節(jié)能減排技術(shù)在雙加壓法稀硝酸裝置中的應(yīng)用

李慶青

(河北冀衡賽瑞化工有限公司　河北衡水　053000)

?

節(jié)能減排技術(shù)在雙加壓法稀硝酸裝置中的應(yīng)用

李慶青

(河北冀衡賽瑞化工有限公司河北衡水053000)

概述了雙加壓法稀硝酸裝置適宜采用的節(jié)能減排技術(shù)和稀硝酸裝置開車過程的優(yōu)化。對稀硝酸裝置吸收工藝進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整后，有效提高了吸收效率；優(yōu)化稀硝酸裝置開車過程后，不僅縮短了開車時(shí)間，而且不會造成氨和蒸汽的浪費(fèi)。

稀硝酸雙加壓法節(jié)能減排

河北冀衡賽瑞化工有限公司(以下簡稱冀衡賽瑞公司)成立于2009年4月，由河北冀衡集團(tuán)有限公司和四川金象化工產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司共同出資設(shè)立，采用雙加壓法稀硝酸、加壓中和硝酸銨、硝鎂法硝酸濃縮、高塔熔體造粒等技術(shù)，建成了300 kt/a稀硝酸、100 kt/a濃硝酸、400 kt/a硝酸銨及500 kt/a硝硫基復(fù)合肥等裝置。上述裝置自2010年10月建成投產(chǎn)以來，運(yùn)行狀況和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)良好，噸酸平均氨耗281.2 kg、副產(chǎn)蒸汽外送0.38 t，尤其是裝置在節(jié)能減排方面取得了較好的效果。

1　雙加壓法稀硝酸裝置工藝流程

來自儲罐的液氨經(jīng)過濾器進(jìn)入液氨蒸發(fā)器與吸收塔冷凍循環(huán)水、冷卻循環(huán)水分別換熱后變?yōu)闅獍保缓蠼?jīng)氣氨過熱器和過濾器，與經(jīng)四級過濾、空氣壓縮機(jī)加壓后的空氣一同進(jìn)入氨空混合器進(jìn)行混合，混合氣再進(jìn)入氨氧化爐反應(yīng)；出氨氧化爐的反應(yīng)產(chǎn)物NOx依次經(jīng)廢熱鍋爐、蒸汽過熱器、尾氣過熱器、尾氣換熱器、經(jīng)濟(jì)器、低壓快冷器和NOx分離器后進(jìn)入NOx壓縮機(jī)，壓縮后的NOx依次經(jīng)尾氣加熱器、尾氣預(yù)熱器和高壓快冷器后進(jìn)入吸收塔；吸收塔采出的硝酸進(jìn)入漂白塔，經(jīng)二次空氣脫色后流入稀硝酸成品罐；從吸收塔塔頂排出的尾氣依次經(jīng)尾氣分離器、尾氣預(yù)熱器、尾氣加熱器、尾氣換熱器、尾氣過熱器后進(jìn)入尾氣氨催化還原反應(yīng)器，脫除大部分殘存的NOx后進(jìn)入尾氣膨脹機(jī)，釋放能量做功后再進(jìn)入脫鹽水預(yù)熱器換熱，降溫后的達(dá)標(biāo)尾氣經(jīng)煙囪放空。

2　稀硝酸裝置適宜采用的節(jié)能減排技術(shù)

2.1采用電拖動的四合一機(jī)組

目前，國內(nèi)、外稀硝酸生產(chǎn)以采用先進(jìn)的雙加壓法工藝為主，該生產(chǎn)裝置的四合一機(jī)組均采用蒸汽輪機(jī)驅(qū)動，即汽輪機(jī)-NOx壓縮風(fēng)機(jī)-空氣壓縮風(fēng)機(jī)-尾氣透平機(jī)的組合。但在建設(shè)和生產(chǎn)運(yùn)行中，蒸汽輪機(jī)驅(qū)動的四合一機(jī)組存在以下問題：①需要配套外供開車用蒸汽系統(tǒng)或配套建設(shè)開車鍋爐；②為保證裝置平穩(wěn)運(yùn)行，裝置可調(diào)整的運(yùn)行負(fù)荷范圍小，運(yùn)行控制的參數(shù)較復(fù)雜；③裝置開車啟動過程較復(fù)雜、時(shí)間較長，需要消耗大量的高品質(zhì)蒸汽；④裝置副產(chǎn)的大量高品質(zhì)過熱蒸汽大部分用于驅(qū)動汽輪機(jī)，降低了這些蒸汽的熱能價(jià)值。

