影响双加压法硝酸产品浓度因素分析
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针对双加压法稀硝酸生产工艺的优化研究发布时间:2021-06-17T11:11:35.480Z 来源:《科学与技术》2021年第29卷2月6期作者:秦东1张松2 [导读] 双加压法是稀硝酸生产工艺中十分先进的一项技术,该生产工艺具有着明显的优势,首先其尾气排放量相对较少秦东1张松2德州交投新能源有限责任公司山东省德州市 253000 1 山东华鲁恒升化工股份有限公司山东省德州市 253000 2摘要:双加压法是稀硝酸生产工艺中十分先进的一项技术,该生产工艺具有着明显的优势,首先其尾气排放量相对较少,而且具有较高的氧化率,铂耗也相对较低,因此逐渐在各国的稀硝酸生产过程中得到了有效应用。
本文针对双加压法稀硝酸工艺技术要点进行分析,介绍了双加压法稀硝酸生产工艺的主要技术特点和生产工艺技术,探讨了生产工艺中的一些常见问题,并提出具体的解决对策,希望能够为相关工作人员起到一些借鉴。
关键词:双加压法;稀硝酸工艺;技术要点前言:目前,在世界范围内,双加压法是最为先进的一种稀硝酸生产工艺技术。
随着社会的快速发展以及科学技术的不断更新,对稀硝酸生产工艺也提出了更高的要求。
而结合工业的实际发展需求,在应用双加压法时,需要进一步加大对此技术的应用研究。
而我国在上世纪初期,便借鉴挪威的电弧法硝酸生产工艺有效的开展了研究工作,并研发出了具体的自主产权技术,到今天为止,已诞生了数十套大型硝酸生产装置,其中具体包括了全中压法、全高压法、双加压法以及综合法等相关工艺技术。
而通过对这些工艺技术的有效应用,可以实现稀硝酸的高效生产,并提升稀硝酸的生产质量和生产效率。
一、双加压法稀硝酸生产工艺技术概述稀硝酸生产工艺的不断完善,在一定程度上依赖于相关的机械制造、催化剂技术以及材料研发等的不断创新。
到现在为止,国内的相关稀硝酸工艺生产已经有效的实现了标准化、自动化以及经济化的发展目标。
而从稀硝酸不同的生产技术发展时期来看,也都各自产生了相关的生产工艺技术。
双加压法硝酸生产中吸收加水问题的研究摘要:随着工业化的发展和环境保护意识的提高,硝酸生产过程中吸收加水问题的研究变得愈发重要。
本研究选取了双加压法作为硝酸生产的方法,探索了吸收加水对反应效率和产品质量的影响。
通过实验和分析,发现吸收加水能够改善反应速率和产物纯度,并降低副反应产物的生成。
此外,我们还研究了吸收加水的最佳操作参数,以提高生产效率和经济性。
这项研究为双加压法硝酸生产中吸收加水问题的解决提供了有益的参考,同时也为环境友好型硝酸生产提供了新思路。
关键词:双加压法;硝酸生产;吸收加水问题引言随着工业化的进程和环境保护的日益重视,硝酸生产中吸收加水问题成为一个备受关注的议题。
本研究选择了双加压法作为硝酸生产的方法,并系统研究了吸收加水对反应效率、产品质量和副反应产物的影响。
通过实验和分析,我们发现吸收加水可以提高反应速率、改善产物纯度,并减少副反应产物的生成。
此研究为解决双加压法硝酸生产中的吸收加水问题提供有益的参考,同时也为环境友好型硝酸生产提供新的思路。
1.研究目的和意义本研究的目的是探索双加压法硝酸生产中吸收加水问题,并研究其对反应效率和产品质量的影响。
随着工业化的发展和环境保护意识的提高,寻求更高效和环保的硝酸生产方法变得迫切。
吸收加水作为硝酸生产过程中的关键步骤,其操作参数和效果对整个生产过程至关重要。
本研究的结果和发现将为双加压法硝酸生产中的吸收加水问题提供有益的参考和指导,有助于提高反应效率、优化产品质量,并减少副反应产物的生成。
此外,研究成果还为推动环境友好型硝酸生产提供了新的思路和方向。
2.方法和实验设计2.1选取双加压法作为硝酸生产方法本研究选择双加压法作为硝酸生产的方法。
双加压法是一种相对传统的硝酸生产工艺,该方法通过对氨气和硝酸溶液进行高压混合反应,使其发生氧化还原反应生成硝酸。
