節能減排技術在雙加壓法稀硝酸裝置中的應用

李慶青

(河北冀衡賽瑞化工有限公司　河北衡水　053000)

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節能減排技術在雙加壓法稀硝酸裝置中的應用

李慶青

(河北冀衡賽瑞化工有限公司河北衡水053000)

概述了雙加壓法稀硝酸裝置適宜采用的節能減排技術和稀硝酸裝置開車過程的優化。對稀硝酸裝置吸收工藝進行優化調整后，有效提高了吸收效率；優化稀硝酸裝置開車過程后，不僅縮短了開車時間，而且不會造成氨和蒸汽的浪費。

稀硝酸雙加壓法節能減排

河北冀衡賽瑞化工有限公司(以下簡稱冀衡賽瑞公司)成立于2009年4月，由河北冀衡集團有限公司和四川金象化工產業集團股份有限公司共同出資設立，采用雙加壓法稀硝酸、加壓中和硝酸銨、硝鎂法硝酸濃縮、高塔熔體造粒等技術，建成了300 kt/a稀硝酸、100 kt/a濃硝酸、400 kt/a硝酸銨及500 kt/a硝硫基復合肥等裝置。上述裝置自2010年10月建成投產以來，運行狀況和經濟指標良好，噸酸平均氨耗281.2 kg、副產蒸汽外送0.38 t，尤其是裝置在節能減排方面取得了較好的效果。

1　雙加壓法稀硝酸裝置工藝流程

來自儲罐的液氨經過濾器進入液氨蒸發器與吸收塔冷凍循環水、冷卻循環水分別換熱后變為氣氨，然后經氣氨過熱器和過濾器，與經四級過濾、空氣壓縮機加壓后的空氣一同進入氨空混合器進行混合，混合氣再進入氨氧化爐反應；出氨氧化爐的反應產物NOx依次經廢熱鍋爐、蒸汽過熱器、尾氣過熱器、尾氣換熱器、經濟器、低壓快冷器和NOx分離器后進入NOx壓縮機，壓縮后的NOx依次經尾氣加熱器、尾氣預熱器和高壓快冷器后進入吸收塔；吸收塔采出的硝酸進入漂白塔，經二次空氣脫色后流入稀硝酸成品罐；從吸收塔塔頂排出的尾氣依次經尾氣分離器、尾氣預熱器、尾氣加熱器、尾氣換熱器、尾氣過熱器后進入尾氣氨催化還原反應器，脫除大部分殘存的NOx后進入尾氣膨脹機，釋放能量做功后再進入脫鹽水預熱器換熱，降溫后的達標尾氣經煙囪放空。

2　稀硝酸裝置適宜采用的節能減排技術

2.1采用電拖動的四合一機組

目前，國內、外稀硝酸生產以采用先進的雙加壓法工藝為主，該生產裝置的四合一機組均采用蒸汽輪機驅動，即汽輪機-NOx壓縮風機-空氣壓縮風機-尾氣透平機的組合。但在建設和生產運行中，蒸汽輪機驅動的四合一機組存在以下問題：①需要配套外供開車用蒸汽系統或配套建設開車鍋爐；②為保證裝置平穩運行，裝置可調整的運行負荷范圍小，運行控制的參數較復雜；③裝置開車啟動過程較復雜、時間較長，需要消耗大量的高品質蒸汽；④裝置副產的大量高品質過熱蒸汽大部分用于驅動汽輪機，降低了這些蒸汽的熱能價值。

若將四合一機組改為變頻電動機驅動，即NOx壓縮風機-空氣壓縮風機-尾氣透平機-電動機或電動機-NOx壓縮風機-空氣壓縮風機-尾氣透平機等形式，以150 kt/a稀硝酸裝置為例，滿負荷運行時可副產壓力為3.82 MPa、溫度為420 ℃的過熱蒸汽約25 t/h。此部分蒸汽可直接送入同等級的蒸汽管網，也可驅動背壓式汽輪機替代1 000 kW電機驅動的運轉設備，經背壓式汽輪機后壓力為1.30 MPa、溫度為280 ℃的蒸汽可繼續供其他生產裝置使用。按電價0.7元/(kW·h)、蒸汽180元/t計，則年可增加經濟效益700萬元以上，減排SO2和NOx分別為680 t和220 t，減排煙塵至少210 t。

