10万吨规模稀硝酸装置.docx
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10万吨规模稀硝酸装置
一装置概况
一、生产规模及产品品种
1、生产规模：
本装置设计生产能力为年产10.5万吨58~60%稀硝酸（折100%），全年运转周期8000小时，每小时生产14.3吨。
2、产品品种：
本装置生产58~60%稀硝酸。
二、装置组成：
1、装置组成
由“四合一”机组、氨蒸发、氨氧化、热回收、吸收等组成。
装置设备编号及总台数：
96台。
主要包括：
反应器
（D）
2台
塔
（E）
2台
换热器
（C）
26台
泵
（J）
24台
罐
（F）
24台
真空泵
（J）
5台
透平
（J）
2台
压缩机
（J）
2台
槽
（F）
6台
混合器
（L）
1台
天吊
1台
2、建筑面积：
占地面积：
3850平方米
二 工艺技术原理
1、反应机理：
（1）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。
（2）催化剂吸附氨分子，氧原子与氨分子中的氮和氢结合。
（3）重新进行电子排列生成NO、H2O。
（4）因催化剂对NO、H2O吸附力小，NO、H2O脱离催化剂向气相中扩散。
2、反应方程式：
氨和空气混合气在铂催化剂的作用下生成NO，此反应实在氧化炉中进行的，化学反应方程式为：
4NH3+5O2=4NO+6H2O+Q
温度超高副反应生成：
4NH3+4O2=2NO2+6H2O
4NH3+3O2=2N2+6H2O
2NH3=N2+3H2
2NO=N2+O2
4NH3+6NO=5N2+6H2O
b.NO继续氧化成NO2，此反应是在一系列换热设备中进行的，化学反应方程式为：
2NO+O2=2NO2+Q
c.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+Q
通过上述三步反应，可制得65%的硝酸。
3、影响氧化反应因素：
（1）反应温度：
温度升高，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，氨损失小。
最适应的温度：
850—870℃。
（2）反应压力：
氨氧化是体积增大反应，压力升高，对反应不利。
但是从经济角度看，适当提高压力，增加生产能力，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%，下限15.5%，在实际生产中采用氧过量的氨空比，因此氨空混合气中氨的浓度应控制在9—11%。
NH3% 14 11.39.6—9.7
0.75 1.25 1.29 1.7 2.0
O2：
NH3
从图中可以看出最佳氨氧比为：
O2：
NH3=1.7～2.0
氨的浓度增加有利反应，降低不利于反应。
（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，从理论计算有最适宜的接触时间，实际生产中，从经济角度考虑采用比最适宜的时间稍少一些。
（5）催化剂的活性：
本装置采用：
含铂90%，铑10%二元催化剂拉成丝，织成网，网直径采用Φ=0.076mm。
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：
辽化空气杂质：
SO2、Fe2O3、SiO2、HSS、Cl2、PH3、碳水化合物，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。
本装置对空气净化采用三级干式过滤，过滤元件采用玻璃纤维。
1级卷廉式：
过滤压差5—12mmH2O，效率：
45%；
2级袋式：
过滤压差11.2—22.4mmH2O，效率：
89%；
3级箱式：
过滤压差12—25mmH2O，效率：
99.9%；
过滤条件：
颗粒直径＞0.3mm，
液氨的杂质：
压缩机油，催化剂粉末，铁锈和水等。
采用缓冲、沉降后，通过玻璃纤维过滤。
原料中杂质多：
①易使催化剂中毒，反应速度下降；
②原料浓度降低，不利于反应进行。
4、NO氧化反应及影响因素：
（1）NO氧化反应：
2NO+O2=2NO2
副反应：
NO+NO2=N2O3
2NO2=N2O4
（2）影响NO氧化因素：
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、催化剂。
温度越低对NO氧化越有利，在一定条件下NO的氧化速度与压力的三次方成正比，反应时间与压力平方成反比，压力增高对反应有利。
①当其它条件一定时，随着氧化度a的增加，所需氧化时间也增长，但增长并不是等速的，a小时，τ增加较小，a大时，τ增大很多，这是由于a大时，NO浓度很少，氧化推动力减少的缘故，所以要使NO完全氧化是很困难。
②当其它条件不变，仅改变操作压力时，由于Kp值的改变而变化不大，因而可以认为τ与P2成反比，即增加操作压力，氧化所需的时间降低很多，故操作压力增加可以大大加速NO的氧化速度。
