10万 t/a硝酸装置的氧化氮分离器改造

杜红涛，张进才，宁红军（.河南神马尼龙化工有限责任公司，河南平顶山　46703；2.河南神马万里化工股份有限责任公司，河南平顶山　46703）

10万 t/a硝酸装置的氧化氮分离器改造

杜红涛1，张进才1，宁红军2*
（1.河南神马尼龙化工有限责任公司，河南平顶山467013；2.河南神马万里化工股份有限责任公司，河南平顶山467013）

摘要：介绍了双加压法硝酸生产工艺中“四合一”机组氧化氮分离器的技术改造。分离器采用高效三级除雾配置方式，重新调整设备间距，增设自动喷淋清洗装置，可有效去除氧化氮气体中所含的硝酸液滴、水和铵盐结晶体，解决了氧化氮压缩机转子的腐蚀问题，节约了设备维修和压缩机转子更换的费用，达到了硝酸生产装置长周期安全运行的目的。

关键词：硝酸；氧化氮；分离器；压缩机转子；腐蚀

0　前言

河南神马尼龙化工有限责任公司是我国尼龙化工产业的大型现代化企业，生产装置是成套引进国外的先进技术和设备，是国家“八五”、“九五”重点建设项目，10万t/a硝酸装置为尼龙66盐生产提供配套的合成用原料，在整个产业链条中起着重要的作用。该装置采用国内广泛应用的双加压法硝酸生产工艺，其中“四合一”机组是硝酸生产的核心装置，氧化氮压缩机作为“四合一”机组的重要设备，在运行过程中由于出现氧化氮气体中含硝酸液滴、水和铵盐结晶体的状况，造成氧化氮压缩机转子的腐蚀。传统的氧化氮分离器采用叶片及丝网去除方式对硝酸液滴、水和铵盐结晶体进行分离，其效果很不理想，经常需要维修和更换转子，严重影响生产装置的长周期安全运行，且维修费用昂贵。

1　压缩机工作流程

在双加压法硝酸生产工艺中，空气和氨气在氧化炉反应生成的氮氧化物，经过换热冷却与来自漂洗塔的二次空气按比例混合进入氧化氮压缩机，在此过程气体中含有的硝酸液滴、水和铵盐结晶物会对压缩机转子造成腐蚀，因此在氧化氮压缩机入口设置有分离器，以除去气体中携带的腐蚀性物质，保护压缩机的长周期运行，工艺流程见图1。

图1　硝酸装置氧化氮分离器工艺流程简图

2　存在问题

①硝酸装置中氧化氮分离器内配件采用传统的叶片及丝网，以除去工艺气中所含的硝酸液滴、水和铵盐结晶体，由于除雾效果较差，仍有部分硝酸液滴和铵盐进入氧化氮压缩机中，造成转子腐蚀较为严重。该装置每半年就要进行一次设备检修，且压缩机转子需经常维修或更换，既影响生产又要花费高昂的维修费用。②由于氧化氮分离器与氧化氮压缩机距离较近，且各设备之间空隙较小，受操作空间的限制，使维护检修十分困难。③当氧化氮分离器滤桶内滤材上残留的硝酸铵盐量较多时，分离器压差会增大，此时需对分离器内件进行冲洗，改造前未设置内件压差检测装置，无法真实评估、判断内配件运行状态和效果，只能凭经验靠人工按常规的清洗方式手动操作，不能做到精确和稳定控制，而且现场工作人员的劳动强度大。

3　技改方案

3.1技术参数

介质：氧化氮气体；操作压力：0.3 MPa；操作温度：60℃；过滤精度：≤1 μm；内件初始压差：≤2.5 kPa；操作负荷弹性：80%～110%；分离效率：99%。3.2技术方案

3.2.1氧化氮分离器

分离器采用高效三级除雾配置方式。第一级是丝网，使工艺气中的小液滴在通过丝网时发生碰撞，凝结成大液滴；第二级是叶片，将凝结的大液滴拦截去除；第三级是高效纤维床除雾器，将穿过前二级的微小雾滴吸附滤除，避免压缩机转子与腐蚀性介质的接触。

