.3劳动保护投资
劳动保护投资约10万元（含在预备费中）
8.3消防
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