2×270 kt/a雙加壓法稀硝酸裝置建設及運行情況總結

徐紅娟，魏有福，魏　峰(陜西興化化學股份有限公司　陜西興平　713100)

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2×270 kt/a雙加壓法稀硝酸裝置建設及運行情況總結

徐紅娟，魏有福，魏峰
(陜西興化化學股份有限公司陜西興平713100)

摘要概述了2×270 kt/a稀硝酸裝置的工藝流程、技術特點、主要技術參數及原材料消耗，分析了試運行過程中出現的問題，并提出了相應的改進措施。裝置投運以來的各項技術指標表明，2套裝置通過設計階段和施工階段的改進，效果較好，不僅節能效果明顯，而且在短期內實現了滿負荷運行。

關鍵詞稀硝酸雙加壓法節能

Sum-Up of Construction and Operation of Two Sets of 270 kt/a Dual-Pressure Dilute Nitric Acid Plants

Xu Hongjuan，Wei Youfu，Wei Feng
(Shaanxi Xinghua Chemistry Co.，Ltd.Shaanxi Xingping 713100))

Abstract An overview is given of the process flow，technological features，main technical parameters and consumption of raw materials of two sets of 270 kt/a dilute nitric acid plants，problems arisen in trial operation are analyzed，and relevant countermeasures are proposed.Since putting into operation of the plants each technical indicator shows that after the improvement in design and construction stages，better effects are obtained，not only the energy saving effect is significant，but also the operation at full load is realized in a short period.

Keywords dilute nitric acid dual-pressure process energy saving

陜西興化化學股份有限公司(以下簡稱陜西興化公司)為了進一步擴大市場、延伸產業鏈、提高公司的核心競爭力，同時淘汰落后產能，于2012年10月開工建設了第2套和第3套270 kt/a雙加壓法稀硝酸生產裝置(2009年10月建成投產第1套270 kt/a雙加壓法稀硝酸生產裝置)，并分別于2013年12月31日和2014月5月20日投入試生產運行。這2套稀硝酸裝置壓縮機廠房設計為聯合廠房，四合一機組采用DCS控制系統和PLC控制系統。根據第1套稀硝酸裝置的建設及生產經驗，在這2套稀硝酸裝置的設計及施工過程中進行了改進和完善，節能效果明顯，短期內實現了滿負荷運行。

1　工藝流程

270kt/a稀硝酸裝置工藝流程如圖1所示。

來自合成氨系統的液氨在1#和2#氨蒸發器于0.52 MPa下蒸發成氣氨，然后在氨過熱器內被加熱至100℃后經氨過濾器進入氨空混合器中與一次空氣混合;空氣經三級過濾器后進入空氣壓縮機，壓縮至壓力為0.35 MPa、溫度為240℃后分為一次空氣和二次空氣，一次空氣進入氨空混合器，二次空氣經二次空氣冷卻器冷卻至120℃后進入漂白塔。

出氨空混合器的混合氣體(197℃，含氨體積分數約為11％)進入氨氧化爐，在溫度為860℃和鉑催化劑的作用下發生氧化反應并生成NO，然后依次經蒸汽過熱器、廢熱鍋爐、高溫氣氣換熱器、省煤器和低壓反應水冷凝器冷卻至40℃后進入氧化氮分離器，分離出的部分NO2氣體在此與冷凝水反應生成質量分數約為34.0％的稀硝酸，生成的稀硝酸由稀酸泵送至吸收塔相應濃度的塔板上;氧化氮氣體與來自漂白塔的二次空氣混合后進入氧化氮壓縮機，壓縮至壓力1.1 MPa和溫度218℃后再依次經尾氣預熱器和高壓反應水冷凝器進一步冷卻至42℃后進入吸收塔底部，與30℃工藝水逆流接觸生成硝酸;從吸收塔塔底取出的質量分數63.5％的硝酸進入漂白塔，經二次空氣漂白后送入成品酸罐;吸收塔第1至第8層塔板的熱量由32.0℃循環水移出，而第9至第27層塔板的熱量由來自1#氨蒸發器的16.5℃閉路循環冷卻水移出，第28至第33層塔板的熱量由來自冷凍站的7.0℃冷凍水移出。

