專利名稱：一種硝酸萃取濃縮方法
技術領域：
本發明屬于化學技術領域，涉及一種硝酸萃取濃縮方法，特別是一種以硫酸為脫水劑的硝酸濃縮工藝方法，包括硝酸濃縮和硫酸濃縮兩個過程內容。
背景技術：
硝酸是化學工業中的重要產品之一，廣泛應用于化肥、有機合成、染料、炸藥及冶金行業。在火炸藥領域的硝化反應會產生大量稀硝酸，這些稀酸需要進行濃縮處理后再回收循環利用，工業上常以硝酸鎂或硫酸做為脫水劑來濃縮稀硝酸。硫酸法硝酸濃縮主要包括硝酸的濃縮和硫酸的濃縮兩個過程。硫酸法硝酸濃縮的傳統工藝為Pauling法，是使用 92%左右的硫酸做脫水劑，將稀硝酸濃縮至98%左右，硝酸濃縮塔全部采用直接蒸汽提供熱量，濃縮塔底的稀硫酸采用鼓式濃縮工藝回收利用。傳統工藝由于使用較多的直接蒸汽， 所需硫酸量較大，增加了硫酸濃縮的負荷；鼓式硫酸濃縮工藝由于腐蝕問題使設備壽命較短，且廢氣較難治理，對環境的污染嚴重。在《烏爾曼工業化學大百科全書》(A17卷， 介紹了一種Plinke-NACSAL硫酸法濃縮硝酸的工藝流程硫酸從濃縮塔頂部作為回流加入，硝酸蒸汽經過漂洗塔后出料；硫酸濃縮采用強制循環加熱，真空濃縮；前后濃縮產生的廢氣去尾氣吸收，硫酸的真空濃縮大大減小了酸氣對環境的污染，該流程的缺點在于a、硝酸濃縮塔頂部無分離硝酸硫酸段，產品中可能夾帶少量硫酸；b、物料自身能量沒有加以利用(如循環硫酸)，有浪費；C、在某些特定要求下(如酸中含有機物需要高溫使其分解)，強制循環可加熱到更高的溫度更有利于雜質的分解，但對于普通酸，強制循環流程設備較多， 所需熱源品位較高，都會使投入加大。中國專利CN1209^2C公開了一種改進的硫酸法硝酸濃縮流程，該流程對熱量進行了集成，將原硝酸濃縮塔改為兩塔，部分待濃縮硝酸與硫酸混合后進料，上塔產生硝酸蒸汽，下塔分離硝酸硫酸，塔釜臥式鍋爐需通入直接蒸汽脫除殘留硝酸，硫酸的濃縮部分采用臥式多室鍋爐真空濃縮；該流程一定程度上降低了冷熱量消耗；所用設備較多，過多的集成易使操作不穩；硝酸濃縮塔仍需通入直接蒸汽，增加消耗；硫酸濃縮酸氣未洗滌，會導致酸含量較高等缺點。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術存在的缺點，尋求設計改進一種新型的硝酸萃取濃縮新工藝方法，通過硝酸濃縮和硫酸濃縮兩個工藝過程實現硝酸的回收再循環利用。為了實現上述目的，本發明對現有技術流程進行改進，將待濃縮稀硝酸與循環硫酸進行熱量集成；硝酸濃縮塔底不通入直接蒸汽；硫酸濃縮采用自流方式進料；用稀酸對酸氣進行洗滌，降低消耗，減少設備數量，降低尾氣中酸含量，其具體技術工藝和流程包括下列步驟(1)先將待濃縮稀硝酸經循環硫酸預熱后進入硝酸濃縮塔，循環硫酸進一步冷卻后進入濃縮塔，待濃縮硝酸在硫酸作用下被濃縮，形成濃縮硝酸；
