酸性水作為吸收劑在硝酸生產中的應用

摘 要：硝鎂法生產濃硝酸過程中會產生2%左右的酸性水，原有工藝該酸性水通過30%左右液堿中和后外排。技改后，大部分酸性水用來替代脫鹽水作為雙加壓法生產稀硝酸工藝中硝酸吸收塔吸收劑，多余的酸性水間歇性進入中和池中和，既降低了生產成本，又減少了外排廢水。

關鍵詞：酸性水 硝酸吸收塔 節能降耗

一、引言

公司10萬噸/年硝酸工程，稀硝酸工藝中硝酸吸收塔吸收劑為脫鹽水。滿負荷時每小時脫鹽水用量為5t/h，生成的60%稀硝酸送入濃硝工段，濃硝工段每小時稀硝酸用量15m3/h，生成98%的濃硝酸、15%左右的塔尾水以及2%左右的酸性水。塔尾水送至硝酸吸收塔第18層塔板內吸收二氧化氮，而酸性水直接送至中和池，通過30%液堿中和后外排。

二、原工藝缺點

1.含有2%左右硝酸酸性水直接排入中和池，浪費了其中的硝酸。

2.該酸性水需要大量30%液堿中和。

3.酸性水與液堿直接混合中和，PH值不好控制，外排水酸堿度經常不達標。

三、改造方案

目的：用2%酸性水替代脫鹽水作為硝酸吸收塔吸收劑。

1.增加酸性水泵（利舊）P10215A/B兩臺，功率為5.5KW。

2.新配濃硝至稀硝酸性水管線（DN50）120米，終點至稀硝工段脫鹽水泵P10103A/B入口。

3.由于泵內介質變化，將原有脫鹽水泵內碳鋼件更換為不銹鋼件。

4.由于泵出口管線內介質變化，由P10103出口管線變更為脫鹽水總管管線向閉路循環水系統補水以及向低壓反應水冷凝器、NOx分離器噴水。同時由于補水管線內介質壓力變低，將補水口改在閉路循環水泵入口。

5.新配吸收塔塔板排氯管線至稀硝酸槽A，將含氯較多的塔板酸單獨排出后外賣。

四、改造后工藝流程

濃硝生產過程中生成的2%硝酸含量的酸性水流入稀硝酸儲槽D，然后通過P10215泵打至稀硝工段的P10103泵入口，再通過P10103泵將酸性水打入硝酸吸收塔，滿負荷下，酸性水流量通過調節閥控制在5.2t/h。吸收塔內由下至上的NOx與吸收塔內由上至下的酸性水逆流接觸，同時通過吸收塔上的塔板排氯管線將氯最容易積聚的6-11層塔板酸不間斷的排入稀硝酸儲槽A，排氯流量在0.2m3/h左右。進而在吸收塔底部產生氯含量（約15ppm）很低的稀硝酸，經過漂白后送入濃硝工段，濃硝工段使用含氯很低的稀硝酸后產生含氯符合要求的酸性水，繼續進入稀硝酸儲槽D。由于酸性水不能全部利用，稀硝酸D槽液位處于上漲狀態，濃硝工段會定期將多余酸性水排入中和池。

五、改造后問題及處理措施

1.酸性水與脫鹽水相比吸收效果肯定要差一些。

2.單獨排出的氯離子含量較高的塔板酸如何處理。首先第一個問題，吸收效果的問題。我們通過提高吸收壓力，降低吸收溫度，盡量提高塔的吸收效果。在使用酸性水作為吸收劑時，在負荷允許的情況下，我們會盡量增大負荷，從而提高吸收塔的壓力，同時增大吸收塔冷卻盤管的循環水量，降低吸收溫度。我們對比了改造前后尾氣還原的氣氨用量，氣氨調節閥開度沒有增加，尾氣還原煮氨器液位下降速度也沒有增加，高空排放的尾氣也符合要求，說明改造后吸收效果滿足要求。第二個問題，塔板酸的問題。酸性水中的氯離子在稀、濃硝工藝之間是一個循環過程，酸性水中氯離子根源是脫鹽水中的微量氯離子進入吸收塔造成的。用酸性水代替脫鹽水后，沒有了外部氯離子的來源，并且我們會不定期的排出一些酸性水，理論上氯離子總體量會降低。但是由于我們的低反換熱器漏，循環水進入吸收塔，最終進入了酸性水，導致酸性水中氯離子增加。所以我們只能把氯離子含量較高的塔板酸單獨排入稀硝酸A槽，然后混入60%的稀硝酸后外賣，即使賣不出去，也可以供濃硝工段使用，只是在使用A槽中的稀硝酸時，因為它的氯離子含量高，產生的酸性水不能夠收集到酸性水槽，而是直接排入中和池進行中和。