從吸收塔頂部出來的尾氣進入尾氣分離器除去夾帶的霧沫，然后經尾氣預熱器和高溫氣氣換熱器加熱至360℃后進入氨轉化還原反應器，再經尾氣透平回收約60％的能量，出尾氣透平的尾氣(100℃，含NOx體積分數≤200×10－6)通過尾氣排氣筒排入大氣。氨氧化爐和廢熱鍋爐所副產的蒸汽(3.9 MPa，440℃)供汽輪機使用，多余部分送入外管網。

圖1　270 kt/a稀硝酸裝置工藝流程

2　工藝技術特點

(1)單套裝置采用1臺Φ 5 344 mm× 7 764 mm拉蒙特氧化爐－廢熱鍋爐，廢熱鍋爐設有預蒸發段、蒸發段和過熱段，且所有盤管的進口處都安裝拉蒙特管嘴，通過管嘴孔向單根盤管提供鍋爐水，以保證水均勻分布至各盤管，確保工藝氣出口溫度在380～415℃。氨氧化爐主要工藝參數見表1。

根據第1套雙加壓法稀硝酸裝置的經驗，第2和第3套稀硝酸裝置采用了Eco-cat鉑銠鈀三元合金網作為氨氧化催化劑，網外徑5 100 mm，網絲直徑0.007 6 mm，鉑網孔數1 024個/cm2。氨氧化爐共裝10層Eco-cat網，其中第1至第6層(氣體進口方向)為鉑銠鈀三元催化網，第7至第10層為純鈀回收網，Eco-cat網安裝順序見圖2。

氨氧化爐鉑網下部設置有裝填溫室氣體N2O減排催化劑的催化劑框，其所有支撐網及絲網均支撐在N2O減排催化劑固定床層上。因目前碳交易市場遇冷，尚未裝填N2O減排催化劑，暫時裝填Φ 20 mm/Φ 14 mm×20 mm剛玉環5 m3，以利于氣體的均勻分布。

(2)四合一機組是雙加壓法稀硝酸裝置的關鍵設備，以汽輪機和尾氣透平為動力帶動離心式NOx壓縮機和軸流空氣壓縮機。本項目四合一機組采用聯合底座，即汽輪機、NOx壓縮機和齒輪箱共用1個底座，空氣壓縮機和尾氣透平共用1個底座，可節省安裝及調試時間，且大幅提高了機組的安裝精度和運行性能;同時，在NOx壓縮機中分面上加工了回型槽和密封槽，可避免中分面變形導致NOx泄漏現象的發生，并提高了尾氣透平機殼的剛度。四合一機組自運行以來，安全穩定，各項關鍵指標接近進口機組的運行水平。

(3)第1套雙加壓法稀硝酸生產裝置設計生產質量分數為60.0％的硝酸，為了滿足下游產品的需要，本次新建的2套稀硝酸生產裝置設計生產質量分數為63.5％的硝酸，因此吸收塔尺寸有一定的變化(表2)。

表1　氨氧化爐主要工藝參數

圖2　Eco-cat網安裝順序

表2　生產不同含量稀硝酸的吸收塔尺寸

本次新建的2套稀硝酸生產裝置均采用Φ 5 200 mm×60 840 mm吸收塔;塔板數增至33層，為單溢流雙S形流液方式，采用分塊連接結構，板間距為1 000，1 300，1 630和2 300 mm不等。采用新的篩板技術雖然較原設計增加了塔板層數，但不增大塔阻力，最大限度利用氣體在篩板的鼓泡層內進行液相氧化和吸收，提高了吸收效率。塔板上裝有材質為304L不銹鋼無縫管且經特殊工藝彎制而成的冷卻盤管，保證了吸收塔板上的物料溫度均勻，使吸收效率可達99.8％。

(4)增設了單獨的密封空氣冷卻器，改變了第1套稀硝酸裝置密封空氣取自二次空氣冷卻器的流程，避免了因裝置緊急停車而將酸液帶入機組潤滑油系統的現象。

(5)因陜西興化公司有集中的氨油處理和回收系統，本次設計時取消了2套裝置的排油罐，將氨系統排出的油污通過管線集中送至氨合成系統的氨油蒸煮器統一處理后進行回收。

(6)為了滿足《硝酸工業污染物排放標準》(GB 26131—2010)中對NOx排放濃度的要求并實現NOx減排約束性指標，在新建的2套稀硝酸裝置中配套建設選擇性催化還原法尾氣處理系統，內裝還原NOx的催化劑，在溫度360～380℃、壓力0.84 MPa(表壓)下將NOx反應分解為對環境無污染的氮氣和水;在尾氣排氣筒上安裝了CEMS-2000型煙氣排放連續監測分析系統，對尾氣流量和NOx含量進行在線連續監測，監測數據接入中控DCS控制系統，并與省環保廳監控中心聯網，確保排放尾氣流量及NOx含量達到省環保廳的要求。

