浓硝操作规程.docx

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浓硝操作规程

河南神马尼龙化工有限责任公司

硝镁法浓硝酸装置

操

作

规

程

济南双硝技术开发有限公司

第一章生产原理介绍

第二章工艺流程说明

第三章工艺、设备参数及指标

第四章开车程序及注意事项

第五章停车程序及注意事项

第六章硝酸镁的处理

第七章故障原因分析及处理

第八章安全操作及事故处理

第一章浓硝酸生产原理

第一节产品方案

一、年生产98%的浓硝2万吨，产品符合（GB/T337.1－2002）标准。

二、生产规模：

日产浓硝酸60.6吨；年产浓硝酸2万吨；年操作8000小时。

第二节产品规格

产品品种

指标名称

质量指标

一级

二级

浓硝酸

硝酸含量%≥

98

97

亚硝酸%≤

0.5

1.0

作烧残渣%≤

0.02

0.04

第三节、生产方法和原理

1、生产方法：

在实际生产中可分为直硝法和间硝法两种。

（1）直硝法：

以氮的氧化物，氧和水直接一步合成浓硝酸，称直接合成浓硝酸法，简称直硝法。

直硝法又由于方法的不同，分为用氧将氨氧化的流程和用空气将氨氧化的流程两种。

（2）间硝法：

先制得稀硝酸，然后提浓，称为间接浓硝酸法，简称间硝法。

在生产中以硝酸镁做脱水剂的，称为硝镁法。

在实际生产中以硫酸做为脱水剂的，称为硫酸法。

国内间硝法浓硝酸绝大多数采用的是硝镁法生产工艺,我公司浓硝酸生产采用的也是硝镁法。

2、生产原理：

本工段在实际生产中采用蒸馏原理中特殊的蒸馏方法—萃取蒸馏。

蒸馏的原理：

利用液体混合物各组分挥发度不同的性质，将具有挥发性的液体混合物分离为较纯组分的操作叫蒸馏。

液体混合物的蒸馏操作是利用混合物中各组分具有不同的挥发度，即在同温同压下各组分具有不同的蒸汽分压的原理，将需要分离的液体混合物加热至沸腾，使要分离的组分汽化为蒸汽并使之冷凝，得到含较高的改组分溶液，再将此冷凝液加热汽化，然后再冷凝，如此反复操作，最后可使要分离的组分与其它组分以几乎纯粹的形式分开。

精馏：

是同时多次运用部分汽化和部分冷凝的方法使混合液分离为较纯组分的操作。

精馏是简单蒸馏的多次重复。

在浓硝酸实际生产中，由于硝酸与水形成的是二元恒沸混合物，其最高恒沸点121.9oC，此时相对应的汽相、液相硝酸浓度为68.4%，达到相平衡，再继续蒸馏其气液相浓度不会再改变，所以进行直接简单蒸馏不能得到68.4%以上的浓硝酸。

所以在实际生产中不能采用一般的蒸馏方法，而采用特殊的蒸馏—萃取蒸馏。

萃取蒸馏是在混合物中加入一种新物质，以增大极难分离的各组分在挥发度上的差异。

进行萃取蒸馏时，加入新的物质以增大被分离的组分的相对挥发度，新物质的挥发度要比原有各组分的挥发度低得多，才能使原组分间相对挥发度发生显著的变化。

而其本身不被气化。

在本工段硝镁法生产浓硝酸过程中，是将硝酸镁（萃取剂或脱水剂）作为第三组分加入硝酸水溶液（稀硝酸）中，将稀硝酸蒸馏时混合液中硝酸的蒸气分压增大，使蒸气中硝酸含量显著提高。

具体实际生产中，浓硝酸浓缩塔分为提馏段和精馏段，提馏段应用萃取蒸馏进行生产（出提馏段硝酸蒸气为85%左右），精馏段应用精馏操作进行生产（出精馏段硝酸蒸气为98%左右），将出精馏段的98%硝酸蒸气引入冷凝器冷凝，1/3做为回流进入精馏段顶部维持连续生产，2/3做为成品酸漂白后进入成品贮槽。

