中国石油兰州石化化肥厂的浓硝酸生产工艺采用的是硝酸镁法,以稀硝酸为原料,选用硝酸镁作为脱水剂,使混合物料在浓缩塔中经精馏操作循环使用。硝酸镁溶液在原始开车时一次性向系统投加够,之后循环使用过程,在浓缩塔中吸水后经硝酸镁蒸发器中脱水至稀镁槽循环使用。在理论上硝酸镁应该是接近无消耗的,因生产工艺缺陷而造成硝酸镁过多损耗的可能性比较小,但在工艺操作和设备存在缺陷,因操作不当和设备泄漏而造成硝酸镁过多的损耗就显得比较突出,主要有以下几方面原因。
1.工艺操作原因引起的硝酸镁损耗
(1)在原始开车中,因操作不当会出现严重“跑镁”现象,从而造成硝酸镁的损耗。原始开车时,硝酸镁浓度大约在40%不能满足正常生产所需的浓度,在硝酸镁蒸发器中初始提浓时,这时的硝酸镁沸点也很低,即低浓度的硝酸镁在加热蒸汽的作用下很容易达到沸腾,如不控制好蒸汽压力、蒸发真空度和所用的蒸汽流量,往往发生过度沸腾,部分硝酸镁在蒸发器中被蒸发产生的二次蒸汽带走,出现严重的“跑镁”现象。
(2)在浓硝正常生产中,如遇到突然停电、停水和停汽等情况时,需作紧急停车处理,这时硝酸镁加热器出口的硝酸镁含硝量将会严重超标,高达3.0%以上。在实际生产组织中,水、电、汽一旦具备条件就必须马上恢复生产,此时,系统中硝酸镁含有严重超标的低沸点硝酸,使得这种硝酸镁沸点降低许多(特别是在高真空度下),在同等条件下蒸发时,将会使硝酸镁在蒸发器内剧烈沸腾,从而使硝酸镁在高真空的带动下,出现严重“跑镁”现象。
(3)在开车投酸过程中,如过分追求降低精馏塔顶温度的速度(即缩短出产品的时间),而加大回流比、配料比和降低加热器压力等都会使加热器出口硝酸镁中的硝含量严重超标。回流比过大会使加热器的进口硝酸镁的含硝酸量过大,引起其出口硝酸镁的硝含量偏高;配料比过大会使加热器里的硝酸镁浓度较高,使其沸点和黏度较高,不利于脱硝,引起出口硝酸镁含硝量高;降低加热器蒸汽压力,也就降低了加热器的脱硝能力,同样会引起其出口硝酸镁含硝高。这些高含硝的硝酸镁在相同条件下进入蒸发器蒸发时,不可避免地出现“跑镁”现象。
2.设备问题引起的硝酸镁损耗
生产中,由于原料和产品均为强腐蚀性介质,生产设备材质比较特殊,由于生产工艺的介质比较复杂、变化较大,往往从很稀的硝酸变至浓硝酸及蒸汽,关键设备的操作温度还相当高,这就要求设备材质既能耐稀酸腐蚀,又能耐浓酸腐蚀,还要考虑温度的影响。硝酸镁循环使用系统中因设备问题引起硝酸镁损耗主要有下列2种情况。
(1)浓缩塔、硝酸镁加热器的腐蚀泄漏
浓缩塔是硝酸镁法生产浓硝酸的关键设备,目前所用的唯一材质是高硅铸铁。高硅铸铁虽有很好的耐腐蚀性,但性脆、易裂,经不住温度的剧烈变化,实际生产中由于设备外部保温层存在,一般小漏不易发现,当发现塔体有硝酸镁,此时即使立即停塔,硝酸镁的泄漏损耗也在所难免;硝酸镁加热器虽然为不锈钢设备,但在高温条件下,含酸1%的硝酸镁对其腐蚀很厉害,特别是进料口,一旦腐蚀泄漏,硝酸镁将直接外泄。因工艺流程的局限,上述设备出现问题时,设备内物料至少需要处理时间1 h。
(2)机泵轴封泄漏
稀镁泵、浓镁泵是硝酸镁系统循环的动力设备,由于设备布局的局限性,机泵机封冷却水的排放均排入地沟,比较隐蔽,当机泵的机封出现泄漏时,硝酸镁混于冷却水中损失掉。
经分析,我们对硝酸镁的泄漏提出了一些预防和改进措施。
1.原始开车或日常开车投酸过程中,严格按照“先破真空、再进料、然后建立真空”的操作顺序进行;
2.紧急停车处理后复工时,首先应先提高硝镁加热器的蒸汽压力进行脱硝,把浓、稀两镁槽和加热器里的硝酸镁含硝脱完后,再提蒸发器的蒸汽压力和蒸发真空度,这样不仅不跑镁,而且减轻了设备腐蚀;
3.在日常工艺调节中,应严格控制蒸发器的液位,防止液位过高被抽到后系统,一方面造成换热器列管堵塞,另一方面造成硝酸镁的损失;
4.浓缩塔在投料前必须保温完好,防止在浓缩塔升温后因温度变化剧烈造成脆裂,升温过程中应对塔节和管线法兰连接处进行热紧,使其密封良好,预防塔节、法兰泄漏引起硝酸镁的损失;
5.对于硝酸镁加热器要保持适当的液位,防止换热管暴露在气相中而大大加快其腐蚀速度,对进料管由顶部进入改为加装缓冲罐,从侧面进料;
6.加强对浓、稀镁泵机封的检查,发现漏镁时要及时处理,避免硝酸镁的损失;
7.单套塔开停退镁后,管线加水冲洗、加热器中的硝酸镁不能就地排放,做好回收工作。
通过以上预防和改进措施,吨浓硝酸减少硝酸镁损耗1 kg,按10万t/a浓硝酸计,则年可节约100 t硝酸镁。