專利背景
2014年6月前,雙加壓法製備
硝酸是中國國內外主要採用的硝酸生產工藝,該方法是在中壓(0.35~0.6兆帕)下進行
氨氧化,在高壓(1.0~1.5兆帕)下進行酸吸收,具有能耗低,氨利用率高的優點,產品硝酸濃度可達60~68%,是中國國內外公認的最佳硝酸生產工藝。
但雙加壓法稀硝酸生產工藝在實際生產中還存在著一些問題,對日常的生產及經營造成影響,其問題主要集中在以下幾點。
1.雙加壓法硝酸生產裝置中對原料空氣的淨化處理做的不夠,原料空氣中所含的水份沒有進行消除,在該裝置中原料空氣從進入系統到氨空混合器入口前都沒有布置任何換熱除水裝置。空氣當中都含有部分水份,尤其是在部分空氣濕度大的地方,例如中國南方大部分地區,空氣當中的水份含量相當高,這些水份在系統中被冷凝成冷凝水,對提高成品酸的濃度有一定的不良影響。
2.雙加壓法稀硝酸生產裝置中對吸收系統中的硝酸吸收反應溫度控制不夠嚴格,首先沒有對冷凝酸進行冷卻。氨氧化生成的NOx氣體經冷凝和分離後的冷凝酸溫度一般在45—50攝氏度左右。再經稀酸泵們入吸收塔相應塔板上,其溫度會上升到50—65攝氏度範圍。對硝酸吸收反應來說,冷凝酸溫度較高時,吸收塔中吸收反應的進行是不利的。對促進吸收塔中NOx的氧化及提高成品酸濃度都有不利影響。
3.雙加壓法稀硝酸生產裝置中氧化氮分離器分離後的NOx氣體往往攜帶大量液滴,再加上氧化氮壓縮機入口採用的是噴水裝置,十分容易造成帶液。
4.雙加壓法稀硝酸生產裝置中對系統中氮氧化物的後續氧化深度不夠,造成吸收效率低下,尾氣中氮氧化物含量高,對整體生產運行影響很大。
5.雙加壓法稀硝酸生產裝置中吸收塔內部的吸收反應進行的程度不夠高,吸收塔塔板層數少,空間小,導致部分NO沒有充分氧化,同時使氮氧化物冷卻效果差,不利於吸收反應的進行。
6.雙加壓法稀硝酸生產裝置對吸收塔用冷卻水的利用率不夠高,大部分的雙加壓系統都是採用外部循環水加來自液氨蒸發器用的冷卻水進行雙循環,而吸收塔上部的液氨蒸發採用的冷卻水循環往往是單循環的,這對循環水的冷量存在大量浪費,沒有使冷卻水充分換熱。
7.雙加壓法稀硝酸生產裝置中液氨往往帶有大量的固體雜質,水和油,嚴重影響蒸發器中蒸發,單純的蒸發器排污對此效果並不明顯。
由於2014年6月前已有雙加壓法硝酸生產工藝存在上述不完美,使製備的成品酸的濃度大都在60-68%以下,這並不能滿足現代工業生產對硝酸濃度的要求。
發明內容
專利目的
《一種製備高濃度稀硝酸的方法及其裝置》旨在提供一種具有生產穩定,操作安全,控制簡便,尾氣污染小,成品酸濃度高的稀硝酸生產方法;同時,提供了一種用於實現該方法的裝置。
技術方案
《一種製備高濃度稀硝酸的方法及其裝置》在2014年6月前已有雙加壓法硝酸工藝上進行了如下幾個方面進行了改進。
1.針對空氣中帶有水份的問題,在四級空氣過濾裝置的一,二級過濾器之間加裝了氨空冷凝器、液滴分離器、空氣預熱器,利用液氨的低溫將空氣的溫度降至10~12攝氏度,空氣中的水蒸氣發生凝結,從而去除空氣中大部分的水蒸汽;在二級空氣過濾器之前加裝空氣預熱器,使除水後的空氣能恢復到25攝氏度。
2.針對氧化氮壓收縮機入口處噴水,導致帶液的問題,在氧化氮壓縮機入口增設氧化氮精分離器,對來自氧化氮分離器的NOx氣體從容器中部進入,經過除霧元件後,NOx氣體被精分離,氣相從容器上方進入氧化氮壓縮機,酸液從下方回到系統。氧化氮壓縮機入口採用噴飽和蒸汽,能有效防止氧化氮壓縮機帶液。
