3.6稀硝酸生产过程在线视频

同学们大家好

欢迎观看本期视频

前几期我们已经学完了硫酸及其生产工艺

今天让我们来一起学习一下

硝酸及其生产工艺

我们先来简单了解一下硝酸

硝酸是一种无色液体

它具有强烈的挥发性和刺激气味

且具有强腐蚀性

它是制造化肥等有机产品的重要原料

并广泛应用于军事工业

硝酸也是一种强氧化剂

其氧化性与浓度有关

在浓硝酸中

氧化性占主要作用

而被水稀释后

氧化性将减弱

酸性变得更显著

除金 铂 钽 铑 铱这几种金属外

浓硝酸几乎能氧化所有的金属

若我们混合3体积的浓盐酸

与1体积的浓硝酸则可以生成王水

它能溶解所有的金属

1824年

Henry在实验中让氨通过海绵状的铂金属

在高温下与氧发生反应生成了氮的氧化物

1908年

德国人首先建成了

规模为3吨/天的稀硝酸工厂

1913年

合成氨的生产工艺问世

从此氨氧化法成为

世界生产硝酸的主要方法

我国于1935年

在上海天利氮气制品厂

建成了第一套硝酸生产线并投产

规模为7t/d

工业上制取硝酸均采用以下方法

首先将氨气催化氧化制成一氧化氮

然后一氧化氮进一步氧化生成二氧化氮

最后用水吸收二氧化氮生成硝酸

总反应式如下

下面我们就来具体学习

以上的各个生产步骤

第一个步骤是氨气的催化氧化

氨与氧的催化反应过程会因催化剂性能

反应温度和压力等条件的不同

可能发生以下6种不同的反应

工业生产中

约97%的氨气可以转化成一氧化氮

即第一个反应

其他的都是副反应

但在同一反应温度下

上述反应的平衡常数都很大

因此

如果对反应不加以控制

氨和氧反应的最终产物必然会是氮气

而且几乎以上所有的反应都是放热反应

所以如果我们想要得到

希望的产物一氧化氮

我们将无法通过反应热力学的角度

来改变化学平衡达到目的

而只能从反应动力学的角度去着手

即寻找一种选择性的催化剂

抑制不希望的反应发生

目前最好的选择性催化剂便是金属铂

常压下氨气催化氧化的工艺流程如图所示

首先氨气与空气混合

预热到70~90℃后

经纸板过滤器过滤再进入氧化炉

通过790~820℃的铂网

被氧化成为一氧化氮气体

反应后的高温气体进入废热锅炉

冷却到170~190℃后进入气体冷却器

冷却到40~55℃后再进入透平机

这就是第一步的氨气催化氧化过程

第二步是一氧化氮的进一步氧化

我们为什么需要进一步氧化一氧化氮呢

因为只有氧化后得到的二氧化氮

才能被水吸收制成硝酸

一氧化氮的氧化包括以下三种

第一个是主反应

后面两个都是副反应

这三个气相反应均为放热

体积减小的可逆 无催化反应

因此降低反应温度

提高反应压力将有利于反应向右进行

现在我们一起来看一下这一步的工艺

由上一步氨气氧化后的得到的混合气体

含有NO H2O O2和N2等

经废热锅炉利用余热后

需要首先被快速冷却下来

否则其中的NO会持续不断氧化

当与冷却的水接触时

就会产生一部分的稀硝酸

从而降低了气体中氮氧化物的浓度

不利于后续的吸收操作

同时快速冷却

还能除去混合气体中大量的H2O

一氧化氮的氧化既可在气相中进行

也可在液相中进行

气相氧化为干法氧化

即将气体在氧化塔内充分地停留

从而达到氧化的目的

液相氧化为湿法氧化

是将气体在40~50℃下通入填料塔中

并同时在塔内用一定浓度的硝酸喷淋

NO与O2在气相空间

液相内以及气液两相界面上均可进行氧化

同时大量喷淋的酸溶液

还可以带走氧化时放出的热量

加速反应

当氧化度达到70~80％时

即可进行吸收制酸的操作

因此

一氧化氮的氧化与二氧化氮的吸收

是同时进行的

第三步

也是最后一步

是对氮氧化物气体的吸收

氮氧化物气体中除一氧化氮外

各组分都能与H2O按以下方程式进行反应

实际上

其中的三氧化二氮含量极少

在实际的工业生产条件下

上述产物中的亚硝酸会迅速分解

因此用水吸收氮氧化物的总反应式

可概括为下面这样一个总式

由此可见

被水吸收的二氧化氮总数中

只有2/3最终形成了硝酸

还有1/3又变回了一氧化氮

所以

如果我们想让1摩尔的二氧化氮

完全转化为硝酸

氧化的一氧化氮量应为1.5摩尔

下面我们来看一下温度

和压力对吸收反应平衡的影响

如图所示

通过对反应平衡的观察我们可以看到

温度越低

反应平衡常数越大

若反应平衡常数为定值

则温度越低

酸的浓度越大

因此

只有在较低温度下才能获得较浓的硝酸

同时

在常压下制酸

成品酸的浓度一般不超过50%

而在加压情况下

则可制得浓度为70%的硝酸

因为在湿法氧化工艺中

一氧化氮的氧化和二氧化氮的吸收

都是在二氧化氮吸收塔内进行

因而塔内发生的以下两个反应会相互制约

在吸收塔的塔底

气体中氮氧化物和硝酸浓度都较高

所以一氧化氮的氧化速度

大于二氧化氮的吸收速度

二氧化氮的吸收速度

会大于一氧化氮的氧化速度

只有在吸收塔的中部

两个反应的速度才需要同时考虑

工业上一般采用

多填料塔串联的方式来吸收氮氧化物

塔的数量一般在5~7个

实际生产中

为了移走吸收过程的反应热

及保证吸收效率

还应在生产过程中保持足够的循环酸量

以上我们对硝酸生产过程的各个步骤

进行了大致的讲解

现在让我们综合起来看一下

生产稀硝酸的整个工艺流程

如图所示

稀硝酸的生产流程可按操作压力不同

分为常压法 加压法及综合法三种

从降低氨耗 提高氨利用率来看

综合法具有明显的优势

其特点是常压氧化 加压吸收

产品浓度可达47~53%

吸收效率高达98%

图中展示的即为

综合法生产稀硝酸的典型工艺流程

因为生产硝酸所排出的尾气

仍含有一定量的氮氧化物

污染大气

还会和碳氢化合物反应生成

毒性很大的光化学烟雾

因此我们最后有必要来了解一下

尾气治理的方法

工业上通常采用两种方法

来治理氮氧化物尾气

第一种是催化还原法

这种方法以烃类为还原剂

通过催化还原反应来降低

系统尾气中的氮氧化物含量

例如天然气与尾气中的氮氧化物反应

生成氮气 二氧化碳和水

反应式如下

另一种方法是用碱液来吸收氮氧化物气体

通常是通过氢氧化钠

和碳酸钠溶液进行吸收

得到硝酸钠和亚硝酸钠副产品

反应式如下

也有采用氨水

碱性高锰酸钾溶液

或尿素溶液来吸收的方法

好了

通过本次视频

我们一起学习了

生产硝酸的基本步骤和方法

今天的课程就到这儿

感谢各位同学的观看