相比其他硝酸生产方法,双加压法具有以下优点:反应速率快,产能高,适用于大规模生产;对原料的要求较低,可以利用廉价的废气和废液为原料;废气和废液的处理相对简单,具有较低的环境污染问题。
浅谈硝酸生产中氨氧化率的提高兴化集团硝酸车间张联军摘要:在硝酸生产中,氨氧化率的高低直接影响到硝酸的消耗和产量,因此优化创新硝酸装置操作系统,保证高的氧化率成为了硝酸生产的关键。
文章结合实际情况,对影响硝酸生产氧化率的因素进行了深入的分析,通过技术创新和生产管理等措施,实现了提高氨氧化率,降低氨耗的效果。
关键词:氧化率铂网改进措施近来,液氨市场紧张,因而以液氨为主要原料的硝酸生产,由于液氨的价格上涨,生产成本大幅度上升。
无论是常压法、中压法、全高压法、双加压法硝酸装置,液氨在硝酸成本中都占64%-72%左右,因此提高氨的总利用率是降低成本的主要因素之一。
氨的总利用率体现在氨的氧化率和酸吸收率两个方面。
当装置的生产方式确定后,氨氧化率提高就成了主要的因素。
在实际生产中由于氨的氧化率低,造成氨耗高的现象较多,提高氨的氧化率成为当前硝酸生产中的主要问题,现就氨氧化反应,影响氧化率的原因,以及具体的改进措施介绍如下。
一、氨的氧化反应机理分析氨与氧作用可以有下列反应:4NH₃+ 50₂= 4NO + 6H₂0 907280J4NH₃+ 40₂= 2N₂O + 6H₂0 1104900J4NH₃+ 30₂= 2N₂+ 6H₂0 1269019J除以上为强烈放热反应外,还可能进行下列一些副反应:2NH₃= N₂+ 3H₂ -91690J2NO = N₂+ 0₂ 180618J4NH₃+ 6NO = 5N₂+ 6H₂0 1810791J从生产角度来看,我们的目的是生产硝酸,需要的是一氧化氮,因而希望氨的氧化按转化为NO反应进行,其余的反应应设法加以遏制。
在我国硝酸生产中全部以铂合金网作催化剂。
在氧化炉的设计上也较为成熟,因此,影响氨氧化反应的问题是生产中存在的主要问题。
优化创新硝酸装置操作系统,保证高的氧化率成为了硝酸生产的关键。
二、影响氨氧化率的原因1、铂网暂时性或永久性中毒。
由于生产过程中的污染,使铂网的活性降低,甚至中毒,从而使氨氧化率降低。
双加压法稀硝酸生产工艺技术分析1双加压法稀硝酸生产工艺技术概述稀硝酸生产工艺的进步,很大程度上依赖于机械制造、材料研发、催化剂技术等快速发展,截至目前,国内的稀硝酸工业生产已经实现了自动化、标准化和经济性。
换个角度分析,在不同的技术发展阶段,也产生了相应的生产工艺。
从早期的常压法、综合法,到全中压法、全高压法,再到最先进的双加压法,我国的硝酸生产工艺不断进步,但关键要素是通过控制铵的氧化范畴来进行生产。
本质上来说,硝酸由于其较活跃的特性,产品生产的关键环节及流程控制,包括原料消耗、生产规模、经济技术等内容,其中,氨的消耗最为明显,其影响了整个硝酸生产过程中成本的85%,由此不难判断加强氨的利用率是提高硝酸工业的重要手段。
1.1常规稀硝酸生产工艺常规的稀硝酸生产工艺主要是常压法和综合法,这两种方法的执行环境对压力温度要求并不突出,缺点十分明显,例如吸收不充分、硝酸纯度低、尾气排放量大、能源消耗大等。
这是由于压力设备技术发展较为落后的前提造成的,目前国内基本淘汰了此类生产方式。
1.2全中压和全高压法首先,全中压指的是在0.5MPa左右的压力状态下促使氨、氧气、氮气的反应来制造硝酸,工艺流程较为简单,可以显著提升硝酸的转化率。
相比于常规的稀硝酸制造工艺而言,方法简单、投资少、占地小、纯度高,单纯地就产品生产而言是十分优越的;但全中压法的显著缺点是,缺乏尾气处理功能,直接排入大气之后会造成严重的酸性气体污染。
在上世纪三十年代到四十年代,全中压法是我国主要采用的硝酸技术,目前也面临淘汰。
其次,全高压法指的是在.9MPa 左右的压力下进行氨、氧气和氮气的化合反应来生产硫酸,这种工艺对设备的抗压性有一定的要求,除此之外和全中压法基本类似;利用全高压法可以实现收集高纯度硝酸的需求,同时减少尾气的排放,但由于压力过大会阻碍氨、氧之间的反应,导致大量的催化剂消耗。
