探究270kt/a稀硝酸裝置氨耗高的原因與應對

文秋芬 石浩亮（.遼寧方大工程設計有限公司廣西分公司，廣西柳州54500；.柳州市鹿寨縣應急救援服務中心，廣西柳州545600）

0 引言

柳州化工股份有限公司硝酸7#系統(tǒng)為賽鼎工程有限公司設計，2014年6月7日正式投入生產(chǎn)。該270kt/a稀硝酸裝置采用雙加壓法生產(chǎn)每噸稀硝酸，其設計氨耗是0.283t/t。本裝置在生產(chǎn)過程中存在氨耗高的現(xiàn)象，而在生產(chǎn)的總體生產(chǎn)成本中，氨耗成本占據(jù)80%。因此，氨耗過高，會增加生產(chǎn)成本。對此，有必要對該裝置氨耗高的原因分析，采取有效措施加以改進，有效降低氨耗。

1 氨的消耗分析

在雙加壓生產(chǎn)稀硝酸的過程中，氨蒸發(fā)器對液氨進行蒸發(fā)為氣氨，再進入氨氧化爐中，在催化劑下，形成NO，NO 繼續(xù)氧化為NO2，吸收塔中的水吸收NO2，即形成稀硝酸。在生產(chǎn)過程中，反應物氨被消耗，而氨氧化率決定氨耗[1]。

2 270kt/a稀硝酸裝置氨耗高的原因

2.1 原料氣凈化度低

氨氧化法硝酸生產(chǎn)，采用鉑網(wǎng)為催化劑，若空氣、氨等原料氣夾帶各類雜質(zhì)，諸如鐵銹、碳、油脂、硫、灰塵等導致其凈化度較低，則降低鉑網(wǎng)活性，進而大幅度降低氨氧化率[2]。該裝置建設在柳州化工股份有限公司生產(chǎn)區(qū)內(nèi)，周圍存在有害雜質(zhì)及揚塵。鉑網(wǎng)經(jīng)過一段時間運行后，會集聚灰塵和固體顆粒物。

2.2 氨空比值低

在生產(chǎn)過程中，氨空混合氣所含的氨氣較少時，氧化率會出現(xiàn)急劇下降。而氨空混合氣中所含氨氣超過12.5%到13%時，即可能引發(fā)爆炸。對安全因素和工藝因素進行綜合考慮，在正常情況下，通常將氨空混合氣中所含的氨空比控制在9.5%到11%的范圍內(nèi)。此時，正常情況下，氧化爐爐溫保持860℃左右的溫度。該裝置受氣量波動影響，為確保生產(chǎn)穩(wěn)定，將氨空比控制在9.9%，夏季氧化爐溫度能保持在850±5℃范圍內(nèi)。但冬季受到氣溫影響，氧化爐溫度只有830-840℃左右。在這種情況下，氨空比儀表顯示值虛高于實際值，導致氧化爐溫低，對氧化率造成影響，進而增加氨耗[3]。

2.3 氧化爐設備泄露

氧化爐是稀硝酸裝置的關鍵設備，該設備是三位一體的設備。在設備中，氨被空氣氧化，形成NOX，保持860℃的溫度，廢熱鍋爐中的飽和蒸汽和鍋爐水將反應熱帶走，NOX降至400℃。氧化爐極易出現(xiàn)鍋爐管爆管、大法蘭泄露、鉑網(wǎng)塌邊、分布器變形等現(xiàn)象，會增加氨耗，導致氨氣走短路，并增大氧化爐鉑網(wǎng)下平面溫度，損壞鉑網(wǎng)，造成系統(tǒng)銨鹽含量增多，影響生產(chǎn)運行的安全性。操作人員要密切監(jiān)控系統(tǒng)銨鹽含量，當其濃度超過30mg/L時，要及時停車處理，防止銨鹽積聚導致爆炸。

