專利名稱：一種高濃度稀硝酸的生產方法
一種高濃度稀硝酸的生產方法技術領域
本發明屬于硝酸制備技術領域，特別是涉及一種高濃度稀硝酸的生產方法。
技術背景
目前，稀硝酸生產主要采用雙加壓法工藝，其工藝流程詳見附圖2，該雙加壓法稀硝酸制備工藝存在主要問題表現如下(1)雙加壓法硝酸裝置中皆沒有考慮到空氣除水的問題，即空氣壓縮機出口到氨空混合器入口皆沒有設計任何換熱除水設備。因為大氣當中都有一定量的水蒸汽，尤其是在中國的南方空氣濕度大的地方，空氣當中的水蒸氣含量會相當的高(相對濕度>85%)。此部分水蒸汽在系統中被冷凝成水，對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，沒有考慮系統冷凝酸的漂白，因為系統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，未經過吸收塔底部塔板快速冷卻和吸收，降低了 NOx氣體在塔中的轉化和吸收率，同時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計中皆沒有考慮到系統冷凝酸的冷卻問題。系統NOx氣體經冷凝和分離后的冷凝酸溫度一般在50°C左右，再經稀酸泵打入吸收塔下部相應濃度塔板上，其溫度會上升到50 60°C范圍。對吸收塔中的吸收反應而言，此冷凝酸溫度較高，不利于吸收塔中吸收反應的進行，對在吸收塔中提高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有考慮NO氣體的進一步快速深度冷卻和快速深度氧化問題，即吸收塔底部塔板沒有設置NO氣體的冷卻和氧化段。由于NO氣體在塔中沒有充分氧化變成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，都是采用外部循環水和內部液氨蒸發的冷凍水，硝銨裝置或兩鈉裝置等用氨的液氨蒸發器設計都不在硝酸裝置，也就是說，硝銨裝置或兩鈉裝置等用氨的液氨蒸發的冷量沒有合理與稀硝酸裝置結合將其冷量用于硝酸吸收塔的冷卻。
總之，現有的雙加壓法稀硝酸裝置成品稀硝酸的濃度一直以來實際運行都在60% 左右，其濃度最高不超過63%，不能滿足各行業對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題。發明內容
本發明為解決現有技術存在的問題，提供了一種高濃度稀硝酸的生產方法。
本發明目的是提供一種具有工藝簡單，操作方便，控制穩定，安全可靠，有效提高了稀硝酸的濃度達到65%-68%以上，大大滿足了現代工業對稀硝酸的高濃度需求等特點的高濃度稀硝酸的生產方法。
本發明提供一種濃度可達到65 70% (wt)的稀硝酸溶液的生產工藝1、空氣壓縮機出口設置三臺換熱器，即兩臺一次空氣加熱器和一臺空氣冷卻器，詳見附圖1所示前兩臺設備為一次空氣加熱器，由空壓機出口的全部空氣加熱一次空氣(占總空氣量的80 85%)，后一臺設備為空氣冷卻器，用冷卻水來冷卻空壓機出口的全部空氣， 使其降溫至露點以下，除掉進入硝酸生產工藝系統空氣當中的水，提高成品稀硝酸的濃度， 同時將一次空氣溫度提高到設計所需溫度220 230°C范圍。
2、流程中設置冷凝酸的漂白設施，并將NOx氣體的冷卻冷凝-氣液分離-冷凝酸漂白三個過程設置在一臺立式容器中進行。引用部分二次空氣自容器下部通入，依次通過四層篩板塔，吹出冷凝酸中溶解的NOx氣體，使其可以隨主流NOx氣體進入吸收塔底部參與吸收反應。在冷卻冷凝器頂部和稀酸分離器元件上下部位分別設置連續和間歇噴酸設施， 替代目前工藝的間歇噴水設施。詳見附圖1所示，其目的是提高成品稀硝酸的濃度；同時解決冷卻冷凝器和氧化氮壓縮機的腐蝕問題。