3　主要技術參數及原材料消耗

2套稀硝酸裝置主要技術參數、原材料及公用工程單耗分別見表3和表4。

表4　2套稀硝酸裝置原材料及公用工程單耗(折純)

從表3和表4可看出: 2套稀硝酸裝置的工藝指標基本達到或優于設計值，噸酸外送3.9 MPa蒸汽量比設計值高15％以上，比第1套稀硝酸裝置多4～6 t/h;噸酸(折純)消耗液氨與設計值相當，比第1套稀硝酸裝置低3～4 kg;氨氧化爐－廢熱鍋爐出口工藝氣體溫度約為369℃，比設計值約低31℃;尾氣透平出口氣體溫度最低為99.3℃，比設計值低約30℃，表明尾氣透平回收熱量較多;脫鹽水用量高于設計值，是因為產蒸汽量較設計值高所致;成品酸濃度較設計值低，是由于冷凍站暫未建設，吸收塔上層仍用16.5℃氨蒸發閉路循環水移出熱量所致。

4　試運行過程中出現的問題及改進情況

(1)試車期間，工藝水泵電流持續過載、脫鹽水量不足，需2臺泵同時運行才可滿足生產需求。經檢查，系工藝水泵生產企業未按設計最大流量制造所致，更換泵和電機后運行正常。

(2)為降低氨轉化還原反應器阻力，本次設計將催化劑層由1段改為2段，即來自吸收塔的尾氣從中部進入氨轉化還原反應器后，分別向上和向下通過催化劑層，從設備兩端出來匯合后進入尾氣膨脹機。試生產期間，發現上層催化劑的壓板強度不夠，絲網出現脫邊，催化劑有被吹出和粉化的現象。為此，在氨轉化還原反應器上部出口處增設DN600 mm筒節和Φ 596 mm擋板，筒節和擋板均開孔，同時減少上層催化劑的裝填量，另外在催化劑上部裝填Φ 25 mm和Φ 10 mm瓷球各0.8 m3。改造后，設備運行情況較好。

(3)試生產期間，四合一機組氧化氮壓縮機密封面處出現酸液，系漂白塔出口氣體夾帶酸液所致。為此，減少二次空氣量，情況有所好轉，但未能從根本上解決問題，需對漂白塔降液管進行改造。漂白塔共有4層塔板，每層塔板有3根Φ 76.1 mm×3.2 mm降液管，設計院建議將3根降液管改為Φ 89.9 mm×3.2 mm，但改造工作量大且設備內空間有限，只能將每層塔板中間的1根降液管由Φ 76.1 mm改造為Φ 119.0 mm。改造后運行至今，再未發生漂白塔帶液現象，但漂白效果并不很理想。

(4)南套裝置在試生產過程中曾出現過氧化氮分離器稀硝酸中銨鹽含量突然增大的現象，經判斷為鉑網脫邊所致。停車后打開氨氧化爐，發現其壓條比第1套稀硝酸裝置的Babcock氧化爐壓條相對較窄且輕，更為重要的是壓條與壓條之間固定不牢靠，從而引起鉑網脫邊。將壓條重新固定后，情況得以改善。后再次出現銨鹽含量升高的現象，打開氨氧化爐發現壓條固定情況完好，鉑網并未脫邊，于是對鉑網清掃后重新開車，運行情況正常。

5　結語

由于借鑒了業內同類裝置及陜西興化公司的第1套稀硝酸裝置多年生產和運行經驗，并充分利用已有公用設施，才使得新建的2套稀硝酸裝置的連續運行周期、負荷、消耗達到或優于設計指標，同時實現了節能效果明顯的目標。

(收到修改稿日期2015-08-14)

作者簡介:徐紅娟(1984—)，女，工程師，主要從事化工生產技術、項目管理等工作; xhjcq2006@163.com。

中圖分類號:TQ111.26

文獻標識碼:B

文章編號:1006-7779(2016) 01-0034-05