硝酸镁（脱水剂）在生产中重复使用，原始开车或不足时，在硝酸镁制备槽中配制。

MgO+2HNO3=Mg（NO3）2+H2O

现直接外购硝酸镁成品,加入脱盐水溶解后用泵输送至稀镁槽。

第四节物料性质

一、硝酸

1、化学分子式：

HNO3

2、分子量：

63.02

3、HNO3物理性质：

（1）纯硝酸（100%）为无色，有刺激性，不稳定的液体，沸点86℃，在空中易挥发，一般由于溶有微量的氧化氮呈黄色。

（2）硝酸易溶于水，可与任何比例的水互溶。

溶解时能放出一定的稀释热，其稀释热的大小与浓度有关。

（3）硝酸水溶液能导电，含硝酸20~42%的硝酸水溶液有最高的导电度。

（4）硝酸比重与浓度有关，硝酸浓度越高比重也越大。

（5）各物理常数如下：

浓度

项目

物理常数

98%

比重

1.501（20℃）

98%

比热

0.473千卡/千克℃

100%

沸点

85.4℃

100%

冰点

－41℃

4、化学性质：

（1）浓硝酸是强氧化剂，性质很活泼。

容易和其它物质起化学反应，皮肤受浓硝酸浸滴后就要被灼伤。

纸、木屑、棉花（布）等与浓硝酸接触能引起燃烧。

（2）硝酸的特性是它的分子不稳定，遇光或热分解放出NO和NO2。

4HNO3==2H2O＋4NO＋O2NO＋O2==NO2

常温下也有微量的硝酸分解，分解出来的二氧化氮溶于酸中，所以硝酸呈淡黄色。

（3）硝酸与碱中和生成盐和水

NaOH＋HNO3==NaNO3＋H2O

（4）硝酸与盐酸以1∶3比例混合而成的溶液称为“王水”，“王水”有强烈的腐蚀作用，金铂都能溶于“王水”中，主要是混合溶液能生成初态的氯原子。

HNO3＋3HCl==2[Cl]＋2H2O＋NOCl

NOCl==NO＋[Cl]

初生态的氯[Cl]与金[Au]，铂[Pt]作用生成氯化金，氯化铂，其总反应式如下：

Au＋HNO3＋HCl==AuCl3＋NO＋2H2O

3Pt＋4HNO3＋12HCl==3PtCl4＋4NO＋8H2O

（5）浓硝酸与某些金属很容易作用，故在生产中使用的设备材质必须考虑到腐蚀问题。

稀硝酸采用不锈钢，浓硝酸采用高纯度铝和硅铁。

浓硝酸与铝作用，在铝表面上生成一层薄而极质密的氧化铝保护膜，这种现象叫“钝化”，使铝不在与浓硝酸反应。

（6）硝酸还具有的特性是对许多有机物质的硝化作用。

如炸药工业，染料工业等都用到硝酸。

（7）硝酸雾及分解出的氧化氮气体对呼吸器官有强烈的侵害作用，严重时能引起肺水肿，所以现场操作人必须穿戴必要的防护用具，以保证人身安全。

二、硝酸镁

分子式：

Mg（NO3）2

分子量：

148

硝酸镁是三种晶系的无色晶体，已知的有无水硝酸镁和带1、2、6、9个分子结晶水的硝酸镁，硝酸镁不仅溶解于水，而且溶解于液体氨和酒精中，与酒精作用生成Mg（NO3）2C2H5OH硝酸镁溶液极易结晶，其结晶度与浓度有关。

