Ligne de production d'acide nitrique (100 000 – 270 000 t/an)
Système complet de production d'acide nitrique par le procédé d'oxydation de l'ammoniac, adapté à la fabrication d'engrais
L'acide nitrique est produit quasi exclusivement par le procédé d'oxydation catalytique de l'ammoniac. En fonction des niveaux de pression appliqués à l'oxydation de l'ammoniac et à l'absorption des oxydes d'azote, on distingue cinq grandes familles de procédés de production d'acide nitrique dilué : procédé à pression atmosphérique, procédé à pression combinée, procédé à pression moyenne, procédé à haute pression et procédé à double pression.
- Capacités de l'usine: 100 000 t/an, 150 000 t/an, 200 000 t/an, 270 000 t/an
- Qualité du produit: conforme à la norme GB/T 337.2-2014 relative à l'acide nitrique industriel et Acide nitrique dilué
| Article | Procédé à pression atmosphérique | Procédé à pression combinée | Procédé à pression moyenne | Procédé à haute pression | Procédé à double pression |
| Pression d'oxydation / MPa(a) | 0,11-0,12 | 0,1 | 0,4-0,6 | 0,8-1,3 | 0,4-0,6 |
| Pression d'absorption / MPa(a) | 0,98-1,8 | 0,4-0,6 | 0,4-0,6 | 0,8-1,3 | 0,8-1,2 |
| Concentration du produit / % | 40-45 | ≤50 | ≤53 | ≥60 | ≥60 |
| Consommation d'ammoniac / kg/t | 308-330 | 280 | 282-284 | 288-300 | 282-284 |
| Consommation de platine / mg/t | 60 | 60-80 | 120 | 200 | 120 |
| Consommation électrique / kWh/t | / | / | 10 | 25 | 11.1 |
| Concentration de NOₓ dans les gaz de queue en sortie d'absorbeur / ×10⁻⁶ | 5000-10000 | 2500 | 1000-1500 | 2000-2500 | 200-800 |
| Concentration de NOₓ après traitement des gaz de queue / ×10⁻⁶ | Absorption alcaline à pression atmosphérique: 600 à 1 300 | Absorption alcaline à pression atmosphérique: 400 à 600 | Absorption alcaline sous pression: 200 à 500 | ≤200 | ≤200 |
| Eau de refroidissement / ΔT = 10 °C | / | / | 170 | 176 | 160 |
| Vapeur produite / t/t | / | / | 0.18 | 0.3 | 0.301 |
| Rendement de l'oxydation de l'ammoniac / % | / | / | 96 | 94 | 96.6 |
| Rendement d'absorption des NOₓ / % | / | / | 98 | 99.6 | 99.8 |
Remarques:
La consommation d'énergie électrique ne prend pas en compte les besoins en électricité pour l'éclairage, la ventilation et le chauffage.
Dans le cas du procédé à haute pression intégral, la consommation électrique inclut celle du système de réfrigération.
Analyse du tableau comparatif:
-
Ammoniac et platine:
la plus faible consommation est obtenue avec le procédé à pression combinée, suivie par les procédés à pression moyenne et à double pression ; le procédé à haute pression présente le niveau de consommation le plus élevé. -
Investissement:
le procédé à haute pression requiert le capital le plus réduit, devant le procédé à double pression. - Capacité et passage à l'échelle:
les procédés à haute pression et à double pression sont les plus adaptés aux grandes unités de production. - Émissions résiduaires:
le procédé à double pression se distingue par ses performances environnementales optimales. - En conclusion:
le procédé à double pression représente aujourd'hui la technologie la plus avancée pour la production d'acide nitrique.
- Oxydation de l'ammoniac à 96,6 % avec une consommation de platine réduite (120 mg/t HNO₃ 100 % avant récupération).
- Absorption des NO₂ à 99,8 %, autorisant des titres en acide nitrique jusqu'à 60 %.
- Émissions de NOₓ après réduction ammoniacale ≤ 50 ppm.
- Récupération d'énergie sur les gaz de queue ; couplage turbine à vapeur/détenteur permettant de récupérer ~60 % de la puissance de compression.
- Production d'eau glacée à partir du froid généré par l'évaporation de l’ammoniaque basse pression pour refroidir la tour d'absorption.
- Valorisation de l'énergie de compression polytropique des compresseurs d'air et NOₓ.
- Vapeur excédentaire exportable après entraînement des compresseurs, avec une consommation électrique spécifique de 11,1 kWh/t HNO₃ 100 %.
- Contrôle-commande DCS pour une exploitation plus sûre, automatisée et facile à réguler.
- Préparation du mélange ammoniac-air
L'ammoniac liquide est vaporisé dans les évaporateurs A et B, puis surchauffé à >100 °C, filtré pour éliminer huiles et impuretés, et mélangé à l'air primaire (0,35 MPa(g), ~236 °C) à 9,6 % d'NH₃ avant d'être envoyé au réacteur d'oxydation. - Oxydation et récupération de chaleur
Le mélange est distribué sur la grille de platine (~860 °C) selon : 4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O + Q. Les gaz traversent un surchauffeur et une chaudière de récupération produisant de la vapeur à 3,9 MPa / 440 °C, alimentant le groupe quadribloc, avec excédent exporté. - Oxydation de NO et récupération thermique
Les gaz NO sont refroidis à ~42 °C, s'oxydant en NO₂ (2NO + O₂ → 2NO₂ + Q). Le NO₂ forme de l'acide nitrique dilué, séparé en gaz-liquide et envoyé à l'absorption. Le gaz résiduel, mélangé à l'air secondaire, est comprimé à 1,0 MPa(g) (de 42 °C à ~200 °C), puis refroidi à ~40 °C avant d'alimenter la tour d'absorption. - Absorption et dégazage
Les NOₓ sont absorbés par l'eau pour produire de l'acide nitrique à 60-65 %, dégazé par air secondaire en tour de dégazage. Réaction principale : 3NO₂ + H₂O → 2HNO₃ + NO + 142 kcal/kg. - Récupération d'énergie et rejet
>Les gaz de queue sont séchés, préchauffés (~55 °C, puis ~155 °C, enfin 360-390 °C) et détendus dans une turbine récupérant >50 % de la puissance de compression. Après réduction catalytique NH₃ (NOₓ ≤ 56 ppm(v)), les gaz sont rejetés à la cheminée
- Groupe quadribloc (four-in-one): Comprenant la turbine à vapeur, le compresseur d'oxydes d'azote, le compresseur d'air, la turbine de détente des gaz de queue, le réducteur/renvoi d'angle et les équipements auxiliaires.
- Réacteur d'oxydation de l'ammoniac: Unité intégrée composée de :
- Section supérieure: distributeur à plaques perforées multicouches
- Section médiane: support de toile de platine de type panier
- Section inférieure: zone de surchauffe de vapeur et chaudière de récupération avec serpentins de refroidissement pariétaux
- Tour d'absorption: Tour à plateaux à double-S, à débordement simple. 32 plateaux au total, dont 26 équipés de serpentins de refroidissement.
- Tour de dégazage (bleaching tower): Tour à plateaux perforés avec 4 plateaux
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