国产双加压法硝酸生产装置运行情况的分析及建议

1  全球与中国硝酸工业生产情况

1.1  国外生产情况
    硝酸工业生产具有悠久的历史，早在15世纪就有人用智利硝石与硫酸反应制造硝酸，该法一直沿用至20世纪初。1913年Haber合成氨法问世，原料氨充足，从此氨氧化生产硝酸成为世界上生产硝酸的主要方法。
    硝酸作为一种特殊产品，可用于和平建设，亦可用于战争。美国在20世纪70年代越战时期，硝酸工业得到快速发展，其产量最高达10000 kt/a。越战之后进行调整，现保留约67家，总产能7000～7500 kt/a。全球硝酸生产厂家（未含中国大陆）约345家，总产能55100～55700 kt/a，生产方法以高压法和双加压法为主。全球各国硝酸生产能力及生产企业排序如下。
    （1）全球各国生产能力前五名排序
    中国7050 kt/a（2010年预计9670 kt）
    美国7000～7500 kt
    德国3866 kt
    英国3187 kt
    荷兰2465 kt
    （2）全球生产企业产能前五名排序
    英国帝国化学工业分公司  2205 kt（最大生产厂比村厄1375 kt）
    荷兰氮素公司斯勒伊斯基尔  1100 kt
    德国巴斯夫（在路德维港）  950 kt
    挪威波尔斯洛伦  950 kt
    中国山西天脊煤化工集团公司  810 kt
1.2  国内生产情况
    （1）生产能力情况（表1）

    （2）生产方法情况（表2）

    从表2可见，2006～2010年之间，我国硝酸工业生产方法结构性调整呈大提速状态，落后的生产方法，如常压法和综合法的生产份额将被压缩，有的将转产或退出市场。先进的双加压法比例逐年增加，至2010年产量将达到5180kt/a，其比例上升至53.6%，在硝酸生产中将占据主导地位。
2  双加压法硝酸的发展及运行情况分析
2.1  以国产“四合一”机组带动我国双加压法硝酸生产的发展
    工业生产硝酸有常压法、综合法、中压法、高压法和双加压法。双加压法的氧化压力在0.45 MPa，吸收压力1.1 MPa。与其他生产方法相比，氧化压力适中，吨酸铂耗少，吸收压力高，对氮的氧化物吸收有利，产酸浓度高，氨耗低，酸尾排放的NOx＜200×10－6，是一种可供选择的先进生产方法。但因双加压法中“四合一”机组需从国外引进，价格昂贵，20世纪70、80年代只有济南、天脊等为数不多的生产企业采用双加压法工艺生产。1995年在济南召开“中国化工学会化肥专业委员会硝酸、硝盐学组成立大会暨技术交流会”（全国化工硝酸硝酸盐技术协作网前身），陕西鼓风机厂参会并了解到硝酸行业急需“四合一”机组的信息，经数年的努力，于1999年成功制造出“四合一”机组并于当年投入运行——云峰机组。尽管该机组有些不尽人意之处，但它实现了“四合一”机组多年来国产化的宿愿，同时也拉开了全国产双加压法硝酸工艺在我国发展的序幕。1999年以后国产双加压法在我国得到快速发展。与此同时，有的企业采取引进国外“四合一”机组和二手设备相结合的方式，使双加压法生产能力进一步扩大，见表3。

    从表3可见，已投入运行的有18套，总生产能力有2580 kt/a，其中从国外引进机组产能1060 kt，占41%；国产机组产能800 kt，占31%；二手设备机组产能720 kt，占28%。

    正在建设或在筹建中的有四川泸天化、江苏南化、辽宁大化、山东海利、河南晋开、四川金象、河南神马、新疆天利、浙江龙山、云南解化、陕西兴平、宁波万华、青海盐湖等14套。总生产能力2720 kt/a，将在2008～2010年投入运行。其中引进机组约690 kt，约25.4%，国产机组可望达2030 kt，占74.6%，国产“四合一”机组将在硝酸生产中占据主要地位。
2.2  国产“四合一”机组运行情况分析
    国产“四合一”机组自1999年下线以来，至2007年已有8台在运行，总体情况是好的，但也暴露出一些问题，与国外机组相比还存在差距，主要情况介绍如下。
2.2.1  轴流空压机运行情况（表4）

表4    四套轴流空压机设计值和典型运行参数表

注：介质均为空气。

    从表4可见，除石家庄机组轴流空压机的运行排气压力低于0.4 MPa外，其他轴流空压机组排气压力均大于0.4 MPa，但仍低于设计值，排气温度均低于设计值。后投入运行的华泰、海化、永昌、联合化工等四套机组，排气温度已接近设计值，在氨/空气为9.6%时，氧化炉温度860 ℃，上述分析说明轴流空压机的设计和制造，基本能满足硝酸生产的要求。
2.2.2  氧化氮压缩机运行情况（表5）

    从表5可见，氧化氮压缩机排气压力为0.7～0.95 MPa，进气温度在37～52 ℃，低于设计排气压力1.1 MPa、进气温度60 ℃的指标。后建的华泰、海化、永昌等三套大致相同，第八套联合化工因改变尾气膨胀机的流道，二氧化氮压缩机排气压力可达1 MPa，转速11060 r/min，X轴振动62 μm，达到报警值。总之，已投运的8套氧化氮压缩机，压力尚未达到设计值1.1 MPa的要求。
2.2.3  尾气膨胀机运行情况（表6）

