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浅析双加压法稀硝酸单法兰液位计改造探讨

作时间:2019-09-17  来源:  作者:
   
摘要:在装置中增设一单法兰液位计换热器,降低单法兰液位计温度,提高混合气氨空比,从而增加装置的产量,同时回收废热用于产生低压蒸汽。
我国的稀硝酸生产绝大多数装置已采用双加压法工艺。现国内的双加压法稀硝酸装置已完全能够国产化。但因核心设备四合一机组效率不高,使装置不能达到设计要求。
1 单法兰液位计的问题
国产化双加压法稀硝酸装置,其中核心设备四合一机组因我国在压缩机的设计、制造等方面与发达国家相比存在一定的差距。其中空压机在同样的条件下,与德国机组相比,工艺压缩空气温度高30~40℃,夏季高温时空压机出口单法兰液位计温度达240~250℃。硝酸生产过程中,关键步骤为氨的氧化。其中氨空比为关键指标。氨空比为空气-气氨混合气中氨的体积百分含量,通常叫氨空比。氨空比大小直接影响装置的生产强度、蒸汽产量、电耗、循环水消耗、铂耗等系统的各项指标。而氨空比指标并不是单好控制的,除了受安全因素控制外,主要是受氧化炉的操作温度控制。
T= ∆T + T0
式中T为铂网操作温度,∆T为反应温升,T0为氨空混合气温度。∆T=〔(7577-21600a)C0-q〕/〔7.43+3.84C0+8.93(PH2O/P-PH2O)〕,其中a为氨氧化率,C0为混合气氨浓度(氨空比),q为热损失,PH2O为水蒸汽分压。在不计热损失、氨氧化率一定时,则∆T几乎与氨空比呈线性关系即∆T≈KXC0,K为估算系数。移项∆T=T-T0,代入:KXC0≈(T-T0)即C0≈(T-T0)/K。可见在铂网温度一定时,预热温度越高,则温升越小,导致氨空比越小,即系统加氨量越少,系统加氨量减少则意味着硝酸产量、蒸汽产量的减少。
以15万吨/年稀硝酸装置为例,在系统满负荷生产情况下单法兰液位计流量67000Nm3/h,当铂网操作温度为860℃时,如氨空混合气温度为180℃,则C0≈9.71%,氨流量量约为7205Nm3/h,而当混合气温度达235℃时,C0≈8.93%。氨流量量约为6570Nm3/h。前一种情况系统可多产硝酸约1.72吨/h(100%),多产中压蒸汽约1.9t/h。
氨空混合气中单法兰液位计量占90%以上,因此混合气的温度主要取决于压缩空气温度。国产轴流空压机效率较低,压缩空气温度明显高于外国机组,尤其是在夏季高温季时,压缩空气温度高达240~250℃,造成氨空混合气温度高。为保持非常佳的铂网操作温度,只能通过降低氨空比来减少反应温升。
2 改造方案
在空压机出口增设一低压废锅,与单法兰液位计换热,将空气降温至180℃,同时副产0.5MPa的低压蒸汽。考虑到不同季节气温的变化,低压废锅的压力在0.50~1.00MPa可调,可根据不同季节气温变化可以使单法兰液位计温度始终维持在180℃左右的理想状态。空压机出口空气首先进入低压废热锅炉,与炉水换热,空气温度由240℃降低至180℃,出废锅后的单法兰液位计一部分(约15%)作为漂白空气,其余空气经计量后去氨空混合器与工艺气氨混合形成氨空混合气,混合气去氧化炉。低压废热锅炉产生的低压饱和蒸汽经调压阀减压后去低蒸总管。
来自中压汽包的排污水经液位调节阀调节后,进入废热锅炉,液位由调节阀自动调节。
经上述改造后,可以保证冷却后的单法兰液位计温度稳定在180℃,使氨空比始终保持在10%的非常佳值。不利影响:系统低压段阻力增加:增加低压废锅换热器,会给系统增加一定的阻力。阻力的增加意味着压缩功耗的增加。为了尽可能地减少系统阻力的增加,废锅对单法兰液位计的阻力尽可能控制在<0.002MPa,相对于系统低压段0.05MPa的设计阻力降,新增阻力小于整个低压系统阻力的4%,在可控范围内。
3 效益估算
1)投入:一套15万吨/年稀硝酸装置的单法兰液位计整改的投入估算见下表1。
20190917112955.jpg
2)收益:一套15万吨/年的稀硝酸装置,以满负荷生产计,估算取前述估算值。考虑到全年气温的变化,因此全年操作日的约1/3计时。
a)增产硝酸:以每天增加41.28吨100%硝酸产品计,考虑到全年气温变化,取约半年时间达到该标准计,则全年可以增产100%产品硝酸:41.28X330/3=4540.8吨,如果按98%硝酸1500.00元/吨计,全年可以增加4540.8/0.98X1500=6950204.0元收入。
b)增产蒸汽,按同样的估算方法,全年增产中压蒸汽45.6×330/3=5016吨/年 (4.0MPa,420℃),同时新增废锅可以产生0.5MPa的饱和低压蒸汽,生产量按同样的方法进行估算:67000×1.224×0.26×(235-180)/ (2755.46-416.93)×4.186=2099Kg/h全年仍按一半的时间计算,则低压蒸汽总产量为:2.099X24×330/3=5541.36吨。
将中压蒸汽折为0.5MPa的低压蒸汽,5016×3260.73/2755.46=5935.78吨。合计共计可以增产0.5MPa的饱和蒸汽:5935.78 +5541.36=11477.15吨。按150.00元/吨计,可以产生11477.15×150=1721572.00元。
c)支出主要是氨耗,按285kg/t100%酸计,液氨按2500.00元/吨计,年氨费用为4540.8X0.285X2500=3235320.00元。d)铂耗按吨酸0.10g计,单价按400.00元/克,则需要: 4540.8X0.1×400=181632.00元其余的电耗、循环水等总量不增加,折成单位产品消耗应有所下降,不再进行估算。
合计产生效益=A +B -C -D:6950204.0+1721572.0-3235320.0-181632.0=5254824.0元。以此计只须不到2个月即可收回投资成本。
4 结束语
通过增加一单法兰液位计换热器(低压废),对单法兰液位计温度进行调节,可使氧化炉的操作控制在非常佳的指标范围内,提高装置产量和经济效益。
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