1.3双加压法工艺分析很显然,全中压法和全高压法在不同领域的优势,构成了“双加压”的特点。
硝酸装置铵盐超高原因分析及应对措施摘要:在双加压法硝酸生产中,铵盐的高低决定铂催化剂的使用寿命和装置的安全运行。
生产中对于铵盐的监控尤为重要,通过对我公司硝酸装置铵盐超高的原因逐一分析排除,找到了铵盐超高的原因,并提出了相应的应对措施。
关键词:硝酸;铵盐;应对措施1、铵盐指标背景铵盐形成机理:部分未经氧化反应的氨直接进入后序系统与硝酸反应形成铵盐。
硝酸铵易在氧化氮压缩机叶片上结晶,当大量积聚时,遇明火或因摩擦会引起爆炸。
亚硝酸铵易在氧化氮分离器中形成,当大量积聚时,亚硝酸铵在温度高于60℃时,在酸性介质中反应加剧可能引起爆炸。
2、目前国内硝酸装置铵盐指标情况目前国内铵盐指标基本控制在30ppm以下,开工期间铵盐分析控制指标≤50ppm,少部分厂家铵盐控制在10ppm以下。
因铵盐分析指标主要与铂网工作情况有关,故通过铵盐分析可以看出铂网工作状态,可据此判断是否需要对铂网进行处理(酸洗或更换)。
4、铵盐形成的原因4.1 氧化炉温度氧化炉温度过低——会造成部分气氨来不及反应,在后序系统与硝酸反应形成铵盐。
4.2 生产负荷的影响在氨空比一定的条件下,提高生产负荷可以提高氧化炉温度从而降低铵盐生成;但如果生产负荷过高,会增大铂网活性表面的生产负荷,超过最大允许负荷后铵盐将会上升。
4.3 铂网脱边、破损铂网安装时,脱边造成部分气氨未经过铂网,直接进入下一工序造成铵盐超高。
铂网本身破损、安装铂网的挂钩或开车点火旋转臂挂伤了铂网,造成部分气氨未经过铂网,直接进入下一工序造成铵盐超高。
4.4 铂网成分、规格铂网成分不纯、丝径较粗或铂网目数偏少,会造成铂网单位活性面积负荷偏高,造成后续系统铵盐偏高。
4.5 铂网中毒导致中毒的物质有:磷化物、砷化物、硫化物、碳氢化合物、油脂和有机化合物、碱金属、水蒸汽、灰尘、铁氧化物。
毒物来源:来自液氨或空气。
4.6 触媒框密封不严触媒框密封不严,部分氨空混合气未经催化直接通过缝隙进入反应产物,与硝酸、亚硝酸反应形成铵盐,进而导致铵盐超高。
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双加压法稀硝酸装置生产异常状况及处理程川川(中国平煤神马集团尼龙科技有限公司,河南平顶山 467000)[摘 要]中国平煤神马集团尼龙科技有限公司270kt/a稀硝酸装置采用双加压法稀硝酸生产工艺,自2015年底投运以来,截至2019年底先后停车29次,其中,计划停车11次,非计划停车(紧急停车)18次;从试车至系统性能考核结束,仪表及SIS方面的问题基本暴露完毕且已基本得到解决,但后期运行中设备、工艺方面各种异常情况较为突出,特别是设备方面暴露出的问题较多。
介绍神马尼龙科技公司稀硝酸装置近年来发生的典型生产异常状况及其处理措施,通过不断地摸索与改进,稀硝酸装置已转入长周期、稳定运行阶段。
[关键词]双加压法稀硝酸装置;生产异常;设备事故停车;工艺事故停车;晃电事故;处理措施[中图分类号]TQ111 26+2 [文献标志码]B [文章编号]1004-9932(2021)01-0024-030 引 言中国平煤神马集团尼龙科技有限公司(简称神马尼龙科技公司)270kt/a稀硝酸(浓度63 5%)装置采用双加压法稀硝酸生产工艺,由赛鼎工程有限公司设计(EPC),自2015年底投运以来,生产中出现不少问题,截至2019年底先后停车29次,其中,计划停车11次,非计划停车18次。
多年来,神马尼龙科技公司不断解决生产中出现的问题,同时也积累了不少的经验,现稀硝酸装置已转入长周期、稳定运行阶段。
为了能更好地减少生产异常、保持正常生产,以下对近年来发生的典型生产异常状况及其处理措施作一总结。
1 停车情况统计神马尼龙科技公司2015年底稀硝酸装置投运以来的开停车记录见表1。
