硝酸镁法生产浓硝酸工艺技术的优化

王宏山，韩向阳，杨晓兵

(河南神马尼龙化工有限责任公司，河南平顶山 467013)

河南神马尼龙化工有限责任公司浓硝酸年产量为2万t，浓度为98%，生产工艺为硝酸镁脱水法，即以稀硝酸为原料，硝酸镁为脱水剂，使混合物料在浓缩塔中经精馏操作循环使用。理论上硝酸镁的损耗很少，但实际生产中，硝酸镁损耗过多的问题仍较为突出。

1 存在问题

1.1 自动化程度低，职工劳动强度大

①关键物料无准确计量:如加入浓缩塔的稀硝酸流量和浓硝酸镁流量的判断主要依靠现场视镜孔眼的多少，根本无法做到准确计量，不利于稳定生产。②主要阀门的控制靠手动进行:例如浓缩塔顶回流阀、稀酸流量控制阀、浓硝酸镁流量控制阀等都是依靠人工进行现场调节的阀门，人工调节精确度差，易造成塔顶温度和负压的波动，生产操作稳定性差。关键参数的观测和主要阀门的操作都凭借人工和经验，往往要设专人、专岗不间断地观察和调整，操作人员的劳动强度大。

1.2 浓缩塔和漂白塔性能差，单塔产量低，消耗高

浓缩塔是硝酸镁法生产浓硝酸的核心设备，将稀硝酸和硝酸镁溶液加入到浓缩塔中，塔上部所生成的浓硝酸蒸气进入冷凝器，冷凝的硝酸被送入产品库。原浓缩塔塔顶液体分布器为锅型分布器，该分布器从实用的效果看并不理想，主要存在以下问题:①塔顶稀硝酸溶液分布不均，塔底的硝酸蒸气与塔顶的稀硝酸溶液接触不充分，制约了单塔的生产能力。②易造成塔温和负压的波动，回流比不稳定，影响产品浓度的稳定和产品中硝含量的超标。③漂白效果不好，产品中亚硝酸含量高。

另外，浓缩塔和漂白塔的填料为乱堆的拉西环填料，该填料存在比表面积小，孔隙率小，致使气液相通过能力小，同时由于该填料层孔隙率分布不均，易造成溶液的沟流和壁流现象，气液接触不充分，造成传质效率较低，分离效果差，加上蒸汽消耗增加，影响生产能力，使稀硝酸镁含硝高，缩短了设备使用寿命。

1.3 现场污染较大，职工的工作环境差

现场“跑、冒、滴、漏”多，在硝酸镁蒸发器初始提浓时，硝酸镁沸点很低，如不能很好地控制蒸汽压力、蒸发真空度和所用的蒸汽流量，往往会发生过度沸腾，部分硝酸镁被蒸汽带走，出现严重的“跑镁”现象。稀硝酸镁贮罐和浓硝酸镁贮槽挥发出的含亚硝酸蒸汽由放空管直接放空，造成现场环境较差，影响职工的身心健康。

1.4 酸性废水外排量大，未能有效利用

浓硝装置的酸性水来源有两个，气液分离器分离出的硝酸尾气经塔尾喷射泵吸收成的塔尾水和间接冷凝器的不凝器由硝酸镁尾气喷射泵吸收的硝酸镁尾气水，塔尾端水和硝酸镁尾气水分别储存在两罐中，外排量很大，无论是送往污水处理场还是外排都造成资源浪费和环境污染。

2 优化措施

我们对上述问题进行了认真分析，对硝酸镁法生产浓硝酸技术进行了一系列的优化，取得了良好的效果。

2.1 集散控制系统(DCS)集中检测和控制，提高自动化操作性能

①采用了配料比值调节系统，配料比为稀硝酸与浓硝酸镁的质量之比。DCS配料监控系统采用ABB的S800采集模块和变送放大器采集数据，用基于DCS通讯方式检测和控制，通过调整配料比来稳定操作，控制效果明显。生产中当加减量时仅需将稀硝酸流量设定值进行改变即可，浓硝酸镁量按着设定的配料比自动调整，加减量时，始终保持一定的配料比，保证塔生产指标稳定，克服了以往凭经验操作，造成加减量时稀硝酸镁浓度、含硝量、成品酸浓度等的波动。②回流酸量采用调节阀进行自动控制。通过调节阀门的输出值来调整回流量，有效地控制塔顶的温度，通过主控室可以实现阀门0.1%的开度来调整回流量，这是手动调整所无法实现的，因此可以达到塔内气液相负荷的稳定，塔顶温度的恒定。进而保证了浓硝酸纯度的相对稳定，提高了产品质量。

2.2 改进浓缩塔G2-T201和漂白塔G2-T202的塔内部件

①改进浓缩塔塔顶液体分布器。液体分布器是浓缩塔的主要内件，液体分布器的优劣直接影响到填料性能的发挥。浓缩塔液体分布器材质为高硅铸铁，加工精度不高，在塔内为分块拼装，各块之间的缝隙大小及分布器的水平度对液体分布影响较大，加之高硅铸铁铸孔精度不能保证，存在铸孔不规则且孔径偏大、喷淋点较少的问题，导致气液接触不好，影响了塔的生产以及稀硝酸镁含硝量。为此，我们将原来的锅型多孔形分布器改为槽式多孔溢流型分布器，并对新型分布器上的铸孔进一步改进。改造后考虑到该塔喷淋密度低、液体流量小的特点，以及规整填料所需喷淋点的要求，将浓缩塔顶分布器原小孔用四氟橡胶堵死，再在四氟橡胶上开出规定要求的小孔，并使之均匀分布。经过整合改造后，液体分布情况明显好转，生产中证明稀硝酸镁含硝也降低，取得了显著的效果。②采用轻质陶瓷波纹规整填料替代浓缩塔和漂白塔中的拉西环陶瓷散装填料。陶瓷规整填料作为一种新型填料，与散装填料相比，具有几何结构合理、比表面积大、空隙率大、阻力小、操作弹性大、抗阻性强等优点。具有较高的传质传热效率，还可以保证规整填料的水平，使用相应型号的规整填料替代原来的矩鞍环拉西环填料，一般能提高塔的产量15% ～20%或者更高，蒸汽可降低10% ～15%。

