刘健
（四川泸天化股份有限公司，四川 泸州646300）
［摘 要］四川泸天化股份有限公司1966年建成投产的40 kt/a（折100%HNO3）直接法浓硝酸装置，经历年来的优化技改，系统能效水平得以大幅提高（但单位产品能耗较间接法浓硝酸装置仍高出约20%），产能也由40 kt/a提升至57 kt/a，并于2014年新上精品N2O4精馏系统而增加了7 200 t/a精品N2O4产能。以2019年为例，对浓硝酸装置的物耗、检维修费用、人工成本以及产品产量、产值、利润等进行统计与综合分析。总体而言，泸天化直接法浓硝酸装置产品售价均在成本线以上，且在液氨价格随天然气、煤炭等价格上涨时利润空间更大；N2O4产值仅占10%左右但毛利润占比却可达20%以上，其盈利能力远大于浓硝酸，如扩大N2O4生产和销售量并相应减少浓硝酸产量，直接法浓硝酸装置的效益会进一步向好。
［关键词］直接法浓硝酸装置；工艺流程；N2O4；技术经济指标；综合能效；成本分析；产值分析；利润占比分析
［中图分类号］TQ111.26+3 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2024）03-0005-04
0 引 言
浓硝酸主要用于生产硝基化合物，对军工、炸药、医药、塑料、染织等行业十分重要，尤其是对有机物进行硝化可制得许多有用的成品、半成品。自21世纪以来，全球工业迅猛发展，各种工业品产能大幅增加，我国的合成氨产能从本世纪初的30 000 kt/a增至目前的65 000 kt/a，硝酸产能也从本世纪初的4 000 kt/a增长至目前的20 000 kt/a，与此同时，工业智能化、信息化趋势日益明显，各种产品产能日趋饱和，产品的竞争力只有从工艺、设备、材料以及生产管理等方面的优化与创新上下功夫，以降低消耗、提高效率、降本增效。
同一产品不同的生产工艺因原材料价格的变化，其生产成本也随之变化。本世纪硝酸生产在我国大都因为核算成本后采用新的工艺路线，稀硝酸生产绝大部分都采用双加压GP工艺，浓硝酸生产相应也由直接法改为间接法（典型的浓硝酸生产工艺有直接法和间接法两种），并逐步由硝镁法取代浓硫酸法。四川泸天化股份有限公司（简称泸天化）浓硝酸生产目前仍然保留了直接法浓硝酸工艺与间接法浓硝酸工艺。后疫情时代，由于煤炭、天然气、电能等原料及能源价格变化，同一生产线的产品成本也会相应发生变化。泸天化直接法浓硝酸装置产能小、工艺设备老旧，在目前的原材料及能源价格环境下，非常有必要对其进行重新认识与分析，以利实现直接法浓硝酸装置的经济运行。以下就泸天化直接法浓硝酸装置的综合能效作相关分析。
1 直接法浓硝酸生产工艺及泸天化装置简介
1.1 直接法浓硝酸生产工艺流程简介
直接法浓硝酸生产工艺过程包括NH3催化氧化、NO氧化、氮氧化物（NOx）吸收分离、N2O4制备（对于泸天化而言）、浓硝酸合成等5个单元（见图1）。其工艺流程如下。
空气除尘后,与来自冷冻系统的压力为0.05～0.06 MPa、温度＞0 ℃的气氨，经过滤及降压后混合形成气氨浓度为10.8%～11.5%（体积分数）的NH3-Air混合气，由鼓风机送入氨氧化炉内，压力为-20～-40 mmH2O的NH3-Air混合气在铂催化剂的作用下进行催化氧化反应，反应温度控制在800～840 ℃，氨的氧化率≥96%；NH3-Air混合气反应后生成的工艺气离开铂网进入废热锅炉降温并副产1.0 MPa的饱和蒸汽送入管网，工艺气进一步降温和除水后补入适量二次空气后与系统负压空气一道进入氧化氮压缩机压缩。
氧化氮压缩机压缩后的工艺气（温度280 ℃、压力0.30 MPa）中的NO与O2反应，工艺气温度上升，随后与出NOX吸收洗涤塔的尾气进行热交换，温度降至116 ℃，再用循环水将工艺气降温至50 ℃后进入氧化吸收塔；在氧化吸收塔内，NO和O2及来自吸收洗涤塔上段的浓度60%以上的硝酸同时进行干法氧化和湿法氧化反应，工艺气中的NO转化为NO2，出氧化吸收塔的工艺气（温度30～35 ℃）中NO的氧化度约93%，进入吸收洗涤塔下段；在吸收洗涤塔下段，工艺气与浓度＞97.5%的少量浓硝酸进行湿法氧化反应，工艺气中的NO几乎100%转化为NO2后进入吸收洗涤塔中段，与浓度＞97.5%的大量浓硝酸进行NOx的吸收反应，生成冷发烟硝酸，吸收后的尾气进入吸收洗涤塔上段，用水洗涤产生浓度60%～65%的硝酸流入氧化吸收塔，洗涤后的尾气中NOx含量≤1 700 mg/m3，再与工艺气换热,其温度升至280 ℃后进入尾气处理器与氨进行催化还原反应，将尾气中的NOx转化为N2和水蒸气，尾气中NOx含量降至300 mg/m3以下，还原后的尾气温度达290 ℃后进入尾气透平膨胀做功回收能量后放空。
更多内容详见《中氮肥》2024年第3期