2.4 工藝操作問題

該裝置的受上下游影響，生產(chǎn)負荷波動較大，最低僅有75%的負荷率，而且全年開停次數(shù)基本在7 次以上。在氧化爐進行點火前，配氨空比時需放空氨。氨空比值為8.5%時，才關閉放空閥，該過程需20～30 分鐘，氨放空量在1～2t。因此，開停頻繁，也導致氨耗增加。另外頻繁的開停，可能導致催化劑與氧化爐邊緣出現(xiàn)脫開，部分氨直接從催化劑層穿過，未參與反應，會造成工藝問題，及時停車處理，能實現(xiàn)對氨耗的降低，但氨未參加反應出現(xiàn)副反應，通常會被忽視，導致氨耗增加。另外，氨蒸發(fā)器中聚集較多油水時，不規(guī)范的排污，也會導致氨耗增加。

3 270kt/a稀硝酸裝置氨耗高的應對措施

3.1 增強空氣凈化效果

表1 氨空比分析對比數(shù)據(jù)

該裝置空氣過濾室為磚廠房結構，其進口百葉窗的材質(zhì)為碳鋼，極易出現(xiàn)腐蝕生銹現(xiàn)象。三級過濾器安裝于室內(nèi)，第一級采用自動卷簾式；第二級和第三級為固定框架式，能99.9%有效過濾直徑超過0.5μm 的顆粒，其三級過濾控制總阻力降低0.6KPa。在生產(chǎn)初期，對空氣過濾室壓差曾達到1.15Kpa，極大影響系統(tǒng)負荷和鉑網(wǎng)的活性。為增強空氣過濾的實際效果，現(xiàn)工藝操作對一級過濾器壓差進行嚴密監(jiān)控，當壓差為0.4KPa時，對一級濾布進行更換。與鉑網(wǎng)更換周期同步對二級、三級過濾器更換。上述措施，能實現(xiàn)對空氣過濾效果的增強，但無法根本解決問題。建議將空氣過濾室百葉窗材質(zhì)由碳鋼改為不銹鋼，降低鐵銹進入量；對馬路實施每天噴水，實現(xiàn)對揚塵的減輕；同時將一級卷簾式粗過濾濾布更換為濾筒式過濾器，并增設自動反掃吹功能，可大幅度提高一級過濾器的過濾效率，并大幅度降低二級、三級過濾器的更換頻率[4]。

3.2 對氧化爐溫度進行提高

外界因素對生產(chǎn)負荷有較多影響。經(jīng)驗顯示，氨空比每出現(xiàn)1%的增加，氧化反應平均溫即出現(xiàn)70℃的上升。在指標允許，可提高氨空比來實現(xiàn)爐溫提升。依據(jù)儀表計量值，對氨空比值進行計算，氨氣流量、空氣流量計算以及溫壓補償儀表指示相應的準確性等因素均會影響儀表計量值。對儀表進行調(diào)整，必須對氨空比進行重新試驗，存在較大難度。對此，可基于取樣分析比對，將氨空比儀表顯示值虛高于實際值的具體數(shù)值找出。將日常定期分析對比作為依據(jù)，無法確定虛高，每0.5小時即實施一次取樣分析，并作出分析比對，如表1所示。

表1 顯示，平均虛高值為0.209%，現(xiàn)將氨空比控制值夏季控制為10%，冬季提高控制值為10.5%。調(diào)整后，在冬季，氧化爐爐溫能保持為860℃，且不會出現(xiàn)聯(lián)鎖跳車。

3.3 加強設備和工藝管理

工作人員熟練配置氨空比，對配氨空比時間進行縮短，能減少氨量損失。要與開車操作相結合，對配置氨空比的可視化標準作業(yè)程序進行編制，據(jù)此加強員工培訓，實現(xiàn)對配氨空比時間的有效縮短，必要時由工藝技術人員進行配置氨空比，通氨點火的操作。要吸收先進經(jīng)驗，加強設備管理，避免泄露。當氧化爐反應溫度出現(xiàn)升高，但硝酸產(chǎn)量出現(xiàn)下降時，表明氧化爐內(nèi)的副反應增加，要對工藝參數(shù)進行及時調(diào)整。要對酸性水和冷凝水進行規(guī)范回收，降低氨耗。

4 結語

綜上所述，270kt/a稀硝酸裝置氨耗高的原因主要是原料氣凈化度低、氨空比值低、氧化爐設備泄露、工藝操作問題。對此，要通過增強空氣凈化效果、對氧化爐溫度進行提高、加強設備和工藝管理等措施加以應對解決，實現(xiàn)對氨耗的有效降低。