веществ, неорганических |
технология Химическая |
.кн |
|
Рис. 10.72. Схема производства азотной кислоты под единым давлением 0,716 МПа:
1 — фильтры воздуха; 2 — газотурбинная установка 1 11-3 (а — осевой компрессор, б — центробежный компрессор-нагнетатель, в — газовая турби на, г—электродвигатель-генератор (2 ФАЗ 800—6000), д— пусковая камера сгорания, е—промежуточный холодильник воздуха); 3—реактор ката
литической очистки; |
4 — камера подготовки газов (сгорания); 5, 6 — подогреватели; 7, 9 — сепараторы; 8 — холодильник-конденсатор; 10— абсорб |
ционная колонна; |
11 — продувочная колонна; 12 — окислитель; 13 — контактный аппарат; 14, 17— котлы-утилизаторы; 15 — фильтр АВС; |
|
16 —смеситель; 18, 19 —экономайзеры; 20 —деаэратор; 21 —питательный насос |
для поддержания дежурного факела в пусковой камере горения д на номинальном режиме, проходит через пусковую камеру сгорания тур бины. В процессе переменного режима это позволяет регулировать расход воздуха в химцко-технологических процессах в любых преде лах— от нуля до номинального.
Другие потоки воздуха на собственные нужды ГТУ направляются на охлаждение и в турбину. Количественно они зависят от состояния лабиринтных уплотнений турбины.
Смешение аммиака с воздухом происходит в смесителе 16. Соот ношение количеств аммиака и воздуха, подаваемых в смеситель, ре гулируется автоматически. Из смесителя аммиачно-воздушная смесь поступает в фильтр 75, в котором завершается процесс очистки сме си. Смеситель и фильтр совмещены в одном аппарате. Из фильтра 15 АВС поступает на катализаторные сетки контактного аппарата 13, в котором при 900° С происходит процесс окисления аммиака с об разованием оксида азота (II), паров воды и азота. Образующиеся в процессе окисления аммиака горячие нитрозные газы поступают в котел-утилизатор 14, на котором установлен контактный аппарат. Конструктивно котел выполнен с учетом полного обеспечения макси мально возможного окисления нитрозных газов в объеме. В кот ле-утилизаторе вырабатывается пар с давлением 1,67 МПа и с темпе ратурой 250° С.
Из котла-утилизатора нитрозные газы поступают в окислитель 12, представляющий собой полый сосуд, в котором продолжается процесс окисления оксида азота (И) в тетраоксид диазота с соответствующим повышением температуры нитрозных газов. Расчетная степень окисле ния нитрозных газов на выходе из окислителя — 80%. В верхней части окислителя установлен фильтр для улавливания платиноидов.
Из окислителя нитрозные газы поступают в подогреватели воздуха 5 и хвостовых газов 6. Охлажденные нитрозные газы направляются в скоростные холодильники 8, в которых охлаждаются оборотной водой до 45—55° С. В холодильниках 8 происходит конденсация водяных па ров, окисление N 0 в NO2, а также образование кислоты. Из холодиль ников смесь газа и кислота направляются в сепаратор 9, в котором от деляется около 75% от всего количества образовавшейся кислоты.
Из сепаратора 42— 47%-ная азотная кислота поступает в абсорб ционную колонну 10 на тарелки с соответствующей концентрацией кислоты. Нитрозные газы, содержащие диспергированную кислоту, также передаются в абсорбционную колонну 10. Образующаяся в ко лонне азотная кислота самотеком направляется в продувочную колон ну 11, в которой из кислоты выдуваются растворенные в ней оксиды азота. Отбеленную кислоту из продувочной колонны направляют на склад азотной кислоты.
Нитрозные газы после продувочной колонны возвращаются в аб сорбционную колонну. Газы, выходящие из абсорбционной колонны, содержат непоглощенные оксиды азота и направляются в сепаратор для улавливания капель кислоты. После подогрева в подогревателе 6 они поступают в камеру подготовки газов 4, в которой нагреваются до 400—550° С топочными газами, полученными в процессе сжигания природного газа. Температура газов задается по активности катализато ра в реакторе каталитической очистки 3. Поскольку поддерживается восстановительный режим сжигания, то в газах за камерой 4 содержится значительное количество водорода, оксида углерода и радикалов, спо собствующих интенсификации процесса на катализаторе в реакторе 3.