3、流程中設置稀酸冷卻器，即經冷卻冷凝-氣液分離-稀酸漂白過的冷凝酸進入稀酸冷卻器，利用外界循環冷卻水對其冷凝酸冷卻到40°C以下，再由稀酸泵打入吸收塔下部某層相應濃度塔板上，詳見附圖1所示。目的是降低系統冷凝酸溫度有利于吸收塔的吸收反應，有利于提高產品稀硝酸的濃度。
4、吸收塔下部根據需要設置1 3層塔板作為NO氣體冷卻和氧化段，氨氧化產生的NOx氣體自下而上一次通過該三層塔板時被循環水快速冷卻，同時NOx氣體中的大量NO 氣體被氧化為NO2氣體。詳見附圖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、流程中自外界來的液氨進入硝銨或兩鈉裝置等用氨的液氨蒸發器，該蒸發器設置在本稀硝酸界區，其液氨被來自外界的循環水蒸發為氣氨，氣氨送往硝銨或兩鈉裝置用， 被液氨冷卻后的循環水進入吸收塔冷卻盤管，作為吸收塔的冷卻水，之后該循環水返回到外界循環水回水總管。詳見附圖1所示，目的是利用液氨的冷量加強吸收塔的冷卻，以提高吸收率和成品稀硝酸濃度。
本發明高濃度稀硝酸的生產方法采用如下技術方案高濃度稀硝酸的生產方法，采用雙加壓法硝酸工藝，包括氨氣和空氣的混合、硝酸吸收，其特點是氨氣和空氣混合前先進行空氣除濕，除濕方法為原料空氣被吸入空氣壓縮機加壓后，壓縮空氣利用除水換熱器冷卻降溫，使壓縮空氣達到露點溫度冷凝，冷凝水排除； 硝酸吸收時，吸收塔下部設置冷卻盤管，利用液氨來降低吸收塔下部冷卻盤管溫度，控制高濃度稀硝酸的吸收反應溫度。本發明高濃度稀硝酸的生產方法還可以采用如下技術措施 所述的高濃度稀硝酸的生產方法，其特點是除水換熱器冷卻降溫采用三臺除水換熱器，前兩臺為一次空氣加熱器，后一臺為一次空氣冷卻器，空氣冷卻器有冷卻用的循環冷卻水；空壓機出口的空氣先經前兩臺一次空氣加熱器，后經一次空氣冷卻器；空氣冷卻除水后，再經過兩臺一次空氣加熱器加熱后進行氨氣和空氣的混合。
所述的高濃度稀硝酸的生產方法，其特點是空氣壓縮機出口的空氣壓力為 0. 3 0. 4MPa(G)，溫度為230 250°C，進入前兩臺一次立式空氣加熱器、后一臺一次立式空氣冷卻器，出來的空氣溫度為35 45°C。
所述的高濃度稀硝酸的生產方法，其特點是空氣冷卻除水后，再經過前兩臺一次立式空氣加熱器加熱一次空氣到220 230°C后進行氨氣和空氣混合。
所述的高濃度稀硝酸的生產方法，其特點是空氣冷卻除水后，分為一次空氣和二次空氣，二次空氣分別進入氨氧化-余熱回收器、冷凝分離漂白器，二次空氣經加熱后進入漂白塔。
所述的高濃度稀硝酸的生產方法，其特點是用液氨來降低吸收塔下部冷卻盤管溫度時，液氨先進入液氨蒸發器，用循環水蒸發為氣氨，被液氨冷卻后溫度15 25°C的循環水進入吸收塔下部冷卻盤管進行冷卻。
本發明具有的優點和積極效果高濃度稀硝酸的生產方法由于采用了本發明全新的技術方案，與現有技術相比，本發明在原有傳統硝酸工藝流程的基礎上增加空氣除濕系統，除去原料空氣當中的水，減少系統冷凝水的產生，從而提高硝酸濃度。本發明具有工藝簡單，操作方便，控制穩定，安全可靠，有效提高了稀硝酸的濃度達到65 68%以上，大大滿足了現代工業對稀硝酸的高濃度需求。
圖1是本發明高濃度稀硝酸溶液生產工藝流程示意圖； 圖2是傳統雙加壓法稀硝酸溶液生產工藝流程簡圖。
圖1中1.空氣壓縮機，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.節能器，9.冷凝分離漂白器，10. NOx壓縮機，11. 二次空氣加熱器，12.尾氣預熱器，13.高壓反應水冷凝器，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.液氨蒸發器。