若將四合一機(jī)組改為變頻電動機(jī)驅(qū)動，即NOx壓縮風(fēng)機(jī)-空氣壓縮風(fēng)機(jī)-尾氣透平機(jī)-電動機(jī)或電動機(jī)-NOx壓縮風(fēng)機(jī)-空氣壓縮風(fēng)機(jī)-尾氣透平機(jī)等形式，以150 kt/a稀硝酸裝置為例，滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)可副產(chǎn)壓力為3.82 MPa、溫度為420 ℃的過熱蒸汽約25 t/h。此部分蒸汽可直接送入同等級的蒸汽管網(wǎng)，也可驅(qū)動背壓式汽輪機(jī)替代1 000 kW電機(jī)驅(qū)動的運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備，經(jīng)背壓式汽輪機(jī)后壓力為1.30 MPa、溫度為280 ℃的蒸汽可繼續(xù)供其他生產(chǎn)裝置使用。按電價(jià)0.7元/(kW·h)、蒸汽180元/t計(jì)，則年可增加經(jīng)濟(jì)效益700萬元以上，減排SO2和NOx分別為680 t和220 t，減排煙塵至少210 t。

2.2采用高效氨和空氣凈化裝置及鉑催化網(wǎng)

在稀硝酸生產(chǎn)中，原料氨的成本占生產(chǎn)總成本的80%以上(若外購液氨，所占比例會更高)，如何提高氨的氧化效率成為生產(chǎn)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、氣氨以及空氣凈化裝置，有效去除原料、設(shè)備及管道帶入氧化爐的灰塵、油水、銹渣等對鉑網(wǎng)有害的污染物，保持鉑網(wǎng)有較好的催化活性和較高的氨氧化效率；②氧化爐催化劑筐采用能長期耐高溫的材料制造，避免長期使用后催化劑筐受熱變形；③在鉑網(wǎng)裝填、催化劑筐固定等作業(yè)過程中加強(qiáng)管理，防止鉑網(wǎng)壓邊的脫出；④采用能長周期保持高氨氧化效率的鉑網(wǎng)催化劑；⑤裝置投入運(yùn)行后，加強(qiáng)日常生產(chǎn)工藝和設(shè)備管理，嚴(yán)格控制各項(xiàng)工藝指標(biāo)，一旦鉑網(wǎng)受到污染而出現(xiàn)催化效率快速下降時(shí)，應(yīng)及時(shí)停車對鉑網(wǎng)進(jìn)行清洗，以恢復(fù)其催化效果。

2.3采用尾氣中NOx氨催化還原和氧化爐內(nèi)選擇性N2O減排技術(shù)

目前，國內(nèi)雙加壓法稀硝酸裝置若未對尾氣中的NOx和N2O采取減排措施而直接排放時(shí)，尾氣中NOx和N2O質(zhì)量濃度分別在150～700 mg/m3(標(biāo)態(tài))和1 000～3 000 mg/m3(標(biāo)態(tài))。采用尾氣中NOx氨催化還原減排技術(shù)措施后，尾氣中NOx質(zhì)量濃度可降至10～60 mg/m3(標(biāo)態(tài))，尾氣溫度可上升2～4 ℃，尾氣透平一級靜葉可以全部打開，1套150 kt/a稀硝酸裝置年可減排NOx140 t、多送出蒸汽8 000 t。采用氧化爐內(nèi)選擇性N2O催化減排技術(shù)后，年可減排N2O 710 t，折合減排CO2220 kt。