硝酸镁溶液结晶度与浓度的关系见表：

（1-1）

硝酸镁在水中的溶解度（表1-1）

温度

－5

－10

－15

－20

－25

－30

－31.9

－30

－25

－20

重量

11.8

18.9

23.7

27.6

30.9

33.2

34.0

34.4

35.6

37.2

温度

－18.0

－15.0

－10.0

－5.0

0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

重量

38.0

38.2

38.3

39.4

40.0

40.6

41.2

41.8

42.3

42.9

温度

30.0

35.0

40.0

45.0

50.0

55.0

60.0

65.0

70.0

75.0

重量

43.6

44.2

44.8

45.4

46.2

47.0

47.9

48.9

49.9

51.0

温度

80.0

85.0

90.0

85.0

80.0

75.0

70.0

65.0

60.0

54.0

重量

52.4

54.0

57.8

62.0

64.0

64.9

65.6

66.4

66.9

67.9

温度

60.0

65.0

70.0

75.0

80.0

85.0

90.0

95.0

100.0

110.0

重量

68.4

69.0

69.0

70.2

70.8

71.4

72.0

72.6

73.2

74.4

温度

120.0

125.0

130.0

130.5

130.9

140.0

150.0

160.0

175.0

190.0

重量

76.0

77.3

79.8

81.5

81.9

82.4

82.9

83.4

84.11

84.88

从表中可以看出，当硝酸镁的浓度为40%时，结晶温度为0℃；当硝酸镁溶液的浓度为66.9%时，其结晶温度为60℃；当硝酸镁溶液的浓度上升到72%时，其结晶温度为90℃。

随着硝酸镁浓度的提高，其结晶温度急剧上升。

由表（1-1）和图（1-1）可知硝酸镁水溶液的结晶温度与浓度不是直线关系，而是具有四个共饱和点的曲线。

曲线分为5个阶段，硝酸镁浓度0~34%（重量%）为水的饱和溶液曲线；34~38%为9水硝酸镁饱和溶液曲线；38~67.6%为6水硝酸镁饱和溶液曲线；67.6~81.9%为2水硝酸硝酸镁饱和曲线；81.9%以上为无水硝酸镁溶液曲线。

曲线上方为液相区，下方为固相区。

将表（1-1）数据进行标绘，可得到硝酸镁在水中的溶解度的多温图（1-1）

200

Mg（NO3）2

150

温度℃

100Mg（NO3）22H2O

50

Mg（NO3）26H2O

冰

0

Mg（NO3）29H2O

—50

020406080

图1-1

硝酸镁水溶液的比重、浓度、温度关系如表（1-2）所示：

硝酸镁水溶液的密度（表1-2）

浓度%

温度℃

55

58

60

62

64

66

68

70

72

90

1.508

1.545

1.569

1.594

1.619

1.643

1.668

1.692

1.712

100

1.504

1.540

1.564

1.588

1.621

1.636

1.660

1.684

1.708

110

1.496

1.534

1.558

1.582

1.607

1.631

1.656

1.680

1.704

120

1.492

1.529

1.553

1.575

1.601

1.624

1.648

1.672

1.696

130

1.539

1.569

1.594

1.619

1.644

1.668

1.693

140

1.564

1.588

1.612

1.637

1.662

1.686

150

1.631

1.657

1.680

硝酸镁溶液是一种粘稠性的液体，粘度较大。

硝酸镁的溶液的粘度与温度及浓度有关。

浓度越高，粘度越大；而温度越高，则粘度越小。

在稀硝酸浓缩过程中，希望硝酸镁溶液的粘度越小越好。

在生产中以硝酸镁溶液为脱水剂浓缩硝酸的操作过程中，根据硝酸镁溶液的结晶曲线、粘度、沸点及硝酸镁-硝酸-水三元系统的气液平衡组成，结合生产实际情况一般取硝酸镁溶液的浓度为74~76%。