2.3 对浓硝酸镁和稀硝酸镁槽放空流程进行改造

原设计浓硝酸镁罐D201、稀硝酸镁罐D202罐顶部设计有一条DN50废气管线直接排放至2#硝酸装置烟囱，由于管线较远，弯头多，阻力大，导致排放不畅，造成罐内含亚硝酸气体只能从现场低处的放空管和入孔处排出，弥漫现场，令人窒息，对员工身心健康构成损害。为改变该状况，采取将D201和D202入孔密封，在原DN50放空总阀前引出一管线，就近连接到硝酸镁尾水槽D203上喷射真空泵P211的入口管上，利用喷射泵将两罐内的含亚硝酸蒸汽抽到D203内，与槽内脱盐水混和吸收形成酸性水，该酸性水和塔尾水、镁尾水一起可送往稀硝酸装置替代吸收塔吸收用水，从而使装置的尾气得到了再次利用，达到零排放。

2.4 对硝酸镁尾端水循环槽和塔尾端水循环槽酸性水流程进行改造

对硝酸镁尾端水循环槽和塔尾端水循环槽酸性水流程进行改造，合理回收利用酸性水代替吸收塔顶的工艺水，既实现系统酸性水的零排放，减轻了污水处理的压力，又减少了稀硝酸装置吸收加水的用量，降低了生产成本。

原酸性水流程:从硝酸镁尾端水循环槽G2-D203和塔尾水循环槽G2-D204底部出来的酸性水，分别由硝酸镁尾端水循环泵G2-P203AB和塔尾端水循环泵G2-P204AB打入硝酸镁尾端喷射器G2-P209和塔尾端喷射器G2-P210吸收硝酸镁尾端水和塔尾端水。塔尾端水浓度循环到3%后引出一股去稀硝酸装置的G2-P117泵进口，由P117泵送到吸收塔回收。同时向塔尾端水循环槽G2-D204补充脱盐水，维持塔尾端水浓度不变。多余的硝酸镁尾端水送往界外污水处理。

该流程在生产中存在以下问题:①G2-P117泵运行稳定性差。P117泵的进口直接与P203泵和P204泵的出口管线相连，中间没有缓冲罐，P203和P204出口管酸性水流量是由液位调节阀LV204控制，流量经常不断变化，由此P117泵进口流量不稳定造成出口流量波动大，引起2#硝酸吸收塔工况波动，不利于2#硝酸产品质量的稳定;同时也造成该泵经常发生抽空故障，使工艺操作和检修工作量大幅增加。②D203和D204液位波动大，控制难度大，操作麻烦，浪费严重。由于G2-P117泵的运行不稳定影响了D203和D204两槽酸性水在2#稀硝酸装置的回收，这时必须通过去界外酸性水管线将水送往污水处理场，但2#硝酸中和池P122的出口管线也与该外送管线相连，外送管线管径为DN40，阻力大，影响了酸性水的外送，由此会使两槽液位过高，只能间断就地外排控制，液位调节根本无法实现自动调节，操作繁琐。③D203和D204槽酸浓度不易控制。生产要求两槽酸性水浓度的控制范围分别为1%～2%和3% ～4%，实际由于回收和外送不畅，酸性水浓度会到达10%左右，为保证设备运行安全，使酸性水浓度达到控制范围，只能每天就地排放，并加脱盐水稀释。造成工作量增加和脱盐水的浪费。

为解决上述问题，对原流程进行了如下改造措施:①将P203和P204出口酸性水去P117泵进口管线跨接到2#稀硝酸和3#稀硝酸两装置开工酸槽的连通管线上，实现将浓硝酸的酸性水送到两装置开工酸槽的目的，再由P117或P105泵进行回收。②将D203和D204两槽出口管线(即P203A和P204泵进口管线)相连，相连管线上加DN100闸阀(生产时该阀打开)。平时操作将P204泵出口至外送酸性水管线阀门关闭，实现两槽酸性水统一由P203泵外送，外送酸性水管线调节阀LV204自动调节D203和D204两槽的液位，使液位操作变得简单易行。

改进措施实施的效果:①浓硝酸装置系统的酸性水实现了连续稳定送往稀硝酸装置的目的，并完全被利用回收，无需再向污水处理场输送酸性水，回收酸性水1.63 t。②D203和D204两槽液位实现了自动控制，操作平稳简单，极大地降低了劳动强度。③由于不再由P204泵出口管线引出一部分酸性水外排，使去喷射泵P210酸性水的量保持相对稳定，有利于浓缩系统负压的稳定。

3 结论

针对硝酸镁法浓硝酸生产中存在的问题，我们对物料流量显示和操作实现DCS集中检测和控制，改进浓缩塔G2-T201和漂白塔G2-T202的塔内部件，对浓硝酸镁和稀硝酸镁槽放空流程进行改造，对硝酸镁尾端水循环槽和塔尾端水循环槽酸性水流程进行改造，既提高了生产的性能和产品的质量，又节约了成本，改善了废水废气的排放，取得了显著的效果。