2.4液氨蒸發(fā)冷量的回收利用

液氨作為稀硝酸生產(chǎn)的原料，在裝置中被汽化并加熱為過熱氣氨。本裝置設(shè)有3臺液氨蒸發(fā)器，即液氨蒸發(fā)器A、液氨蒸發(fā)器B和循環(huán)水氨冷器。液氨蒸發(fā)器A為主蒸發(fā)器，在氨蒸發(fā)時(shí)，將脫鹽水冷卻降溫后由冷凍水循環(huán)泵送入吸收塔的上層塔盤以降低吸收溫度，脫鹽冷凍水溫度升高后返回液氨蒸發(fā)器A用于蒸發(fā)液氨，同時(shí)自身被冷卻降溫后再次進(jìn)入冷凍水循環(huán)泵進(jìn)行下一次循環(huán)。來自循環(huán)水站的循環(huán)水先進(jìn)入液氨蒸發(fā)器B蒸發(fā)液氨，循環(huán)水被冷卻降溫后進(jìn)入循環(huán)水氨冷器再次蒸發(fā)液氨，循環(huán)水再次被冷卻降溫后進(jìn)入吸收塔的下層塔盤，對吸收塔生成的稀硝酸進(jìn)行冷卻降溫，出吸收塔的循環(huán)水再進(jìn)入高壓快冷器進(jìn)一步對進(jìn)入吸收塔的NOx氣體冷卻降溫，最后返回循環(huán)水站。在利用吸收熱進(jìn)行氨蒸發(fā)的同時(shí)，也充分利用了氨蒸發(fā)的冷量來對吸收過程進(jìn)行冷卻降溫。

2.5氨氧化反應(yīng)余熱的回收利用

在氨氧化爐中設(shè)有蒸汽過熱器、立式廢熱鍋爐及水冷壁管組，產(chǎn)生壓力為3.82 MPa、溫度為420 ℃的高品位過熱蒸汽；通過產(chǎn)生蒸汽換熱后的NOx氣再與低溫尾氣換熱，將尾氣溫度提高至370～380 ℃，供尾氣透平做功回收能量；260 ℃左右的NOx氣體與鍋爐給水換熱降溫至140 ℃，完成氨氧化和NO氧化反應(yīng)余熱的回收利用；NOx氣體最后經(jīng)低壓水冷卻器降溫后進(jìn)入NOx氣體壓縮機(jī)增壓。

2.6空氣、NOx氣體壓縮熱及尾氣余熱的回收利用

常溫的原料空氣通過軸流壓縮機(jī)增壓至壓力0.37 MPa、溫度210～230 ℃后，分別進(jìn)入氨氧化爐和成品酸漂白塔。進(jìn)入氨氧化爐的熱空氣通過二次預(yù)熱進(jìn)入鍋爐除氧器的脫鹽水至90 ℃以上，而空氣降溫至185 ℃左右，不僅減少了除氧器消耗的蒸汽，還可有效提高進(jìn)氨氧化爐的氨濃度，在保證氨氧化爐鉑網(wǎng)反應(yīng)溫度不變的情況下，使氨空比提高至0.4以上，可以提高裝置生產(chǎn)能力4%以上。進(jìn)入成品酸漂白塔的二次空氣用來加熱過濾后的氣氨，使氨空混合器前的氣氨溫度提高至80 ℃以上，降低了使氣氨過熱的蒸汽消耗量。

NOx氣體經(jīng)氧化氮壓縮機(jī)壓縮后，壓力由0.34 MPa升高至0.95 MPa，溫度升高至165 ℃。由于溫度越低越有利于二氧化氮?dú)怏w的吸收，同時(shí)為減緩對吸收塔的腐蝕，進(jìn)吸收塔的氣體溫度必須降至60 ℃以下。為降低NOx氣體溫度并回收其熱量，經(jīng)與出吸收塔的尾氣兩級換熱后，NOx氣體再進(jìn)入高壓快冷器冷卻降溫，最后進(jìn)入吸收塔進(jìn)行二氧化氮?dú)怏w的吸收。同時(shí)，二次空氣也被冷卻至100 ℃以下再進(jìn)入漂白塔。

出尾氣NOx氨催化還原反應(yīng)器370～380 ℃的尾氣進(jìn)入尾氣透平機(jī)做功后，尾氣溫度降至145 ℃左右。為進(jìn)一步回收尾氣中的熱量，尾氣進(jìn)入脫鹽水預(yù)熱器與進(jìn)鍋爐除氧器的脫鹽水進(jìn)行一級換熱，脫鹽水被加熱升溫至50 ℃，尾氣被冷卻至100 ℃以下后通過煙囪直接放空。

