硝酸与硝酸铵生产培训教材.ppt

化学工业出版社 硝酸与硝酸铵 第一页，共三十三页。 1、硝酸 1.1、稀硝酸 1.2、浓硝酸 2、硝酸铵 第二页，共三十三页。 1.1.1 稀硝酸生产原理 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： 1. 氨催化氧化的基本原理 氨和氧可以进行下列三个反应： 4NH3+5O2=4NO+6H2O △H=－907.28kJ （1） 4NH3+4O2=2N2O+6H2O △H=－1104.9kJ （2） 4NH3+3O2=2N2+6H2O △H=－1269.02kJ （3） 第三页，共三十三页。 除此之外，还有可能发生下列副反应： 2NH3=N2+3H2 △H=91.69kJ （4） 2NO=N2+O2 △H=-180.6kJ （5） 4NH3+6NO=5N2+6H2O △H=-1810.8kJ （6） 从生产稀硝酸来看，需要的是反应(1)，其余反应需尽量设法使其不进行或很少进行。 第四页，共三十三页。 1.1.2 氨催化氧化的工艺条件 在确定氨催化氧化工艺条件时首先应保证高的氨氧化率（氨氧化率即指氧化生成NO的耗氨量与进入系统总氨量的百分比率），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工作时间，保证生产的高稳定性和安全等。 第五页，共三十三页。 (1) 温度 在不同温度下，氨氧化后的产物也不同。低温时，主要生成的是氮气；650℃时，氧化反应速率加快，氨氧化率达90%；700~1000℃时，氨氧化率为95％~98％；当温度高于1000℃时，一氧化氮分解增多，氨氧化率反而下降。在650~1000℃范围内，温度升高，反应速率加快，氨氧化率提高。但是温度过高，铂的损失量增大，同时对氧化炉的材料要求也更高。因此一般常压氧化温度取750~850℃，加压氧化温度取870~900℃为宜。 第六页，共三十三页。 (2) 压力 由于氨催化氧化生成一氧化氮的反应是不可逆的，因此改变压力不会改变一氧化氮的平衡产率。如果要提高加压时的氨氧化率，必须同时提高反应温度和铂网层数。同时氨催化氧化压力的提高，还会使混合气体体积减小，增大气体处理量，提高催化剂生产强度。此外，加压氧化比常压氧化设备紧凑，投资费用少。 但加压氧化气流速度较大，气流对铂网的冲击加剧，加之铂网的温度较高，会使铂网的机械损失增大。故实际生产中，常压和加压氧化均有采用。 第七页，共三十三页。 (3) 接触时间 接触时间应适当。时间太短，氨气来不及氧化，致使氨氧化率降低；但若接触时间太长，氨在铂网前高温区停留过久，容易被分解为氮气，同样也会使氨氧化率降低。但最佳接触时间一般不因压力而改变，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。在其他条件一定时，铂催化剂的生产强度与接触时间成反比，与气流速度成正比。 第八页，共三十三页。 (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。 由式(1)可知，氨氧化生成一氧化氮反应理论上的氧氨比为1.25。采用氨和空气混合，则混合气体中氨含量为： 第九页，共三十三页。 研究结果表明，当氧氨比为1.25时（即氨含量为14.4%时），氨氧化率只有80%左右，而且有发生爆炸的危险。要提高氨氧化率可增加混合气体中氧含量，则加入空气量增多，带入氮气也增多，使混合气体中氨浓度下降，炉温下降，生产能力降低，动力消耗增加。当氧氨比比值在1.7~2.0范围，氨氧化率最高，此时混合气体中氨浓度为9.5%~11.5%。 第十页，共三十三页。 目前生产稀硝酸有十多种大同小异的工艺流程，可因操作压力的不同而分为常压法、中压法、高压法、综合法和双加压法五种类型。 (1) 常压法 氨的氧化和氮氧化物的吸收均在常压下进行。该法压力低，氨氧化率高，铂