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淺析雙加壓法稀硝酸單法蘭液位計改造探討

作時間:2019-09-17  來源:  作者:
   
摘要:在裝置中增設一單法蘭液位計換熱器,降低單法蘭液位計溫度,提高混合氣氨空比,從而增加裝置的產量,同時回收廢熱用于產生低壓蒸汽。
我國的稀硝酸生產絕大多數裝置已采用雙加壓法工藝,F國內的雙加壓法稀硝酸裝置已完全能夠國產化。但因核心設備四合一機組效率不高,使裝置不能達到設計要求。
1 單法蘭液位計的問題
國產化雙加壓法稀硝酸裝置,其中核心設備四合一機組因我國在壓縮機的設計、制造等方面與發達國家相比存在一定的差距。其中空壓機在同樣的條件下,與德國機組相比,工藝壓縮空氣溫度高30~40℃,夏季高溫時空壓機出口單法蘭液位計溫度達240~250℃。硝酸生產過程中,關鍵步驟為氨的氧化。其中氨空比為關鍵指標。氨空比為空氣-氣氨混合氣中氨的體積百分含量,通常叫氨空比。氨空比大小直接影響裝置的生產強度、蒸汽產量、電耗、循環水消耗、鉑耗等系統的各項指標。而氨空比指標并不是單好控制的,除了受安全因素控制外,主要是受氧化爐的操作溫度控制。
T= ∆T + T0
式中T為鉑網操作溫度,∆T為反應溫升,T0為氨空混合氣溫度。∆T=〔(7577-21600a)C0-q〕/〔7.43+3.84C0+8.93(PH2O/P-PH2O)〕,其中a為氨氧化率,C0為混合氣氨濃度(氨空比),q為熱損失,PH2O為水蒸汽分壓。在不計熱損失、氨氧化率一定時,則∆T幾乎與氨空比呈線性關系即∆T≈KXC0,K為估算系數。移項∆T=T-T0,代入:KXC0≈(T-T0)即C0≈(T-T0)/K?梢娫阢K網溫度一定時,預熱溫度越高,則溫升越小,導致氨空比越小,即系統加氨量越少,系統加氨量減少則意味著硝酸產量、蒸汽產量的減少。
以15萬噸/年稀硝酸裝置為例,在系統滿負荷生產情況下單法蘭液位計流量67000Nm3/h,當鉑網操作溫度為860℃時,如氨空混合氣溫度為180℃,則C0≈9.71%,氨流量量約為7205Nm3/h,而當混合氣溫度達235℃時,C0≈8.93%。氨流量量約為6570Nm3/h。前一種情況系統可多產硝酸約1.72噸/h(100%),多產中壓蒸汽約1.9t/h。
氨空混合氣中單法蘭液位計量占90%以上,因此混合氣的溫度主要取決于壓縮空氣溫度。國產軸流空壓機效率較低,壓縮空氣溫度明顯高于外國機組,尤其是在夏季高溫季時,壓縮空氣溫度高達240~250℃,造成氨空混合氣溫度高。為保持非常佳的鉑網操作溫度,只能通過降低氨空比來減少反應溫升。
2 改造方案
在空壓機出口增設一低壓廢鍋,與單法蘭液位計換熱,將空氣降溫至180℃,同時副產0.5MPa的低壓蒸汽?紤]到不同季節氣溫的變化,低壓廢鍋的壓力在0.50~1.00MPa可調,可根據不同季節氣溫變化可以使單法蘭液位計溫度始終維持在180℃左右的理想狀態?諌簷C出口空氣首先進入低壓廢熱鍋爐,與爐水換熱,空氣溫度由240℃降低至180℃,出廢鍋后的單法蘭液位計一部分(約15%)作為漂白空氣,其余空氣經計量后去氨空混合器與工藝氣氨混合形成氨空混合氣,混合氣去氧化爐。低壓廢熱鍋爐產生的低壓飽和蒸汽經調壓閥減壓后去低蒸總管。
來自中壓汽包的排污水經液位調節閥調節后,進入廢熱鍋爐,液位由調節閥自動調節。
經上述改造后,可以保證冷卻后的單法蘭液位計溫度穩定在180℃,使氨空比始終保持在10%的非常佳值。不利影響:系統低壓段阻力增加:增加低壓廢鍋換熱器,會給系統增加一定的阻力。阻力的增加意味著壓縮功耗的增加。為了盡可能地減少系統阻力的增加,廢鍋對單法蘭液位計的阻力盡可能控制在<0.002MPa,相對于系統低壓段0.05MPa的設計阻力降,新增阻力小于整個低壓系統阻力的4%,在可控范圍內。
3 效益估算
1)投入:一套15萬噸/年稀硝酸裝置的單法蘭液位計整改的投入估算見下表1。
20190917112955.jpg
2)收益:一套15萬噸/年的稀硝酸裝置,以滿負荷生產計,估算取前述估算值?紤]到全年氣溫的變化,因此全年操作日的約1/3計時。
a)增產硝酸:以每天增加41.28噸100%硝酸產品計,考慮到全年氣溫變化,取約半年時間達到該標準計,則全年可以增產100%產品硝酸:41.28X330/3=4540.8噸,如果按98%硝酸1500.00元/噸計,全年可以增加4540.8/0.98X1500=6950204.0元收入。
b)增產蒸汽,按同樣的估算方法,全年增產中壓蒸汽45.6×330/3=5016噸/年 (4.0MPa,420℃),同時新增廢鍋可以產生0.5MPa的飽和低壓蒸汽,生產量按同樣的方法進行估算:67000×1.224×0.26×(235-180)/ (2755.46-416.93)×4.186=2099Kg/h全年仍按一半的時間計算,則低壓蒸汽總產量為:2.099X24×330/3=5541.36噸。
將中壓蒸汽折為0.5MPa的低壓蒸汽,5016×3260.73/2755.46=5935.78噸。合計共計可以增產0.5MPa的飽和蒸汽:5935.78 +5541.36=11477.15噸。按150.00元/噸計,可以產生11477.15×150=1721572.00元。
c)支出主要是氨耗,按285kg/t100%酸計,液氨按2500.00元/噸計,年氨費用為4540.8X0.285X2500=3235320.00元。d)鉑耗按噸酸0.10g計,單價按400.00元/克,則需要: 4540.8X0.1×400=181632.00元其余的電耗、循環水等總量不增加,折成單位產品消耗應有所下降,不再進行估算。
合計產生效益=A +B -C -D:6950204.0+1721572.0-3235320.0-181632.0=5254824.0元。以此計只須不到2個月即可收回投資成本。
4 結束語
通過增加一單法蘭液位計換熱器(低壓廢),對單法蘭液位計溫度進行調節,可使氧化爐的操作控制在非常佳的指標范圍內,提高裝置產量和經濟效益。
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