王宏山，韓向陽，楊曉兵

(河南神馬尼龍化工有限責(zé)任公司，河南平頂山 467013)

河南神馬尼龍化工有限責(zé)任公司濃硝酸年產(chǎn)量為2萬t，濃度為98%，生產(chǎn)工藝為硝酸鎂脫水法，即以稀硝酸為原料，硝酸鎂為脫水劑，使混合物料在濃縮塔中經(jīng)精餾操作循環(huán)使用。理論上硝酸鎂的損耗很少，但實(shí)際生產(chǎn)中，硝酸鎂損耗過多的問題仍較為突出。

1 存在問題

1.1 自動(dòng)化程度低，職工勞動(dòng)強(qiáng)度大

①關(guān)鍵物料無準(zhǔn)確計(jì)量:如加入濃縮塔的稀硝酸流量和濃硝酸鎂流量的判斷主要依靠現(xiàn)場視鏡孔眼的多少，根本無法做到準(zhǔn)確計(jì)量，不利于穩(wěn)定生產(chǎn)。②主要閥門的控制靠手動(dòng)進(jìn)行:例如濃縮塔頂回流閥、稀酸流量控制閥、濃硝酸鎂流量控制閥等都是依靠人工進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)節(jié)的閥門，人工調(diào)節(jié)精確度差，易造成塔頂溫度和負(fù)壓的波動(dòng)，生產(chǎn)操作穩(wěn)定性差。關(guān)鍵參數(shù)的觀測和主要閥門的操作都憑借人工和經(jīng)驗(yàn)，往往要設(shè)專人、專崗不間斷地觀察和調(diào)整，操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大。

1.2 濃縮塔和漂白塔性能差，單塔產(chǎn)量低，消耗高

濃縮塔是硝酸鎂法生產(chǎn)濃硝酸的核心設(shè)備，將稀硝酸和硝酸鎂溶液加入到濃縮塔中，塔上部所生成的濃硝酸蒸氣進(jìn)入冷凝器，冷凝的硝酸被送入產(chǎn)品庫。原濃縮塔塔頂液體分布器為鍋型分布器，該分布器從實(shí)用的效果看并不理想，主要存在以下問題:①塔頂稀硝酸溶液分布不均，塔底的硝酸蒸氣與塔頂?shù)南∠跛崛芤航佑|不充分，制約了單塔的生產(chǎn)能力。②易造成塔溫和負(fù)壓的波動(dòng)，回流比不穩(wěn)定，影響產(chǎn)品濃度的穩(wěn)定和產(chǎn)品中硝含量的超標(biāo)。③漂白效果不好，產(chǎn)品中亞硝酸含量高。

另外，濃縮塔和漂白塔的填料為亂堆的拉西環(huán)填料，該填料存在比表面積小，孔隙率小，致使氣液相通過能力小，同時(shí)由于該填料層孔隙率分布不均，易造成溶液的溝流和壁流現(xiàn)象，氣液接觸不充分，造成傳質(zhì)效率較低，分離效果差，加上蒸汽消耗增加，影響生產(chǎn)能力，使稀硝酸鎂含硝高，縮短了設(shè)備使用壽命。

1.3 現(xiàn)場污染較大，職工的工作環(huán)境差

現(xiàn)場“跑、冒、滴、漏”多，在硝酸鎂蒸發(fā)器初始提濃時(shí)，硝酸鎂沸點(diǎn)很低，如不能很好地控制蒸汽壓力、蒸發(fā)真空度和所用的蒸汽流量，往往會(huì)發(fā)生過度沸騰，部分硝酸鎂被蒸汽帶走，出現(xiàn)嚴(yán)重的“跑鎂”現(xiàn)象。稀硝酸鎂貯罐和濃硝酸鎂貯槽揮發(fā)出的含亞硝酸蒸汽由放空管直接放空，造成現(xiàn)場環(huán)境較差，影響職工的身心健康。

1.4 酸性廢水外排量大，未能有效利用

濃硝裝置的酸性水來源有兩個(gè)，氣液分離器分離出的硝酸尾氣經(jīng)塔尾噴射泵吸收成的塔尾水和間接冷凝器的不凝器由硝酸鎂尾氣噴射泵吸收的硝酸鎂尾氣水，塔尾端水和硝酸鎂尾氣水分別儲(chǔ)存在兩罐中，外排量很大，無論是送往污水處理場還是外排都造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。

