濃硝酸裝置“無煙”啟動工藝技術研究與應用

高路，劉明玉，沙曉明

（1 吉林化工學院機電工程學院，吉林 吉林 132022；2 中國石油吉林化學工業股份有限公司化肥廠，吉林 吉林132021）

某廠濃硝酸裝置始建于1957年，采用直硝法生產技術。2009年該裝置技術改造時新建氨還原尾氣處理系統，在裝置正常生產期間實現了尾氣達標排放，但由于該裝置在開車期間從氧化爐出來的氧化氮氣體中氨氣含量較高，這部分氣體進入濃硝酸系統后，酸中銨鹽超標，會導致高壓釜反應爆炸。在裝置開車期間高濃度的氮氧化物（NOx）通過氧化吸收塔、酸塔簡易吸收后進入尾氣處理系統，該系統只能處理部分氮氧化物，大部分氮氧化物則通過排氣筒排出，尾氣排放不達標。本文作者通過對裝置開車工藝流程進行優化，實現了裝置開車“無煙”環保排放[1-5]。

1 原開車工藝流程

由于該裝置采用直硝法生產技術，在裝置開車氧化爐點火期間，初始氨氧化不充分，工藝氣體中存在未反應的氨氣，這部分工藝氣體不能直接送入吸收合成單元生產濃硝酸。該裝置采用單獨開車工藝路線，即將不合格工藝氣體送入氧化吸收塔、酸塔，通過稀硝酸與工藝氣體逆向接觸，氧化吸收掉工藝氣體中未反應的氨氣。開車期間從酸塔來的尾氣經增壓風機抽出，與增壓風機入口補加的二次空氣一起混合進入氨還原尾氣處理系統，這部分氣體與氨氣在催化劑的作用下進行反應，生成氮氣和水，然后通過排氣筒排入大氣。反應過程見式（1）～式（4）。

由于開車期間工藝氣體中氮氧化物濃度高，雖然經氧化吸收塔、酸塔氧化吸收掉大部分氮氧化物，但去尾氣處理系統中的氮氧化物含量遠遠超出尾氣反應器處理能力，造成裝置開車期間尾氣排放不達標。

原開車工藝流程如圖1所示。

2 優化后開車工藝流程

針對裝置開車期間尾氣排放短期不達標的生產瓶頸，通過對開車工藝流程進行優化，研究出了“無煙”開車工藝流程。

（1）氧化爐點火前的氨氣和空氣配比進行流程優化，通過增加聯合機至氨空混合器氨氣循環線，在氧化爐氨氣、空氣配量時，進行氨氣循環，減少因氧化爐氨氣、空氣配比帶來的銨鹽。

（2）在氧化爐點火期間，用氮氧化物鼓風機對氧化爐進行抽負，氧化爐進入負壓后進行點火操作，該氣體經廢熱鍋爐與脫鹽水交換熱量，將工藝氣體降溫至230℃左右，廢熱鍋爐產生的蒸汽送入管網。從廢熱鍋爐來的工藝氣體經快冷器與循環水交換熱量后，通過氣體管道進入氮氧化物冷卻器，工藝氣體進一步被冷卻，然后經銨鹽洗滌塔與稀硝酸逆向接觸，將未反應的氨氣充分吸收在硝酸中。該氣體被氮氧化物鼓風機加壓至45kPa左右送往1#、2#初氧化塔。在初氧化塔內，NO氣體被氧化成NO2氣體，然后送往重氧化塔進一步被濃硝酸氧化，工藝氣體進入吸收塔。在吸收塔內，工藝氣體中的NO2氣體被濃硝酸吸收形成發煙硝酸。從吸收塔出來的工藝氣體進入洗滌塔，尾氣中的氮氧化物進一步被稀硝酸吸收后，形成濃硝尾氣，尾氣中的氮氧化物含量在2000mg/m3以下，滿足氨還原尾氣處理系統設計要求，對尾氣催化劑活性影響小。從吸收合成單元來的尾氣經增壓風機加壓后送入氨還原尾氣處理系統，經系統反應后直接通過排氣筒排入大氣。

優化后裝置開車工藝流程如圖2所示。

圖1 濃硝酸裝置原開車工藝流程

圖2 濃硝酸裝置優化后開車工藝流程

3 開車工藝流程優化后生產調整措施

由于吸收合成單元混合料配比原料需要部分稀硝酸，在裝置開車期間銨鹽洗滌塔、初氧化塔、洗滌塔中稀硝酸存在銨鹽超標的安全隱患，故這部分稀硝酸不能作為混合料配比原料使用，因此在裝置開車期間采取了以下措施。

（1）開車前期吸收合成單元酸槽儲存部分稀硝酸作為開車混合料配比使用。

（2）開車過程中，把銨鹽含量高的稀硝酸送入硝鹽裝置生產硝酸鈉。

（3）開車過程中增加分析稀硝酸中銨鹽含量頻次，當銨鹽含量合格后方可送入吸收合成單元供混合料配比使用。

（4）加強氨還原尾氣處理系統操作，調整尾氣反應器噴氨流量，降低排放尾氣中氧化氮含量。

4 開車工藝流程優化前后尾氣排放對比

開車工藝流程優化前后尾氣排放對比如表1 所示。

5 結 論

表1 開車工藝流程優化前后尾氣排放對比

濃硝酸裝置開車工藝流程優化的實施，解決了裝置開車期間尾氣排放不達標的生產瓶頸，創新實現了直硝法濃硝酸生產工藝環保開車，將多年裝置開車時排放的高濃度氮氧化物尾氣消除，由原來氮氧化物排放濃度10000mg/m3降至100mg/m3，實現了裝置綠色無煙環保開車，減少了裝置開車時對大氣的污染。同時該項目創造了國內同類裝置開車時間最短的紀錄，降低了裝置開車期間的物耗、能耗，增加了產量，每次裝置開車能節約液氨4t，增加濃硝酸產量60t，創造經濟效益約1.2萬元，降低了對尾氣反應器氨還原催化劑活性下降的影響，尾氣反應器催化劑使用壽命延長3年，節約催化劑引進費用1100萬元，取得了良好的經濟效益。

[1] 化工部化工設計公司.氮肥工藝設計手冊（硝酸、硝酸銨）[M].北京：化學工業出版社，1983.

[2] 阿托羅申科в и，卡爾金 C и.硝酸工學[M].北京：高等教育出版社，1956.

[3] 環境保護部科技標準司.GB 26131—2010，硝酸工業污染物排放標準[S].北京：中國環境科學出版社，2010.

[4] 環境保護部科技標準司.GB 16297—1996，大氣污染物綜合排放標準[S].北京：中國環境科學出版社，1996.

[5] 陳錦.硝酸生產中尾氣治理方法淺談[J].瀘天化科技，2002（2）：112-113.