3.針對冷凝酸的冷卻程度欠佳的問題,加設專門的冷卻裝置。可以選稀酸冷卻器作為加設的硝酸冷卻裝置,在裝置內冷凝酸與外界循環冷卻水進行換熱,將冷凝酸的額溫度降至45攝氏度以下,再將該冷凝酸通過稀酸泵打入到吸收塔相應塔板上。增設專門的冷卻裝置,能有效降低冷凝酸溫度,促進吸收塔的吸收反應的進行,可提高產品稀硝酸的濃度。
4.針對吸收塔內吸收反應程度不夠的問題,採用增加吸收塔內塔板的方法。經過反覆試驗調整,將吸收塔的塔板增至40層,促進NOx氣體冷卻和氧化,氨氧化所生成的NOx氣體由下向上通過各層塔板時經冷卻水冷卻,同時,NOx氣體中的NO氣體被氧化。該方法能有效降低NOx中NO的比例,促進吸收反應,提高硝酸溶液濃度。
5.針對冷卻水利用率低的問題,吸收塔創造性的採用三段式水循環換熱冷卻。在每層塔板都設有冷卻盤管,吸收塔兩側設有冷卻管道,吸收塔1-15層塔板的冷卻盤管採用循環冷卻水冷卻,第16-40層塔板的冷卻盤管中工藝冷卻水以上下兩段串聯的方式進行冷卻,即:循環冷卻水從第1層塔板進入,向上依次循環至第15層塔板輸出,將循環出水輸送至循環水回水總管;脫鹽工藝水先從第21層塔板進入,向上依次循環至第40層塔板輸出後,輸送至第20層塔板再進入,經循環冷卻從第16層塔板流出,經處理得到的脫鹽工藝水輸送至氨蒸發器進行換熱。這種方法能充分利用循環水冷卻,促進氧化反應,提高吸收率,增加酸濃度。
6.針對尾氣中氮氧化物含量高的問題,在尾氣分離器後增設氨催化反應器。尾氣在催化反應器中經過催化劑床反應後,對尾氣中的NOx進行轉化,生成氣氨,使尾氣中的NOx含量小於200毫克/立方米。能有效減少污染物排放,保護環境。
7.針對液氨中雜質含量高的問題,在液氨進入蒸發器前設定液氨過濾器和液氨除油器。液氨依次流過過濾器和除油器,除去雜質和油,除雜效果可達99.99%,液氨中的油含量小於5百萬分比濃度。能有效改善蒸發效果,防止催化劑中毒,促進系統穩定運行。
《一種製備高濃度稀硝酸的方法及其裝置》採用雙加壓法硝酸生產方法,將吸入四級空氣過濾裝置一級空氣過濾器的空氣經初次除雜後,經氨空冷凝器降溫冷凝、經液滴分離器除冷凝水、再輸送至四級空氣過濾裝置的二、三、四級空氣過濾器除塵,將除塵後的空氣經加壓分為一次空氣和二次空氣,其中,二次空氣與一次空氣的體積比為10-20%;液氨經除雜、除油、蒸發後,與上述一次空氣在氨空混合器中混合;氨空混合氣經氧化爐進行氨氧化反應得到NOx氣體;NOx氣體經換熱降溫後,送入冷凝分離器,產生的稀冷凝酸經冷卻送至吸收塔中部的塔板上,所述吸收塔設有40層塔板;冷卻降溫後的NOx氣體經氧化氮精分離器進行精分離後,液相送至回收系統,氣相送入氧化氮壓縮機,再次升壓、換熱、降溫;將精分離、換熱後的NOx氣體送至吸收塔底部,與塔頂加入的水及中部加入的冷凝酸,進行氣液逆向吸收,得到濃度為68%-70%的硝酸溶液;二次空氣部分輸送至氧化爐底部的二次空氣進口。
其中,將內含40層塔板的吸收塔依次劃分為第一吸收段、第二吸收段,第三吸收段,在所述吸收塔各吸收段外對應設有第一水循環管路、第二水循環管路和第三水循環管路,各吸收段內的塔板上設有冷卻盤管與相應的水循環管路連通,循環冷卻水通過所述第一水循環管路流經第一吸收段各塔板的冷卻盤管,工藝冷卻水經所述第三水循環管路流經第三吸收段各塔板後,進入所述第二水循環管路,流經第二吸收段各塔板後,流出酸吸收塔,輸送至氨蒸發器進行換熱。
