节能减排技术在双加压法稀硝酸装置中的应用

李庆青

(河北冀衡赛瑞化工有限公司　河北衡水　053000)



节能减排技术在双加压法稀硝酸装置中的应用

李庆青

(河北冀衡赛瑞化工有限公司河北衡水053000)

概述了双加压法稀硝酸装置适宜采用的节能减排技术和稀硝酸装置开车过程的优化。对稀硝酸装置吸收工艺进行优化调整后，有效提高了吸收效率；优化稀硝酸装置开车过程后，不仅缩短了开车时间，而且不会造成氨和蒸汽的浪费。

稀硝酸双加压法节能减排

河北冀衡赛瑞化工有限公司(以下简称冀衡赛瑞公司)成立于2009年4月，由河北冀衡集团有限公司和四川金象化工产业集团股份有限公司共同出资设立，采用双加压法稀硝酸、加压中和硝酸铵、硝镁法硝酸浓缩、高塔熔体造粒等技术，建成了300 kt/a稀硝酸、100 kt/a浓硝酸、400 kt/a硝酸铵及500 kt/a硝硫基复合肥等装置。上述装置自2010年10月建成投产以来，运行状况和经济指标良好，吨酸平均氨耗281.2 kg、副产蒸汽外送0.38 t，尤其是装置在节能减排方面取得了较好的效果。

1　双加压法稀硝酸装置工艺流程

来自储罐的液氨经过滤器进入液氨蒸发器与吸收塔冷冻循环水、冷却循环水分别换热后变为气氨，然后经气氨过热器和过滤器，与经四级过滤、空气压缩机加压后的空气一同进入氨空混合器进行混合，混合气再进入氨氧化炉反应；出氨氧化炉的反应产物NOx依次经废热锅炉、蒸汽过热器、尾气过热器、尾气换热器、经济器、低压快冷器和NOx分离器后进入NOx压缩机，压缩后的NOx依次经尾气加热器、尾气预热器和高压快冷器后进入吸收塔；吸收塔采出的硝酸进入漂白塔，经二次空气脱色后流入稀硝酸成品罐；从吸收塔塔顶排出的尾气依次经尾气分离器、尾气预热器、尾气加热器、尾气换热器、尾气过热器后进入尾气氨催化还原反应器，脱除大部分残存的NOx后进入尾气膨胀机，释放能量做功后再进入脱盐水预热器换热，降温后的达标尾气经烟囱放空。

2　稀硝酸装置适宜采用的节能减排技术

2.1采用电拖动的四合一机组

目前，国内、外稀硝酸生产以采用先进的双加压法工艺为主，该生产装置的四合一机组均采用蒸汽轮机驱动，即汽轮机-NOx压缩风机-空气压缩风机-尾气透平机的组合。但在建设和生产运行中，蒸汽轮机驱动的四合一机组存在以下问题：①需要配套外供开车用蒸汽系统或配套建设开车锅炉；②为保证装置平稳运行，装置可调整的运行负荷范围小，运行控制的参数较复杂；③装置开车启动过程较复杂、时间较长，需要消耗大量的高品质蒸汽；④装置副产的大量高品质过热蒸汽大部分用于驱动汽轮机，降低了这些蒸汽的热能价值。

若将四合一机组改为变频电动机驱动，即NOx压缩风机-空气压缩风机-尾气透平机-电动机或电动机-NOx压缩风机-空气压缩风机-尾气透平机等形式，以150 kt/a稀硝酸装置为例，满负荷运行时可副产压力为3.82 MPa、温度为420 ℃的过热蒸汽约25 t/h。此部分蒸汽可直接送入同等级的蒸汽管网，也可驱动背压式汽轮机替代1 000 kW电机驱动的运转设备，经背压式汽轮机后压力为1.30 MPa、温度为280 ℃的蒸汽可继续供其他生产装置使用。按电价0.7元/(kW·h)、蒸汽180元/t计，则年可增加经济效益700万元以上，减排SO2和NOx分别为680 t和220 t，减排烟尘至少210 t。

