李慶青

(河北冀衡賽瑞化工有限公司　河北衡水　053000)

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節(jié)能減排技術在雙加壓法稀硝酸裝置中的應用

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行優(yōu)化調整后，有效提高了吸收效率；優(yōu)化稀硝酸裝置開車過程后，不僅縮短了開車時間，而且不會造成氨和蒸汽的浪費。

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，由河北冀衡集團有限公司和四川金象化工產業(yè)集團股份有限公司共同出資設立，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，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硝硫基復合肥等裝置。上述裝置自2010年10月建成投產以來，運行狀況和經濟指標良好，噸酸平均氨耗281.2 kg、副產蒸汽外送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

來自儲罐的液氨經過濾器進入液氨蒸發(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缓蠼洑獍边^熱器和過濾器，與經四級過濾、空氣壓縮機加壓后的空氣一同進入氨空混合器進行混合，混合氣再進入氨氧化爐反應；出氨氧化爐的反應產物NOx依次經廢熱鍋爐、蒸汽過熱器、尾氣過熱器、尾氣換熱器、經濟器、低壓快冷器和NOx分離器后進入NOx壓縮機，壓縮后的NOx依次經尾氣加熱器、尾氣預熱器和高壓快冷器后進入吸收塔；吸收塔采出的硝酸進入漂白塔，經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尾氣分離器、尾氣預熱器、尾氣加熱器、尾氣換熱器、尾氣過熱器后進入尾氣氨催化還原反應器，脫除大部分殘存的NOx后進入尾氣膨脹機，釋放能量做功后再進入脫鹽水預熱器換熱，降溫后的達標尾氣經煙囪放空。

2　稀硝酸裝置適宜采用的節(jié)能減排技術

2.1采用電拖動的四合一機組

目前，國內、外稀硝酸生產以采用先進的雙加壓法工藝為主，該生產裝置的四合一機組均采用蒸汽輪機驅動，即汽輪機-NOx壓縮風機-空氣壓縮風機-尾氣透平機的組合。但在建設和生產運行中，蒸汽輪機驅動的四合一機組存在以下問題：①需要配套外供開車用蒸汽系統(tǒng)或配套建設開車鍋爐；②為保證裝置平穩(wěn)運行，裝置可調整的運行負荷范圍小，運行控制的參數(shù)較復雜；③裝置開車啟動過程較復雜、時間較長，需要消耗大量的高品質蒸汽；④裝置副產的大量高品質過熱蒸汽大部分用于驅動汽輪機，降低了這些蒸汽的熱能價值。

若將四合一機組改為變頻電動機驅動，即NOx壓縮風機-空氣壓縮風機-尾氣透平機-電動機或電動機-NOx壓縮風機-空氣壓縮風機-尾氣透平機等形式，以150 kt/a稀硝酸裝置為例，滿負荷運行時可副產壓力為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，也可驅動背壓式汽輪機替代1 000 kW電機驅動的運轉設備，經背壓式汽輪機后壓力為1.30 MPa、溫度為280 ℃的蒸汽可繼續(xù)供其他生產裝置使用。按電價0.7元/(kW·h)、蒸汽180元/t計，則年可增加經濟效益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

在稀硝酸生產中，原料氨的成本占生產總成本的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、設備及管道帶入氧化爐的灰塵、油水、銹渣等對鉑網有害的污染物，保持鉑網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在鉑網裝填、催化劑筐固定等作業(yè)過程中加強管理，防止鉑網壓邊的脫出；④采用能長周期保持高氨氧化效率的鉑網催化劑；⑤裝置投入運行后，加強日常生產工藝和設備管理，嚴格控制各項工藝指標，一旦鉑網受到污染而出現(xiàn)催化效率快速下降時，應及時停車對鉑網進行清洗，以恢復其催化效果。

