双加压硝酸装置的最近动态

双加压硝酸装置的最近动态

张东升 冯军强

天脊煤化工集团股份有限公司

摘 要：为我公司新建硝酸装置的需要，我们充分调研了国内现有的双加压硝酸装置，对其进行了认真的分析，同时积极地同国外掌握先进技术的公司进行交流，我们发现目前国内的双加压硝酸装置还是有许多可以改进之处，尤其是在具体细节上较世界先进水平还是有一定差距的。 关键词：双加压 设计理念 废热锅炉 细节 1 前言

根据集团公司 “肥化并举，两轮驱动”的战略方针，我公司计划新建六大项目，其中包括一套年产27万吨63.5-65%的稀硝酸装置。针对我公司三套年产27万吨双加压硝酸装置的运行经验及国内其它双加压法硝酸生产厂家存在的不足，我们充分调研了目前世界上最先进的双加压生产技术，并结合存在的问题，有针对性地与几家掌握先进技术的双加压技术公司进行了交流。通过多次的技术交流，我们找出它们的相似之处，进而可以看出我国现有双加压硝酸装置的不足，及设计理念的不同和未来双加压技术的发展趋势。 2 设计理念的不同

2.1 装置立体安装、设备立式布置

国内设计、新建的硝酸装置大多仿照我国上世纪70年代引进法国GP公司的设计版本，就是装置布置一字排开，设备大都采用传统的卧式安装，当然这样设计的好处就是检修方便，大多不用高空作业。而目前国外的设计却是相反，他们的装置多数采用立体分层布置，设备也是立式安装。据国外设计公司讲：单单从工艺上来说，立式和卧式安装没有大的区别，但是设备立式安装有几个优点：一是装置立体分层布置可以节省装置的占地面积，以GP工艺的日产1500吨硝酸装置为例，整个装置的占地面积只有60×36m，若现场预留空间不大，或是需要拆迁的厂家来说，新建装置占地面积小就有了较大的优势。二是设备立式安装更有利于设备的现场安装和配管，比如由于一台设备到货晚不会影响其它设备的安装进度和配管，这样就可以节省设备安装的时间，且立式安装更有利于设备的

防腐。

2.2 厂房大都采用钢结构

目前不论是捷克化工还是伍德设计的硝酸装置，厂房都是钢结构，区别于国内设计的混凝土结构形式。据他们讲：采用钢结构的初因是由于当时在欧洲钢铁的价格比混凝土便宜。但是目前在钢铁价格上涨的情况下他们仍采用钢铁结构，这是因为采用钢铁结构的好处是可以省去混凝土浇筑时间，大大加快项目的建设进程；另外采用钢结构可以使厂方更加安全简洁。 2.3设备的大型化

通过与多家设计单位的交流，我们发现他们设计的设备是越来越大。例如日产1500吨的装置，蒸发器、氧化炉都设计为一台。并且许多设备都类似我公司的省煤器—低压反应水冷凝器的设计，连接在一起。例如低压反应水冷凝器与氧化氮分离器连接在一起，尾气预热器与高压反应水冷凝器连接在一起等。这样的设计可以节省占地面积和连接管道，使设备更加紧凑。另外向GP公司都成功开发了日产1500吨的装置， UHDE公司为Abu Qir Fertilizers and Chemical Industries Co. 开发的日产1830吨的装置在2000年顺利投产，随着技术的进步装置产能越来越大，相应的设备也是越做越大。 3 先进的发展趋势 3.1 开发生产高浓度的酸