(2)濃縮硝酸從塔頂冷凝器采出，10-50%的部分回流，余下部分進入硝酸漂白塔塔頂，經空氣漂白吹脫氮氧化物后即得重量百分比濃度為75-99%的濃硝酸產品；(3)將被稀釋的稀硫酸從硝酸濃縮塔再沸器排出后進行真空濃縮，對硝酸濃縮塔再沸器采用間接蒸汽加熱；(4)將步驟(3)的稀硫酸經過一級閃蒸后，50-90%的量自流進入硫酸蒸發器進行濃縮，余量作為回流進入酸氣洗滌塔；(5)使硫酸濃縮產生的酸氣進入酸氣洗滌塔，步驟中閃蒸后的稀硫酸從酸氣洗滌塔頂部進入，捕集酸氣中的酸，然后進入硫酸濃縮蒸發器；經過洗滌的酸氣從酸氣洗滌塔塔頂排出，冷凝后進行酸性廢水處理，不凝氣接入真空系統；(6)將步驟(4)和(5)的稀硫酸進入硫酸濃縮蒸發器，在真空條件下進行濃縮，經過濃縮的硫酸送回硝酸濃縮步驟中循環利用；(7)將上述步驟(1)、(2)、(4)和(5)中的不凝氣進行氮氧化物吸收處理。本發明涉及的濃度均為重量百分比濃度，其中步驟(1)中待濃縮稀硝酸的濃度為 40% 60%，所用循環硫酸濃度為85% 89%，所用循環硫酸與待濃縮稀硝酸進料的重量配比為1. 7 3. 2 (以88%硫酸計)；步驟(1)中硝酸濃縮塔在常壓下操作，回流比為0. 3 0. 5 ；硝酸濃縮塔再沸器溫度為170 180°C，硫酸出料濃度為70% 75%，；步驟中的閃蒸壓力為70 90mbar，閃蒸后硫酸濃度為73% 78% ；步驟(4)和(5)中的閃蒸后的硫酸自流出料作為洗滌塔回流，洗滌酸氣后進入硫酸蒸發器；步驟(6)中對硫酸的濃縮為一級真空濃縮，溫度為155 175°C，壓力為70 90mbar。本發明實現時包括硝酸濃縮和硫酸濃縮兩個過程，先在硝酸濃縮單元中進行硝酸濃縮將待濃縮的重量百分比濃度為40% 60%的稀硝酸經循環硫酸預熱至泡點后進入硝酸濃縮塔上部，再將做為脫水劑的重量百分比濃度為80% 90%的硫酸冷卻至70°C 80°C進入硝酸濃縮塔比硝酸進料靠上的位置，將濃縮的稀硝酸在硫酸作用下濃縮至重量百分比濃度為75-99%，由硝酸濃縮塔頂部采出后再進入硝酸漂白塔，在硝酸漂白塔底部通入空氣吹脫除去濃縮后的硝酸中含有的氮氧化物后即構成濃縮硝酸產品；對硝酸濃縮塔和硝酸漂白塔的塔頂不凝氣進行去氮氧化物吸收處理，硝酸濃縮塔采用釜式加熱器，塔底重量百分比濃度為65 70%的硫酸進入釜式加熱器，濃縮至70% 75%后再進入硫酸濃縮單元，加熱器產生的蒸汽供給硝酸濃縮塔；再在硫酸濃縮單元中進行硫酸濃縮將硝酸濃縮后的重量百分比濃度為70% 75%的硫酸進行真空濃縮，先經過一級閃蒸，在70 90mbar 壓力下濃縮至重量百分比濃度為73-78%，閃蒸后的硫酸一部分直接進入硫酸濃縮蒸發器， 另一部分作為洗滌液進入酸氣洗滌塔頂部洗滌酸氣后進入硫酸濃縮蒸發器，將硫酸在真空條件下濃縮至重量百分比濃度為85 89%后再循環回硝酸濃縮單元中；硫酸濃縮產生的酸性氣經冷凝處理后進行廢水處理。本發明適用于濃度為40 60%的稀硝酸濃縮，使用85 93%的硫酸做為脫水劑，硫酸濃度決定所需的硫酸量，影響硝酸濃縮塔負荷、硫酸濃縮設備及熱源品位，綜合考慮全流程的能耗和設備情況。本發明與現有技術相比具有以下優點一是硝酸濃縮塔不通入直接蒸汽，使用加熱硫酸產生的二次蒸汽，避免外界水的進入，運行負荷低；二是硫酸濃縮酸氣洗滌塔使用閃蒸后73% 78%的硫酸進行洗滌，避免外界水的進入，減小硫酸濃縮能耗少；三是整個工藝設備數量少，減小投資，節約能源。