2.2采用高效氨和空氣凈化裝置及鉑催化網

在稀硝酸生產中，原料氨的成本占生產總成本的80%以上(若外購液氨，所占比例會更高)，如何提高氨的氧化效率成為生產管理的重中之重。提高氨利用率、降低氨耗的措施：①采用高效液氨、氣氨以及空氣凈化裝置，有效去除原料、設備及管道帶入氧化爐的灰塵、油水、銹渣等對鉑網有害的污染物，保持鉑網有較好的催化活性和較高的氨氧化效率；②氧化爐催化劑筐采用能長期耐高溫的材料制造，避免長期使用后催化劑筐受熱變形；③在鉑網裝填、催化劑筐固定等作業過程中加強管理，防止鉑網壓邊的脫出；④采用能長周期保持高氨氧化效率的鉑網催化劑；⑤裝置投入運行后，加強日常生產工藝和設備管理，嚴格控制各項工藝指標，一旦鉑網受到污染而出現催化效率快速下降時，應及時停車對鉑網進行清洗，以恢復其催化效果。

2.3采用尾氣中NOx氨催化還原和氧化爐內選擇性N2O減排技術

目前，國內雙加壓法稀硝酸裝置若未對尾氣中的NOx和N2O采取減排措施而直接排放時，尾氣中NOx和N2O質量濃度分別在150～700 mg/m3(標態)和1 000～3 000 mg/m3(標態)。采用尾氣中NOx氨催化還原減排技術措施后，尾氣中NOx質量濃度可降至10～60 mg/m3(標態)，尾氣溫度可上升2～4 ℃，尾氣透平一級靜葉可以全部打開，1套150 kt/a稀硝酸裝置年可減排NOx140 t、多送出蒸汽8 000 t。采用氧化爐內選擇性N2O催化減排技術后，年可減排N2O 710 t，折合減排CO2220 kt。

2.4液氨蒸發冷量的回收利用

液氨作為稀硝酸生產的原料，在裝置中被汽化并加熱為過熱氣氨。本裝置設有3臺液氨蒸發器，即液氨蒸發器A、液氨蒸發器B和循環水氨冷器。液氨蒸發器A為主蒸發器，在氨蒸發時，將脫鹽水冷卻降溫后由冷凍水循環泵送入吸收塔的上層塔盤以降低吸收溫度，脫鹽冷凍水溫度升高后返回液氨蒸發器A用于蒸發液氨，同時自身被冷卻降溫后再次進入冷凍水循環泵進行下一次循環。來自循環水站的循環水先進入液氨蒸發器B蒸發液氨，循環水被冷卻降溫后進入循環水氨冷器再次蒸發液氨，循環水再次被冷卻降溫后進入吸收塔的下層塔盤，對吸收塔生成的稀硝酸進行冷卻降溫，出吸收塔的循環水再進入高壓快冷器進一步對進入吸收塔的NOx氣體冷卻降溫，最后返回循環水站。在利用吸收熱進行氨蒸發的同時，也充分利用了氨蒸發的冷量來對吸收過程進行冷卻降溫。

2.5氨氧化反應余熱的回收利用

在氨氧化爐中設有蒸汽過熱器、立式廢熱鍋爐及水冷壁管組，產生壓力為3.82 MPa、溫度為420 ℃的高品位過熱蒸汽；通過產生蒸汽換熱后的NOx氣再與低溫尾氣換熱，將尾氣溫度提高至370～380 ℃，供尾氣透平做功回收能量；260 ℃左右的NOx氣體與鍋爐給水換熱降溫至140 ℃，完成氨氧化和NO氧化反應余熱的回收利用；NOx氣體最后經低壓水冷卻器降溫后進入NOx氣體壓縮機增壓。

2.6空氣、NOx氣體壓縮熱及尾氣余熱的回收利用

常溫的原料空氣通過軸流壓縮機增壓至壓力0.37 MPa、溫度210～230 ℃后，分別進入氨氧化爐和成品酸漂白塔。進入氨氧化爐的熱空氣通過二次預熱進入鍋爐除氧器的脫鹽水至90 ℃以上，而空氣降溫至185 ℃左右，不僅減少了除氧器消耗的蒸汽，還可有效提高進氨氧化爐的氨濃度，在保證氨氧化爐鉑網反應溫度不變的情況下，使氨空比提高至0.4以上，可以提高裝置生產能力4%以上。進入成品酸漂白塔的二次空氣用來加熱過濾后的氣氨，使氨空混合器前的氣氨溫度提高至80 ℃以上，降低了使氣氨過熱的蒸汽消耗量。