随着有机工业对硝酸浓度的要求，现生产60-62%的酸已不能满足下游生产的需要，而需要直接生产更高浓度的酸。所以不论是GP公司还是UHDE公司都开发了可以直接生产68%的硝酸装置，且通过对现有工艺作较小的变动，就可以实现。令人感到满意的是虽然生产高浓度酸的双加压装置都增加了尾气处理系统，但是氨耗却并未增加多少，例如：GP公司给出的数据是，在尾气中NOx含量为50ppm的条件下，氨耗为284kg/t(100%)酸；UHDE公司公司给出的数据是，在尾气中NOx含量为50ppm的条件下，氨耗为281.7kg/t(100%)酸，而现我公司硝酸装置设计的消耗定额为282.5 kg/t(100%)酸，可见氨耗增加不大，从尾气处理系统已经投入运行的厂家得到的数据，尾气耗氨一般为1kg/t(100%)酸。另外直接生产高浓度的硝酸，对于浓硝酸的生产企业来说，也可以节省大量的蒸汽消耗，所以直接生产高浓度的硝酸可能是未来发展的一个趋势。

3.2 没有喷水降温器

国内现设计调节过热蒸汽的温度都是采用喷水降温器，即在进入蒸汽过热器的入口管线上设置喷水装置，通过加入锅炉水泵来的锅炉给水调节过热蒸汽温度。这种设计的弊病是温度调节滞后，波动大，因为过热蒸汽的温度探头设置在过热器出口管线上，而喷水降温器则设置在过热器入口管线上，当喷水降温器调节了加水量后，蒸汽要先进入蒸汽过热器与高温的NOx气体换热，然后出过热器才能达到测温探头，这时才能体现出调节的效果，这个过程用的时间比较长，温度调节非常滞后。尤其是开车时，很容易造成过热蒸汽温度过高，且长时间不稳定，严重的影响的蒸汽透平和蒸汽过热器的正常运行，蒸汽过热器长时间在高温下工作，最容易造成爆管事故。而现在先进的设计是去掉喷水降温器，采用三通阀的设计来调节过热蒸汽温度。即在蒸汽过热器的出口设置一个三通阀，将蒸汽蒸汽一分为二，一路进入汽包与汽包中的饱和水换热，然后再与另一路没有经过换热的过热蒸汽汇合，靠进入汽包的蒸汽量来调节过热蒸汽温度。这样的调节回路较短，可以避免温度调节的滞后性，而且过热蒸汽与汽包中的饱和水换热，温差较与锅炉水换热小，温度调节相对缓和，不会出现大的波动。 3.3 废热锅炉的改变

我公司在建厂选型时，Heurty公司推荐使用巴布考克锅炉，因为当时巴布考克锅炉具有以下特点：

1）废热锅炉与氧化炉是连在一起的，构成一个整体设备。 2）没有管板，炉管可以自由膨胀，炉管由一个总管支撑。

3）采用强制循环，因此在氧化炉点火以前可以在汽包中用蒸汽加热，然后用热水进行循环，使炉管和壳体得以预热，这一点是很重要的。

4）所有的进出口都在炉子下方，锅炉盘管可以从炉中吊出。

5）锅炉壳体部分，壳体收缩，减小了流通截面，增大了流速，因而具有较高的传热系数。

可是在经过长时间的运行后，我们发现了许多问题，最突出的就是巴布考克锅炉受热变形严重：由于巴布考克废热锅炉呈蛇形垂直排列且过热段在最上面，靠近铂网受高温的辐射比较严重，使用一段时间过热器就容易变形，迫使上面的篦子变得板高低不平。填料的不均匀，会使整个氧化炉内气体所受阻力有大有小，

炉内气体分布不均，势必影响氨的转化率和N2O的减排率，使公司经济效益受到损失；二是过热器直接受高温高压的氮氧化物气流的冲刷，对管壁的磨损和氧化显得格外严重，经过一段时间的运行，当过热器的管壁变薄后，容易发生过热器爆管现象，过热器爆管不仅直接影响生产，而且还会造成贵金属铂网的损失，使铂网表面受到污染，严重的降低的铂网的活性和使用寿命。

