探究270kt/a稀硝酸装置氨耗高的原因与应对

文秋芬 石浩亮（.辽宁方大工程设计有限公司广西分公司，广西柳州54500；.柳州市鹿寨县应急救援服务中心，广西柳州545600）

0 引言

柳州化工股份有限公司硝酸7#系统为赛鼎工程有限公司设计，2014年6月7日正式投入生产。该270kt/a稀硝酸装置采用双加压法生产每吨稀硝酸，其设计氨耗是0.283t/t。本装置在生产过程中存在氨耗高的现象，而在生产的总体生产成本中，氨耗成本占据80%。因此，氨耗过高，会增加生产成本。对此，有必要对该装置氨耗高的原因分析，采取有效措施加以改进，有效降低氨耗。

1 氨的消耗分析

在双加压生产稀硝酸的过程中，氨蒸发器对液氨进行蒸发为气氨，再进入氨氧化炉中，在催化剂下，形成NO，NO 继续氧化为NO2，吸收塔中的水吸收NO2，即形成稀硝酸。在生产过程中，反应物氨被消耗，而氨氧化率决定氨耗[1]。

2 270kt/a稀硝酸装置氨耗高的原因

2.1 原料气净化度低

氨氧化法硝酸生产，采用铂网为催化剂，若空气、氨等原料气夹带各类杂质，诸如铁锈、碳、油脂、硫、灰尘等导致其净化度较低，则降低铂网活性，进而大幅度降低氨氧化率[2]。该装置建设在柳州化工股份有限公司生产区内，周围存在有害杂质及扬尘。铂网经过一段时间运行后，会集聚灰尘和固体颗粒物。

2.2 氨空比值低

在生产过程中，氨空混合气所含的氨气较少时，氧化率会出现急剧下降。而氨空混合气中所含氨气超过12.5%到13%时，即可能引发爆炸。对安全因素和工艺因素进行综合考虑，在正常情况下，通常将氨空混合气中所含的氨空比控制在9.5%到11%的范围内。此时，正常情况下，氧化炉炉温保持860℃左右的温度。该装置受气量波动影响，为确保生产稳定，将氨空比控制在9.9%，夏季氧化炉温度能保持在850±5℃范围内。但冬季受到气温影响，氧化炉温度只有830-840℃左右。在这种情况下，氨空比仪表显示值虚高于实际值，导致氧化炉温低，对氧化率造成影响，进而增加氨耗[3]。

2.3 氧化炉设备泄露

氧化炉是稀硝酸装置的关键设备，该设备是三位一体的设备。在设备中，氨被空气氧化，形成NOX，保持860℃的温度，废热锅炉中的饱和蒸汽和锅炉水将反应热带走，NOX降至400℃。氧化炉极易出现锅炉管爆管、大法兰泄露、铂网塌边、分布器变形等现象，会增加氨耗，导致氨气走短路，并增大氧化炉铂网下平面温度，损坏铂网，造成系统铵盐含量增多，影响生产运行的安全性。操作人员要密切监控系统铵盐含量，当其浓度超过30mg/L时，要及时停车处理，防止铵盐积聚导致爆炸。

2.4 工艺操作问题

该装置的受上下游影响，生产负荷波动较大，最低仅有75%的负荷率，而且全年开停次数基本在7 次以上。在氧化炉进行点火前，配氨空比时需放空氨。氨空比值为8.5%时，才关闭放空阀，该过程需20～30 分钟，氨放空量在1～2t。因此，开停频繁，也导致氨耗增加。另外频繁的开停，可能导致催化剂与氧化炉边缘出现脱开，部分氨直接从催化剂层穿过，未参与反应，会造成工艺问题，及时停车处理，能实现对氨耗的降低，但氨未参加反应出现副反应，通常会被忽视，导致氨耗增加。另外，氨蒸发器中聚集较多油水时，不规范的排污，也会导致氨耗增加。

3 270kt/a稀硝酸装置氨耗高的应对措施

3.1 增强空气净化效果

表1 氨空比分析对比数据

该装置空气过滤室为砖厂房结构，其进口百叶窗的材质为碳钢，极易出现腐蚀生锈现象。三级过滤器安装于室内，第一级采用自动卷帘式；第二级和第三级为固定框架式，能99.9%有效过滤直径超过0.5μm 的颗粒，其三级过滤控制总阻力降低0.6KPa。在生产初期，对空气过滤室压差曾达到1.15Kpa，极大影响系统负荷和铂网的活性。为增强空气过滤的实际效果，现工艺操作对一级过滤器压差进行严密监控，当压差为0.4KPa时，对一级滤布进行更换。与铂网更换周期同步对二级、三级过滤器更换。上述措施，能实现对空气过滤效果的增强，但无法根本解决问题。建议将空气过滤室百叶窗材质由碳钢改为不锈钢，降低铁锈进入量；对马路实施每天喷水，实现对扬尘的减轻；同时将一级卷帘式粗过滤滤布更换为滤筒式过滤器，并增设自动反扫吹功能，可大幅度提高一级过滤器的过滤效率，并大幅度降低二级、三级过滤器的更换频率[4]。

3.2 对氧化炉温度进行提高

外界因素对生产负荷有较多影响。经验显示，氨空比每出现1%的增加，氧化反应平均温即出现70℃的上升。在指标允许，可提高氨空比来实现炉温提升。依据仪表计量值，对氨空比值进行计算，氨气流量、空气流量计算以及温压补偿仪表指示相应的准确性等因素均会影响仪表计量值。对仪表进行调整，必须对氨空比进行重新试验，存在较大难度。对此，可基于取样分析比对，将氨空比仪表显示值虚高于实际值的具体数值找出。将日常定期分析对比作为依据，无法确定虚高，每0.5小时即实施一次取样分析，并作出分析比对，如表1所示。

表1 显示，平均虚高值为0.209%，现将氨空比控制值夏季控制为10%，冬季提高控制值为10.5%。调整后，在冬季，氧化炉炉温能保持为860℃，且不会出现联锁跳车。

3.3 加强设备和工艺管理

工作人员熟练配置氨空比，对配氨空比时间进行缩短，能减少氨量损失。要与开车操作相结合，对配置氨空比的可视化标准作业程序进行编制，据此加强员工培训，实现对配氨空比时间的有效缩短，必要时由工艺技术人员进行配置氨空比，通氨点火的操作。要吸收先进经验，加强设备管理，避免泄露。当氧化炉反应温度出现升高，但硝酸产量出现下降时，表明氧化炉内的副反应增加，要对工艺参数进行及时调整。要对酸性水和冷凝水进行规范回收，降低氨耗。

4 结语

综上所述，270kt/a稀硝酸装置氨耗高的原因主要是原料气净化度低、氨空比值低、氧化炉设备泄露、工艺操作问题。对此，要通过增强空气净化效果、对氧化炉温度进行提高、加强设备和工艺管理等措施加以应对解决，实现对氨耗的有效降低。