浅析双加压法稀硝酸单法兰液位计改造探讨

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guojia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#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shou先金入低压废热锅炉，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#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。

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#佳的指标范围内，提高装置产量和经济效益。