圖2中1.空氣壓縮機，5.氨空混合器，6.氨氧化-余熱回收器，7.尾氣再熱器，8.節能器，9.低壓反應水冷凝器，10. NOx壓縮機，11. 二次空氣冷卻器，12.尾氣預熱器，13.高壓反應水冷凝器，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。
具體實施方式
為能進一步了解本發明的技術內容、特點及功效，茲列舉以下實例，并配合附圖詳細說明如下實施例1 參照附圖1。
高濃度稀硝酸的生產方法，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行空氣除濕，除濕方法為原料空氣被吸入空氣壓縮機加壓后， 壓縮空氣利用除水換熱器冷卻降溫，使壓縮空氣達到露點溫度冷凝，冷凝水排除；硝酸吸收時，吸收塔下部設置冷卻盤管，利用液氨來降低吸收塔下部冷卻盤管溫度，控制高濃度稀硝酸的吸收反應溫度。
除水換熱器冷卻降溫采用三臺除水換熱器，前兩臺為一次空氣加熱器，后一臺為一次空氣冷卻器，空氣冷卻器有冷卻用的循環冷卻水；空壓機出口的空氣先經前兩臺一次空氣加熱器，后經一次空氣冷卻器；空氣冷卻除水后，再經過兩臺一次空氣加熱器加熱后進行氨氣和空氣的混合。
空氣壓縮機出口的空氣壓力為0. 3 0. 4MPa(G)，溫度為230 250°C，進入前兩臺一次立式空氣加熱器、后一臺一次立式空氣冷卻器，出來的空氣溫度為35 45°C。空氣冷卻除水后，再經過前兩臺一次立式空氣加熱器加熱一次空氣到220 230°C后進行氨氣和空氣混合。
空氣冷卻除水后，分為一次空氣和二次空氣，二次空氣分別進入氨氧化-余熱回收器、冷凝分離漂白器，二次空氣經加熱后進入漂白塔。
用液氨來降低吸收塔下部冷卻盤管溫度時，液氨先進入液氨蒸發器，用循環水蒸發為氣氨，被液氨冷卻后溫度15 25°C的循環水進入吸收塔下部冷卻盤管進行冷卻。
本實施例的具體實施過程來自大氣中的空氣經過空氣過濾器凈化后進入空氣壓縮機1加壓，依次進入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內與來自液氨蒸發系統的氣氨按一定比例充分混合后，再進入氨氧化-余熱回收器6，在鉬網的催化作用下進行氨氧化反應， 并回收利用反應熱生產蒸汽，同時降低氨氧化反應產物NOx氣體的溫度。NOx氣體進入尾氣再熱器7、節能器8進一步回收利用熱量，然后進入冷凝分離漂白器9快速冷卻降低溫度， 分離生成的冷凝酸。NOx氣體進入NOx壓縮機10再次升壓，依次進入二次空氣加熱器11、 尾氣預熱器12回收熱量，再進入高壓反應水冷凝器13降溫，分離生成的冷凝酸，NOx氣體進入吸收塔14下部，在冷卻段塔盤上繼續冷卻，NO2到上面各層塔盤上與從塔頂加入的水逆流進行吸收化學反應，在吸收塔14底部可獲得濃度> 68%的硝酸溶液。
吸收塔14下部根據需要設置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冷卻段直接到塔底部。
自二次空氣系統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NOx氣體分離下來的冷凝酸進行漂白，回收其中溶解的NOx，使其回到主流NOx氣體中。冷凝酸經稀酸冷卻器15冷卻，進入稀酸泵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中部的塔盤上，參與塔內吸收反應。
