硝酸装置工艺技术对比分析

1 5 种典型稀硝酸工艺

1.1 常压法

      常压法是指氨氧化和吸收均在常压下进行的工艺路线。其优点是工艺操作压力低、氨氧化率高、铂损耗较低及设备结构简单。缺点是成品酸浓度低、尾气排放浓度高、治理难度大、吸收设备占地面积大、氨耗高及吸收利用系数低。常压法工艺是国家禁止再上的项目，故国内外新建的稀硝酸生产线已淘汰此生产工艺。

1.2 综合法

      综合法是指氨氧化在常压条件下，酸吸收在加压条件下进行的工艺路线，吸收压力为0.3~0.5 MPa。该工艺既弥补了加压法氨氧化率低及铂耗高的缺点，又弥补了常压法酸吸收率低的缺点，但尾气中氮氧化物含量仍很高，流程较繁琐，占地面积较大，投资较高。1999 年，《中华人民共和国国家经济贸易委员会第14号令》中，因该工艺与常压法 “工艺落后，已有先进成熟工艺和技术替代；污染环境及浪费资源严重” 而被纳入 “工商投资领域制止重复建设目录” 中。自 1999 年开始，国家规定不再建设常压法及综合法硝酸新装置。

1.3 中压法

     中压法工艺是指压力在0.45~0.55 MPa（绝压）下进行氨氧化和酸吸收的工艺路线。该方法成本和能耗指标不高，其核心设备为 “三合一” 机组，早已在国内稳定生产。中压法技术路线的缺点是成品酸浓度较低；尾气排放不达标，形成污染，且其尾气回收利用价值不大，只有环保效益，没有经济效益。因此，中压法工艺也将逐渐被淘汰。

1.4 高压法

      高压法工艺是指压力在0.9~1.1 MPa（绝压）下进行氨氧化和酸吸收的工艺路线。该方法由于压力提高，成品酸浓度高达55%~60%，尾气中氮氧化物含量＜3×10⁻⁴，另外该方法装置紧凑，占地面积少。但该方法对催化剂铂的损耗比较高。目前，国内已成功开发年产5万t级的新型高压法工业化装置，且已有多套装置建成投产，技术先进、成熟、可靠，运行正常，效果良好。

1.5 双加压法

      双加压法工艺是指在0.35~0.6 MPa进行氨氧化及在1.0~1.5 MPa进行酸吸收的工艺路线。1958年，法国GP公司运用自己的研究成果，创建了第1套双加压硝酸装置。双加压法汲取了中压法和高压法的优点，成品酸浓度高达60%~70%，生产强度大，能耗低，经济技术指标实现最优化，生产成本低，尾气排放达标，属于清洁生产，是最佳环保节能生产工艺。目前，世界上双加压法硝酸装置正在向大型化发展，1000 t/d规模的装置已经普及，1650 t/d 规模装置也已投产，2000 t/d 规模装置正在建设中。20 世纪80年代，山西化肥厂（现山西天脊煤化工集团有限公司）从法国GP公司引进我国第1套27万t/a双加压法硝酸装置。目前，我国已能自主设计建设10万t/a级和27万t/a级的双加压法硝酸装置，配套27万t/a双加压法硝酸装置的核心设备 “四合一” 机组已经实现国产化，已在烟台万华、晋开公司和四川金象等公司运行成功，并基本接近进口机组的技术水平。因此，双加压法硝酸装置核心设备 “四合一” 机组可采用国产化设备。

2 几种稀硝酸生产工艺经济指标对比

稀硝酸生产工艺条件及消耗等对比见表1。

表 1 稀硝酸生产工艺条件及消耗对比

由表1可知，几种硝酸生产工艺中，双加压法最佳，其优点如下：

（1）氨-空气混合器和氧化炉中的分布器采用法国GP公司的专利技术，其混合器和分布器都是经过严密设计和实践验证，确保氨与空气既能充分地混合，又能充分地分布于铂网表面，同时氨氧化压力采用0.45 MPa (A) 中压氧化，使氨的氧化率达96%以上，铂耗降低到120 mg/t HNO₃，回收后可达60 mg/t HNO₃。

（2）铂网的点火是采用网上转动的氢火炬加热，氨送入氧化炉后可立即获得较高的氧化率，以防止形成爆炸的铵盐。

（3）吸收塔内筛板设计采用法国GP的专利技术不等距筛板塔，设计精确，且NO₂吸收压力为1.1 MPa (A) 高压，利用液氨蒸发冷量降低吸收冷却水温度，使吸收率达到99.8%，排出尾气中NOₓ含量＜2×10⁻⁴，因此，不需要另加尾气处理装置。产品稀硝酸浓度达到 58%~63%。

（4）采用中温(360~380 ℃) 回收尾气能量，工作条件较缓和，操作稳定可靠，尾气透平正常，可回收- 60%的压缩功。

（5）液氨蒸发器与吸收塔上部冷却水形成闭路循环，合理利用氨蒸发的冷量和吸收放出的热量，制得低温水去冷却吸收塔，同时吸收塔放出的热量去蒸发液氨，能量利用非常合理。

（6）空气压缩机和氧化氮压缩机多变压缩后的能量在流程中得到回收利用。

（7）副产3.9 MPa过热蒸汽，供汽轮机用汽，且自给有余。

（8）设计合理，选材得当，自动化程度高，装置可长期安全平稳运转。

3 结语

      从生产工艺条件原材料消耗、成品酸浓度、尾气中NOₓ的含量及生产成本等方面考虑，综合比较得出，因常压法和综合法为淘汰工艺，中压法尾气含NOₓ浓度高，治理尾气费用大，故这3种工艺均不宜采用。高压法因技术先进、成熟、可靠，效果良好；双加压法因成品酸浓度高、能耗低、生产成本低、经济性佳及环保等优点而被采用。建议年产5万t级的硝酸装置采用新型全高压法工艺，大型化硝酸生产装置推荐选择双加压法工艺，配套 “四合一” 机组国产化设备。