2 優(yōu)化措施

我們對上述問題進(jìn)行了認(rèn)真分析，對硝酸鎂法生產(chǎn)濃硝酸技術(shù)進(jìn)行了一系列的優(yōu)化，取得了良好的效果。

2.1 集散控制系統(tǒng)(DCS)集中檢測和控制，提高自動(dòng)化操作性能

①采用了配料比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)，配料比為稀硝酸與濃硝酸鎂的質(zhì)量之比。DCS配料監(jiān)控系統(tǒng)采用ABB的S800采集模塊和變送放大器采集數(shù)據(jù)，用基于DCS通訊方式檢測和控制，通過調(diào)整配料比來穩(wěn)定操作，控制效果明顯。生產(chǎn)中當(dāng)加減量時(shí)僅需將稀硝酸流量設(shè)定值進(jìn)行改變即可，濃硝酸鎂量按著設(shè)定的配料比自動(dòng)調(diào)整，加減量時(shí)，始終保持一定的配料比，保證塔生產(chǎn)指標(biāo)穩(wěn)定，克服了以往憑經(jīng)驗(yàn)操作，造成加減量時(shí)稀硝酸鎂濃度、含硝量、成品酸濃度等的波動(dòng)。②回流酸量采用調(diào)節(jié)閥進(jìn)行自動(dòng)控制。通過調(diào)節(jié)閥門的輸出值來調(diào)整回流量，有效地控制塔頂?shù)臏囟?，通過主控室可以實(shí)現(xiàn)閥門0.1%的開度來調(diào)整回流量，這是手動(dòng)調(diào)整所無法實(shí)現(xiàn)的，因此可以達(dá)到塔內(nèi)氣液相負(fù)荷的穩(wěn)定，塔頂溫度的恒定。進(jìn)而保證了濃硝酸純度的相對穩(wěn)定，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

2.2 改進(jìn)濃縮塔G2-T201和漂白塔G2-T202的塔內(nèi)部件

①改進(jìn)濃縮塔塔頂液體分布器。液體分布器是濃縮塔的主要內(nèi)件，液體分布器的優(yōu)劣直接影響到填料性能的發(fā)揮。濃縮塔液體分布器材質(zhì)為高硅鑄鐵，加工精度不高，在塔內(nèi)為分塊拼裝，各塊之間的縫隙大小及分布器的水平度對液體分布影響較大，加之高硅鑄鐵鑄孔精度不能保證，存在鑄孔不規(guī)則且孔徑偏大、噴淋點(diǎn)較少的問題，導(dǎo)致氣液接觸不好，影響了塔的生產(chǎn)以及稀硝酸鎂含硝量。為此，我們將原來的鍋型多孔形分布器改為槽式多孔溢流型分布器，并對新型分布器上的鑄孔進(jìn)一步改進(jìn)。改造后考慮到該塔噴淋密度低、液體流量小的特點(diǎn)，以及規(guī)整填料所需噴淋點(diǎn)的要求，將濃縮塔頂分布器原小孔用四氟橡膠堵死，再在四氟橡膠上開出規(guī)定要求的小孔，并使之均勻分布。經(jīng)過整合改造后，液體分布情況明顯好轉(zhuǎn)，生產(chǎn)中證明稀硝酸鎂含硝也降低，取得了顯著的效果。②采用輕質(zhì)陶瓷波紋規(guī)整填料替代濃縮塔和漂白塔中的拉西環(huán)陶瓷散裝填料。陶瓷規(guī)整填料作為一種新型填料，與散裝填料相比，具有幾何結(jié)構(gòu)合理、比表面積大、空隙率大、阻力小、操作彈性大、抗阻性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。具有較高的傳質(zhì)傳熱效率，還可以保證規(guī)整填料的水平，使用相應(yīng)型號(hào)的規(guī)整填料替代原來的矩鞍環(huán)拉西環(huán)填料，一般能提高塔的產(chǎn)量15% ～20%或者更高，蒸汽可降低10% ～15%。

2.3 對濃硝酸鎂和稀硝酸鎂槽放空流程進(jìn)行改造

原設(shè)計(jì)濃硝酸鎂罐D(zhuǎn)201、稀硝酸鎂罐D(zhuǎn)202罐頂部設(shè)計(jì)有一條DN50廢氣管線直接排放至2#硝酸裝置煙囪，由于管線較遠(yuǎn)，彎頭多，阻力大，導(dǎo)致排放不暢，造成罐內(nèi)含亞硝酸氣體只能從現(xiàn)場低處的放空管和入孔處排出，彌漫現(xiàn)場，令人窒息，對員工身心健康構(gòu)成損害。為改變該狀況，采取將D201和D202入孔密封，在原DN50放空總閥前引出一管線，就近連接到硝酸鎂尾水槽D203上噴射真空泵P211的入口管上，利用噴射泵將兩罐內(nèi)的含亞硝酸蒸汽抽到D203內(nèi)，與槽內(nèi)脫鹽水混和吸收形成酸性水，該酸性水和塔尾水、鎂尾水一起可送往稀硝酸裝置替代吸收塔吸收用水，從而使裝置的尾氣得到了再次利用，達(dá)到零排放。

2.4 對硝酸鎂尾端水循環(huán)槽和塔尾端水循環(huán)槽酸性水流程進(jìn)行改造

對硝酸鎂尾端水循環(huán)槽和塔尾端水循環(huán)槽酸性水流程進(jìn)行改造，合理回收利用酸性水代替吸收塔頂?shù)墓に囁葘?shí)現(xiàn)系統(tǒng)酸性水的零排放，減輕了污水處理的壓力，又減少了稀硝酸裝置吸收加水的用量，降低了生產(chǎn)成本。

