氨的加工之硝酸资料.ppt

硝酸是一种重要的化工原料，在各种酸中，产量仅次于硫酸，主要消耗部门为化肥工业和国防工业。 稀硝酸大部分用于制造硝酸铵、硝酸磷肥和各种硝酸盐。 浓硝酸用于炸药、有机合成工业，是生产TNT（2,4,6-三硝基甲苯）、硝化甘油等烈性炸药和硝化纤维素的原料； 纯硝酸是无色的液体，相对密度1.522，沸点83.4℃，熔点-41.5 ℃，工业产品往往含有NO2，所以略带黄色，硝酸可以和任意体积的水混合，并放出热量。 硝酸，三大强酸之一，其特点是兼有强氧化性和腐蚀性，除了金、铂和钛、钌等稀有金属以外，其他金属都能被它溶解。由浓硝酸与浓盐酸按1:3（体积比）组成的混合液被称为“王水”，能溶解金和铂。 生产浓硝酸的中间物-液体N2O4是火箭、导弹发射的高能燃料； 硝酸将苯硝化，并经过还原制成的苯胺，为染料生产中的主要中间体之一。 此外，制药、塑料、有色金属冶炼等方面都需要用到硝酸。 §3.2 稀硝酸的生产 目前工业稀硝酸的生产均以氨为原料，采用催化氧化法，可制得45%～60%的稀硝酸。其反应变化可用下列反应式表示： 一、氨的催化氧化 二、一氧化氮的氧化 三、氮氧化物的吸收 四、硝酸尾气的处理 五、稀硝酸生产的工艺流程 一、氨的催化氧化 1. 氨催化氧化的基本原理 氨和氧主要进行下列三个反应： 欲获得所要求的产物NO，不可能从热力学去改变化学平衡来达到目的，而只能从反应动力学方面去努力。 铂系催化剂是最适宜的选择性良好的催化剂。 2．氨氧化催化剂 (1) 化学组成 纯铂具有催化能力，但易受损失。一般采用铂铑合金。 例：铂铑钯三元合金，其常见的组成为铂93%、铑3%、钯4%。 (2) 形状 铂系催化剂不用载体，因为用了载体后，铂难以回收。为了使催化剂具有更大的接触面积，工业上将其做成丝网状。 (3) 铂网的活化、中毒和再生 新铂网表面光滑而且具有弹性，活性较小。为了提高铂网的活性，在使用之前需进行“活化”处理，其方法是用氢气火焰进行烘烤，使之变得松疏，粗糙，从而增大接触表面积。铂与其他催化剂一样，气体中许多杂质会降低其活性。因而一般在使用3～6个月后就应进行再生处理。 空气中的灰尘（各种金属氧化物）和氨气中可能夹带的铁粉和油污等杂质及 H2S气体。 (4) 铂的损失与回收 铂网在使用中受到高温和气流的冲刷，表面会发生物理变化，细粒极易被气流带走，造成铂的损失。铂的损失量与反应温度、压力、网径、气流方向及作用时间等因素有关。 由于铂是价格昂贵的贵金属，为可以将其回收降低损耗，目前工业上常用机械过滤法、捕集网法和大理石不锈钢筐法。 3．氨催化氧化的工艺条件 确定氨催化氧化工艺条件时首先应保证高的氧化率，因为硝酸成本中原料氨所占比重很大，提高氧化率对降低氨的消耗非常重要。其次，应有尽可能大的生产强度。此外还必须保证铂网的损失少，最大限度地提高铂网的工作时间，保证生产的高稳定性和安全等。 (1) 温度 在不同温度下，氨氧化后的产物也不同。一般常压氧化温度取750-850℃，加压氧化温度取870-900℃为宜。 (2) 压力 由于氨催化氧化反应是不可逆的，因此改变压力不会改变一氧化氮的平衡产率。 故实际生产中，常压和加压氧化均有采用。 (3) 接触时间 接触时间应适当。一般接触时间在10-4s左右。 另外，催化剂的生产强度与接触时间有关。通常工业上选取的催化剂生产强度要偏大一些，一般多控制在600～800kg NH3/(m2?d)。 (4) 混合气体的组成 选择混合气体的组成时，最主要是氨的初始含量。从提高催化剂生产强度出发，增加氨浓度是有利的，但由于空气中氧含量的限制，限制了氨浓度的提高。 研究结果表明，当氧氨比比值在1.7～2.0范围内，氨氧化率最高，此时混合气体中氨浓度为9.5%～11.5%。 (5) 爆炸及其防止 氨和空气的混合气体和其他可燃气体一样，在一定范围内能着火爆炸。 反应温度 随温度的增高，混合气体的爆炸极限变宽，危险性增大。 混合气体的流向 混合气体自上而下通过氨氧化炉时，爆炸极限相对较窄，爆炸危险性相对较低。 氧含量 混合气体含氧量越多，爆炸极限越宽，爆炸危险性越大。 操作压力 一般氨氧混合气体的压力越高，爆炸极限越窄。但对于氨和空气混合气体，操作压力对爆炸极限影响不大。在0.1～1MPa之间，爆炸极限下限均为15%。 容器的表面积与容积之比 该比值越大，散热速率越快，爆炸危险性越低。 可燃性气体的存在 可燃性气体的存在会增大爆炸危险性。 水蒸气的存在 当混合气体中有大量水蒸气存在时，氨的爆炸极限会变窄。因此在氨和空气混合气体中加入一定量水