可以看出:开车以来,18次的紧急停车中,工艺事故停车5次、占比17%,设备事故停车11次、占比38%,设备事故停车占比较高。
GP硝酸生产工艺常见问题及处理措施摘要:本文以天利高新己二酸厂10.5万吨硝酸装置为模型简要叙述了70年代GP双加压法硝酸工艺设计上的不足及操作要点,通过优化操作,在无法实施设备改造的前提下,减缓了因设计不足造成的设备损坏或生产事故。
关键词:GP 双加压法硝酸问题0引言近几年来,我国硝酸工业进入高速发展期,总产量每年以高于18%的速度增长,新增装置的技术含量提高,装置规模增大,酸浓度提高,新技术得到广泛地应用。
新增加的装置主要以双加压法为主,双加压法硝酸装置以总产量大、单机规模大、能耗低、综合经济指标优等特点,已成为我国硝酸发展的主力和今后发展的方向。
在我国已经投产和正在设计安装的29套双加压法生产装置中,GP的双加压法生产工艺为25套,伍德工艺为2套,凯米特工艺为2套。
因此,我国的双加压法硝酸工艺现以GP双加压法硝酸工艺为主体。
然而在实际生产运行过程中我们也可以发现,GP工艺在工艺设计上也存在一些问题,本文主要针对新疆天利高新己二酸厂硝酸装置生产过程中存在的问题进行阐述,通过优化部分操作,达到装置平稳安全运行的目的。
1 70年代GP工艺生产过程中出现的主要问题(1)在70年代GP双加压法硝酸生产工艺中,氧化炉-废热锅炉采用巴布考克锅炉型式,此种锅炉相对于拉芒特锅炉过热段盘管布置在铂网下方,受热气流影响较大,特别是开停工过程中,热应力变化对盘管造成很大损伤,盘管泄露甚至爆管事故在同类装置中时有发生。
天脊集团900吨/天硝酸装置过热段盘管曾出现一年内多次泄露现象。
(2)废热锅炉盘管当出现炉管内断流或流量偏低时,受热气流影响温度上升较快,对过热段盘管损伤较大,操作不当就可能存在爆管事故或应力拉伤出现泄露。
(3)触媒框易出现变形损坏。
该氧化炉触媒框受热应力影响,在使用过程中极易出现变形甚至损坏。
触媒框变形后,其密封效果下降,后续系统铵盐升高,影响工艺安全。
天利高新硝酸装置触媒筐在2010出现触媒筐底部部分焊点脱焊现象。
生产中浓度的影响因素分析和软测量在生产过程中,浓度是一个非常重要的参数,它直接影响着产品的质量和生产效率。
因此,了解浓度的影响因素并进行准确的浓度测量是非常重要的。
本文将对生产中浓度的影响因素进行分析,并介绍软测量在浓度测量中的应用。
一、影响浓度的因素分析1. 原料质量:生产过程中所使用的原料质量直接影响着最终产品的浓度。
如果原料质量不稳定或者存在波动,就会导致最终产品的浓度出现偏差。
2. 生产工艺:生产工艺的参数设置对产品浓度也有着重要的影响。
例如,反应温度、反应时间、搅拌速度等参数的变化都会影响产品的浓度。
3. 设备状态:生产设备的状态对产品浓度同样有着重要的影响。
设备的运行稳定性、设备的清洁度等因素都会直接影响产品的浓度。
4. 环境因素:生产环境的温度、湿度等因素也会对产品的浓度产生影响。
特别是在一些化工生产中,环境因素的变化会对反应速率产生影响,从而影响产品的浓度。
综上所述,生产中浓度受到多方面因素的影响,因此需要对这些因素进行全面的分析和控制,以确保产品的浓度稳定。
二、软测量在浓度测量中的应用传统的浓度测量方法通常需要取样送检,这种方法存在着取样周期长、数据延迟大等问题。
而软测量技术则能够通过对生产过程中的各种参数进行实时监测和分析,从而实现对浓度的实时测量和控制。
软测量技术主要包括建模、数据处理和控制三个步骤。
在建模阶段,通过对生产过程中的各种参数进行监测和数据采集,建立起浓度与各种参数之间的数学模型。
在数据处理阶段,通过对实时采集的数据进行处理和分析,得到浓度的实时预测值。
最后,在控制阶段,根据预测值对生产过程进行实时调整,从而实现对浓度的精确控制。
软测量技术在浓度测量中的应用具有以下优势:1. 实时性:软测量技术能够实现对浓度的实时监测和控制,大大缩短了浓度测量的周期,提高了浓度测量的实时性。