NOx氣體經氧化氮壓縮機壓縮后，壓力由0.34 MPa升高至0.95 MPa，溫度升高至165 ℃。由于溫度越低越有利于二氧化氮氣體的吸收，同時為減緩對吸收塔的腐蝕，進吸收塔的氣體溫度必須降至60 ℃以下。為降低NOx氣體溫度并回收其熱量，經與出吸收塔的尾氣兩級換熱后，NOx氣體再進入高壓快冷器冷卻降溫，最后進入吸收塔進行二氧化氮氣體的吸收。同時，二次空氣也被冷卻至100 ℃以下再進入漂白塔。

出尾氣NOx氨催化還原反應器370～380 ℃的尾氣進入尾氣透平機做功后，尾氣溫度降至145 ℃左右。為進一步回收尾氣中的熱量，尾氣進入脫鹽水預熱器與進鍋爐除氧器的脫鹽水進行一級換熱，脫鹽水被加熱升溫至50 ℃，尾氣被冷卻至100 ℃以下后通過煙囪直接放空。

2.7提高吸收效率，降低尾氣中NOx含量

在全部回收利用濃硝酸裝置產生的酸性廢水的情況下，冀衡賽瑞公司在建設二期稀硝酸裝置時，根據一期裝置實際運行的工藝技術參數，對二期裝置進行設計優化。通過與設計院和設備制造企業的相關工程技術人員的反復交流、溝通，修改并調整了四合一機組、吸收塔等設備的設計參數，以提高硝酸吸收效率。二期裝置自2012年7月開車以來，與一期裝置在相同負荷下的3個月平均運行參數對比見表1。

表1　一、二期裝置在相同負荷下3個月平均運行參數對比

注：1) 尾氣中NOx含量為吸收塔出口管道檢測值。

由表1數據可看出，通過對稀硝酸裝置吸收工藝的優化調整，有效提高了吸收效率。

3　稀硝酸裝置開車過程的優化

稀硝酸裝置開車時，大多數企業采用的方法是先將空氣壓縮機負荷調整至開車負荷(設計負荷的80%左右)，再對吸收塔進行充液；吸收塔充液合格后，開啟氨蒸發系統，先將氣氨放空或回收制成氨水，待氨空比合格后再點火開車。此種開車方式不僅耗時長、浪費大量的蒸汽和氨，而且對環境會造成污染。

冀衡賽瑞公司采用了低負荷直接通氨點火節能技術，即在四合一機組達到開車轉速后，緩慢開啟空氣壓縮機進口靜葉，逐漸將空氣壓縮機的負荷調整至開車負荷(設計負荷的50%以下)，然后對吸收塔進行充液；吸收塔充液合格后，開啟氨蒸發系統，直接向氨氧化爐通氨點火開車；氨氧化爐通氨點火后，通過控制負荷將氨氧化爐溫度迅速調整至800 ℃以上，之后再將裝置負荷調整至正常操作水平。采用此技術開車，不僅開車時間短，而且不會浪費氨和蒸汽。

4　結語

鑒于硝酸以及下游硝酸銨、硝基復合肥產品的產能嚴重過剩，行業經濟效益整體不好，再加上當前我國大氣污染狀況異常嚴重，利用各種技術手段進行生產裝置的節能減排是企業應盡的社會責任和義務，也是提高企業市場競爭力的有效手段之一。對于化工生產，加強工藝和設備的管理，提高運行效率，嚴格控制生產現場設備和管道的跑、冒、滴、漏等，也是提高節能減排水平的有效手段。

Use of Energy Saving and Discharge Reducing Technology in Dual-Pressure Dilute Nitric Acid Plant

LI Qingqing

(Hebei Jiheng-Sincerity Chemical Co., Ltd.Hebei Hengshui053000)

The energy saving and discharge reducing technology suitable for dual-pressure dilute nitric acid unit to use and optimization of start-up process of dilute nitric acid unit are summarized. After optimal adjustment of absorption process of dilute nitric acid unit, the absorption efficiency is improved effectively; after optimization of start-up process of dilute nitric acid unit, not only the start-up time is shortened, but also it does not waste ammonia and steam.

dilute nitric aciddual-pressure processenergy saving and discharge reducing

李慶青，正高級工程師、河北科技大學碩士研究生導師，長期從事化工項目建設管理、生產技術管理、技術研發工作；jhltli6826@163.com。

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