2×270 kt/a雙加壓法稀硝酸裝置建設(shè)及運(yùn)行情況總結(jié)

徐紅娟，魏有福，魏　峰(陜西興化化學(xué)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(shè)及運(yùn)行情況總結(jié)

徐紅娟，魏有福，魏峰
(陜西興化化學(xué)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(shù)特點(diǎn)、主要技術(shù)參數(shù)及原材料消耗，分析了試運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。裝置投運(yùn)以來的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)表明，2套裝置通過設(shè)計(jì)階段和施工階段的改進(jìn)，效果較好，不僅節(jié)能效果明顯，而且在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)了滿負(fù)荷運(yùn)行。

關(guān)鍵詞稀硝酸雙加壓法節(jié)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(xué)股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱陜西興化公司)為了進(jìn)一步擴(kuò)大市場(chǎng)、延伸產(chǎn)業(yè)鏈、提高公司的核心競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)淘汰落后產(chǎn)能，于2012年10月開工建設(shè)了第2套和第3套270 kt/a雙加壓法稀硝酸生產(chǎn)裝置(2009年10月建成投產(chǎn)第1套270 kt/a雙加壓法稀硝酸生產(chǎn)裝置)，并分別于2013年12月31日和2014月5月20日投入試生產(chǎn)運(yùn)行。這2套稀硝酸裝置壓縮機(jī)廠房設(shè)計(jì)為聯(lián)合廠房，四合一機(jī)組采用DCS控制系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)。根據(jù)第1套稀硝酸裝置的建設(shè)及生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，在這2套稀硝酸裝置的設(shè)計(jì)及施工過程中進(jìn)行了改進(jìn)和完善，節(jié)能效果明顯，短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)了滿負(fù)荷運(yùn)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(tǒng)的液氨在1#和2#氨蒸發(fā)器于0.52 MPa下蒸發(fā)成氣氨，然后在氨過熱器內(nèi)被加熱至100℃后經(jīng)氨過濾器進(jìn)入氨空混合器中與一次空氣混合;空氣經(jīng)三級(jí)過濾器后進(jìn)入空氣壓縮機(jī)，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(jìn)入氨空混合器，二次空氣經(jīng)二次空氣冷卻器冷卻至120℃后進(jìn)入漂白塔。

出氨空混合器的混合氣體(197℃，含氨體積分?jǐn)?shù)約為11％)進(jìn)入氨氧化爐，在溫度為860℃和鉑催化劑的作用下發(fā)生氧化反應(yīng)并生成NO，然后依次經(jīng)蒸汽過熱器、廢熱鍋爐、高溫氣氣換熱器、省煤器和低壓反應(yīng)水冷凝器冷卻至40℃后進(jìn)入氧化氮分離器，分離出的部分NO2氣體在此與冷凝水反應(yīng)生成質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(yīng)濃度的塔板上;氧化氮?dú)怏w與來自漂白塔的二次空氣混合后進(jìn)入氧化氮壓縮機(jī)，壓縮至壓力1.1 MPa和溫度218℃后再依次經(jīng)尾氣預(yù)熱器和高壓反應(yīng)水冷凝器進(jìn)一步冷卻至42℃后進(jìn)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(zhì)量分?jǐn)?shù)63.5％的硝酸進(jìn)入漂白塔，經(jīng)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(huán)水移出，而第9至第27層塔板的熱量由來自1#氨蒸發(fā)器的16.5℃閉路循環(huán)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(jìn)入尾氣分離器除去夾帶的霧沫，然后經(jīng)尾氣預(yù)熱器和高溫氣氣換熱器加熱至360℃后進(jìn)入氨轉(zhuǎn)化還原反應(yīng)器，再經(jīng)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?jǐn)?shù)≤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(chǎn)的蒸汽(3.9 MPa，440℃)供汽輪機(jī)使用，多余部分送入外管網(wǎng)。