在尾氣處理工藝方面,採用尾氣的氨催化工藝,將經過尾氣分離器分離的氣相尾氣經預熱後,尾氣在氨催化反應器中進行轉化。
用於實現《一種製備高濃度稀硝酸的方法及其裝置》的方法的裝置包括:
四級空氣過濾裝置,所述四級空氣過濾裝置的一級空氣過濾器依次與氨空冷凝器、液滴分離器、空氣預熱器連通,所述空氣預熱器再與所述四級空氣過濾裝置的二、三、四級空氣過濾器連通,所述四級空氣過濾裝置的空氣出口與空氣壓縮機連通,用於使空氣經一級空氣過濾器初次除雜、經氨空冷凝器降溫冷凝、經液滴分離器除冷凝水、經二、三、四級空氣過濾器除塵後,送入空氣壓縮機加壓分為一次空氣和二次空氣;
液氨過濾器、液氨除油器、氨蒸發器依次連通,用於先將原料液氨進行除雜和除油,再送入蒸發系統進行蒸發;
氨空混合器的一次空氣進口與所述空氣壓縮機的一次空氣出口連通,氨空混合器的氣氨進口與所述氨蒸發器的出口連通,用於將預處理過的空氣和氣氨進行混合反應;
氧化爐的NOx進口與氨空混合器的出口連通,在氧化爐底部設有二次空氣進口,用於NOx冷卻,同時促進深度氧化;
氧化爐、高溫氣氣換熱器、省煤器依次連通,用於換熱降溫,熱量回收;
冷凝分離器頂部設有NOx進口與省煤器連通,冷凝分離器底部設有冷凝酸出口與稀酸冷卻器連通,用於稀酸的快速降溫冷卻,分離產生的冷凝酸與外界循環冷卻水進行換熱降溫,冷卻的冷凝酸通過稀酸泵送至吸收塔相應塔板上;
氧化氮精分離器,連線在所述冷凝分離器和氧化氮壓縮機之間,用於對經冷凝分離器的NOx進行精分離,經過精分離除液的NOx送至氧化氮壓縮機再次升壓;
尾氣預熱器頂端進料口通過二次空氣加熱器與氧化氮壓縮機連通,尾氣預熱器的一個出口與吸收塔進料口連通,用於對出料進行換熱降溫;
吸收塔,其頂部排氣口通過尾氣分離器與尾氣預熱器連通,塔體底部出料口與漂白塔連通,塔體上部設有冷卻水進口,塔體中部的稀酸進口通過稀酸泵與冷凝分離器連線,塔體下部進料口與尾氣預熱器的出口連通。同時,所述吸收塔內置40層塔板,第1-15層為第一吸收段,第16-20層為第二吸收段,第21-40層為第三吸收段,在硝酸吸收塔各吸收段外對應設有第一水循環管路、第二水循環管路和第三水循環管路,各吸收段內的塔板上設有冷卻盤管與相應的水循環管路連通,所述第一水循環管路的進水口設在第一吸收段下部,連線循環水進水管,出水口位於第一吸收段上部,與循環水回水管連線;工藝冷卻水進水管連線位於第三吸收段下部的第三水循環管路進水口,工藝冷卻水出水管與第二吸收段上部的第二水循環管路出水口連線;所述第三水循環管路出水口與第二水循環管路的進水口連線,第二水循環管路的出水口與氨蒸發器連通,用於充分利用循環水冷卻,促進氧化反應,提高吸收率,提升硝酸酸濃度。
此外,該裝置還設有氨催化反應器,所述氨催化反應器的出口通過尾氣透平與煙囪相通,所述氨催化反應器的進口通過高溫氣氣換熱器與尾氣預熱器連通。
改善效果
《一種製備高濃度稀硝酸的方法及其裝置》是對2014年6月前已有技術的革新和完善,使空氣除濕盒除雜更徹底,氨氣除油和除雜得到改善,對氧化氮壓縮機帶液進行了控制,採用三段式水循環換熱冷卻提高冷卻水的利用率,增設氨催化反應器來降低污染物的排放,增加吸收塔塔板至40層,加設硝酸冷卻裝置,來促進硝酸的吸收,有效提高了硝酸的濃度至68-70%以上,滿足了現代工業對硝酸的高濃度需求,當然也可以對裝置和工藝進行適當調整,生產出硝酸的濃度小於68%的硝酸。
