岳雅男

（1.太原理工大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，山西 太原 030024；2.山西天脊煤化工集團有限公司，山西 潞城 047507）

硝酸工業(yè)生產(chǎn)擁有比較長的歷史，早期使用硝石作為生產(chǎn)原料來生產(chǎn)硝酸，這種工業(yè)生產(chǎn)硝酸的方法持續(xù)了一段時間，直到工業(yè)合成氨技術(shù)的誕生， 氨氧化法一直成為近代硝酸工業(yè)生產(chǎn)采用的主要方法。 世界上首座電弧法生產(chǎn)硝酸工廠在挪威投入生產(chǎn)，隨后我國也積極引進(jìn)了一些國外的硝酸工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，不久就在國內(nèi)建立了幾十套全高壓和雙加壓裝置。 如今國內(nèi)硝酸工業(yè)呈現(xiàn)種類繁多、規(guī)模不等局面，不僅掌握了硝酸的生產(chǎn)技術(shù)，而且也具備了工廠設(shè)計和設(shè)備制造的能力，在國際上占有一定的地位。

1 我國硝酸生產(chǎn)技術(shù)的現(xiàn)狀分析

二十世紀(jì)七八十年代，硝酸工業(yè)在全球性產(chǎn)業(yè)中經(jīng)過了一次大的洗禮，發(fā)達(dá)國家開始意識到環(huán)境保護(hù)的重要性，對硝酸工業(yè)生產(chǎn)中的氮氧化物的排放提出了更高的要求， 我國硝酸工業(yè)也受到外國產(chǎn)業(yè)政策的沖擊， 使得國內(nèi)很多硝酸生產(chǎn)裝置企業(yè)紛紛倒閉。 另外由于產(chǎn)業(yè)升級，傳統(tǒng)的硝酸工業(yè)生產(chǎn)原料的改變使得硝酸銨產(chǎn)品迅速下降，從而也很大程度影響硝酸的產(chǎn)量。 據(jù)統(tǒng)計我國目前擁有硝酸工業(yè)生產(chǎn)能力的企業(yè)不到150 家。

隨著機械制造水平的提高和催化劑技術(shù)的快速發(fā)展，硝酸工業(yè)的生產(chǎn)基本實現(xiàn)了經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)化和控制自動化。 在硝酸發(fā)展史中，不同時期的工藝也會有所不同，因此也就產(chǎn)生了很多不同的工藝生產(chǎn)流程。

硝酸生產(chǎn)中最關(guān)注的就是工藝流程， 經(jīng)過多年的總結(jié)分析，判斷一個流程是否先進(jìn)主要從生產(chǎn)原料、生產(chǎn)規(guī)模、經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)和操作費用等方面考慮。 這其中最重要的指標(biāo)就是氨的消耗，因為它占據(jù)整個生產(chǎn)成本的85%，所以提高氨的利用率對硝酸工業(yè)生產(chǎn)是有非常重要的作用。

2 硝酸工業(yè)生產(chǎn)中幾種常見的幾種工藝方法分析

2.1 常壓法和綜合法

這兩種方法都是常壓的情況下進(jìn)行的，而且工藝的優(yōu)點是補充了在加壓的情況下氨轉(zhuǎn)化率等問題， 缺點就是常壓下吸收不夠充分。 考慮到這兩種方法的工業(yè)生產(chǎn)效率和質(zhì)量，目前國內(nèi)大批量生產(chǎn)都不使用這種方法， 只有一些小作坊在使用這種傳統(tǒng)方法。

2.2 全中壓法

工業(yè)生產(chǎn)是在0.5MPa 左右情況下進(jìn)行氨的氧化和氮氧化物的吸收來制備硝酸， 這種生產(chǎn)工藝的優(yōu)點是流程比綜合法簡單、投資少、能量還可以部分回收、不需要壓縮機，缺點就是生產(chǎn)強度仍然很低，尾氣排放需要處理否則會對環(huán)境造成污染。 全中壓法早期在20 世紀(jì)30年代我國曾使用過這種工藝， 如今也被淘汰了。