③当其它条件不变时，改变温度，温度降低Kp增加，但a和τ一定时，Kpa2P2τ不变，故τ降低，所以从加快反应速度的观点看和平衡一样，降低温度有利。
④氧化所需要的容积V与气体流量V0（m3/s）和所需要的氧化时间成正比，即：
V=V0τ，又由前知：
τ与P2成反比而V0又与P成反比，故V约与P3成反比，这就是说当操作压力增加一倍，则NO氧化所需的反应容积可缩小到原有容积的1/8，温度降低气体流量V0和氧化所需的时间缩短，从而使V减少。
⑤若a一定时，增加氧的浓度，即增大r，则使τ降低，反之，当r一定时，增加a，也同样使τ降低，但实际生产并非这样简单，因此提高a，就势必要降低r而增加r又势必减小a，因此，气体组成的改变，有两个互相矛盾的因素，一是使r降低，二是使τ增长，这就牵扯到最适宜浓度问题，实践证明，氧量可根据吸收后尾气中的氧浓度来判断。
5、吸收反应机理及影响反应因素
（1）吸收反应机理：
将混合气中的氨氧化物气体用水吸收生产稀硝酸，方程式为：
3NO2+H2O=2HNO3+NO↑+Q
原则：
在生产出合乎浓度要求的稀硝酸和保证一定量的总吸收度的前提下，尽量减少吸收容积系数，降低吸收设备的投资。
（2）影响吸收反应的因素
①温度：
低温有利于吸收反应和NO的氧化反应向右进行。
降低塔内温度有利反应，温度太低，增加HNO3和NO2含量多，NO2合成N2O4，溶在HNO3中，在漂白塔中NO2分离不出，降低成品酸的合格率，温度高产品收率低，容积系数大，生产能力降低。
降低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，降低一次性投资。
②压力：
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在气相中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。
③气体组成：
a.氮氧化物浓度：
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a。
b.氧的浓度：
根据尾气中的氧含量判断空气的加入量，一般控制在3—5%，太高则使NO2浓度降低，太低则NO氧化速度减慢，或氧化率低。
④吸收塔的冷却效率：
冷却效率越高换热效果越好，塔温越低，气体的体积降低。
从而导致反应平衡向生成硝酸方向移动，而且设备体积可以相应缩小。
6、尾气处理：
（1）尾气处理的原则：
①尾气中的NOx含量小于200ppm；
②回收的NOx尽可能变成有用产品；
③设备简单，运行稳定；
④经济效益好。
（2）吸收方法：
①物理法：
吸附法，用丝光沸石吸附NOX，操作费用高。
②化学法：
a.化学吸收法：
用NaOH、Na2CO3、Ca（OH）2、NH3中和，成本高。
b.催化还原法：
采用催化反应剂载体Al2O3催化剂CuO—CrO，由于此方法成本较低，故本装置采用此方法进行尾气处理。
（3）催化还原法反应式：
4NH3+6NO=5N2+6H2O+423345卡
8NH3+6NO2=7N2+12H2O+653311卡
4NH3+3O2=2N2+6H2O+302630卡
2NH3=N2+3H2—21960卡
4NH3+5O2=4NO+6H2O+216700卡
2NH3+8NO=5N2O+3H2O+226570卡
4NH3+4O2=2N2O+6H2O+263612卡
6NH3+8NO2=7N2O+9H2O+381370卡
7、催化剂：
（1）组成及概念：
组成：
本装置采用含铂90%，含铑10%的二元催化剂。
主要是因为选择性更好，NH3转化率更高，机械强度好。
活性表面积：
铂催化剂活性表面积：
系指在单位面积（或单位重量）的铂网上，经纬线的总表面积。
活性表面积：
d——线径，cm
n——每平方厘米铂网上孔数
常用n=1024（孔）。
（2）催化剂中毒的原因：
a.磷化物：
PH3，使铂网永久性中毒，含PH30.2ppm使催化剂活性下降到20%。
b.砷化物：
同磷化物使铂网永久性中毒，甚至更严重。
c.硫化物：
H2S会使铂网催化剂暂时性中毒。
d.碳氢化合物：
C2H2（0.44%）暂时性中毒，使氧化率降至70%。
e.油脂和有机化合物：
使铂网温度升高，生成碳与铂生成碳化物，铂网变脆，活性面积减少，每1.3mg油脂/m3，氧化性降2%。
f.碱金属：
NaOH、KOH腐蚀作用。
g.水蒸汽：
在铂网上覆盖、污染、减少活性面积。
h.灰尘：
在铂网上覆盖、污染、减少活性面积。
i.铜氧化物：
j.铁氧化物：
可作氨催化剂，使NH3分解，氧化变成N2。
（3）铂网的报废和再生：
a.铂网的报废条件：
①铂网的重量损失10%以上；
②铂网的破损面积在1/3以上；
③使用时间14000小时以上（1年半）。
b.铂网的再生：
碱洗、酸洗（HCl），加热至65—75℃，然后用TW水洗至中性，凉干，急用时酒精喷灯烧至活化。
（4）铂网的损失和铂尘的回收：
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