附圖說明
圖1為《一種製備高濃度稀硝酸的方法及其裝置》的高濃度稀硝酸溶液的生產工藝流程圖。
圖2為《一種製備高濃度稀硝酸的方法及其裝置》的硝酸吸收塔三段式水循環換熱冷卻工藝流程圖。
圖示:1.空氣壓縮機,2.空氣預熱器,3.液滴分離器,4.氨空冷凝器,5.四級空氣過濾裝置,6.液氨過濾器,7.液氨除油器,8.氨空混合器,9.高溫氣氣換熱器,10.省煤器,11.低壓反應水冷器-氧化氮分離器,12.氧化氮壓縮機,13.二次空氣加熱器,14.高壓反應水冷凝器-尾氣預熱器-冷凝酸收集器三合一設備,15.氧化氮精分離器,16.稀酸冷卻器,17.吸收塔,18.第一水循環管路,19.第二水循環管路,20.第三水循環管路,21.稀酸泵,22.尾氣透平,23.氨催化反應器,24.尾氣分離器,25.漂白塔,26.煙囪,27.氨蒸發器B,28.氨蒸發器A,29.氧化爐。
技術領域
《一種製備高濃度稀硝酸的方法及其裝置》屬於硝酸生產技術領域,特別是涉及一種利用雙加壓法製備高濃度稀硝酸的生產方法及其裝置。
權利要求
1.一種製備高濃度稀硝酸的方法,包括以下步驟:
(1)吸入四級空氣過濾裝置一級空氣過濾器的空氣經初次除雜後,經氨空冷凝器降溫冷凝、經液滴分離器除冷凝水、再輸送至四級空氣過濾裝置的二、三、四級空氣過濾器除塵,將除塵後的空氣經加壓分為一次空氣和二次空氣,其中,二次空氣與一次空氣的體積比為10-20%;
(2)液氨經除雜、除油、蒸發後,與上述一次空氣在氨空混合器中混合;
(3)氨空混合氣經氧化爐進行氨氧化反應得到NOx氣體;
(4)NOx氣體經換熱降溫後,送入冷凝分離器,產生的稀冷凝酸經冷卻送至吸收塔中部的塔板上,所述吸收塔設有40層塔板;
(5)冷卻降溫後的NOx氣體經氧化氮精分離器進行精分離後,液相送至回收系統,氣相送入氧化氮壓縮機,再次升壓、換熱、降溫;
(6)將精分離、換熱後的NOx氣體送至吸收塔底部,與塔頂加入的水及中部加入的冷凝酸,進行氣液逆向吸收,得到濃度為68%-70%的硝酸溶液;
其中,步驟(1)中的二次空氣部分輸送至氧化爐底部的二次空氣進口。
2.如權利要求1所述製備高濃度稀硝酸的方法,其特徵在於:將內含40層塔板的吸收塔依次劃分為第一吸收段、第二吸收段,第三吸收段,在所述吸收塔各吸收段外對應設有第一水循環管路、第二水循環管路和第三水循環管路,各吸收段內的塔板上設有冷卻盤管與相應的水循環管路連通,循環冷卻水通過所述第一水循環管路流經第一吸收段各塔板的冷卻盤管,工藝冷卻水經所述第三水循環管路流經第三吸收段各塔板後,進入所述第二水循環管路,流經第二吸收段各塔板後,流出酸吸收塔,輸送至氨蒸發器進行換熱。
3.如權利要求1所述製備高濃度稀硝酸的方法,其特徵在於:該方法還包括尾氣的氨催化工藝,將經過尾氣分離器分離的氣相尾氣經預熱後,尾氣在氨催化反應器中進行轉化。
4.如權利要求1所述製備高濃度稀硝酸的方法,其特徵在於:在所述步驟(5)中,氧化氮壓縮機入口處採用噴飽和蒸汽方式。
5.一種用於實現權利要求1方法的裝置,該裝置包括:
