硝酸鎂法生產(chǎn)濃硝酸工藝技術的優(yōu)化

王宏山，韓向陽，楊曉兵

(河南神馬尼龍化工有限責任公司，河南平頂山 467013)

河南神馬尼龍化工有限責任公司濃硝酸年產(chǎn)量為2萬t，濃度為98%，生產(chǎn)工藝為硝酸鎂脫水法，即以稀硝酸為原料，硝酸鎂為脫水劑，使混合物料在濃縮塔中經(jīng)精餾操作循環(huán)使用。理論上硝酸鎂的損耗很少，但實際生產(chǎn)中，硝酸鎂損耗過多的問題仍較為突出。

1 存在問題

1.1 自動化程度低，職工勞動強度大

①關鍵物料無準確計量:如加入濃縮塔的稀硝酸流量和濃硝酸鎂流量的判斷主要依靠現(xiàn)場視鏡孔眼的多少，根本無法做到準確計量，不利于穩(wěn)定生產(chǎn)。②主要閥門的控制靠手動進行:例如濃縮塔頂回流閥、稀酸流量控制閥、濃硝酸鎂流量控制閥等都是依靠人工進行現(xiàn)場調節(jié)的閥門，人工調節(jié)精確度差，易造成塔頂溫度和負壓的波動，生產(chǎn)操作穩(wěn)定性差。關鍵參數(shù)的觀測和主要閥門的操作都憑借人工和經(jīng)驗，往往要設專人、專崗不間斷地觀察和調整，操作人員的勞動強度大。

1.2 濃縮塔和漂白塔性能差，單塔產(chǎn)量低，消耗高

濃縮塔是硝酸鎂法生產(chǎn)濃硝酸的核心設備，將稀硝酸和硝酸鎂溶液加入到濃縮塔中，塔上部所生成的濃硝酸蒸氣進入冷凝器，冷凝的硝酸被送入產(chǎn)品庫。原濃縮塔塔頂液體分布器為鍋型分布器，該分布器從實用的效果看并不理想，主要存在以下問題:①塔頂稀硝酸溶液分布不均，塔底的硝酸蒸氣與塔頂?shù)南∠跛崛芤航佑|不充分，制約了單塔的生產(chǎn)能力。②易造成塔溫和負壓的波動，回流比不穩(wěn)定，影響產(chǎn)品濃度的穩(wěn)定和產(chǎn)品中硝含量的超標。③漂白效果不好，產(chǎn)品中亞硝酸含量高。

另外，濃縮塔和漂白塔的填料為亂堆的拉西環(huán)填料，該填料存在比表面積小，孔隙率小，致使氣液相通過能力小，同時由于該填料層孔隙率分布不均，易造成溶液的溝流和壁流現(xiàn)象，氣液接觸不充分，造成傳質效率較低，分離效果差，加上蒸汽消耗增加，影響生產(chǎn)能力，使稀硝酸鎂含硝高，縮短了設備使用壽命。

1.3 現(xiàn)場污染較大，職工的工作環(huán)境差

現(xiàn)場“跑、冒、滴、漏”多，在硝酸鎂蒸發(fā)器初始提濃時，硝酸鎂沸點很低，如不能很好地控制蒸汽壓力、蒸發(fā)真空度和所用的蒸汽流量，往往會發(fā)生過度沸騰，部分硝酸鎂被蒸汽帶走，出現(xiàn)嚴重的“跑鎂”現(xiàn)象。稀硝酸鎂貯罐和濃硝酸鎂貯槽揮發(fā)出的含亞硝酸蒸汽由放空管直接放空，造成現(xiàn)場環(huán)境較差，影響職工的身心健康。

1.4 酸性廢水外排量大，未能有效利用

濃硝裝置的酸性水來源有兩個，氣液分離器分離出的硝酸尾氣經(jīng)塔尾噴射泵吸收成的塔尾水和間接冷凝器的不凝器由硝酸鎂尾氣噴射泵吸收的硝酸鎂尾氣水，塔尾端水和硝酸鎂尾氣水分別儲存在兩罐中，外排量很大，無論是送往污水處理場還是外排都造成資源浪費和環(huán)境污染。

