張靜忠

(安徽淮化股份有限公司　安徽淮南　232038)

?

硝酸、硝酸銨企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)

張靜忠

(安徽淮化股份有限公司安徽淮南232038)

隨著國內(nèi)硝酸工業(yè)的快速發(fā)展，硝酸和硝酸銨產(chǎn)能嚴(yán)重過剩，市場競爭激烈。為了提高企業(yè)的市場競爭能力，開發(fā)了多種規(guī)格的液體硝酸銨產(chǎn)品、68酸生產(chǎn)新工藝和尿素硝銨溶液產(chǎn)品，使公司的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)得到較大改善，硝酸相關(guān)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更加多元化。

硝酸硝酸銨尿素硝銨溶液

1　生產(chǎn)裝置運(yùn)行概況

安徽淮化股份有限公司(以下簡稱安徽淮化公司)硝酸和硝酸銨(以下簡稱硝銨)生產(chǎn)系統(tǒng)包括100 kt/a直接法濃硝酸(直硝)、270 kt/a稀硝酸(902稀硝)、120 kt/a稀硝酸(450稀硝)、200 kt/a間接法濃硝酸(間硝)、60 kt/a中和法硝銨(老硝銨)和200 kt/a多孔硝銨裝置。近年來，國內(nèi)硝酸和硝銨產(chǎn)能嚴(yán)重過剩，安徽淮化公司的產(chǎn)品市場占有率和銷售情況出現(xiàn)下滑：直硝裝置生產(chǎn)負(fù)荷不到80%，但其副產(chǎn)品N2O4的市場占有率在國內(nèi)首屈一指；12套間硝裝置只有6～7套投入運(yùn)行；多孔硝銨裝置長期保持最低負(fù)荷運(yùn)行。為此，安徽淮化公司一方面通過技術(shù)改造以降低生產(chǎn)成本，另一方面開發(fā)了液體硝銨和尿素硝銨(UAN)溶液，拓展了市場空間。

2　多種規(guī)格液體硝銨產(chǎn)品的生產(chǎn)

(1)2010年,利用老硝銨裝置的改造，開發(fā)了95.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)的液體硝銨產(chǎn)品。但市場需要的液體硝銨產(chǎn)品包括93.0%，95.5%等多種規(guī)格，客戶對產(chǎn)品pH指標(biāo)范圍的要求也有所不同，而硝銨貯槽只有1臺，無法滿足要求。2013年利用舊設(shè)備改造，新增1臺硝銨貯槽，增加多孔硝銨產(chǎn)品的生產(chǎn)，利用多孔硝銨裝置一段蒸發(fā)94%～96%的硝銨溶液加酸調(diào)節(jié)pH，直接生產(chǎn)出不同pH規(guī)格的液體硝銨產(chǎn)品，滿足了不同客戶需求。采取增設(shè)除霧分離設(shè)備和自動化控制等措施對老硝銨裝置進(jìn)行升級改造，不僅提高了硝銨產(chǎn)品產(chǎn)能，而且消除了裝置的環(huán)保缺陷。

(2)2套硝銨裝置的氣氨管線和氨蒸發(fā)設(shè)備等材質(zhì)均為碳鋼，管線和設(shè)備內(nèi)的鐵銹、原料氣氨夾雜的油污進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)后，造成硝銨產(chǎn)品會出現(xiàn)淡黃色的細(xì)微雜質(zhì)。為此，在氣氨管線上增設(shè)高效過濾器，并在硝銨輸送泵進(jìn)口增設(shè)籃式過濾器，有效避免了油類、鐵銹等雜質(zhì)進(jìn)入系統(tǒng)，減輕了沉淀物對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。

(3)由于工藝落后和設(shè)計缺陷，老硝銨裝置中和段原設(shè)計含有較高濃度硝銨的蒸汽經(jīng)回收熱能、加水稀釋后直接排放。本次改造增設(shè)1臺高效除霧器，經(jīng)除霧分離后，蒸汽中含硝銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.5%～1.0%降至300×10-6以內(nèi)；蒸發(fā)段增設(shè)分離器，分離后的工藝蒸汽中含硝銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)由0.1%降至50×10-6以內(nèi)。除霧分離處理后的廢水送至電滲析裝置進(jìn)行深度處理，廢水中硝銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)降至10×10-6以下后作為循環(huán)水裝置的補(bǔ)充水。本次改造使外排硝銨轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，既增加了經(jīng)濟(jì)效益，又降低了排放廢水中的氨氮含量，取得了良好的減排效果。