硝酸镁浓度太低不利于操作，使产品浓硝质量不好控制；硝镁浓度高，生产中蒸汽消耗大，造成不必要造成浪费。

因此各工艺根据具体情况选择最佳的适合浓度。

三、一氧化氮NO

分子量30

1、物理性质：

无色刺激性气体，标况时－151.4℃冷凝成无色液体；－163.7℃时成为固体。

临界温度－92.9℃，临界压力6.46MPa。

易溶于浓度高的硝酸溶液中，不易溶于水。

2、化学性质：

（1）NO＋NaNO==3NaNO2＋NO2

（2）与稀碱不反应，与浓碱混合长时间一半生成亚硝酸盐，另一半变成N2O

4NO＋2NaOH==2NaNO2＋N2O＋H2O

（3）2NO＋O2==2NO2

（4）NO＋NO2==N2O3

（5）2NO==N2＋O2

（6）670℃以上不易与O2反应，低于140℃完成氧化

四、二氧化氮NO2（N2O4）：

1.物理性质：

棕褐色特殊气体，有毒，易液化呈棕色液体。

沸点251℃（温度降低颜色降低），－10.8℃凝结成无色晶体，140℃时全为NO2，150℃以上分解成NO。

2.化学性质：

（1）3NO2＋H2O==2HNO3＋NO

4NO＋3O2＋2H2O==4HNO3

（2）NO2＋Na2CO3==NaNO3＋CO2↑

2NO2＋2NaOH==NaNO3＋H2O＋NaNO2

五、危害：

NOX有害气体，在50PPm以下工作时中毒无感觉；在100PPm环境下中毒有感觉；在500PPm条件下工作一小时就会死亡。

第二章工艺流程说明

一、工艺流程简述

从硝酸工段来的浓度≥60%的稀硝酸送到稀硝酸贮罐，经稀硝酸泵送到稀硝酸高位罐，经稀硝酸流量阀，进入混合分配器。

浓硝酸镁溶液由浓硝酸镁泵送到浓硝酸镁高位罐，经流量比值调节和混合分配器入口浓消酸镁流量阀，进入混合分配器（稀硝酸∶浓硝酸镁为1∶3~4，按重量比），与稀硝酸混合，然后进入硝酸浓缩塔中部。

硝酸浓缩塔下部为提馏段，浓硝酸镁溶液吸收稀硝酸中水份后，成为稀硝酸镁溶液从塔底部流入硝酸镁加热器，经加热脱硝后流入稀硝酸镁罐），硝酸镁加热器中产生的二次蒸汽进入硝酸浓缩塔底部，作为蒸馏操作的热源。

　　含量85%~90%的硝酸蒸汽由提馏段进入硝酸浓缩塔上部的精馏段，浓缩为98%以上的硝酸蒸汽，经漂白塔进入浓硝酸冷凝器冷凝为浓硝酸。

经汽液分离器进入分配酸封，约1/2的浓硝酸经回流酸封回浓缩塔，做为回流酸，约1/2经漂白酸封入漂白塔脱除氮氧化物后进入成品酸冷却器，冷却后的成品酸进入成品酸中间槽，经浓酸泵送至库区。

从气液分离器出来的尾气经塔尾喷射器进行回收，酸性水入塔尾水循环槽。

　　稀硝酸镁槽中的稀硝酸镁溶液经稀硝酸镁泵送入硝酸镁蒸发器，进行真空蒸发，浓缩后的浓硝酸镁溶液流入浓硝酸镁贮槽。

经浓硝酸镁泵送往浓硝酸镁高位槽循环使用。

蒸发出的含酸蒸汽进入间接冷却器，冷凝液进入镁尾水循环槽循环使用，未冷凝气体经镁尾喷射器进行回收，酸性水进入镁尾水循环槽循环使用。

　　稀硝酸镁槽及塔尾水循环槽的放空气经放空气喷射器进行回收，酸性水入镁尾水循环槽。

　　镁尾水循环槽及塔尾水循环槽内的酸性水分别用镁尾水循环泵及塔尾水循环泵进行循环，达到一定浓度后送稀硝工段或处理排放。

　　生产用的硝酸镁溶液用外购硝酸镁加脱盐水配置，稀硝酸镁经蒸发提浓后使用。

系统停车时，稀硝酸镁槽与浓硝酸镁槽内的硝酸镁溶液经稀硝酸镁泵和浓硝酸镁泵送入硝酸镁沉降槽。

1．3Mpa中压蒸汽由外管来经自动调节阀减温减压入工段（196oC，），分别经加热器、蒸发器间壁换热后，冷凝液经疏水器排入冷凝水膨胀槽减压闪蒸，上部低压蒸汽送入低压蒸汽管网，下部冷凝水外送。