圖1　270 kt/a稀硝酸裝置工藝流程

2　工藝技術(shù)特點(diǎn)

(1)單套裝置采用1臺(tái)Φ 5 344 mm× 7 764 mm拉蒙特氧化爐－廢熱鍋爐，廢熱鍋爐設(shè)有預(yù)蒸發(fā)段、蒸發(fā)段和過熱段，且所有盤管的進(jìn)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(shù)見表1。

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

氨氧化爐鉑網(wǎng)下部設(shè)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(wǎng)及絲網(wǎng)均支撐在N2O減排催化劑固定床層上。因目前碳交易市場(chǎng)遇冷，尚未裝填N2O減排催化劑，暫時(shí)裝填Φ 20 mm/Φ 14 mm×20 mm剛玉環(huán)5 m3，以利于氣體的均勻分布。

(2)四合一機(jī)組是雙加壓法稀硝酸裝置的關(guān)鍵設(shè)備，以汽輪機(jī)和尾氣透平為動(dòng)力帶動(dòng)離心式NOx壓縮機(jī)和軸流空氣壓縮機(jī)。本項(xiàng)目四合一機(jī)組采用聯(lián)合底座，即汽輪機(jī)、NOx壓縮機(jī)和齒輪箱共用1個(gè)底座，空氣壓縮機(jī)和尾氣透平共用1個(gè)底座，可節(jié)省安裝及調(diào)試時(shí)間，且大幅提高了機(jī)組的安裝精度和運(yùn)行性能;同時(shí)，在NOx壓縮機(jī)中分面上加工了回型槽和密封槽，可避免中分面變形導(dǎo)致NOx泄漏現(xiàn)象的發(fā)生，并提高了尾氣透平機(jī)殼的剛度。四合一機(jī)組自運(yùn)行以來，安全穩(wěn)定，各項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)接近進(jìn)口機(jī)組的運(yùn)行水平。

(3)第1套雙加壓法稀硝酸生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)生產(chǎn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60.0％的硝酸，為了滿足下游產(chǎn)品的需要，本次新建的2套稀硝酸生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)生產(chǎn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(shù)

圖2　Eco-cat網(wǎng)安裝順序

表2　生產(chǎn)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(chǎn)裝置均采用Φ 5 200 mm×60 840 mm吸收塔;塔板數(shù)增至33層，為單溢流雙S形流液方式，采用分塊連接結(jié)構(gòu)，板間距為1 000，1 300，1 630和2 300 mm不等。采用新的篩板技術(shù)雖然較原設(shè)計(jì)增加了塔板層數(shù)，但不增大塔阻力，最大限度利用氣體在篩板的鼓泡層內(nèi)進(jìn)行液相氧化和吸收，提高了吸收效率。塔板上裝有材質(zhì)為304L不銹鋼無縫管且經(jīng)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(dá)99.8％。

(4)增設(shè)了單獨(dú)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(jī)組潤滑油系統(tǒng)的現(xiàn)象。

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

(6)為了滿足《硝酸工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 26131—2010)中對(duì)NOx排放濃度的要求并實(shí)現(xiàn)NOx減排約束性指標(biāo)，在新建的2套稀硝酸裝置中配套建設(shè)選擇性催化還原法尾氣處理系統(tǒng)，內(nèi)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(yīng)分解為對(duì)環(huán)境無污染的氮?dú)夂退?在尾氣排氣筒上安裝了CEMS-2000型煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)，對(duì)尾氣流量和NOx含量進(jìn)行在線連續(xù)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)接入中控DCS控制系統(tǒng)，并與省環(huán)保廳監(jiān)控中心聯(lián)網(wǎng)，確保排放尾氣流量及NOx含量達(dá)到省環(huán)保廳的要求。