2. 精度:软测量技术通过对多种参数进行综合分析,能够得到更加准确的浓度预测值,提高了浓度测量的精度。
双加压法稀硝酸工艺技术要点分析摘要:双加压法是稀硝酸生产工艺中十分先进的一项技术,该生产工艺具有着明显的优势,首先其尾气排放量相对较少,而且具有较高的氧化率,铂耗也相对较低,因此逐渐在各国的稀硝酸生产过程中得到了有效应用。
本文针对双加压法稀硝酸工艺技术要点进行分析,介绍了双加压法稀硝酸生产工艺的主要技术特点和生产工艺技术,探讨了生产工艺中的一些常见问题,并提出具体的解决对策,希望能够为相关工作人员起到一些借鉴。
关键词:双加压法;稀硝酸工艺;技术要点稀硝酸主要是指浓度低于68%的硝酸,其具有着较强的氧化性和腐蚀性,属于无机酸,而且具有酸的相关通性,在工业生产过程当中具有着十分重要的应用。
近些年来,虽则我国经济的快速发展和科学技术水平的不断提升,硝酸工业在高新材料研发以及新能源利用等方面也取得了十分显著的成绩,更是成为我国经济发展过程当中不可或缺的一项重要原材料。
而对于稀硝酸的生产工艺,也是相关工作人员不断研究和一项内容,通过完善其生产工艺,可以进一步提升稀硝酸的生产效率和生产质量[1]。
一、双加压法稀硝酸生产工艺技术特点分析双加压法具有着十分明显的优势,因此相关企业也在快速地完善其内部技术改造,而此项生产工艺技术的主要特点具体包括以下几个方面。
(一)氨的利用率、转化率高在双加压法装置和生产工艺当中,氧化炉的设计十分独特,可对漩涡流的产生进行阻止,使气体能够在氧化空间内得到均匀分布。
而氧化炉内部的气体分布器则可以充分保障气体在铂网催化剂表面进行均匀流过,使氧气和氨气可以充分接触,确保氨气可以得到充分反应,而且还能够产生相应的温度差,使氨的氧化率和氮氧化合物的转化率得到极大的提高。
(二)减少催化剂的消耗量在双加压法工艺当中,原料可以得到充分的融合,使催化剂的催化作用得到提高,这样一来催化剂的使用量也可以得到减少,能够降低生产成本。
(三)一氧化氮吸收率较高硝酸在具体的生产工艺过程当中,通过高压能够加快的一氧化氮的氧化,从而生成不稳定的硝酸根,而当硝酸中氮元素含量增加后,可以使硝酸的纯度得到提升。
双加压GP法生产稀硝酸采用两台氧化炉并联操作。
生成的气体再经冷凝吸收,制得稀硝酸产品。
氧化中压,吸收高压(1) 氨利用率高,炉顶设计有特殊气体分布器,能使氨空气混合气均匀分布于铂网表面,氨氧化率可达96.7%、NOx吸收率可达99.8%,氨的总利用率为96.5%;(2) 铂消耗低,因铂网温度分布均匀,从而减少了铂网局部过热所产生的铂挥发损失;(3) NO氧化度高,由于NOx吸收采用1.3~1.5MPa的操作压力,加快NO气体的速度,在不设专用氧化塔的情况下,通过设备、管道内空间的净化,使进入吸收塔气体中NO氧化度达到90%~97.8%;(4) 尾气中NOx含量低,由于加压、低温吸收,对NO氧化及NOx吸收都很有利,尾气出口中NOx含量能降低到100mL/kL以下,不需要设尾气处理装置。
四、硝酸生产常见的事故模式(1) NH3和空气在接触设备、混合器及管道内生成易爆的混合气体而发生爆炸;(2) 生产车间、厂区内聚集有大量氨和氧化氮气体,使职工中毒;(3) 生成亚硝酸盐-硝酸盐,并沉积下来,从而在氧化气体鼓风机、透平压缩机器和接触设备的点火部件及管道等处发生爆炸;(4) 当浓缩器燃烧室内加入过量液体或气体燃料时,稀硝酸浓缩工段会形成易爆的气体空气混合物或蒸气-空气混合物,燃料如不及时燃烧,则可能在燃烧室内发生爆炸;5) 当氧气从直接合成法生产浓硝酸的系统中冲出,或氧气进入被有机物质污染的设备时,在未经脱酯处理以及沾有油污的设备和管道表面可能发生燃烧;(6) 氧气和硝酸与有机物接触或与含有棉花,石蜡等有机物质的石棉衬垫及填料接触而发生燃烧;(7) 由于浓硝酸和混酸有机物质接触引起燃烧和爆炸;(8) 液体氧化氮与氨混合而发生爆炸。
氧化炉安全控制技术保证点火时动作迅速准确。
如果点火时间过长,将使未参加反应的氨漏入系统中,遇酸则生成硝酸铵和亚硝酸铵,产生爆炸源。
