濃硝酸生產(chǎn)過(guò)程中硝酸鎂損耗高的原因分析

周彥斌 劉多恩

（中國(guó)石油蘭州石化化肥廠)

濃硝酸生產(chǎn)過(guò)程中硝酸鎂損耗高的原因分析

周彥斌*劉多恩

（中國(guó)石油蘭州石化化肥廠)

分析了硝酸鎂法濃硝酸生產(chǎn)中硝酸鎂損耗的原因。從工藝操作和預(yù)防泄漏兩方面著手，提出了一些降低硝酸鎂損耗的措施，對(duì)于生產(chǎn)和節(jié)能降耗具有一定的指導(dǎo)意義。

硝酸鎂法 濃硝酸 生產(chǎn) 硝酸鎂 損耗

目前，國(guó)內(nèi)濃硝酸生產(chǎn)基本上采用硝酸鎂法生產(chǎn)工藝，即以硝酸鎂為脫水劑，將稀硝酸進(jìn)行濃縮精餾制取濃硝酸。硝酸鎂作為脫水劑，在生產(chǎn)中是循環(huán)使用的，在理論上硝酸鎂應(yīng)該是接近無(wú)消耗的，但實(shí)際的濃硝生產(chǎn)中因各種因素造成的硝酸鎂損耗還是比較嚴(yán)重的。對(duì)此，我們?cè)诜治龅幕A(chǔ)上提出了一些預(yù)防和改進(jìn)措施，并取得了一定效果。

1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

硝酸鎂法濃硝酸生產(chǎn)主要是以稀硝酸為原料，選用硝酸鎂作為脫水劑，使混合物料在濃縮塔中經(jīng)精餾操作循環(huán)使用。硝酸鎂循環(huán)使用流程如圖1所示。圖1中虛線部分為首次開(kāi)車(chē)時(shí)一次性向系統(tǒng)加夠生產(chǎn)所需硝酸鎂溶液，實(shí)線部分是硝酸鎂的循環(huán)使用過(guò)程，即在濃縮塔中吸水后到硝酸鎂蒸發(fā)器中脫水。隨著生產(chǎn)工藝的日趨成熟，在理論上硝酸鎂是接近無(wú)消耗的，因生產(chǎn)工藝缺陷而造成硝酸鎂過(guò)多損耗的可能性比較小。但在工藝操作和設(shè)備方面，因操作不當(dāng)和設(shè)備泄漏而造成的硝酸鎂過(guò)多損耗顯得比較突出。這主要有以下幾方面原因。

圖1 硝酸鎂循環(huán)使用流程

2 生產(chǎn)過(guò)程中硝酸鎂損耗的原因

2.1 工藝操作原因引起硝酸鎂損耗

在裝置首次開(kāi)車(chē)時(shí)，因操作不當(dāng)會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的“跑鎂”現(xiàn)象，從而造成硝酸鎂的損耗。首次開(kāi)車(chē)時(shí)，硝酸鎂濃度大約在40%左右，這一濃度并不能滿(mǎn)足正常生產(chǎn)的需要。在硝酸鎂蒸發(fā)器初始提濃時(shí)，硝酸鎂的沸點(diǎn)很低，即低濃度的硝酸鎂在加熱蒸汽的作用下，很容易達(dá)到沸騰。這時(shí)，若不控制好蒸汽壓力、蒸發(fā)真空度和所用的蒸汽流量，就會(huì)發(fā)生過(guò)度沸騰，部分硝酸鎂在蒸發(fā)器中被蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽帶走，出現(xiàn)嚴(yán)重的 “跑鎂”現(xiàn)象。

在濃硝正常生產(chǎn)時(shí)，如遇到突然停電、停水和停汽等情況，需作緊急停車(chē)處理，這時(shí)硝酸鎂加熱器出口的硝酸鎂含硝量將會(huì)嚴(yán)重超標(biāo)，高達(dá)3.0%以上。在實(shí)際生產(chǎn)中，停車(chē)后水、電、汽一旦具備條件就得馬上恢復(fù)生產(chǎn)。此時(shí)，系統(tǒng)中硝酸鎂含有嚴(yán)重超標(biāo)的低沸點(diǎn)硝酸，從而使得硝酸鎂沸點(diǎn)大大降低 （特別是在高真空度下）。這時(shí)，若在相同的溫度、負(fù)壓等工藝條件下蒸發(fā)，將會(huì)使硝酸鎂在蒸發(fā)器內(nèi)劇烈沸騰，從而使硝酸鎂在高真空的影響下，出現(xiàn)嚴(yán)重的 “跑鎂”現(xiàn)象。

在開(kāi)車(chē)投酸過(guò)程中，若為了縮短出產(chǎn)品的時(shí)間而加大回流比、配料比和降低加熱器蒸汽壓力等，都會(huì)使加熱器出口硝酸鎂含硝嚴(yán)重超標(biāo)?；亓鞅冗^(guò)大，會(huì)使加熱器的進(jìn)口硝酸鎂的含硝酸量過(guò)大，引起其出口硝酸鎂含硝高；配料比過(guò)大，會(huì)使加熱器里的硝酸鎂濃度過(guò)高，并使其沸點(diǎn)較高和黏度較高，不利于脫硝，結(jié)果也是引起其出口硝酸鎂含硝高；降低加熱器蒸汽壓力，也就降低了加熱器的脫硝能力，同樣引起其出口硝酸鎂含硝高。這些高含硝的硝酸鎂在相同條件下進(jìn)入蒸發(fā)器蒸發(fā)時(shí)，不可避免地出現(xiàn) “跑鎂”現(xiàn)象。