四級空氣過濾裝置,所述四級空氣過濾裝置的一級空氣過濾器依次與氨空冷凝器、液滴分離器、空氣預熱器連通,所述空氣預熱器再與所述四級空氣過濾裝置的二、三、四級空氣過濾器連通,所述四級空氣過濾裝置的空氣出口與空氣壓縮機連通,用於使空氣經一級空氣過濾器初次除雜、經氨空冷凝器降溫冷凝、經液滴分離器除冷凝水、經二、三、四級空氣過濾器除塵後,送入空氣壓縮機加壓分為一次空氣和二次空氣;
液氨過濾器、液氨除油器、氨蒸發器依次連通,用於先將原料液氨進行除雜和除油,再送入蒸發系統進行蒸發;
氨空混合器的一次空氣進口與所述空氣壓縮機的一次空氣出口連通,氨空混合器的氣氨進口與所述氨蒸發器的出口連通,用於將預處理過的空氣和氣氨進行混合反應;
氧化爐的NOx進口與氨空混合器的出口連通,在氧化爐底部設有二次空氣進口,用於NOx冷卻,同時促進深度氧化;
氧化爐、高溫氣氣換熱器、省煤器依次連通,用於換熱降溫,熱量回收;
冷凝分離器頂部設有NOx進口與省煤器連通,冷凝分離器底部設有冷凝酸出口與稀酸冷卻器連通,用於稀酸的快速降溫冷卻,分離產生的冷凝酸與外界循環冷卻水進行換熱降溫,冷卻的冷凝酸通過稀酸泵送至吸收塔相應塔板上;
氧化氮精分離器,連線在所述冷凝分離器和氧化氮壓縮機之間,用於對經冷凝分離器的NOx進行精分離,經過精分離除液的NOx送至氧化氮壓縮機再次升壓;
尾氣預熱器頂端進料口通過二次空氣加熱器與氧化氮壓縮機連通,尾氣預熱器的一個出口與吸收塔進料口連通,用於對出料進行換熱降溫;
吸收塔,其頂部排氣口通過尾氣分離器與尾氣預熱器連通,塔體底部出料口與漂白塔連通,塔體上部設有冷卻水進口,塔體中部的稀酸進口通過稀酸泵與冷凝分離器連線,塔體下部進料口與尾氣預熱器的出口連通,用於充分利用循環水冷卻,促進氧化反應,提高吸收率,增加硝酸溶液濃度。
6.如權利要求5所述裝置,其特徵在於:所述吸收塔內置40層塔板,第1-15層為第一吸收段,第16-20層為第二吸收段,第21-40層為第三吸收段,在硝酸吸收塔各吸收段外對應設有第一水循環管路、第二水循環管路和第三水循環管路,各吸收段內的塔板上設有冷卻盤管與相應的水循環管路連通,所述第一水循環管路的進水口設在第一吸收段下部,連線循環水進水管,出水口位於第一吸收段上部,與循環水回水管連線;工藝冷卻水進水管連線位於第三吸收段下部的第三水循環管路進水口,工藝冷卻水出水管與第二吸收段上部的第二水循環管路出水口連線;所述第三水循環管路出水口與第二水循環管路的進水口連線,第二水循環管路的出水口與氨蒸發器連通,用於充分利用循環水冷卻,促進氧化反應,提高吸收率,提升硝酸酸濃度。
7.如權利要求5所述裝置,其特徵在於:該裝置還設有氨催化反應器,所述氨催化反應器的出口通過尾氣透平與煙囪相通,所述氨催化反應器的進口通過高溫氣氣換熱器與尾氣預熱器連通。
實施方式
如圖1所示,四級空氣過濾裝置5的一級空氣過濾器依次與氨空冷凝器4、液滴分離器3、空氣預熱器2連通,空氣預熱器2再與四級空氣過濾裝置5的二、三、四級空氣過濾器連通,四級空氣過濾裝置5的空氣出口與空氣壓縮機1連通,用於使空氣經一級空氣過濾器初次除雜、經氨空冷凝器4降溫冷凝、經液滴分離器3除冷凝水、經二、三、四級空氣過濾器除塵後,送入空氣壓縮機1加壓分為一次空氣和二次空氣;液氨過濾器6與液氨除油器7連線再與氨蒸發器A28和氨蒸發器B27分別連通,用於先將原料液氨進行除雜和除油,再送入蒸發系統進行蒸發;氨空混合器8的一次空氣進口與所述空氣壓縮機1的一次空氣出口連通,氨空混合器8的氣氨進口與所述氨蒸發器