2.7提高吸收效率，降低尾氣中NOx含量

在全部回收利用濃硝酸裝置產(chǎn)生的酸性廢水的情況下，冀衡賽瑞公司在建設(shè)二期稀硝酸裝置時(shí)，根據(jù)一期裝置實(shí)際運(yùn)行的工藝技術(shù)參數(shù)，對二期裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。通過與設(shè)計(jì)院和設(shè)備制造企業(yè)的相關(guān)工程技術(shù)人員的反復(fù)交流、溝通，修改并調(diào)整了四合一機(jī)組、吸收塔等設(shè)備的設(shè)計(jì)參數(shù)，以提高硝酸吸收效率。二期裝置自2012年7月開車以來，與一期裝置在相同負(fù)荷下的3個(gè)月平均運(yùn)行參數(shù)對比見表1。

表1　一、二期裝置在相同負(fù)荷下3個(gè)月平均運(yùn)行參數(shù)對比

注：1) 尾氣中NOx含量為吸收塔出口管道檢測值。

由表1數(shù)據(jù)可看出，通過對稀硝酸裝置吸收工藝的優(yōu)化調(diào)整，有效提高了吸收效率。

3　稀硝酸裝置開車過程的優(yōu)化

稀硝酸裝置開車時(shí)，大多數(shù)企業(yè)采用的方法是先將空氣壓縮機(jī)負(fù)荷調(diào)整至開車負(fù)荷(設(shè)計(jì)負(fù)荷的80%左右)，再對吸收塔進(jìn)行充液；吸收塔充液合格后，開啟氨蒸發(fā)系統(tǒng)，先將氣氨放空或回收制成氨水，待氨空比合格后再點(diǎn)火開車。此種開車方式不僅耗時(shí)長、浪費(fèi)大量的蒸汽和氨，而且對環(huán)境會造成污染。

冀衡賽瑞公司采用了低負(fù)荷直接通氨點(diǎn)火節(jié)能技術(shù)，即在四合一機(jī)組達(dá)到開車轉(zhuǎn)速后，緩慢開啟空氣壓縮機(jī)進(jìn)口靜葉，逐漸將空氣壓縮機(jī)的負(fù)荷調(diào)整至開車負(fù)荷(設(shè)計(jì)負(fù)荷的50%以下)，然后對吸收塔進(jìn)行充液；吸收塔充液合格后，開啟氨蒸發(fā)系統(tǒng)，直接向氨氧化爐通氨點(diǎn)火開車；氨氧化爐通氨點(diǎn)火后，通過控制負(fù)荷將氨氧化爐溫度迅速調(diào)整至800 ℃以上，之后再將裝置負(fù)荷調(diào)整至正常操作水平。采用此技術(shù)開車，不僅開車時(shí)間短，而且不會浪費(fèi)氨和蒸汽。

4　結(jié)語

鑒于硝酸以及下游硝酸銨、硝基復(fù)合肥產(chǎn)品的產(chǎn)能嚴(yán)重過剩，行業(yè)經(jīng)濟(jì)效益整體不好，再加上當(dāng)前我國大氣污染狀況異常嚴(yán)重，利用各種技術(shù)手段進(jìn)行生產(chǎn)裝置的節(jié)能減排是企業(yè)應(yīng)盡的社會責(zé)任和義務(wù)，也是提高企業(yè)市場競爭力的有效手段之一。對于化工生產(chǎn)，加強(qiáng)工藝和設(shè)備的管理，提高運(yùn)行效率，嚴(yán)格控制生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備和管道的跑、冒、滴、漏等，也是提高節(jié)能減排水平的有效手段。

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

李慶青，正高級工程師、河北科技大學(xué)碩士研究生導(dǎo)師，長期從事化工項(xiàng)目建設(shè)管理、生產(chǎn)技術(shù)管理、技術(shù)研發(fā)工作；jhltli6826@163.com。

TQ111.26

B

1006-7774(2016)03-0038-03

2014-12-25)