圖1為本發明工藝的過程結構原理流程示意圖，包括硝酸濃縮塔1、硝酸濃縮塔再沸器2、稀硫酸泵3、進料預熱器4、硫酸冷卻器5、硝酸濃縮塔冷凝器6、硝酸漂白塔冷凝器 7、硝酸漂白塔8、硫酸閃蒸罐9、酸氣洗滌塔10、硫酸濃縮蒸發器11、硫酸循環泵12、酸氣冷凝器13和硝酸冷卻器14。
具體實施例方式下面通過實施例并結合附圖作進一步說明。本實施例實現時包括硝酸濃縮和硫酸濃縮兩個過程，先在硝酸濃縮單元中進行硝酸濃縮將待濃縮的重量百分比濃度為40% 60%的稀硝酸經循環硫酸預熱至泡點后進入硝酸濃縮塔1上部，再將做為脫水劑的重量百分比濃度為80% 90%的硫酸冷卻至 70°C 80°C進入硝酸濃縮塔1比硝酸進料靠上的位置，將濃縮的稀硝酸在硫酸作用下濃縮至重量百分比濃度為75-99%，由硝酸濃縮塔1頂部采出后再進入硝酸漂白塔8，在硝酸漂白塔8底部通入空氣吹脫除去濃縮后的硝酸中含有的氮氧化物后即構成濃縮硝酸產品；對硝酸濃縮塔1和硝酸漂白塔8的塔頂不凝氣進行去氮氧化物吸收處理，硝酸濃縮塔1采用釜式加熱器，塔底重量百分比濃度為65 70 %的硫酸進入釜式加熱器，濃縮至70 % 75 % 后再進入硫酸濃縮單元，加熱器產生的蒸汽供給硝酸濃縮塔1 ；再在硫酸濃縮單元中進行硫酸濃縮將硝酸濃縮后的重量百分比濃度為70% 75%的硫酸進行真空濃縮，先經過一級閃蒸，在70 90mbar壓力下濃縮至重量百分比濃度為73-78%，閃蒸后的硫酸一部分直接進入硫酸濃縮蒸發器11，另一部分作為洗滌液進入酸氣洗滌塔10頂部洗滌酸氣后進入硫酸濃縮蒸發器11，將硫酸在真空條件下濃縮至重量百分比濃度為85 89%后再循環回硝酸濃縮單元中；硫酸濃縮產生的酸性氣經冷凝處理后進行廢水處理。實施例1 本實施例待濃縮稀硝酸Sl流量為5555kg/h，硝酸含量48%，氮氧化物含量0. 3%, 經過循環硫酸Sll在進料預熱器4中加熱至泡點進入硝酸濃縮塔1上部；來自硫酸濃縮單元的循環硫酸Sl 1，硫酸濃度88%，流量15000kg/h，溫度170°C，對進料硝酸Sl進行預熱后，硫酸冷卻器5中冷卻后進入硝酸濃縮塔1上部，位置比硝酸進料略靠上；在硫酸作用下， 稀硝酸被濃縮，濃硝酸蒸汽在硝酸濃縮塔冷凝器6中冷凝，溫度為70°C，液相濃硝酸與硝酸漂白塔冷凝器7的硝酸混合后S3進入硝酸漂白塔8，硝酸漂白塔8底部通入80kg/h空氣 S5，經過吹脫氮氧化物的硝酸含量為99%，2678kg/h,在硝酸冷卻器14中冷卻后出料S4 ；硝酸濃縮塔冷凝器6和硝酸漂白塔冷凝器7的不凝氣混合后S6去往氮氧化物吸收單元。本實施例的硝酸濃縮塔1塔底出料S8為濃度69%的硫酸，在硝酸濃縮塔再沸器2 中加熱至173°C，蒸出1325kg/h水S14進入硝酸濃縮塔1的底部，硝酸濃縮塔再沸器2內濃度為74%的硫酸由稀硫酸泵3送入硫酸濃縮單元；來自硝酸濃縮單元的濃度為74%的硫酸 S9，進入硫酸閃蒸罐9，閃蒸罐9的壓力為SOmbar，閃蒸后硫酸濃度為77%，其中部分進入酸氣洗滌塔10的頂部，余下進入硫酸濃縮蒸發器11，蒸發器11的操作壓力為80mbar，溫度為170°C，硫酸在硫酸濃縮蒸發器11中被濃縮至濃縮為88%由硫酸循環泵12打回硝酸濃縮單元；在硫酸濃縮蒸發器11中加入S16為濃度88%的硫酸，用以補充在濃縮過程中硫酸的損失；硫酸閃蒸罐9氣相量為63^g/h，硫酸濃縮氣相經洗滌后洗滌塔氣相量為 h，兩股氣相混合后S15進入酸氣冷凝器13，經冷凝后，不凝氣接入真空機組，冷凝液S13為酸性廢水去往廢水處理工序。