A28和氨蒸發器B27的出口連通,用於將預處理過的空氣和氣氨進行混合反應;氧化爐29的NOx進口與氨空混合器8的出口連通,在氧化爐29底部設有二次空氣進口,用於NOx冷卻,同時促進深度氧化;氧化爐29、高溫氣氣換熱器9、省煤器10依次連通,用於換熱降溫,熱量回收;在冷凝分離器(優選低壓反應水冷器-氧化氮分離器11)頂部設有NOx進口與省煤器10連通,低壓反應水冷器-氧化氮分離器11底部設有冷凝酸出口與稀酸冷卻器16連通,用於稀酸的快速降溫冷卻,分離產生的冷凝酸與外界循環冷卻水進行換熱降溫,冷卻的冷凝酸通過稀酸泵送至吸收塔17相應塔板上;氧化氮精分離器15連線在所述低壓反應水冷器-氧化氮分離器11和氧化氮壓縮機12之間,用於對經低壓反應水冷器-氧化氮分離器11的NOx進行精分離,經過精分離除液的NOx送至氧化氮壓縮機12再次升壓,經精分離產生的液相送至回收系統,其中,氧化氮壓縮機入口處採用噴飽和蒸汽方式;高壓反應水冷凝器-尾氣預熱器-冷凝酸收集器三合一設備14的頂端進料口通過二次空氣加熱器13與氧化氮壓縮機12連通,高壓反應水冷凝器-尾氣預熱器-冷凝酸收集器三合一設備14的一個出口與吸收塔17進料口連通,用於對NOx進行換熱降溫;吸收塔17頂部的排氣口通過尾氣分離器24與高壓反應水冷凝器-尾氣預熱器-冷凝酸收集器三合一設備14中的尾氣預熱器連通,塔體底部出料口與漂白塔25連通,塔體上部設有冷卻水進口,塔體中部的稀酸進口通過稀酸泵21與低壓反應水冷器-氧化氮分離器11連通,塔體下部進料口與高壓反應水冷凝器-尾氣預熱器-冷凝酸收集器三合一設備14中的尾氣預熱器出口連通,用於促進氧化反應,提高吸收率,得到濃度為68%-70%的硝酸溶液;氨催化反應器23的出口通過尾氣透平22與煙囪26相通,所述氨催化反應器23的進口通過高溫氣氣換熱器9與高壓反應水冷凝器-尾氣預熱器-冷凝酸收集器三合一設備14中的尾氣預熱器連通。
所述吸收塔內置40層塔板,第1-15層為第一吸收段,第16-20層為第二吸收段,第21-40層為第三吸收段,在硝酸吸收塔各吸收段外對應設有第一水循環管路18、第二水循環管路19和第三水循環管路20,各吸收段內的塔板上設有冷卻盤管與相應的水循環管路連通,所述第一水循環管路的進水口設在第一吸收段下部,連線循環水進水管,出水口位於第一吸收段上部,與循環水回水管連線;所述工藝冷卻水進水管連線位於第三吸收段下部的第三水循環管路進水口,工藝冷卻水出水管與第二吸收段上部的第二水循環管路出水口連線;所述第三水循環管路出水口與第二水循環管路的進水口連線,第二水循環管路的出水口與氨蒸發器連通,具體的工藝流程為:循環冷卻水通過所述第一水循環管路同時流經第1-15層塔板的冷卻盤管,工藝冷卻水經所述第三水循環管路同時流經第21-40層塔板的冷卻盤管後,通過管路連線進入第二水循環管路,同時流經第16-20層塔板的冷卻盤管後,流出該硝酸吸收塔,輸送至氨蒸發器A28和氨蒸發器B27進行換熱,用於充分利用循環水冷卻,促進氧化反應,提高吸收率,增加硝酸溶液濃度。
關於二次空氣的去向,一部分被引到氧化爐29底部的NOx出口,另一部分被引到漂白塔25。
專利榮譽
2021年6月24日,《一種製備高濃度稀硝酸的方法及其裝置》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。