此外,在开车和正常运转时,要严格控制混合气中氨的含量不超过12%,以防爆炸。
影响双加压法硝酸产品浓度因素分析摘要:在双加压法硝酸生产工艺中,系统的温度、压力、吸收加水量、对氧化吸收起着重要作用,是控制产品稀硝酸浓度的重要手段,不仅影响稀硝酸产品的目标浓度,而且影响尾气中NOx的浓度和原料液氨的消耗,从而影响生态环境和经济效益。
本文结合某双加压法年产40万吨60%稀硝酸装置分析了影响双加压法硝酸产品浓度因素。
关键词:双加压法;硝酸产品;浓度因素;随着双加压法硝酸工艺的不断改进,生产上对硝酸浓度的要求越来越高,为了保证产品浓度,分析影响产品浓度的主要因素是关键,在实际生产中,充分考虑到影响因素,选取合适控制参数,指导硝酸的生产十分重要。
1双加压法氨的氧化采用中压,氮氧化物的吸收采用1.0-1.5MPa,此法吸收了全中压法与全高压法的优点,并可采用比全高压法更高的吸收压力,对工艺过程更为适用。
具有氨耗较低,铂损耗较少,接近常压法,吸收系统采用高压后吸收率高,容积减少,酸浓度高,生产强度大,经济技术指标优,生产成本低,尾气中NOX含量低,是最彻底的清洁生产技术,符合严格的环境保护要求。
基建投资适度,单机组生产能力大,能量回收综合利用合理,是最具发展的流程,是随着对环境污染日益严厉的控制而发展起来的。
缺点是流程复杂,设备制造要求高,操作控制严格。
根据装置能力的不同,空气被压缩到0.3-0.5MP与气氨反应,工艺气在废热锅炉和一系列热交换器中被冷却,最后被压缩到1-1.5MPa,选择合适的压力让吸收段达到最佳状态,尾气中NOX含量达到规定的标准。
四合一机组的合理设计有效的利用装置生产运行中的能量,为装置的运行提供了动力。
2影响双加压法硝酸产品浓度因素2.1温度硝酸生产的几个主要反应都是放热反应,氧化炉中的反应会产生大量的热,可以保证氧化炉的温度控制在820-900℃,使催化剂有优良的活性,氨有很高的转化率。
实际生产过程中控制温度稳定,使反应平稳进行,减少副反应发生,得到合格浓度的产品酸。
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双加压法稀硝酸装置中关键设备腐蚀原因及应对措施李苏军,罗正兰(重庆飞华环保科技有限责任公司,重庆 401221)[摘 要]双加压法稀硝酸装置生产中,材料的腐蚀极为突出,材料的选择正确与否直接关系着系统的安、稳、长、满、优运行。
针对重庆飞华环保科技有限责任公司及相关企业双加压法稀硝酸装置中出现过的设备腐蚀问题,结合系统工艺流程与实际生产情况进行原因分析,认为吸收塔腐蚀主要源于Cl-腐蚀、酸腐蚀,特材换热器腐蚀主要源于再沸现象及设备选材等,氧化炉炉管的腐蚀主要源于冷凝酸腐蚀及设备选材,并提出了一系列应对措施。
[关键词]双加压法稀硝酸装置;吸收塔;特材换热器;腐蚀;原因分析;应对措施[中图分类号]TQ111 26 [文献标志码]B [文章编号]1004-9932(2020)05-0021-040 引 言重庆飞华环保科技有限责任公司(简称飞华环保公司)270kt/a稀硝酸装置是BASF重庆MDI一体化项目系列生产装置之一,采用西班牙TR公司开发的双加压法硝酸工艺,即中压氧化(氧化压力0 45MPa)、高压吸收(吸收压力1 1MPa)。
双加压法稀硝酸装置生产运行中,设备腐蚀现象极为突出,设备材料的选择直接影响着系统的安、稳、长、满、优运行。
飞华环保公司在稀硝酸装置建设之初,汲取相关企业的经验教训,在极易出现腐蚀的工艺气氧化及工艺气吸收两大环节采用了先进的2RE10特材和S30403不锈钢,极大地降低了设备的腐蚀。
以下对有关情况作一简介。
1 双加压法稀硝酸装置工艺流程简述飞华环保公司双加压法稀硝酸装置工艺流程框图见图1。