В трубопровод до или после камеры сгорания 4 вводится газ-вос становитель для каталитической очистки хвостовых газов от оксидов азота в реакторе 3. Нагретые до 705—730° С хвостовые газы, сме шиваясь с относительно холодным потоком продуктов сгорания топ лива и воздуха из пусковой камеры д, охлаждаются до 700° С и на правляются на расширение в газовую турбину в. Нижний предел температуры (705° С) определен из условий безопасной эксплуатации пусковой камеры сгорания д, верхний предел (730° С) — по условиям безопасной эксплуатации реактора 3 и длительности пробега катали затора. Отработанные в турбине газы под давлением 0,104 МПа и при температуре около 400° С поступают в котел-утилизатор 17, где вырабатывается пар с теми же параметрами, что и в котле-утилиза торе нитрозных газов 14. Дальнейшее охлаждение хвостовых газов до 120— 130° С происходит в экономайзерах 18 и 19, конструктивно совмещенных с котлом 17.
Рассмотренная схема производства вырабатывает ~400 т/сут азот ной кислоты (в пересчете на 100%).
Расходные коэффициенты на 1т HNO3 составляют: около 290 кг аммиака, 110 м3 природного газа, 50 МДж электроэнергии, 150 м3 охлаждающей воды.
Степень конверсии аммиака составляет 95—96%, а степень аб сорбции оксидов азота -99,0—99,3%. Концентрация продукционной кислоты равна 58,0—58,78% (масс.). Содержание оксидов азота в продукционной кислоте в пересчете на N2O4 0,005—0,0034% (масс.). Хвостовые газы содержат 0,0034— 0,005% (масс.) оксидов азота и 0,056—0,13% (масс.) оксида углерода.
П р о и з в о д с т в о а з о т н о й к и с л о т ы в а г р е г а т е А К-7 2 состоит из следующих стадий производства: 1) фильтрацию воздуха от пыли, сжатие его до 0,412 МПа; 2) испарение исходного жидкого аммиака под давлением 0,588 МПа; 3) фильтрацию газооб разного аммиака; 4) смешение газообразного аммиака с воздухом; 4) фильтрацию АВС; 5) окисление аммиака кислородом воздуха; 6) ох-
лаждение нитрозных газов, совмещая его с промывкой их от ни трит-нитратов аммония и получением конденсата азотной кислоты концентрацией 40—45% HNO3 ; 7) сжатие нитрозных газов до 1,079 МПа; 8) охлаждение сжатых нитрозных газов; 9) абсорбцию оксидов азота с образованием 60%-ной азотной кислоты; 10) подогрев выхлоп ных газов до 480—500° С; 11) каталитическую очистку их от оксидов азота с одновременным подогревом их до 750—770° С; 12) расширение выхлопных газов в газовой турбине от 0,932—0,981 до 0,103 МПа и охлаждение расширенных выхлопных газов в подогревателе до 200° С.
Схема агрегата АК-72 приведена на рис. 10.73, согласно которой атмосферный воздух после очистки от механических примесей на фильтрах грубой и тонкой очистки 1 засасывается осевым воздуш ным компрессором 2. Сжатый в компрессоре воздух разделяется на два потока. При этом основной поток воздуха направляется в аппа раты окисления аммиака 10, а другой поток (10——14% от общего расхода воздуха) направляется последовательно в подогреватель газо образного аммиака 6, продувочную колонну 25 и смешивается с нитрозными газами на линии всасывания нитрозного нагнетателя 20.
Жидкий аммиак поступает в ресивер 3, а затем в испаритель 4, в котором испаряется за счет теплоты циркулирующей воды. Увлаж ненный аммиак в фильтре 5 очищается от механических примесей (в основном от катализаторной пыли) и паров масла, нагревается в по догревателе б сжатым воздухом, а в холодное время года— дополни тельно паром в теплообменнике 7. Горячий газообразный аммиак смешивается с воздухом в смесителе 8, встроенном в верхнюю часть контактного аппарата 10. АВС подвергается дополнительной тонкой очистке в фильтре 9, также встроенном в контактный аппарат.
Аммиак подвергается конверсии на катализаторных сетках из платинородиево-палладиевого сплава.