3　主要技術(shù)參數(shù)及原材料消耗

2套稀硝酸裝置主要技術(shù)參數(shù)、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(biāo)基本達(dá)到或優(yōu)于設(shè)計(jì)值，噸酸外送3.9 MPa蒸汽量比設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)值相當(dāng)，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(shè)計(jì)值約低31℃;尾氣透平出口氣體溫度最低為99.3℃，比設(shè)計(jì)值低約30℃，表明尾氣透平回收熱量較多;脫鹽水用量高于設(shè)計(jì)值，是因?yàn)楫a(chǎn)蒸汽量較設(shè)計(jì)值高所致;成品酸濃度較設(shè)計(jì)值低，是由于冷凍站暫未建設(shè)，吸收塔上層仍用16.5℃氨蒸發(fā)閉路循環(huán)水移出熱量所致。

4　試運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題及改進(jìn)情況

(1)試車期間，工藝水泵電流持續(xù)過載、脫鹽水量不足，需2臺(tái)泵同時(shí)運(yùn)行才可滿足生產(chǎn)需求。經(jīng)檢查，系工藝水泵生產(chǎn)企業(yè)未按設(shè)計(jì)最大流量制造所致，更換泵和電機(jī)后運(yùn)行正常。

(2)為降低氨轉(zhuǎn)化還原反應(yīng)器阻力，本次設(shè)計(jì)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(jìn)入氨轉(zhuǎn)化還原反應(yīng)器后，分別向上和向下通過催化劑層，從設(shè)備兩端出來匯合后進(jìn)入尾氣膨脹機(jī)。試生產(chǎn)期間，發(fā)現(xiàn)上層催化劑的壓板強(qiáng)度不夠，絲網(wǎng)出現(xiàn)脫邊，催化劑有被吹出和粉化的現(xiàn)象。為此，在氨轉(zhuǎn)化還原反應(yīng)器上部出口處增設(shè)DN600 mm筒節(jié)和Φ 596 mm擋板，筒節(jié)和擋板均開孔，同時(shí)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(shè)備運(yùn)行情況較好。

(3)試生產(chǎn)期間，四合一機(jī)組氧化氮壓縮機(jī)密封面處出現(xiàn)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(zhuǎn)，但未能從根本上解決問題，需對(duì)漂白塔降液管進(jìn)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(shè)計(jì)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(shè)備內(nèi)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(yùn)行至今，再未發(fā)生漂白塔帶液現(xiàn)象，但漂白效果并不很理想。

(4)南套裝置在試生產(chǎn)過程中曾出現(xiàn)過氧化氮分離器稀硝酸中銨鹽含量突然增大的現(xiàn)象，經(jīng)判斷為鉑網(wǎng)脫邊所致。停車后打開氨氧化爐，發(fā)現(xiàn)其壓條比第1套稀硝酸裝置的Babcock氧化爐壓條相對(duì)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(wǎng)脫邊。將壓條重新固定后，情況得以改善。后再次出現(xiàn)銨鹽含量升高的現(xiàn)象，打開氨氧化爐發(fā)現(xiàn)壓條固定情況完好，鉑網(wǎng)并未脫邊，于是對(duì)鉑網(wǎng)清掃后重新開車，運(yùn)行情況正常。

5　結(jié)語

由于借鑒了業(yè)內(nèi)同類裝置及陜西興化公司的第1套稀硝酸裝置多年生產(chǎn)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，并充分利用已有公用設(shè)施，才使得新建的2套稀硝酸裝置的連續(xù)運(yùn)行周期、負(fù)荷、消耗達(dá)到或優(yōu)于設(shè)計(jì)指標(biāo)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了節(jié)能效果明顯的目標(biāo)。

(收到修改稿日期2015-08-14)

作者簡(jiǎn)介:徐紅娟(1984—)，女，工程師，主要從事化工生產(chǎn)技術(shù)、項(xiàng)目管理等工作; xhjcq2006@163.com。

中圖分類號(hào):TQ111.26

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

文章編號(hào):1006-7779(2016) 01-0034-05