2 優(yōu)化措施

我們對上述問題進行了認真分析，對硝酸鎂法生產(chǎn)濃硝酸技術進行了一系列的優(yōu)化，取得了良好的效果。

2.1 集散控制系統(tǒng)(DCS)集中檢測和控制，提高自動化操作性能

①采用了配料比值調節(jié)系統(tǒng)，配料比為稀硝酸與濃硝酸鎂的質量之比。DCS配料監(jiān)控系統(tǒng)采用ABB的S800采集模塊和變送放大器采集數(shù)據(jù)，用基于DCS通訊方式檢測和控制，通過調整配料比來穩(wěn)定操作，控制效果明顯。生產(chǎn)中當加減量時僅需將稀硝酸流量設定值進行改變即可，濃硝酸鎂量按著設定的配料比自動調整，加減量時，始終保持一定的配料比，保證塔生產(chǎn)指標穩(wěn)定，克服了以往憑經(jīng)驗操作，造成加減量時稀硝酸鎂濃度、含硝量、成品酸濃度等的波動。②回流酸量采用調節(jié)閥進行自動控制。通過調節(jié)閥門的輸出值來調整回流量，有效地控制塔頂?shù)臏囟?，通過主控室可以實現(xiàn)閥門0.1%的開度來調整回流量，這是手動調整所無法實現(xiàn)的，因此可以達到塔內氣液相負荷的穩(wěn)定，塔頂溫度的恒定。進而保證了濃硝酸純度的相對穩(wěn)定，提高了產(chǎn)品質量。

2.2 改進濃縮塔G2-T201和漂白塔G2-T202的塔內部件

①改進濃縮塔塔頂液體分布器。液體分布器是濃縮塔的主要內件，液體分布器的優(yōu)劣直接影響到填料性能的發(fā)揮。濃縮塔液體分布器材質為高硅鑄鐵，加工精度不高，在塔內為分塊拼裝，各塊之間的縫隙大小及分布器的水平度對液體分布影響較大，加之高硅鑄鐵鑄孔精度不能保證，存在鑄孔不規(guī)則且孔徑偏大、噴淋點較少的問題，導致氣液接觸不好，影響了塔的生產(chǎn)以及稀硝酸鎂含硝量。為此，我們將原來的鍋型多孔形分布器改為槽式多孔溢流型分布器，并對新型分布器上的鑄孔進一步改進。改造后考慮到該塔噴淋密度低、液體流量小的特點，以及規(guī)整填料所需噴淋點的要求，將濃縮塔頂分布器原小孔用四氟橡膠堵死，再在四氟橡膠上開出規(guī)定要求的小孔，并使之均勻分布。經(jīng)過整合改造后，液體分布情況明顯好轉，生產(chǎn)中證明稀硝酸鎂含硝也降低，取得了顯著的效果。②采用輕質陶瓷波紋規(guī)整填料替代濃縮塔和漂白塔中的拉西環(huán)陶瓷散裝填料。陶瓷規(guī)整填料作為一種新型填料，與散裝填料相比，具有幾何結構合理、比表面積大、空隙率大、阻力小、操作彈性大、抗阻性強等優(yōu)點。具有較高的傳質傳熱效率，還可以保證規(guī)整填料的水平，使用相應型號的規(guī)整填料替代原來的矩鞍環(huán)拉西環(huán)填料，一般能提高塔的產(chǎn)量15% ～20%或者更高，蒸汽可降低10% ～15%。

2.3 對濃硝酸鎂和稀硝酸鎂槽放空流程進行改造

原設計濃硝酸鎂罐D201、稀硝酸鎂罐D202罐頂部設計有一條DN50廢氣管線直接排放至2#硝酸裝置煙囪，由于管線較遠，彎頭多，阻力大，導致排放不暢，造成罐內含亞硝酸氣體只能從現(xiàn)場低處的放空管和入孔處排出，彌漫現(xiàn)場，令人窒息，對員工身心健康構成損害。為改變該狀況，采取將D201和D202入孔密封，在原DN50放空總閥前引出一管線，就近連接到硝酸鎂尾水槽D203上噴射真空泵P211的入口管上，利用噴射泵將兩罐內的含亞硝酸蒸汽抽到D203內，與槽內脫鹽水混和吸收形成酸性水，該酸性水和塔尾水、鎂尾水一起可送往稀硝酸裝置替代吸收塔吸收用水，從而使裝置的尾氣得到了再次利用，達到零排放。

2.4 對硝酸鎂尾端水循環(huán)槽和塔尾端水循環(huán)槽酸性水流程進行改造

對硝酸鎂尾端水循環(huán)槽和塔尾端水循環(huán)槽酸性水流程進行改造，合理回收利用酸性水代替吸收塔頂?shù)墓に囁葘崿F(xiàn)系統(tǒng)酸性水的零排放，減輕了污水處理的壓力，又減少了稀硝酸裝置吸收加水的用量，降低了生產(chǎn)成本。