2.3 全高壓法

工業(yè)生產(chǎn)是在0.9MPa 左右情況下進(jìn)行氨氧化物和氮氧化物的吸收來制備硝酸， 這種工藝和全中壓法相比有很多相似的地方。 全高壓法最主要的優(yōu)點是特種鋼材用量比較小、產(chǎn)品濃度高、生產(chǎn)強度大、對環(huán)境產(chǎn)生的污染程度小，缺點就是氨氧化率很低，催化劑使用量大使得生產(chǎn)成本提高很多。

2.4 雙加壓法

這種工業(yè)制備硝酸的方法兼?zhèn)淞巳袎悍ê腿邏悍ǖ膬?yōu)點， 并且在條件允許情況下可以使用更高的壓力使氮氧化物充分吸收。 在鉑催化劑損耗程度上來說非常接近綜合法，但是雙加壓法的生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)強度大、尾氣氮氧化物含量低等優(yōu)點使得雙加壓法在國際上普遍采用這種工藝法制備硝酸。 然而這種工藝的缺點就是整個制備流程過于復(fù)雜、 對設(shè)備的制造要求高。

3 雙加壓法制硝酸的特點分析以及在我國的發(fā)展前景

目前國內(nèi)外采用的基本是雙加壓法制備硝酸，下面主要對雙加壓法的工藝特點進(jìn)行分析并探討這種方法制備硝酸在未來的發(fā)展前景。

3.1 氮利用率高

在氧化爐上設(shè)計獨特的氣體分布器，消除渦流，改變氣體流向，再通過一層多孔分布器讓氣體均勻分布在鉑網(wǎng)的表明，控制溫度使網(wǎng)面上的溫度差小于6℃，從而有效提高氨氧化率。

3.2 催化劑消耗低

在氮氣和空氣混合進(jìn)入氮氧化爐之前采用獨特的混合器是氣體充分混合， 另外氮氧化爐專門采用了獨特設(shè)計的氣體分布器使得混合氣體均勻分布在鉑網(wǎng)的表面，減少鉑的損失。

3.3 吸收率高

在硝酸生產(chǎn)工藝過程中使用較高的壓力會使NO 的氧化速度加快， 而逐步將壓力提高到1MPa 左右能加快NO 的氧化速度，在系統(tǒng)的設(shè)備和管道里氧化，能夠使進(jìn)入吸收塔的NO 氣體氧化速度達(dá)到85%以上，同時酸的平衡濃度也能達(dá)到很高。另外雙加壓法在工藝上不設(shè)氧化塔，可以在吸收塔入口氧化，氧化度能高達(dá)97%，從而也保證了比較高的吸收率。

3.4 成品硝酸濃度高

由于工業(yè)生產(chǎn)硝酸工藝中采用了高壓，可以大大提高了氨的吸收效率，最終轉(zhuǎn)化為硝酸成品，經(jīng)過檢測硝酸濃度基本可以達(dá)到65%以上，同時也能滿足工業(yè)其他當(dāng)面的應(yīng)用需求。

3.5 尾氣氮氧化物含量低

生產(chǎn)工藝中尾氣中氮氧化物的含量跟吸收反應(yīng)過程的壓力是有一定的比例關(guān)系，所以提高吸收塔的壓力是很有必要的。當(dāng)吸收壓力提高到1.35MPa 時尾氣中當(dāng)氧化物可以減少到最低程度基本不會造成環(huán)境污染。

雙加壓法在我國投入硝酸工業(yè)生產(chǎn)以及有將近20年的歷史，但是總體上來說發(fā)展進(jìn)程還是很慢，最近幾年國家的經(jīng)濟高速增長帶動了硝酸下游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展使得硝酸工業(yè)迅速發(fā)展。 過去因為很多企業(yè)在資金上存在問題只能購買國外的二手裝置。但是近些年隨著企業(yè)實力的不斷增強和企業(yè)滿足環(huán)保方面的要求，國產(chǎn)機的性能也逐步改進(jìn)，價格上有很大的優(yōu)勢。同時能源、液氨等價格也很大程度上提高， 雙加壓法的工藝優(yōu)點得到大部分生產(chǎn)企業(yè)的認(rèn)可。