3.2.2调整氧化氮分离器位置

将氧化氮分离器从压缩机下方的位置移出10 m（见图2），留出空间以便检修和维护；同时，对分离器位置调整后可能产生的几种不良情况制定了完善的保障措施。具体方案如下：①调节低压反应水以及冷凝器循环水量、水温，防止因管线加长导致的升温；②增加氧化氮分离器出口管径，以降低分离器到压缩机进口的管道阻力；③根据各设备位移情况重新设计管道配置，以保证装置的正常运行。

图2　氧化氮分离器改造前后设备布置图

3.2.3自动喷淋清洗技术

采用自动喷淋方式有效去除滤芯桶内滤材上残留的硝酸铵盐。当氧化氮分离器内残留的硝酸铵盐较多，造成压差过大或偏离工艺设定值时，喷淋清洗系统自动开启，对氧化氮分离器内配件进行喷淋清洗，正常运行时喷淋清洗系统自动关闭。该技术自动化程度高，可提高清洗过程的精确性，有效去除滤材上残存的硝酸铵盐，大大减轻了工作人员的劳动强度。

4　实施效果

4.1工艺参数稳定

改造后的氧化氮分离器各项工艺参数运行平稳，硝酸液滴、水和铵盐结晶物去除效果明显，表1为氧化氮分离器改造前后一周内的平均运行参数。

表1　氧化氮分离器改造前后一周内的平均运行参数

4.2除雾效果明显

氧化氮分离器改造前，氧化氮压缩机入口的温度在51℃左右，改造后入口的温度为56℃左右，运行温度处于正常的工作温度范围内。由表1数据可知，改造后的氧化氮分离器稀硝酸浓度从36.2%增加至37.6%，稀硝酸流量从7.7 m3/h增加至8.1 m3/h，除雾效果明显。

4.3长周期运行

经过一年多的连续生产运行压缩机转子未出现腐蚀现象，避免了因故障造成的停车，节省了维护检修费用。

4.4自动喷淋技术可控性强

除雾器元件压差限定值为2.5 kPa，当压差超过限定值时，喷淋系统会自动打开进行冲洗，保证了氧化氮分离系统高效、安全、可靠的运行。自动喷淋技术的使用，可对分离器内配件进行实时监测，有利于氧化氮分离器的正常运行，并延长内配件的使用寿命。

4.5各设备间距设计合理

氧化氮分离器与压缩机之间间距的调整，扩大了检修操作空间，使得分离器内配件的吊装、维修、设备巡检等项工作更加便利。

5　经济分析

改造前，由于分离效果较差，转子的使用寿命仅为3年，而氧化氮压缩机转子的设计使用寿命为10年，更换一套氧化氮压缩机转子的费用为200万元左右，照此计算，改造后10年期间将有效节约检修（含备件）费用400万元左右。生产运行效益显著提高。

分离器改造后可避免酸液对氧化氮压缩机叶轮的冲刷腐蚀，防止叶轮在高速旋转的情况出现开裂，造成重大设备安全事故，装置的安全性得到进一步提高。

6　结论

采用高效三级除雾配置方式替代传统的叶片和丝网结构，对10万t/a硝酸装置氧化氮分离器进行技术改造，将工艺气中的硝酸液滴、水和铵盐结晶体进行分离去除，提高了除雾、除铵盐效率，减少了氧化氮分离器维修和转子更换的频次，节省了昂贵的维修费用，对公司的节能降耗、清洁生产和硝酸装置的长周期安全稳定运行发挥了重要的作用。

中图分类号：TQ050.2，TQ051.8

文献标识码：B

文章编号：1003-3467（2016）04-0048-02

收稿日期：2016-02-26

作者简介：杜红涛（1976-），男，工程师，从事企业生产技术管理工作，电话：13903751125；联系人：宁红军（1972-），男，工程师，从事化工生产一线管理和技改工作，电话：13849553661。