原酸性水流程:從硝酸鎂尾端水循環(huán)槽G2-D203和塔尾水循環(huán)槽G2-D204底部出來的酸性水，分別由硝酸鎂尾端水循環(huán)泵G2-P203AB和塔尾端水循環(huán)泵G2-P204AB打入硝酸鎂尾端噴射器G2-P209和塔尾端噴射器G2-P210吸收硝酸鎂尾端水和塔尾端水。塔尾端水濃度循環(huán)到3%后引出一股去稀硝酸裝置的G2-P117泵進口，由P117泵送到吸收塔回收。同時向塔尾端水循環(huán)槽G2-D204補充脫鹽水，維持塔尾端水濃度不變。多余的硝酸鎂尾端水送往界外污水處理。

該流程在生產(chǎn)中存在以下問題:①G2-P117泵運行穩(wěn)定性差。P117泵的進口直接與P203泵和P204泵的出口管線相連，中間沒有緩沖罐，P203和P204出口管酸性水流量是由液位調節(jié)閥LV204控制，流量經(jīng)常不斷變化，由此P117泵進口流量不穩(wěn)定造成出口流量波動大，引起2#硝酸吸收塔工況波動，不利于2#硝酸產(chǎn)品質量的穩(wěn)定;同時也造成該泵經(jīng)常發(fā)生抽空故障，使工藝操作和檢修工作量大幅增加。②D203和D204液位波動大，控制難度大，操作麻煩，浪費嚴重。由于G2-P117泵的運行不穩(wěn)定影響了D203和D204兩槽酸性水在2#稀硝酸裝置的回收，這時必須通過去界外酸性水管線將水送往污水處理場，但2#硝酸中和池P122的出口管線也與該外送管線相連，外送管線管徑為DN40，阻力大，影響了酸性水的外送，由此會使兩槽液位過高，只能間斷就地外排控制，液位調節(jié)根本無法實現(xiàn)自動調節(jié)，操作繁瑣。③D203和D204槽酸濃度不易控制。生產(chǎn)要求兩槽酸性水濃度的控制范圍分別為1%～2%和3% ～4%，實際由于回收和外送不暢，酸性水濃度會到達10%左右，為保證設備運行安全，使酸性水濃度達到控制范圍，只能每天就地排放，并加脫鹽水稀釋。造成工作量增加和脫鹽水的浪費。

為解決上述問題，對原流程進行了如下改造措施:①將P203和P204出口酸性水去P117泵進口管線跨接到2#稀硝酸和3#稀硝酸兩裝置開工酸槽的連通管線上，實現(xiàn)將濃硝酸的酸性水送到兩裝置開工酸槽的目的，再由P117或P105泵進行回收。②將D203和D204兩槽出口管線(即P203A和P204泵進口管線)相連，相連管線上加DN100閘閥(生產(chǎn)時該閥打開)。平時操作將P204泵出口至外送酸性水管線閥門關閉，實現(xiàn)兩槽酸性水統(tǒng)一由P203泵外送，外送酸性水管線調節(jié)閥LV204自動調節(jié)D203和D204兩槽的液位，使液位操作變得簡單易行。

改進措施實施的效果:①濃硝酸裝置系統(tǒng)的酸性水實現(xiàn)了連續(xù)穩(wěn)定送往稀硝酸裝置的目的，并完全被利用回收，無需再向污水處理場輸送酸性水，回收酸性水1.63 t。②D203和D204兩槽液位實現(xiàn)了自動控制，操作平穩(wěn)簡單，極大地降低了勞動強度。③由于不再由P204泵出口管線引出一部分酸性水外排，使去噴射泵P210酸性水的量保持相對穩(wěn)定，有利于濃縮系統(tǒng)負壓的穩(wěn)定。

3 結論

針對硝酸鎂法濃硝酸生產(chǎn)中存在的問題，我們對物料流量顯示和操作實現(xiàn)DCS集中檢測和控制，改進濃縮塔G2-T201和漂白塔G2-T202的塔內部件，對濃硝酸鎂和稀硝酸鎂槽放空流程進行改造，對硝酸鎂尾端水循環(huán)槽和塔尾端水循環(huán)槽酸性水流程進行改造，既提高了生產(chǎn)的性能和產(chǎn)品的質量，又節(jié)約了成本，改善了廢水廢氣的排放，取得了顯著的效果。