2.2 濃縮塔和加熱器等設(shè)備泄漏引起硝酸鎂損耗

硝酸鎂法濃硝酸生產(chǎn)中，原料和產(chǎn)品均為強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)，因此生產(chǎn)設(shè)備材質(zhì)比較特殊。在生產(chǎn)工藝上，介質(zhì)條件比較復(fù)雜、變化較大，既有很稀的硝酸，也有濃硝酸及其蒸氣，而且關(guān)鍵設(shè)備的溫度還相當(dāng)高，這就要求設(shè)備材質(zhì)既能耐稀酸腐蝕，又能耐濃酸腐蝕，并且還要考慮溫度的影響。硝酸鎂循環(huán)使用系統(tǒng)中因設(shè)備問(wèn)題引起硝酸鎂損耗主要有下列兩種情況。

（1）濃縮塔是硝酸鎂法濃硝酸生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，目前所用的唯一材質(zhì)是高硅鑄鐵。高硅鑄鐵雖有很好的耐腐蝕性，但性脆、易裂，經(jīng)不住溫度的劇烈變化。實(shí)際生產(chǎn)中由于設(shè)備外部保溫層的存在，一般小漏不易發(fā)現(xiàn)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)塔體集掛硝酸鎂時(shí)，就是立即停塔，硝酸鎂的泄漏損耗也在所難免。硝酸鎂加熱器盡管為不銹鋼設(shè)備，但在高溫條件下，含酸1%的硝酸鎂對(duì)其腐蝕很厲害，特別是進(jìn)料口，一旦腐蝕造成泄漏，硝酸鎂就直接外泄。因工藝流程的局限，上述設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，設(shè)備內(nèi)物料至少需要1 h的處理過(guò)程。

（2）稀鎂泵、濃鎂泵是硝酸鎂系統(tǒng)循環(huán)的動(dòng)力設(shè)備。由于設(shè)備布局的局限性，機(jī)泵機(jī)封冷卻水的排放均排入地溝，比較隱蔽，當(dāng)機(jī)泵機(jī)封出現(xiàn)泄漏時(shí)，硝酸鎂也混雜于冷卻水中損失掉了。

3 預(yù)防和改進(jìn)措施

硝酸鎂法濃硝酸生產(chǎn)中，硝酸鎂雖為輔助原料，若按年產(chǎn)10萬(wàn)t濃硝酸計(jì)，每噸酸降耗1 kg硝酸鎂，則一年就可節(jié)約100 t硝酸鎂。可見(jiàn)硝酸鎂降耗是濃硝酸生產(chǎn)中不可忽視的問(wèn)題。對(duì)此我們提出了一些預(yù)防和改進(jìn)措施，并取得了一定效果。

（1）首次開(kāi)車(chē)或日常開(kāi)車(chē)投酸過(guò)程中，嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程，不能急于求成，要按照 “先破真空、再進(jìn)料、然后建立真空”的操作順序進(jìn)行。

（2）緊急停車(chē)處理后的復(fù)工時(shí)，首先應(yīng)提高硝酸鎂加熱器的蒸汽壓力進(jìn)行脫硝，把濃、稀兩鎂槽和加熱器里的硝酸鎂含硝脫光后，再提高蒸發(fā)器的蒸汽壓力和蒸發(fā)真空度，這樣不僅不 “跑鎂”，而且還減輕了設(shè)備的腐蝕。

（3）在日常工藝調(diào)節(jié)中應(yīng)嚴(yán)格控制蒸發(fā)器液面，防止液面過(guò)高時(shí)液體被抽到后系統(tǒng)。液面過(guò)高，一方面造成換熱器列管堵塞，另一方面造成硝酸鎂損失。

（4）濃縮塔在投料前必須保溫完好，防止在濃縮塔升溫后因溫度變化劇烈造成脆裂。升溫過(guò)程中應(yīng)進(jìn)行熱緊，使塔節(jié)和管線法蘭連接處密封良好，預(yù)防因塔節(jié)、法蘭泄漏而造成的硝酸鎂損失。

（5）對(duì)于硝酸鎂加熱器要保持適當(dāng)?shù)囊何?，防止換熱管暴露在氣相中而加快其腐蝕速度。由頂部進(jìn)料的進(jìn)料管可改為從側(cè)面進(jìn)料，并加裝緩沖罐。

（6）加強(qiáng)對(duì)濃、稀鎂泵機(jī)封的檢查，發(fā)現(xiàn)漏鎂時(shí)要及時(shí)處理，避免硝鎂損失。

（7）若某套濃縮塔要停車(chē)，在硝酸鎂退出系統(tǒng)后，管線應(yīng)加水沖洗，加熱器中的硝酸鎂也不能就地排放，應(yīng)做好回收工作。

Analysis of High Consumption of Magnesium Nitrate in the Production of Concentrated Nitric Acid

Zhou Yanbin Liu Duoen

Analyzes the loss reasons of magnesium nitrate in the production of concentrated nitric acid.Put forwards some measures to reduce the consumption of magnesium nitrate from two aspects：technical operation and leakage prevention,which is of guiding significance to production and energy saving and consumption reducing.

Magnesium nitrate method;Concentrated nitric acid;Production;Magnesium nitrate;Loss

TQ 050.7

2014-04-24）

*周彥斌，男，1974年生，工程師。蘭州市，730060。