低压蒸汽由外低压蒸汽管网或中压转低压或冷凝水膨胀器外送蒸汽转入本工段低压管网，一部分供高位水槽升温及直接蒸汽升温用，一部分供稀、浓镁槽保温及开停车吹除设备管线用，制备硝酸镁时供地下槽、沉淀槽保温。

凉水塔冷水池中的水由循环水泵抽出，由上水总管分别经硝酸冷凝器、间冷器、塔尾水槽冷却器及镁尾水槽冷却器进行间壁换热后，温度升至25~40oC，由下水总管送回凉水塔冷却后循环使用。

第三章工艺、设备参数及指标

第一节原辅材料及动力消耗

品种

规格

单位

年需用量

稀硝酸

60％

万吨

2.04

中压蒸汽

1.3MPa

万吨

4.2

电

380V

万Kwh

46

仪表空气

0.6MPa

万Nm3

20.8

循环水

30/40℃

万m3

330

第二节主要设备一览表

序号

名称

技术条件

材料

1

稀硝酸高位槽

DN1600H=1966V=3.94m3

0Cr18Ni9

2

稀硝酸溢流槽

DN400H=950V=0.08m3

0Cr18Ni9

3

稀硝酸流量计

DN150/DN100H=2140

0Cr18Ni9

4

浓硝酸镁高位槽

DN2200H=2616V=9.9m3

0Cr18Ni9

5

浓硝酸镁流量计

400×200H=300V=0.03m3

0Cr18Ni9

6

混合器

DN200H=1385

STSi15R

7

硝酸浓缩塔

DN1000H=14900其中填料为陶瓷规整填料装填高度：

提馏段7.6m精馏段3.42m

STSi15R

8

漂白塔

DN800H=5680其中填料为陶瓷规整填料装填高度：

3.9m

STSi15R

9

硝酸镁加热器

DN1500/DN900L=6265F=170m2

Q235-A/0Cr18Ni9

10

浓硝酸冷凝器

4770×2100×5000F=98m2

Q235-A/STSi15R

11

气液分离器

DN600H=1670V=0.42m3

STSi15R

12

分配酸封

DN125H=1442

STSi15R

13

回流酸封

DN150H=1480

STSi15R

14

漂白酸封

DN150H=1480

STSi15R

15

成品酸冷却器

2600×1800×3650F=60m2

L2/STSi15R

16

稀镁贮槽

DN3000L=8593V=57m3

0Cr18Ni9

17

稀镁泵IH65-50-160

Q=22-27m3/hH=20m

附电机n=2950rpmN=5.5KW

0Cr18Ni9

18

硝镁蒸发器

DN1800/900H=9400F=280m2

Q235-A/0Cr18Ni9

19

浓镁槽

DN3000L=8593V=57m3

0Cr18Ni9

20

浓镁泵IH100-80-160

Q=59-71m3/hH=39m

附电机n=2950rpmN=22KW

0Cr18Ni9

21

间接冷凝器

DN1000H=5515F=240m2

Q235-A/0Cr18Ni9

22

镁尾喷射器

0Cr18Ni9

23

镁尾水循环槽

DN2800L=5790V=51m3

0Cr18Ni9

24

塔尾喷射器

0Cr18Ni9

25

塔尾水循环槽

DN2800L=5800V=30m3

0Cr18Ni9

26

酸性水循环泵

LHB100-80-30

Q=100m3/hH=32m

附电机n=2950rpmN=15KW

0Cr18Ni9

27

放空气酸水泵

Q=25m3/hH=32m

附电机n=2950rpmN=5.5KW

0Cr18Ni9

28

放空气喷射器

DN250H=1227

0Cr18Ni9

29

硝酸镁制备泵

IH80-65-160

Q=25m3/hH=27m

附电机n=2950rpmN=11KW

0Cr18Ni9

30

硝酸镁沉降槽

DN5600H=6500V=160m3

0Cr18Ni9

31

冷凝水膨胀槽