(4)間硝裝置的鎂尾水作為老硝銨裝置生產(chǎn)硝銨的原料，也是導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)淺黃色的原因之一。經(jīng)分析，原因是間硝裝置的濃縮塔和濃冷器等材質(zhì)為高硅鑄鐵，設(shè)備腐蝕產(chǎn)生的Fe3+通過硝鎂蒸發(fā)夾帶進(jìn)入鎂尾水內(nèi)，在硝銨中和工序堿性條件下生成Fe(OH)3絮狀沉淀，從而使液體硝銨產(chǎn)品呈現(xiàn)淡黃色。為此，增設(shè)硝銨沉淀池，用于2臺硝銨儲槽的定期清洗和沉降，防止沉淀物返回系統(tǒng)而產(chǎn)生二次污染。

通過上述改造后，硝銨裝置的生產(chǎn)能力擴(kuò)大了2倍，達(dá)到年產(chǎn)120 kt的生產(chǎn)能力。

3　68酸新工藝開發(fā)

安徽淮化公司原68酸生產(chǎn)裝置系利用成品濃硝酸加水稀釋配制，經(jīng)空氣漂白生產(chǎn)出68酸。由于該裝置產(chǎn)能小、生產(chǎn)成本較高，無法滿足市場需求，且尾氣處理效果不好，現(xiàn)場配制的環(huán)境較差。經(jīng)技術(shù)改造，利用現(xiàn)有450稀硝裝置和成品濃硝酸生產(chǎn)出合格的68酸產(chǎn)品，即在450稀硝裝置吸收塔出口增設(shè)靜態(tài)混合器，成品98%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)濃酸與60%稀酸混合后的酸按原有工藝路線返回漂白塔除去溶解的氮氧化物，生產(chǎn)出產(chǎn)品68酸。

首先，450稀硝裝置正常開車，使酸濃度穩(wěn)定在60%左右；然后將98%成品濃酸加壓送至靜態(tài)混合器內(nèi)，調(diào)節(jié)稀酸與濃酸的配比，控制好漂白塔空氣加入量，塔底即可獲得68酸，其產(chǎn)品酸濃度、色澤等各項(xiàng)指標(biāo)基本達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。本次開發(fā)的新工藝沒有投入規(guī)?；a(chǎn)，主要原因是裝置處于試驗(yàn)階段，需進(jìn)一步優(yōu)化改造，才能滿足穩(wěn)定生產(chǎn)和自動控制的操作要求。

(1)本次試車生產(chǎn)沒有實(shí)現(xiàn)自動控制，68酸濃度波動較大，濃酸加入量不能根據(jù)稀酸量和濃度的變化及時調(diào)節(jié)；生產(chǎn)控制的操作性較差，需增加自控和分析設(shè)施，才能實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，確保產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。自控裝置包括68酸在線濃度分析儀、稀酸濃度分析儀和濃酸流量調(diào)節(jié)閥等，根據(jù)原料和產(chǎn)品酸的濃度、流量及時調(diào)整配比，確保產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

(2)由于該裝置處于試生產(chǎn)階段，濃酸管線采用高純鋁材質(zhì)，管線輸送距離長而沿途管架設(shè)計不足，使管線變形嚴(yán)重，存在較大安全隱患。正式生產(chǎn)時，濃酸管線將更新為C4鋼。靜態(tài)混合器選用304不銹鋼，耐腐蝕性較差，噴嘴混合部位需改造，確保2種酸均勻混合；設(shè)備選型時換熱面積不足，循環(huán)水量不夠，混合后的68酸溫度較高。

(3)由于成品庫區(qū)的68酸貯槽僅200 m3，而生產(chǎn)的68酸產(chǎn)量為15 t/h，無法滿足儲存要求，故試驗(yàn)成功后沒有轉(zhuǎn)入正式生產(chǎn)。下一步將繼續(xù)改造，一方面增大68酸產(chǎn)品的存儲能力，另一方面將生產(chǎn)的68酸輸送至間硝裝置的稀酸貯槽內(nèi)用于生產(chǎn)濃硝酸，確保68酸庫存超限時可及時切換，保證裝置的連續(xù)運(yùn)行。