六、節能分析

新增成本：一次性投入主要是兩臺酸性水泵、120米酸性水管線及脫鹽水泵碳鋼件的更換，新增耗能酸性水泵5.5KW/h。根據流量累計，長時間穩定生產情況下，濃硝滿負荷（稀硝酸用量15m3/h ）下，98%的硝酸產量為12t/h，同時產生了硝酸含量約為15%的塔尾水以及硝酸含量約為2%的酸性水，轉化關系如下：

60%HNO3（原料）---------98% HNO3（成品酸）+15% HNO3（塔尾水）+2%（酸性水）

15m3/h（20.5t/h） 12t/h xt/h yt/h

通過轉換前后硝酸、水的質量守恒，計算出塔尾水生成量為1t/h，酸性水生成量為7.5t/h。濃硝產生的1t/h的塔尾水全部打入硝酸吸收塔第18層，并保持塔尾水槽的液位穩定。改造后酸性水以5.2t/h的流量加入硝酸吸收塔作為吸收劑，剩余的2.3t/h酸性水最終進入中和池中和后外排。節約能耗如下：

（1）酸性水與液堿中和反應，對應關系如下：

1 HNO3（2%HNO3）---------1 NaOH （30% NaOH）

63 40

5.2t/h*2% xt/h*30%

計算得出30%液堿節約量為0.22t/h，即5.2t/d。

（2）技改后5.2t/h酸性水中的硝酸最終轉換為60%的稀硝成品酸，對應關系如下：

2%HNO3（酸性水）---------60% HNO3（稀硝酸）

5.2t/h yt/h

通過酸性水中硝酸質量守恒，得出60%硝酸回收量為0.17t/h，即4.1t/d。

（3）硝酸吸收塔塔頂加水全部用酸性水替代，脫鹽水節水量5t/h，即120t/d。

（4）新增耗能泵P10215，功率為5.5KW，新增耗能132KW.h/d。

總計投用酸性水作為吸收塔吸收劑時，每天節約30%液堿5.2t，節約脫鹽水120t，回收60%稀硝酸4.1t，新增電能132度。按脫鹽水每噸6元，30%液堿每噸600元，58%稀硝酸每噸550元計算，一天經濟效益就能夠達到6000元。

七、使用酸性水作為吸收劑時注意事項

1.必須控制酸性水濃度在2%左右，若濃度過高，必然會降低吸收塔吸收效果，導致過量的NOx排入尾氣還原系統，即浪費了NOx，又增大了尾氣還原成本。

2.P10103泵備泵出入口閥門必須關閉，并保證不能內漏。內漏會使泵出口的酸性水進入備用泵入口的脫鹽水管線內，污染脫鹽水。

八、結語

該技改項目自2015年4月11日投用以來，使用酸性水作為吸收劑時稀硝工藝吸收系統運行穩定，同時外排大氣的尾氣中各成分正常。吸收塔6-11層塔板酸氯含量在150ppm左右，符合吸收塔氯含量要求，各項工藝指標均在正常范圍內。

參考文獻：

[1]陳五平主編.硫酸與硝酸.化學工業出版社 1995年.

[2]唐文蹇，張友森.我國硝酸工業生產現狀分析及發展建議，化肥工業，2013（1）：31-35，42.

[3]化工部化工設計公司主編.氮肥工藝設計手冊 硝酸、硝酸銨，化學工業出版社1983年.