2.2采用高效氨和空气净化装置及铂催化网

在稀硝酸生产中，原料氨的成本占生产总成本的80%以上(若外购液氨，所占比例会更高)，如何提高氨的氧化效率成为生产管理的重中之重。提高氨利用率、降低氨耗的措施：①采用高效液氨、气氨以及空气净化装置，有效去除原料、设备及管道带入氧化炉的灰尘、油水、锈渣等对铂网有害的污染物，保持铂网有较好的催化活性和较高的氨氧化效率；②氧化炉催化剂筐采用能长期耐高温的材料制造，避免长期使用后催化剂筐受热变形；③在铂网装填、催化剂筐固定等作业过程中加强管理，防止铂网压边的脱出；④采用能长周期保持高氨氧化效率的铂网催化剂；⑤装置投入运行后，加强日常生产工艺和设备管理，严格控制各项工艺指标，一旦铂网受到污染而出现催化效率快速下降时，应及时停车对铂网进行清洗，以恢复其催化效果。

2.3采用尾气中NOx氨催化还原和氧化炉内选择性N2O减排技术

目前，国内双加压法稀硝酸装置若未对尾气中的NOx和N2O采取减排措施而直接排放时，尾气中NOx和N2O质量浓度分别在150～700 mg/m3(标态)和1 000～3 000 mg/m3(标态)。采用尾气中NOx氨催化还原减排技术措施后，尾气中NOx质量浓度可降至10～60 mg/m3(标态)，尾气温度可上升2～4 ℃，尾气透平一级静叶可以全部打开，1套150 kt/a稀硝酸装置年可减排NOx140 t、多送出蒸汽8 000 t。采用氧化炉内选择性N2O催化减排技术后，年可减排N2O 710 t，折合减排CO2220 kt。

2.4液氨蒸发冷量的回收利用

液氨作为稀硝酸生产的原料，在装置中被汽化并加热为过热气氨。本装置设有3台液氨蒸发器，即液氨蒸发器A、液氨蒸发器B和循环水氨冷器。液氨蒸发器A为主蒸发器，在氨蒸发时，将脱盐水冷却降温后由冷冻水循环泵送入吸收塔的上层塔盘以降低吸收温度，脱盐冷冻水温度升高后返回液氨蒸发器A用于蒸发液氨，同时自身被冷却降温后再次进入冷冻水循环泵进行下一次循环。来自循环水站的循环水先进入液氨蒸发器B蒸发液氨，循环水被冷却降温后进入循环水氨冷器再次蒸发液氨，循环水再次被冷却降温后进入吸收塔的下层塔盘，对吸收塔生成的稀硝酸进行冷却降温，出吸收塔的循环水再进入高压快冷器进一步对进入吸收塔的NOx气体冷却降温，最后返回循环水站。在利用吸收热进行氨蒸发的同时，也充分利用了氨蒸发的冷量来对吸收过程进行冷却降温。

2.5氨氧化反应余热的回收利用

在氨氧化炉中设有蒸汽过热器、立式废热锅炉及水冷壁管组，产生压力为3.82 MPa、温度为420 ℃的高品位过热蒸汽；通过产生蒸汽换热后的NOx气再与低温尾气换热，将尾气温度提高至370～380 ℃，供尾气透平做功回收能量；260 ℃左右的NOx气体与锅炉给水换热降温至140 ℃，完成氨氧化和NO氧化反应余热的回收利用；NOx气体最后经低压水冷却器降温后进入NOx气体压缩机增压。