Горячие нитрозные газы охлаждаются последовательно в кот ле-утилизаторе 11, расположенном под катализаторными сетками, в экономайзере 12, подогревателе химически очищенной воды 13, холо дильнике-конденсаторе 14 и промывателе 15. В промывателе 15 на ряду с процессами охлаждения нитрозного газа и конденсации паров с образованием азотной кислоты нитрозные газы промываются от
аммиака, |
не |
прореагировавшего |
на |
катализаторных |
сетках, и |
ни- |
Рис. 10.73. Схема производства азотной кислоты на агрегате АК-72: |
|
I — фильтр |
воздуха; |
2 — воздушный компрессор; |
3 — ресивер жидкого аммиака; 4 — испаритель |
аммиака; 5 — фильтр газообразного аммиака; 6, |
7, |
13, 22, 27, 28 — подогреватели; 8, 2 9 — смесите |
ли; 9 — фильтр АВС; 10 — контактный аппарат; |
|
11 — котел-утилизатор; |
12 — экономайзер; |
14, |
23 — холодильники-конденсаторы; 15 — промыватель |
газа; 16, /Р, 21 — центробежные насосы; |
77, |
18 — теплообменники; 20 — нагнетатель тетрозных газов; 24 —абсорбер; 25 — продувочная колонна; 26 — ловушка; 30 — реактор каталитической очистки; 31 — газовая турбина; 32 — паровая турбина
трит-нитратов аммония, образующихся из аммиака и оксидов азота в тракте до промывателя.
Промыватель 15 орошается азотной кислотой, циркуляция кото рой осуществляется насосом 16 через холодильник 17, охлаждаемый оборотной водой, и в холодильник 18, охлаждаемый циркулирующей через испаритель жидкого аммиака 4 охлажденной водой. Из промы вателя 15 40—45%-ная азотная кислота центробежным насосом 21 передается в абсорбционную колонну 24, орошаемую паровым кон денсатом и конденсатом сокового пара из производства нитрата ам мония. Продукционная 60%-ная азотная кислота поступает в проду вочную колонну 25, в которой при давлении 0,392 МПа из нее отдувают растворенные оксиды азота воздухом, и далее самотеком направляется в хранилище склада. Выхлопные газы из абсорбцион ной колонны направляются в ловушку 26 с встроенным теплообмен ником 27, в котором газы подогреваются для испарения мелких брызг, а затем в подогреватель 28. Противоточный подогрев сжатых выхлопных газов осуществляется последовательно расширенными выхлопными газами из газовой турбины и дымовыми газами, образу ющимися в процессе горения природного газа в горелках радиацион ной части подогревателя 28. Нагретые выхлопные газы проходят ру башку реактора каталитической очистки 30 и смешиваются с природным газом в смесителе 29. Смесь далее поступает в реактор каталитической очистки 30, в котором на двухступенчатом катализа торе при избытке природного газа происходит процесс восстановле ния оксидов азота до азота с одновременным подогревом выхлопных газов до 750—770° С. Горячие выхлопные газы направляются на ре куперационную газовую турбину 31. Энергия расширения горячих выхлопных газов практически полностью соответствует затратам ме ханической энергии на сжатие воздуха и нитрозных газов. При этом некоторый недостаток механической энергии восполняется работой паровой турбины 32. Расширенные выхлопные газы из турбины по ступают в подогреватель 28, в котором охлаждаются, после чего вы брасываются через выхлопную трубу в атмосферу.
Технологический агрегат АК-72 обеспечивает получение 60%-ной, а в зимнее время 65%-ной HNO3 . Производимая кислота содержит не более: 0,05% растворенных оксидов азота; 0,004% (масс.) прока ленного остатка; 10 мг/кг хлоридов (в пересчете на хлор-ион) и сле ды нитрата аммония.
На 1 т производимой азотной кислоты (100%) расходуют: 0,286 т аммиака, 0,120 г платиноидного сплава, 0,028 г палладированного ка тализатора АПК-2 (в пересчете на палладий), 22 г активированного оксида алюминия, 1,54 т химически очищенной (обессоленной) воды, 0,34 т конденсата водяного пара, 129 м3 производственной оборотной
воды, 82 |
м3 |
природного газа (теплотворная способность 37,2 |
МДж/м2), |
14,4 |
кВт-ч электроэнергии. |
При производстве 1т целевого продукта получают 4,731 т водяного пара (50% р = 3,92 МПа, t = 440° С; 50% р = 1,47 МПа, t = 250° С).