液氨蒸發器19 (硝銨或兩鈉裝置用)，用來降低進入吸收塔14下部冷卻水的進水溫度，提高冷卻效果。來自外界的循環水首先進入液氨蒸發器19 (該蒸發器設置在本稀硝酸界區內)與液氨間接換熱，液氨被蒸發為氣氨，外送硝銨或兩鈉等裝置用，循環水降低溫度后進入吸收塔14下部各層塔板的冷卻盤管作為冷卻水，之后返回外界循環水回水總管。
本發明實現的裝置是以獲得高濃度硝酸為目的，對硝酸生產工藝流程和設備進行的新設計工藝流程中增加了 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、液氨蒸發器19等設備；對部分設備的功能和構造進行了較大改進，如吸收塔14塔板層數增加至四十層，下部三層塔板設置了 NO冷卻及氧化段，以滿足新工藝的需要；采用了全新設計型式的設備，如立式布置的冷凝分離漂白器9，一臺設備替代兩臺設備并增加了新的功能，使其同時具備三項功能冷卻冷凝、冷凝酸分離、冷凝酸漂白，另外在該設備頂部設置有稀硝酸噴淋降溫設施，能有效防止設備腐蝕，延長設備使用壽命等。
權利要求
1.高濃度稀硝酸的生產方法，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行空氣除濕，除濕方法為原料空氣被吸入空氣壓縮機加壓后，壓縮空氣利用除水換熱器冷卻降溫，使壓縮空氣達到露點溫度冷凝，冷凝水排除； 硝酸吸收時，吸收塔下部設置冷卻盤管，利用液氨來降低吸收塔下部冷卻盤管溫度，控制高濃度稀硝酸的吸收反應溫度。
2.按照權利要求1所述的高濃度稀硝酸的生產方法，其特征是除水換熱器冷卻降溫采用三臺除水換熱器，前兩臺為一次空氣加熱器，后一臺為一次空氣冷卻器，空氣冷卻器有冷卻用的循環冷卻水；空壓機出口的空氣先經前兩臺一次空氣加熱器，后經一次空氣冷卻器；空氣冷卻除水后，再經過兩臺一次空氣加熱器加熱后進行氨氣和空氣的混合。
3.按照權利要求2所述的高濃度稀硝酸的生產方法，其特征是空氣壓縮機出口的空氣壓力為0. 3 0. 4MPa，溫度為230 250°C，進入前兩臺一次立式空氣加熱器、后一臺一次立式空氣冷卻器，出來的空氣溫度為35-45°C。
4.按照權利要求2或3所述的高濃度稀硝酸的生產方法，其特征是空氣冷卻除水后， 再經過前兩臺一次立式空氣加熱器加熱一次空氣到220 230°C后進行氨氣和空氣混合。
5.按照權利要求1所述的高濃度稀硝酸的生產方法，其特征是空氣冷卻除水后，分為一次空氣和二次空氣，二次空氣分別進入氨氧化-余熱回收器、冷凝分離漂白器，二次空氣經加熱后進入漂白塔。
6.按照權利要求1所述的高濃度稀硝酸的生產方法，其特征是用液氨來降低吸收塔下部冷卻盤管溫度時，液氨先進入液氨蒸發器，用循環水將其蒸發為氣氨，被液氨冷卻后溫度15 25°C的循環水進入吸收塔下部冷卻盤管進行冷卻。
全文摘要
本發明涉及一種高濃度稀硝酸的生產方法。本發明屬于硝酸制備技術領域。高濃度稀硝酸的生產方法，采用雙加壓法硝酸工藝，包括氨氣和空氣的混合、硝酸吸收，其特點是氨氣和空氣混合前先進行空氣除濕，除濕方法為原料空氣被吸入空氣壓縮機加壓后，壓縮空氣利用除水換熱器冷卻降溫，使壓縮空氣達到露點溫度冷凝，冷凝水排除；硝酸吸收時，吸收塔下部設置冷卻盤管，利用液氨來降低吸收塔下部冷卻盤管溫度，控制高濃度稀硝酸的吸收反應溫度。本發明具有工藝簡單，操作方便，控制穩定，安全可靠，有效提高了稀硝酸的濃度達到65%-68%以上，大大滿足了現代工業對稀硝酸的高濃度需求等優點。
文檔編號C01B21/44GK102502541SQ20111032365
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月21日 優先權日2011年10月21日
發明者崔貴全, 張燕萍, 景雙伍, 柴向陽 申請人:天津華景化工新技術開發有限公司