權利要求
1.一種硝酸萃取濃縮方法，其特征在于工藝流程包括下列步驟(1)先將待濃縮稀硝酸經循環硫酸預熱后進入硝酸濃縮塔，循環硫酸進一步冷卻后進入濃縮塔，待濃縮稀硝酸在硫酸作用下被濃縮，形成濃縮硝酸；(2)濃縮硝酸從塔頂冷凝器采出，10-50%的部分回流，余下部分進入硝酸漂白塔塔頂， 經空氣漂白吹脫氮氧化物后即得重量百分比濃度為75-99%的濃硝酸產品；(3)將被稀釋的稀硫酸從硝酸濃縮塔再沸器排出后進行真空濃縮，對硝酸濃縮塔再沸器采用間接蒸汽加熱；(4)將步驟(3)的稀硫酸經過一級閃蒸后，50-90%的量自流進入硫酸蒸發器進行濃縮，余量作為回流進入酸氣洗滌塔；(5)使硫酸濃縮產生的酸氣進入酸氣洗滌塔，步驟(4)中閃蒸后的稀硫酸從酸氣洗滌塔頂部進入，捕集酸氣中的酸，然后進入硫酸濃縮蒸發器；經過洗滌的酸氣從酸氣洗滌塔塔頂排出，冷凝后進行酸性廢水處理，不凝氣接入真空系統；(6)將步驟(4)和(5)的稀硫酸進入硫酸濃縮蒸發器，在真空條件下進行濃縮，經過濃縮的硫酸送回硝酸濃縮步驟中循環利用；(7)將上述步驟(1)、(2)、(4)和(5)中的不凝氣進行氮氧化物吸收處理。
2.根據權利要求1所述的硝酸萃取濃縮方法，其特征在于涉及的濃度均為重量百分比濃度，其中步驟(1)中待濃縮稀硝酸的濃度為40% 60%，所用循環硫酸濃度為85% 89%，所用循環硫酸與待濃縮稀硝酸進料的重量配比為1.7 3.2(以88%硫酸計)；步驟(1)中硝酸濃縮塔在常壓下操作，回流比為0. 3 0. 5 ；硝酸濃縮塔再沸器溫度為170 180°C，硫酸出料濃度為70% 75%，；步驟(4)中的閃蒸壓力為70 90mbar，閃蒸后硫酸濃度為73% 78% ；步驟(4)和(5)中的閃蒸后的硫酸自流出料作為洗滌塔回流，洗滌酸氣后進入硫酸蒸發器；步驟(6)中對硫酸的濃縮為一級真空濃縮，溫度為155 175°C，壓力為70 90mbar。
全文摘要
本發明屬于化學技術領域，涉及一種硝酸萃取濃縮方法，先將稀硝酸經循環硫酸預熱后進入硝酸濃縮塔，循環硫酸進一步冷卻后進入濃縮塔，硝酸在硫酸作用下被濃縮，形成濃縮硝酸從塔頂冷凝器采出，經空氣漂白吹脫氮氧化物后得濃硝酸產品；再將稀硫酸從硝酸濃縮塔再沸器排出后進行真空濃縮，對硝酸濃縮塔再沸器采用間接蒸汽加熱；稀硫酸經過一級閃蒸后自流進入硫酸蒸發器進行濃縮制得濃硫酸產品；其整個工藝過程簡單，易于操控，運行負荷低，原材料省，設備簡單，投資少，生產效率高，經濟效益好。
文檔編號C01B21/44GK102530893SQ201210058619
公開日2012年7月4日 申請日期2012年3月8日 優先權日2012年3月8日
發明者孔令啟, 岳金彩, 曹傳波, 譚心舜, 鄭世清 申請人:青島科技大學, 青島銀科恒遠化工過程信息技術有限公司