П р о и з в о д с т в о а з о т н о й |
к и с л о т ы в а г р е г а т е |
Г И А П - Г П (рис. 10.74). Согласно |
схеме производства, исходное |
сырье — жидкий аммиак — поступает |
на склад под давлением до |
1,57 МПа. Перед подачей в испарительную установку, работающую под давлением 0,7—0,8 МПа, он дросселируется клапаном регулято ра уровня для частичного испарения. Образующаяся парожидкостная смесь аммиака поступает в ресивер низкого давления 1, в котором происходит разделение фаз. Жидкий аммиак из ресивера направляет ся в испаритель 2. В схеме установлены два испарителя ИТГ-630, работающие параллельно. Процесс испарения осуществляется при температуре 15° С. Постоянное давление обеспечивается подачей па ра в паровой испаритель аммиака 3. Образующийся холод от испаре ния аммиака используется для охлаждения газа перед нитрозным компрессором 46, а также для отвода теплоты в абсорбционной ко
лонне |
29. |
Теплоносителем является вода (охлаждается от 28 до |
23° С), |
для |
циркуляции которой используют насос. |
Поступающий в цех жидкий аммиак содержит до 0,1% воды. С целью поддержания постоянной концентрации воды в жидком аммиа ке часть его постоянно выводится из испарителей в дистилляционную колонну 6, снабженную кипятильником 7. В дистилляционной колонне, работающей под давлением 0,735 МПа, отгоняется газооб разный аммиак, а образующийся в кубе раствор гидроксида аммония содержит 25% аммиака.
Раствор гидроксида аммония непрерывно выводится из куба дис тилляционной колонны и направляется в сборник 8, в котором ох лаждается и реализуется в виде товарной продукции.
Выделившийся в дистилляционной колонне газообразный аммиак, а также аммиак из испарителей очищается от механических приме сей в двух параллельно работающих фильтрах 9. При этом масло удаляется фильтрами из полипропиленового волокна, а тонкая очист ка производится в аэрозольном фильтре А-17.
Очищенный аммиак далее направляется в перегреватель аммиака 10, в котором он нагревается от 15 до 100° С водяным паром под давлением 0,37 МПа и температуре 141° С, вырабатываемым в котле низкого давления 22.
Фирма «Сосьете Шишик де ла Гранд Паруасс» (Франция).
Рис. 10.74. Схема установки ГИАП-ГП:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I — ресивер; 2, 3 — испарители аммиака; 4 — машинный агрегат {4а— воздушный |
компрессор, 46— паровая турбина); 5 — центробежные насосы; |
6— дистилляционная |
колонна; 7— кипятильник; |
8 — сборник |
водных растворов |
аммиака; |
9— фильтр аммиака; 10 — перегреватель |
аммиака; |
I I — фильтр воздуха; |
12 — подогреватель |
воздуха; 13 — контактный аппарат; 14 — холодильник продувочного воздуха; 1 5 — продувочная |
колонна; |
16 |
— пароперегреватель; |
1 7 — испаритель |
котла; |
18 — барабан |
котла; 19 — среднетемпературный теплообменник; |
2 0 — котел высокого |
давления; |
21 |
— низкотемпературный |
теплообменник; |
2 2 — котел низкого |
давления; 2 3 — подогреватель |
выхлопных газов; |
2 4 — газовый промыватель; 25, |
2 6 |
— холодильники кислоты; 2 7 — экономайзер; 2 8 — конденсатор высокого давления; 2 9 — абсорбционная колонна; 3 0 — ловушка; 31 — смеситель; |
|
32 — реактор; |
33 — выхлопная труба; 34— воздушный |
конденсатор; 35 — сборник конденсата; 36 — холодильник; 37 — градирня |
Необходимое количество воздуха для производства отбирают че рез воздухозаборную трубу и очищают от механических примесей в фильтре 11. В зимнее же время воздух при необходимости подогре вают в подогревателе 12 для предотвращения процесса забивания фильтров инеем. Далее очищенный воздух сжимается до 0,53 МПа воздушным компрессором 4а, входящим в состав комплексного ма шинного агрегата 4. При этом температура воздуха повышается до 235° С. Сжатый в компрессоре воздух разделяется на два потока, первый из них поступает в два параллельно работающих контактных аппарата 12, а второй — добавочный воздух — после охлаждения в холодильнике 14 поступает в продувочную колонну 15. В продувоч ной колонне из продукционной азотной кислоты отделяются раство ренные в ней оксиды азота, после чего он смешивается с нитрозным газом, выходящим из газового промывателя 24.