2.3采用尾氣中NOx氨催化還原和氧化爐內選擇性N2O減排技術

目前，國內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，尾氣中NOx和N2O質量濃度分別在150～700 mg/m3(標態(tài))和1 000～3 000 mg/m3(標態(tài))。采用尾氣中NOx氨催化還原減排技術措施后，尾氣中NOx質量濃度可降至10～60 mg/m3(標態(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。采用氧化爐內選擇性N2O催化減排技術后，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的原料，在裝置中被汽化并加熱為過熱氣氨。本裝置設有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，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，同時自身被冷卻降溫后再次進入冷凍水循環(huán)泵進行下一次循環(huán)。來自循環(huán)水站的循環(huán)水先進入液氨蒸發(fā)器B蒸發(fā)液氨，循環(huán)水被冷卻降溫后進入循環(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入吸收塔的下層塔盤，對吸收塔生成的稀硝酸進行冷卻降溫，出吸收塔的循環(huán)水再進入高壓快冷器進一步對進入吸收塔的NOx氣體冷卻降溫，最后返回循環(huán)水站。在利用吸收熱進行氨蒸發(fā)的同時，也充分利用了氨蒸發(fā)的冷量來對吸收過程進行冷卻降溫。

2.5氨氧化反應余熱的回收利用

在氨氧化爐中設有蒸汽過熱器、立式廢熱鍋爐及水冷壁管組，產生壓力為3.82 MPa、溫度為420 ℃的高品位過熱蒸汽；通過產生蒸汽換熱后的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氧化反應余熱的回收利用；NOx氣體最后經低壓水冷卻器降溫后進入NOx氣體壓縮機增壓。

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增壓至壓力0.37 MPa、溫度210～230 ℃后，分別進入氨氧化爐和成品酸漂白塔。進入氨氧化爐的熱空氣通過二次預熱進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，還可有效提高進氨氧化爐的氨濃度，在保證氨氧化爐鉑網反應溫度不變的情況下，使氨空比提高至0.4以上，可以提高裝置生產能力4%以上。進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氣體經氧化氮壓縮機壓縮后，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氣體的吸收，同時為減緩對吸收塔的腐蝕，進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，經與出吸收塔的尾氣兩級換熱后，NOx氣體再進入高壓快冷器冷卻降溫，最后進入吸收塔進行二氧化氮氣體的吸收。同時，二次空氣也被冷卻至100 ℃以下再進入漂白塔。

出尾氣NOx氨催化還原反應器370～380 ℃的尾氣進入尾氣透平機做功后，尾氣溫度降至145 ℃左右。為進一步回收尾氣中的熱量，尾氣進入脫鹽水預熱器與進鍋爐除氧器的脫鹽水進行一級換熱，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生的酸性廢水的情況下，冀衡賽瑞公司在建設二期稀硝酸裝置時，根據(jù)一期裝置實際運行的工藝技術參數(shù)，對二期裝置進行設計優(yōu)化。通過與設計院和設備制造企業(yè)的相關工程技術人員的反復交流、溝通，修改并調整了四合一機組、吸收塔等設備的設計參數(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荷下的3個月平均運行參數(shù)對比見表1。

表1　一、二期裝置在相同負荷下3個月平均運行參數(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，大多數(shù)企業(yè)采用的方法是先將空氣壓縮機負荷調整至開車負荷(設計負荷的80%左右)，再對吸收塔進行充液；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火開車。此種開車方式不僅耗時長、浪費大量的蒸汽和氨，而且對環(huán)境會造成污染。

冀衡賽瑞公司采用了低負荷直接通氨點火節(jié)能技術，即在四合一機組達到開車轉速后，緩慢開啟空氣壓縮機進口靜葉，逐漸將空氣壓縮機的負荷調整至開車負荷(設計負荷的50%以下)，然后對吸收塔進行充液；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火開車；氨氧化爐通氨點火后，通過控制負荷將氨氧化爐溫度迅速調整至800 ℃以上，之后再將裝置負荷調整至正常操作水平。采用此技術開車，不僅開車時間短，而且不會浪費氨和蒸汽。

4　結語

鑒于硝酸以及下游硝酸銨、硝基復合肥產品的產能嚴重過剩，行業(yè)經濟效益整體不好，再加上當前我國大氣污染狀況異常嚴重，利用各種技術手段進行生產裝置的節(jié)能減排是企業(yè)應盡的社會責任和義務，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，加強工藝和設備的管理，提高運行效率，嚴格控制生產現(xiàn)場設備和管道的跑、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、河北科技大學碩士研究生導師，長期從事化工項目建設管理、生產技術管理、技術研發(fā)工作；jhltli6826@163.com。

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