2.6空气、NOx气体压缩热及尾气余热的回收利用

常温的原料空气通过轴流压缩机增压至压力0.37 MPa、温度210～230 ℃后，分别进入氨氧化炉和成品酸漂白塔。进入氨氧化炉的热空气通过二次预热进入锅炉除氧器的脱盐水至90 ℃以上，而空气降温至185 ℃左右，不仅减少了除氧器消耗的蒸汽，还可有效提高进氨氧化炉的氨浓度，在保证氨氧化炉铂网反应温度不变的情况下，使氨空比提高至0.4以上，可以提高装置生产能力4%以上。进入成品酸漂白塔的二次空气用来加热过滤后的气氨，使氨空混合器前的气氨温度提高至80 ℃以上，降低了使气氨过热的蒸汽消耗量。

NOx气体经氧化氮压缩机压缩后，压力由0.34 MPa升高至0.95 MPa，温度升高至165 ℃。由于温度越低越有利于二氧化氮气体的吸收，同时为减缓对吸收塔的腐蚀，进吸收塔的气体温度必须降至60 ℃以下。为降低NOx气体温度并回收其热量，经与出吸收塔的尾气两级换热后，NOx气体再进入高压快冷器冷却降温，最后进入吸收塔进行二氧化氮气体的吸收。同时，二次空气也被冷却至100 ℃以下再进入漂白塔。

出尾气NOx氨催化还原反应器370～380 ℃的尾气进入尾气透平机做功后，尾气温度降至145 ℃左右。为进一步回收尾气中的热量，尾气进入脱盐水预热器与进锅炉除氧器的脱盐水进行一级换热，脱盐水被加热升温至50 ℃，尾气被冷却至100 ℃以下后通过烟囱直接放空。

2.7提高吸收效率，降低尾气中NOx含量

在全部回收利用浓硝酸装置产生的酸性废水的情况下，冀衡赛瑞公司在建设二期稀硝酸装置时，根据一期装置实际运行的工艺技术参数，对二期装置进行设计优化。通过与设计院和设备制造企业的相关工程技术人员的反复交流、沟通，修改并调整了四合一机组、吸收塔等设备的设计参数，以提高硝酸吸收效率。二期装置自2012年7月开车以来，与一期装置在相同负荷下的3个月平均运行参数对比见表1。

表1　一、二期装置在相同负荷下3个月平均运行参数对比

注：1) 尾气中NOx含量为吸收塔出口管道检测值。

由表1数据可看出，通过对稀硝酸装置吸收工艺的优化调整，有效提高了吸收效率。

3　稀硝酸装置开车过程的优化

稀硝酸装置开车时，大多数企业采用的方法是先将空气压缩机负荷调整至开车负荷(设计负荷的80%左右)，再对吸收塔进行充液；吸收塔充液合格后，开启氨蒸发系统，先将气氨放空或回收制成氨水，待氨空比合格后再点火开车。此种开车方式不仅耗时长、浪费大量的蒸汽和氨，而且对环境会造成污染。

冀衡赛瑞公司采用了低负荷直接通氨点火节能技术，即在四合一机组达到开车转速后，缓慢开启空气压缩机进口静叶，逐渐将空气压缩机的负荷调整至开车负荷(设计负荷的50%以下)，然后对吸收塔进行充液；吸收塔充液合格后，开启氨蒸发系统，直接向氨氧化炉通氨点火开车；氨氧化炉通氨点火后，通过控制负荷将氨氧化炉温度迅速调整至800 ℃以上，之后再将装置负荷调整至正常操作水平。采用此技术开车，不仅开车时间短，而且不会浪费氨和蒸汽。

4　结语

鉴于硝酸以及下游硝酸铵、硝基复合肥产品的产能严重过剩，行业经济效益整体不好，再加上当前我国大气污染状况异常严重，利用各种技术手段进行生产装置的节能减排是企业应尽的社会责任和义务，也是提高企业市场竞争力的有效手段之一。对于化工生产，加强工艺和设备的管理，提高运行效率，严格控制生产现场设备和管道的跑、冒、滴、漏等，也是提高节能减排水平的有效手段。

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

李庆青，正高级工程师、河北科技大学硕士研究生导师，长期从事化工项目建设管理、生产技术管理、技术研发工作；jhltli6826@163.com。

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