由界区来的原料液氨经氨蒸发系统过滤、蒸发、加热后,与四合一机组加压至0 35bar的空气在氨空混合器中混合,一同进入氨氧化炉进行氧化反应,生成的氧化氮气体经蒸汽过热器、蒸发器回收热量后温度降至383℃左右,然后流经串联的尾气过热器、省煤器、尾气加热器、低压反应水冷器(即图1中的低压水冷凝分离器,各企业称谓不一,但通常指的是同一设备),其中部分氧化氮气体在低压反应水冷器内冷凝成稀硝酸(浓度34%,简称冷凝酸);冷凝酸在工艺气分离器内与氧化氮气体分离,分离冷凝酸后的氧化氮气体进入氧化氮压缩机,被加压至0 98MPa,再经锅炉给水加热器、尾气预热器、高压反应水冷器(即图1中的高压冷凝器,各企业称谓不一,但通常指的是同一设备)冷凝至48℃左右后进入吸收塔底部,气相中的NO2被吸收塔中的水吸收而生成硝酸,并与工艺气分离器分离出来的冷凝酸混合而形成60%的硝酸,稀硝酸经漂白塔吹出其中溶解的氧化氮气体后,最终送至BASF生产装置使用。
影响双加压法硝酸产品浓度因素分析
发表时间:2018-09-18T18:55:45.057Z 来源:《基层建设》2018年第23期作者:李达军
[导读] 摘要:在双加压法硝酸生产工艺中,系统的温度、压力、吸收加水量、对氧化吸收起着重要作用,是控制产品稀硝酸浓度的重要手段,不仅影响稀硝酸产品的目标浓度,而且影响尾气中NOx的浓度和原料液氨的消耗,从而影响生态环境和经济效益。
重庆飞华环保科技有限责任公司重庆长寿 401221
摘要:在双加压法硝酸生产工艺中,系统的温度、压力、吸收加水量、对氧化吸收起着重要作用,是控制产品稀硝酸浓度的重要手段,不仅影响稀硝酸产品的目标浓度,而且影响尾气中NOx的浓度和原料液氨的消耗,从而影响生态环境和经济效益。
本文结合某双加压法年产40万吨60%稀硝酸装置分析了影响双加压法硝酸产品浓度因素。
关键词:双加压法;硝酸产品;浓度因素;
随着双加压法硝酸工艺的不断改进,生产上对硝酸浓度的要求越来越高,为了保证产品浓度,分析影响产品浓度的主要因素是关键,在实际生产中,充分考虑到影响因素,选取合适控制参数,指导硝酸的生产十分重要。
1双加压法
氨的氧化采用中压,氮氧化物的吸收采用1.0-1.5MPa,此法吸收了全中压法与全高压法的优点,并可采用比全高压法更高的吸收压力,对工艺过程更为适用。
具有氨耗较低,铂损耗较少,接近常压法,吸收系统采用高压后吸收率高,容积减少,酸浓度高,生产强度大,经济技术指标优,生产成本低,尾气中NOX含量低,是最彻底的清洁生产技术,符合严格的环境保护要求。
基建投资适度,单机组生产能力大,能量回收综合利用合理,是最具发展的流程,是随着对环境污染日益严厉的控制而发展起来的。
缺点是流程复杂,设备制造要求高,操作控制严格。
根据装置能力的不同,空气被压缩到0.3-0.5MP与气氨反应,工艺气在废热锅炉和一系列热交换器中被冷却,最后被压缩到1-1.5MPa,选择合适的压力让吸收段达到最佳状态,尾气中NOX含量达到规定的标准。
四合一机组的合理设计有效的利用装置生产运行中的能量,为装置的运行提供了动力。
2影响双加压法硝酸产品浓度因素
2.1温度
硝酸生产的几个主要反应都是放热反应,氧化炉中的反应会产生大量的热,可以保证氧化炉的温度控制在820-900℃,使催化剂有优良的活性,氨有很高的转化率。
实际生产过程中控制温度稳定,使反应平稳进行,减少副反应发生,得到合格浓度的产品酸。
NO的氧化和NO2的吸收都为放热反应,为使NO充分转化为NO2,需要通过系列换热器将氧化炉出口的高温工艺气逐级减温。
在压缩机之前设置了低压反应水冷凝器,工艺气在其中快速降温,除去水分,为NOx压缩机运行创造良好的条件。
从NOx压缩机后又进入一个降温的过程,通过设置高压反应水冷凝器,使温度降下来,则进入吸收塔底的温度为40-50℃,为低温吸收创造条。
在实际运行生产中,可以通过调节两反应水冷凝器的冷却水的量和温度来保证工艺气的温度有利于吸收的进行。
要产生大量合格浓度的产品硝酸,NO2在吸收塔中被充分吸收是关键。
吸收塔中主要的吸收反应为可逆放热反应,移去反应过程中产生的热量,有利于反应平衡向生成硝酸的方向进行,是保证NO2被充分吸收而得到目标浓度硝酸的保证。