В контактных аппаратах после смешивания воздуха и перегре того аммиака образуется АВС, содержащая 9,5— 10% (об.) аммиа ка, которая проходит фильтры тонкой очистки из базальтового во локна, огнепреградительный слой и поступает на двухступенчатый катализатор, состоящий из четырех платиноидных сеток и слоя не платинового катализатора. Степень конверсии аммиака на этом ка тализаторе составляет 96,2%.
Образовавшийся в контактных аппаратах газ, температура которо го составляет 880° С, проходит последовательно пароперегревательный 16 и испарительный 17 пакеты парового котла-утилизатора, рас положенного непосредственно под контактными аппаратами.
Котельный агрегат включает экономайзер 27, котел низкого дав ления 22, котел высокого давления 20, испарительную поверхность нагрева с пароперегревателями 16 и 17 и барабан с сепарационным устройством 18. В котле за счет охлаждения нитрозного газа выраба тывается перегретый пар под давлением 3,92 МПа и температуре 450° С. Меньшая часть этого пара передается в заводской коллектор, а основная часть направляется на паровую турбину 4г, в которой расширяется до 0,01225 МПа, охлаждаясь при этом до 50° С. В па ровой турбине, входящей в состав комплексного машинного агрегата 4, тепловая энергия преобразуется в механическую и используется для привода воздушного 4а и нитрозного 46 компрессоров.
Расширенный в турбине пар конденсируется в воздушных кон денсаторах паровой турбины 34. Часть конденсата водяного пара на правляется на орошение абсорбционной колонны 29, а другая часть после предварительного подогрева до 81° С в холодильнике проду вочного воздуха 14 поступает в деаэрационную установку, после че го возвращается на питание котла-утилизатора. Подпитка котла-ути-
лизатора осуществляется химически очищенной водой, также подаваемой в деаэрационную установку.
Вода в деаэрационной установке нагревается до температуры ки пения (115° С). При этом растворенные в воде газы выделяются из нее и вместе с частью пара поступают в холодильник (охладитель выпара), в котором происходит конденсация пара. Газы выбрасыва ются в атмосферу.
Деаэрированная вода, подаваемая центробежным насосом 5, раз деляется на два потока. Меньший поток направляется на испарение в котел низкого давления 21, в котором за счет теплоты нитрозных га зов образуется насыщенный пар с давлением 0,37 МПа и температу рой 141° С, который направляется в деаэрационную установку и в теплообменники на собственные нужды. Большая часть деаэрирован ной воды поступает в экономайзер 27, нагревается от 115 до 208° С, а затем поступает в барабан с сепарационным устройством 18. Из бара бана вода центробежным насосом непрерывно подается через испари тельную поверхность котла 17 контура принудительной циркуляции. Образующийся при этом насыщенный пар под давлением 4,3 МПа со бирается в барабане, освобождается от влаги и направляется в паро перегреватель котла 16, в котором пар перегревается до 450° С.
Для поддержания в воде, находящейся в котлах, содержания со лей на допустимом уровне часть воды из барабана 18 и котла низко го давления 22 выводится в процессе продувки, охлаждается в теп лообменниках оборотной водой, поступающей из градирни, а затем сбрасывается в канализацию. В результате охлаждения в котле-утили заторе температура нитрозного газа снижается до 475°С, а дальней шее его охлаждение до 370° С осуществляется выхлопным газом в
среднетемпературном |
теплообменнике газ — газ. При этом выхлоп |
ной газ нагревается |
от 250 до 400° С. |
Нитрозный газ поступает в трубное пространство котла высокого |
давления 20, в котором, охлаждаясь до 266° С, отдает свое тепло на испарение части котловой воды, поступающей из барабана 18. Затем нитрозный газ нагревается до 304° С в результате окисления N 0 в NO2 в трубопроводе, ведущем к низкотемпературному теплообменни ку газ — газ 21, в котором нитрозный газ охлаждается до 203° С вы хлопным газом, нагревающимся от 110 до 245° С. Далее нитрозный газ поступает в трубное пространство котла низкого давления 22 и охлаждается до 150° С. Далее его используют для подогрева выхлоп
ного газа от 27 до |
110° С в подогревателе выхлопных газов 23. |
Здесь он охлаждается |
от 160 до 100° С и далее направляется в два |
работающих параллельно газовых промывателя 24, представляющих собой тарельчатые аппараты барботажного типа.