4 如何促進(jìn)我國硝酸工業(yè)取得新的進(jìn)展提出幾點發(fā)展建議

4.1 以工業(yè)園區(qū)為主導(dǎo)，建設(shè)大型硝酸生產(chǎn)裝置

在硝酸工業(yè)生產(chǎn)中一個首要解決的就是企業(yè)硝酸生產(chǎn)規(guī)模問題，主要表現(xiàn)在兩個方面：第一，有些硝酸生產(chǎn)企業(yè)的硝酸產(chǎn)能是根據(jù)該企業(yè)下游產(chǎn)品的需求來配置的。 第二，有些企業(yè)沒有下游產(chǎn)品，主要是對外銷售硝酸。 這兩張情況下硝酸的生產(chǎn)規(guī)模都很小，對于沒有下游產(chǎn)品的硝酸企業(yè)，在硝酸銷售淡季很容易出現(xiàn)虧損的現(xiàn)象。 所以，以工業(yè)園區(qū)為中心來建立160kt/a 的硝酸裝置是比較劃算的， 無論從投資成本考慮還是從檢修費和運行費考慮，都是能夠給企業(yè)帶來很大的收益。

4.2 積極創(chuàng)新，提高科技促進(jìn)硝酸工業(yè)發(fā)展速度

從我國自主研發(fā)硝酸生產(chǎn)裝置后，我國相繼在內(nèi)地建設(shè)了幾種不同規(guī)模的硝酸生產(chǎn)裝置， 但是這些裝置建設(shè)都是基于大量人力和資金的發(fā)展模式，所以，為了促進(jìn)我國硝酸工業(yè)取得新的進(jìn)展， 我們應(yīng)該聯(lián)合國內(nèi)硝酸生產(chǎn)具有優(yōu)勢的企業(yè)和研究單位，組建一個硝酸生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新集體，共同探索、研發(fā)出新的硝酸生產(chǎn)工業(yè)和生產(chǎn)技術(shù)，不斷改革舊的生產(chǎn)工藝，朝著綠色環(huán)保的方向發(fā)展，提高企業(yè)的綜合競爭力。

4.3 制定合理的硝酸工業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)

為了能夠使得硝酸工業(yè)生產(chǎn)能夠健康、快速發(fā)展，制定合理的硝酸工業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)是非常有必要的， 可以從以下幾個方面開展：第一，生產(chǎn)方法選用目前最先進(jìn)的雙加壓法生產(chǎn)工藝。 第二，硝酸工業(yè)生產(chǎn)建設(shè)規(guī)模首要考慮大型化裝置。 第三，在硝酸產(chǎn)品能耗方面做到符合行業(yè)規(guī)定的能源消耗標(biāo)準(zhǔn)。 第四，硝酸生產(chǎn)過程中排放的氮氧化物要符合國家硝酸工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)語

綜上所述，過去的十年由于中國產(chǎn)業(yè)受到外國產(chǎn)業(yè)政策的沖擊，使得我國硝酸工業(yè)生產(chǎn)處在一個高速發(fā)展的階段，硝酸生產(chǎn)能力在十年期間也得到了顯著的提高， 在硝酸產(chǎn)量不斷增加的同時，硝酸工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)也在不斷的革新，生產(chǎn)水平多樣化。我國的硝酸工業(yè)雖然在近十年來發(fā)展趨勢良好， 但是跟國際上相比我們還有很大的差距，我們需要從自身情況去考慮，完善自己，敢于淘汰一些落后的且高消耗的生產(chǎn)工藝，不斷探索創(chuàng)新新的硝酸工藝技術(shù)，確保我國的硝酸工業(yè)能夠健康穩(wěn)定發(fā)展，建設(shè)一個低消耗、高產(chǎn)量、環(huán)境友好型的硝酸工業(yè)藍(lán)圖而不懈奮斗，這也將是我們未來共同研究的一門課題。

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[2]唐文騫.我國硝酸工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)新進(jìn)展[J].化肥工業(yè)，2008（05）.

[3]施全根.我國雙加壓法稀硝酸的現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J].中氮肥，2004（05）.