用于吸收的水的温度会影响到吸收塔中的温度,水的温度随环境温度的变化成正比例变化,在工业生产中,吸收塔会设计蛇形换热盘管,一般用冷却水给吸收塔换热,吸收温度维持在20-35℃。
氧化炉的温度、进入吸收塔的工艺气温度、吸收塔中反应的温度、环境温度都是影响硝酸浓度的因素,在实际工业生产中,装置整体上是以降温为控制方向,使NO→NO2→HNO3转化,有利于提高转化率和控制浓度。
2.2压力
双加压装置中采用0.3-0.5mp的氧化压力,可以弥补常压氧化的不足,也可避开过高压力下,氨氧化率变低、氨耗高、铂催化剂装填量大、铂损耗高的缺点,某装置采用的西班牙TR双加压工艺包,氨耗只有38mg/t(100%HNO3)。
NO氧化为NO2和NO2在吸收塔中吸收生成酸都是体积减小的反应,压力越高,越有利于硝酸的生成,从而提高硝酸产品的浓度。
因此,通过NOX压缩机对工艺气加压,促使NO充分氧化为NO2和NO2在吸收塔中接近完全吸收。
在实际生成中,根据当班产品数据分析结果,通过“四合一机组”控制氧化和吸收的压力,保证硝酸产品的浓度。
2.3 NO的氧化度
NO只有氧化为NO2后,才能被水吸收,形成硝酸,一氧化氮氧化的关键步骤为2NO+O2=2NO2,该反应是放热和体积减小的可逆反应。
从废热锅炉开始约为1.55%,随着工艺气温度逐渐降低到低压反应水冷凝器出口为40.16%,由于二次空气的补充,在氧化氮压缩机入口处已达62%,通过升压后在尾气预热器入口处达85.87%,在经过后续换热器的降温,进入吸收塔底部已达到97.69,高的氧化率为吸收创造了条件,也是达到较高浓度硝酸的基础。
2.4水量的影响
从双加压法稀硝酸生产的反应过程及工艺流程可以看出,产品硝酸中水的来源包括以下几方面:(1)液氨中含有的水带入硝酸产品中,生产中的原料液氨,要求水质量相对于液氨量(或硝酸产量)含量极少,某装置的液氨含水重量最大为0.5%,且这部分水可以通过定期氨系统排污而排走;(2)喷蒸汽中的水,在双加压法硝酸实际生产中,喷蒸汽的目的是除去系统中的铵盐,正常情况下该操作为间断操作,且时间较短、喷水量不多、频率较低,因此喷入的蒸汽量可以忽略不计;(3)进入轴流空压机空气中的含水,可由装置所在地的空气湿度和空气量及算出,一般来说,短期内空气湿度变化较小,可认为是不变的,含水量较小,对硝酸浓度影响有限;(4)原料氨在氧化炉中反应生成的水,可以根据氨的流量算出,由式NH3+O2=HNO3+H2O可以看出,生产负荷对反应产生的水起着决定性作用,每消耗原料氨1吨就能相应的生成1吨的水量,是系统中吸收水来源的主要源头之一。
反应生产的水蒸汽在各级换热器中逐渐冷凝吸收部份NO2形成浓度不等的稀硝酸;(5)吸收塔加水,可由流量计检测得到。
要想基本完全吸收余下NO2生成浓度60%或更高一点的稀硝酸,还需要外加吸水量,这是系统中吸收水来源的主要源头之二。
一般通过吸收塔顶层塔盘加入脱盐水来保证产品酸的浓度和质量。
以某装置日常运行负荷75-100%为例,根据实际操作情况,脱盐水流量对应加入7-11m3/h左右。
吸收塔顶部脱盐水的加入量与负荷成正比例关系,负荷越高,脱盐水的加入量也相应的增加,环境温度也会影响吸收水的加入量,环境温度高可以根据操作经验适当的增加水量,平稳的控制吸收塔顶水的加入量,是保证吸收效率和硝酸浓度的主要手段之一。
通过分析可以看出,生产负荷和吸收塔顶加水量是决定着系统中水的来源,是影
响硝酸产品浓度的原因之一。
3发展趋势
当前各国的硝酸发展趋势是采用大机组、大装置,合理提高系统压力,提高产品浓度,节能降耗,降低尾气排放浓度,减少对大气的污染。
取缔和关闭配置低、规模小、能耗高、安全环保无法保证的装置。
采用大型压缩机组、智能化控制系统、改良的催化剂,实现更精确、稳定、效率的生产,将会为硝酸工业的发展起到积极的作用。
参考文献:
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