4　UAN產(chǎn)品的開發(fā)與生產(chǎn)

UAN溶液是由尿素、硝銨和水配制而成，是一種無色穩(wěn)定的液態(tài)氮肥，其肥效、節(jié)能、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)性均優(yōu)于固態(tài)氮肥。在國際市場上，一般有3個等級的UAN溶液銷售，即總氮含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)分別為28%，30%和32%，不同總氮含量對應(yīng)不同的鹽析溫度，適合在不同地區(qū)使用。2014年3月，安徽淮化公司成功研發(fā)并生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的UAN產(chǎn)品，總氮含量為32%，尿素與硝銨質(zhì)量比為0.74～0.80，含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)<20%。

生產(chǎn)UAN時，根據(jù)產(chǎn)品含氮量、尿素與硝銨質(zhì)量比等要求，將計量后的尿素溶液和硝銨溶液

通過輸送泵送至UAN配制槽，然后經(jīng)混合、降溫和添加緩蝕劑，配制得到的合格產(chǎn)品送至罐區(qū)。目前，安徽淮化公司的UAN產(chǎn)能已達(dá)到600 kt/a，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到優(yōu)級標(biāo)準(zhǔn)。UAN生產(chǎn)裝置采用先進(jìn)的配制設(shè)備和控制系統(tǒng)，產(chǎn)品質(zhì)量在線監(jiān)控系統(tǒng)引進(jìn)國外全套設(shè)備，確保產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。生產(chǎn)UAN產(chǎn)品的原料硝銨和尿素的一級品率達(dá)95%以上；引進(jìn)水溶肥專用防腐溶劑，確保UAN產(chǎn)品在儲存和運(yùn)輸過程中質(zhì)量穩(wěn)定和設(shè)備安全。

(1)含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)每下降1%，噸UAN產(chǎn)品生產(chǎn)成本可降低約15元。水分含量控制的關(guān)鍵是在配制階段應(yīng)保證尿素、硝銨和水分的計量準(zhǔn)確。在UAN溶液配制完成以及樣品密度和總氮含量等指標(biāo)分析合格后，可加入適量的脫鹽水來調(diào)節(jié)產(chǎn)品的水分含量指標(biāo)。以安徽淮化公司生產(chǎn)含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)18%的UAN產(chǎn)品和100 m3配制槽為例，產(chǎn)品密度在1.32 t/m3左右，可加入1.5～2.0 t脫鹽水，既可確保產(chǎn)品質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求，又可降低生產(chǎn)成本。

(2)在UAN配制階段，控制溫度和停留時間是降低縮二脲含量的決定因素?？s二脲主要來源于原料尿素及尿素與硝銨混合時的溫度過高、停留時間過長等。配制階段應(yīng)保證溶液溫度低于120 ℃，配制時間應(yīng)小于2 h，在此條件下制得的UAN產(chǎn)品中含縮二脲質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.35%左右。

(3)尿素與硝銨的質(zhì)量比應(yīng)在0.74～0.80，當(dāng)該比值>0.80時，因尿素生產(chǎn)成本相對較高，將導(dǎo)致UAN生產(chǎn)成本上升；當(dāng)該比值<0.74時，因尿素含量不足，UAN溶液密度變小，總氮含量也不符合要求。控制尿素與硝銨質(zhì)量比的關(guān)鍵是控制尿素與硝銨的配比，一般以穩(wěn)定一種原料的質(zhì)量和濃度，然后反算出另一種原料的配制量。

(4)UAN產(chǎn)品中游離氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)控制在0.02%～0.30%，其主要原因是微量的氨將使溶液呈弱堿性，可減緩設(shè)備的腐蝕，但過高的游離氨會導(dǎo)致產(chǎn)品有較濃的氨味，對生產(chǎn)配制環(huán)境和產(chǎn)品施用帶來不便。降低溫度、減少UAN中尿素分解是控制游離氨含量的主要手段。

Product Development of Enterprise Producing Nitric Acid and Ammonium Nitrate

ZHANG Jingzhong

(Anhui Huainan Chemical Group Co., Ltd.Anhui Huainan232038)

Along with rapid development of nitric acid industry in China, there is severe excess production capacity of nitric acid and ammonium nitrate, and market competition is fierce. In order to improve the market competition ability of enterprise, liquid ammonium nitrate products with variety of specifications, new process for production of nitric acid with a mass concentration of 68% and urea ammonium nitrate solution products are developed, product mix of the company is improved greatly, and nitric acid related product structure is more diversified.

nitric acidammonium nitrateurea ammonium nitrate solution

TQ111.26

B

1006-7779(2016)03-0062-02

2014-10-20)