原酸性水流程:從硝酸鎂尾端水循環(huán)槽G2-D203和塔尾水循環(huán)槽G2-D204底部出來的酸性水，分別由硝酸鎂尾端水循環(huán)泵G2-P203AB和塔尾端水循環(huán)泵G2-P204AB打入硝酸鎂尾端噴射器G2-P209和塔尾端噴射器G2-P210吸收硝酸鎂尾端水和塔尾端水。塔尾端水濃度循環(huán)到3%后引出一股去稀硝酸裝置的G2-P117泵進(jìn)口，由P117泵送到吸收塔回收。同時(shí)向塔尾端水循環(huán)槽G2-D204補(bǔ)充脫鹽水，維持塔尾端水濃度不變。多余的硝酸鎂尾端水送往界外污水處理。

該流程在生產(chǎn)中存在以下問題:①G2-P117泵運(yùn)行穩(wěn)定性差。P117泵的進(jìn)口直接與P203泵和P204泵的出口管線相連，中間沒有緩沖罐，P203和P204出口管酸性水流量是由液位調(diào)節(jié)閥LV204控制，流量經(jīng)常不斷變化，由此P117泵進(jìn)口流量不穩(wěn)定造成出口流量波動(dòng)大，引起2#硝酸吸收塔工況波動(dòng)，不利于2#硝酸產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定;同時(shí)也造成該泵經(jīng)常發(fā)生抽空故障，使工藝操作和檢修工作量大幅增加。②D203和D204液位波動(dòng)大，控制難度大，操作麻煩，浪費(fèi)嚴(yán)重。由于G2-P117泵的運(yùn)行不穩(wěn)定影響了D203和D204兩槽酸性水在2#稀硝酸裝置的回收，這時(shí)必須通過去界外酸性水管線將水送往污水處理場，但2#硝酸中和池P122的出口管線也與該外送管線相連，外送管線管徑為DN40，阻力大，影響了酸性水的外送，由此會(huì)使兩槽液位過高，只能間斷就地外排控制，液位調(diào)節(jié)根本無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，操作繁瑣。③D203和D204槽酸濃度不易控制。生產(chǎn)要求兩槽酸性水濃度的控制范圍分別為1%～2%和3% ～4%，實(shí)際由于回收和外送不暢，酸性水濃度會(huì)到達(dá)10%左右，為保證設(shè)備運(yùn)行安全，使酸性水濃度達(dá)到控制范圍，只能每天就地排放，并加脫鹽水稀釋。造成工作量增加和脫鹽水的浪費(fèi)。

為解決上述問題，對原流程進(jìn)行了如下改造措施:①將P203和P204出口酸性水去P117泵進(jìn)口管線跨接到2#稀硝酸和3#稀硝酸兩裝置開工酸槽的連通管線上，實(shí)現(xiàn)將濃硝酸的酸性水送到兩裝置開工酸槽的目的，再由P117或P105泵進(jìn)行回收。②將D203和D204兩槽出口管線(即P203A和P204泵進(jìn)口管線)相連，相連管線上加DN100閘閥(生產(chǎn)時(shí)該閥打開)。平時(shí)操作將P204泵出口至外送酸性水管線閥門關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)兩槽酸性水統(tǒng)一由P203泵外送，外送酸性水管線調(diào)節(jié)閥LV204自動(dòng)調(diào)節(jié)D203和D204兩槽的液位，使液位操作變得簡單易行。

改進(jìn)措施實(shí)施的效果:①濃硝酸裝置系統(tǒng)的酸性水實(shí)現(xiàn)了連續(xù)穩(wěn)定送往稀硝酸裝置的目的，并完全被利用回收，無需再向污水處理場輸送酸性水，回收酸性水1.63 t。②D203和D204兩槽液位實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，操作平穩(wěn)簡單，極大地降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。③由于不再由P204泵出口管線引出一部分酸性水外排，使去噴射泵P210酸性水的量保持相對穩(wěn)定，有利于濃縮系統(tǒng)負(fù)壓的穩(wěn)定。

3 結(jié)論

針對硝酸鎂法濃硝酸生產(chǎn)中存在的問題，我們對物料流量顯示和操作實(shí)現(xiàn)DCS集中檢測和控制，改進(jìn)濃縮塔G2-T201和漂白塔G2-T202的塔內(nèi)部件，對濃硝酸鎂和稀硝酸鎂槽放空流程進(jìn)行改造，對硝酸鎂尾端水循環(huán)槽和塔尾端水循環(huán)槽酸性水流程進(jìn)行改造，既提高了生產(chǎn)的性能和產(chǎn)品的質(zhì)量，又節(jié)約了成本，改善了廢水廢氣的排放，取得了顯著的效果。