正是鉴于上述问题，现设计的硝酸装置，废热锅炉都采用更加适合硝酸氧化炉用的拉蒙特锅炉或是类拉蒙特锅炉。这时因为拉蒙特锅炉在结构上不同于巴布考克锅炉，拉蒙特锅炉分三段，最上端的三层是第一蒸发段，中间的三层是过热段，下面的九层是第二蒸发段。 此设计的巧妙之处在于过热段在中间，这样可以避免过热段直接受高温的氮氧化物气流的热辐射，因为第一蒸发段可以吸收氮氧化物气流24%左右的热量，对材质的老化起到了很好的延缓作用；再则拉蒙特锅炉的形状是呈蛇管平行排列，这样的设计很好的克服了巴布考克锅炉垂直弯头过多的缺陷，因为弯头处受到的热应力大，尤其是在开停车时弯头处受的应力非常的大。同时也成功避免了管内4.0MPa的高压蒸汽在弯头处形成的涡流对管壁的冲刷磨损。同我们交流的几家公司都不约而同地采用此类锅炉。 3.4 配氨—空比不用放空

目前国内装置，配氨—空比的一般流程是：当机组、工艺符合条件后，首先根据一次空气的流量通过调节气氨的压力调节阀、流量调节阀，先将氨—空比调节到一定比例，然后投自动，再通过调节氨—空比自动调节的给定值，将氨—空调节到点火时的数值，而在整个调节过程中，气氨由过滤器前的放空阀放空，这不仅白白浪费掉了氨，还会造成环境的污染。现在更加先进的是通过采用特殊的设计，在配氨—空比的过程中气氨不用放空，但是出于保密的原因，交流方并未透漏具体方案，参观由捷克化工设计建在上海的拜尔硝酸装置，也未看到实质性的东西。 4 设计的细节化

从天脊集团1978年成套引进GP公司的双加压法硝酸装置至今已有30多年了，但是国内的双加压工艺并没有实质性的变革。通过交流我们发现国外的工艺除了上述几方面的发展，他们注重细节的改进，也是值得我们借鉴的。 4.1 热量回收率高

与我们交流的几家设计公司，他们的热量回收率都非常的高，例如UHDE公司他们的高压蒸汽输出量达640kg/t(100%)酸，而GP公司更是达到了700 kg/ t(100%)酸，但他们并没有增加任何的换热器。其原因就是他们更注重细节方面的设计，例如GP公司的技术人员举例，他们说氧化炉及过热蒸汽出口管线，若保温作的好，表面温度低于50℃的话，可以节省1～2%的热量，那么就可以多产1～2吨的蒸汽。

4.2 大功率运行的泵，没有回流

与捷克化工交流得知，大功率、长周期运行带有液位调节的泵，现设计都没有回流阀，而是采取了特殊的装置，如下图所示。

图1

图2

FO 回流 G 弹簧1 回流 G 弹簧2 出口 出口 出口阀 原来习惯性的设计如图1所示，由泵的出口引一回流管路，用来控制泵的回流量。而较先进的设计是如图2所示的那样，采用一个特殊的阀门设计：用两条弹簧来控制泵的回流。假设出口回流量是回流量的6倍，那么弹簧2的弹力就是弹簧1的6倍，这就是说在泵正常运行时，图2中回流量为“0”，当出口阀完全关闭时，弹簧1控制的回流才会打开，此时泵才有回流。这样设计就可以减少泵正产运行时由于回流而损失的功，若泵的功率大于37kwh，那么此设计就可以减少电能的消耗。他们给出的实例，若出口的流量为30t/h，回流量为5 t/h，按图1的流程泵消耗的功率为88 kwh，那么按图2的设计泵的功率只有80 kwh。这样的话节省的电费很快就可以收回图2中阀门的成本。 结束语

我们发现国内的双加压硝酸装置同国外相比还有一定的差距，他们先进的设计对我们新建项目非常有借鉴意义，通过多次考察和技术交流，我们发现了自己

的不足，在新建装置中争取做到取长补短，让我公司的硝酸装置赶上世界先进水平。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/so4g.html