    工业生产尾气膨胀机的回收率要求为0.8～0.85，而国产尾透回收效率如表6所列。各机组的回收效率差别很大，最高石家庄机组为0.763，最低是联合化工，只有0.58。由于尾透回收效率低，本来氧化炉副产蒸汽，除供“四合一”机组汽轮机做功外，还有富余蒸汽外送，现蒸汽不能自给，还须补充外来蒸汽，一般要2～3 t/h，多的3～5 t/h。
2.3  硝酸装置运行情况的分析
    双加压法硝酸整体设计是建立在“四合一”机组各机的设计压力值和尾透的回收效率在0.8～0.85基础上的，现“四合一”机组达不到设计值，势必导致硝酸运行指标偏离设计值。例如，若“四合一”机组四部分配合欠佳，空压机排出压力偏低（如0.4 MPa），氧化炉出口气体在蒸汽过热段和蒸汽回收段停留时间过短，造成氧化炉出口温度偏高，有的高出50 ℃；回收蒸汽量少，影响副产蒸汽与汽轮机之间的蒸汽平衡。同时由于氧化炉出口温度偏高，影响高温气—气换热器，省煤器出口温度和酸尾气进尾透的温度等。又如氧化氮压缩机出口压力偏低（0.7～0.95 MPa），影响酸吸收塔的产酸量、酸的浓度，酸尾气排放NOx的浓度在（400～600）×10－6，高于设计值200×10－6的要求；再如因尾透回收率低，须外补蒸汽，按3 t/h计，每年要补充蒸汽23760 t，以每吨蒸汽100元计，则要花费237.6万元，这是一项可观的费用。
3  建议
    （1）认真对“四合一”机组做整机的协调性研究和调试，加强尾透的研究，在尽短的时间内，将尾透的回收率稳定提高到0.8～0.85。
    “四合一”机组是双加压法硝酸的核心设备，设计要求是，空压机出口压力在0.45 MPa，氧化氮压缩机出口压力在1.1 MPa，尾透的回收率达0.8～0.85。若达不到上述要求，如氧化氮压缩机出口压力只达0.7～0.9 MPa，其酸尾的NOx排放浓度在（400～600）×10－6，这样还要加氨还原法处理，才能达到小于200×10－6，这就丧失了双加压法的优势。再说尾透回收率低，氧化炉自产蒸汽与汽化机之间做不到蒸汽平衡，须外加蒸汽2～5 t/h，年费用200～300万元，也是一个不小的负担。
    困境与希望同在。双加压法硝酸具有许多优点，其中一条很诱人的是酸尾排放NOx的浓度小于200×10－6。而国产机组达不到200×10－6，加上副产蒸汽不能自给，需外加蒸汽，年费用数百万元，这两条不足，就对双加压法选用国产“四合一”机组的合理性提出质疑。也许有的生产厂改用进口“四合一”机组或改用其他生产方法，这就涉及到双加压法国产“四合一”机组的生存与发展。希望设备制造厂认真对待当前投运的8台“四合一”机组出现的问题，把用户的压力转化为前进的动力，把发展民族工业作为己任，尽快生产出能赶上德国GHH的“四合一”机组。
    （2）工程设计单位要与国产“四合一”机组制造企业密切联系，视机设计，即视机组各机实际可达压力和尾透的实际回收率，进行工程设计，确保酸尾NOx的排放浓度＜200×10－6，确保机组与氧化炉副产蒸汽之间供需平衡，不外加蒸汽。
    （3）工程设计单位要根据产品加工方案的不同，制定不同的设计方案。如稀硝酸加工成浓硝酸，或稀硝酸加工成硝酸铵等。由于产品不同，返回硝酸吸收塔的可能是酸水或者硝铵中和、蒸发冷凝液，两者的组成不同，进入酸吸收塔的部位不同，塔的结构设计也不同。
    （4）硝酸系统设计有待进一步完善。如氧化炉出口温度偏高，炉内气体偏流；氧化氮压缩机密封面的腐蚀；硝酸吸收塔各部位塔盘穿孔速度的核算，使其能在最佳的传质或传热状态下运行；漂白塔塔径的核算等。
4  结束语
    我国未来2～3年内将成为全球硝酸生产第一大国，正向硝酸生产强国迈进。要成为强国就要摒弃落后的工艺而采取先进的生产工艺，必须大幅度提高双加压法在硝酸工业生产中的比例，而“四合一”机组又是该工艺的核心设备，陕鼓人曾经做了一件令人赞赏的事，即1999年实现了“四合一”机组国产化，在加快我国双加压法硝酸生产的进程中功不可没，但是也要看到现运行的8台机组，尚有不尽人意之处，有的运行指标达不到设计值，有的运行指标有待提高，好在现在问题已摆在明处，只要我们肯以务实的态度，认真地工作，问题总会得到解决的。希望“四合一”机组的制造厂，与机组运行厂家和硝酸工程设计单位密切结合，尽快生产出高性能、令人满意的国产“四合一”机组，在双加压法硝酸生产中再建新功。

谢谢楼主的资料,有没有关于硝酸和硝胺设备方面的资料分享下.