DN900H=3714

Q235-A

32

冷凝水高位槽

DN1600H=1966V=3.9m3

Q235-A

33

管道泵

FWG125-160

Q=100m3/hH=32m

附电机n=2950rpmN=4KW

碳钢

34

手动单轨小车

起重量2-3t起重高度3-10m

35

电动葫芦

起重量2t起升高度30m

36

液下泵HY80-50-160

Q=40-50m3/hH=33mN=15KW

第三节工艺指标

1、温度

（1）塔顶：

86~95oC

（2）塔中：

100~130oC

（3）塔底：

150~160oC

（4）加热器液相：

170~180oC

（5）蒸发器下料：

140~160oC

（6）回流酸温度：

20~45oC

（7）间冷器气相入口：

150~175oC

（8）间冷器气相出口：

30~50oC

（9）间冷器回水：

25~40oC

（10）酸性水槽：

20~45oC

（11）稀镁槽：

155~170oC

（12）浓镁槽：

140~160oC

（13）电机、轴承：

＜65oC

（14）中压蒸汽：

196~220oC

（15）漂白塔出口气相：

70~90oC

2、压力

（1）蒸汽总管：

0.9~1.1MPa

（2）加热器蒸汽：

0.8~1.0MPa

（3）蒸发器蒸汽：

0.8~1.0MPa

（4）塔顶负压：

6.0~10Kpa

（5）塔底负压：

3.0~6.0KPa

（6）蒸发器真空：

0.080~0.096Mpa（绝压）

（7）漂白塔顶负压：

8~12Kpa

（8）气液分离器气相负压：

8.0~15.0KPa

（9）酸性水泵出口：

0.3~0.36MPa

（10）稀酸泵出口：

0.45~0.55MPa

（12）水喷射器入口：

0.3~0.36Mpa

（13）间冷器气相出口真空度：

0.080~0.096Mpa（绝压）

3、浓度

（1）稀酸：

60~62%N2O40.02~0.05%

（2）稀镁液：

64~68%含HNO3﹤0.1%

（3）浓镁液：

72~76%

（4）外送酸性水含HNO3：

2~4%

4、液面

（1）浓镁槽：

40％槽液位

（2）稀镁槽：

35％槽液位注：

浓镁槽液位高于稀镁槽液位

（3）加热器液面：

在盘管上100~200mm

（4）蒸发器液位：

约分离盘的1/3

（5）膨胀槽：

50％液位计范围

（6）酸水槽：

50％槽液位

（7）酸水泵，浓、稀镁泵，风机油位：

1/3~2/3

5、其它

（1）回流比：

约1：

2（可调节）

（2）配料比：

1：

3~4（稀HNO3与浓Mg（NO3）2重量比）可调节

（3）塔升温速度：

水升温4~6oC/h

直接蒸汽升温6~8oC/h

第四章开车程序及注意事项

第一节中控岗位开车

一、开车前的准备：

1.装置送入仪表电源及仪表空气。

2.联系仪表检查所有测量、传送、调节、指示、报警、分析仪表，确认良好可用。

3.与巡检岗位配合，调试所有调节阀，检查仪表空气压力，调节阀开度与指示是否对应，调节动作是否灵活好用。

4.检查确认所有调节阀是否处于工况要求的开或关的正确位置。

5.所有的原料：

包括硝酸镁、硝酸、水、蒸汽、压缩空气等都已具备保证供给，供电系统处于待用状态。

二、系统送水：

1.通知调度，向本装置送脱盐水。

2.与循环水岗位联系，通知巡检岗位打开进装置循环水上、回水总阀及装置内上、回水总阀。

把冷却水引入各冷却器。

三、蒸汽系统建立：

1.通知调度1.3MPa蒸汽建立，缓开进装置内蒸汽总阀，及中压蒸汽总管流量计前后的截止阀，蒸汽系统暖管，暖管要缓慢，注意打开管道导淋排水。

将蒸汽引至各用蒸汽设备前。

2.低压蒸汽建立。

打开浓硝装置内的1.3MPa蒸汽总阀，引蒸汽入冷凝水膨胀槽，控制好压力在0.5Mpa，中控调节膨胀槽LICA201液位。

四、浓缩系统升温：

1.联系巡检岗位引脱盐水入冷凝水高位槽。

2.联系巡检岗位打开入混合分配器的镁管线上