Технология неорганических веществ и минеральных удобрений (стр. 17 )

Отбеленная кислота из продувочной колонны11 далее подается на склад азотной кислоты.

Нитрозные газы после продувочной колонны 11 возвращаются в абсорбционную колонну 10. Выходящие из абсорбционной колонны газы содержат непоглощенные оксиды азота. Они направляются в сепаратор для улавливания капель кислоты, далее подогреваются в подогревателе 6 и поступают в камеру подготовки газов 4, где нагреваются до 400-5500С топочными газами, полученными при сжигании природного газа. Температура газа задается по активности катализатора в реакторе каталитической очистки 3. Режим сжигания – восстановительный, поэтому в газах за камерой 4 содержится большое количество водорода, оксида углерода и радикалов, способствующих интенсификации процесса на катализаторе в реакторе 3.

В трубопровод до или после камеры сгорания 4 вводится газ-восстановитель для каталитической очистки хвостовых газов от оксидов азота в реакторе 3. Нагретые до 705-7300С хвостовые газы, смешиваясь с относительно холодным потоком продуктов сгорания топлива и воздуха из пусковой камеры д , охлаждаются до 7000С и направляются на расширение в газовую турбину в. Нижний предел температуры –7050С – определен из условий безопасной эксплуатации пусковой камеры сгорания д, верхний предел-7300С – по условиям безопасной эксплуатации реактора 3 и длительности пробега катализатора. Отработанные в турбине газы, под давлением 0.104 МПа и при температуре около 4000С поступают в котел-утилизатор 17, где вырабатывается пар с теми же параметрами, что и в котле-утилизаторе тепла нитрозных газов 14. Дальнейшее охлаждение хвостовых газов до 120-1300С происходит в экономайзерах 18 и 19, конструктивно совмещенных с котлом 17.

Агрегат компактен, все аппараты транспортабельны. Энергетический цикл агрегата автономен и при отключении химического производства остается в работе до отключения его со щита управления. Управление агрегата в рабочем режиме автоматизировано.

Каталитическая очистка хвостовых газов

Хвостовые газы с температурой 1450С поступают в высокотемпературный теплообменник контактного аппарата, затем в камеру сгорания реактора, где подогреваются до 380 –5500С путем смешения с горячими топочными газами, получаемыми в камере при сжигании природного газа с воздухом. Перед камерой сгорания хвостовые газы смешиваются с природным газом в соотношении СН4 : О2 = 0.52 – 0.55 и с температурой 380 – 5500С направляеюся в реактор каталитической очистки. В реакторе происходит сгорание водородсодержащего компонента и восстановление оксидов азота до элементарного азота.

СН4 +0.5О2 =СО +2Н2 +8390ккал

2NО2 + 4Н2 = N2 +4Н2О + 125520ккал (27)

2NО + 2Н2 = N2 + 2Н2О +79400ккал

2СО + О2 = 2СО2 +68100ккал

2Н2 + О2 = 2Н2О + 57814ккал

Содержание в хвостовых газах оксидов азота (NО + NО2) 0.005%, СО –0.13%.

Температура газа на выходе из реактора достигает 7000С и эти газы направляются в газовую турбину. Отработанные в турбине газы направляются в котел-утилизатор, где вырабатывается пар давлением 15 кгс/см2 и с Т=2300С

Технико-экономические показатели

Фактическая себестоимость и энергоемкость азотной кислоты самые низкие по сравнению с другими агрегатами. Фактические технико-экономические показатели агрегата:

Выработка кислоты в пересчете на 100% НNО3 – 397т/сут.

Расходные коэффициенты на 1т азотной кислоты:

Аммиак, кг -290

Природный газ, м3 –108

Электроэнергия, МДж – 150.

Степень конверсии аммиака –95%;

Степень абсорбции оксидов азота –99%;

Концентрация продукционной кислоты – 58.8%;

1.4.4.2.Принципиальная схема агрегата АК-72

Технологическая схема агрегата включает следующие стадии:

- фильтрацию воздуха от пыли, сжатие его до 0.412МПа;

- испарение жидкого аммиака под давлением 0.588МПа;

- смешение газообразного аммиака с воздухом;

- фильтрацию аммиачно-воздушной смеси;

- окисление (конверсия) аммиака кислородом воздуха;

- охлаждение нитрозных газов с одновременной промывкой их от нитрит-нитратов аммония и получение конденсата азотной кислоты концентрацией 40 –45% НNО3;

- сжатие нитрозных газов до 1.079МПа;

- охлаждение сжатых нитрозных газов;

- абсорбцию оксидов азота с образованием 60% НNО3;

- подогрев выхлопных газов до 480 –5000С;

- каталитическую очистку их от оксидов азота с одновременным подогревом их до 750-7700С;

- расширение выхлопных газов в газовой турбине от 0.932 – 981 до 0.103МПа и охлаждение расширенных выхлопных газов в подогревателе до 2000С.

Технологическая схема агрегата изображена на рисунке 5-1.

Атмосферный воздух после очистки от механических примесей на фильтрах грубой и тонкой очистки в аппарате 1 засасывается осевым воздушным компрессором 2. Сжатый воздух разделяется на два потока, из которых основной поток направляется в аппараты окисления аммиака 10, а второй поток (10 – 14% от общего расхода воздуха на технологию) проходит последовательно подогреватель газообразного аммиака 6, продувочную колонну 25 и смешивается с нитрозными газами на линии всасывания нитрозного нагнета

".' Рис. 5-1. Технологическая схема агрегата АК-72:

"—фильтр воздуха; 2 — воздушный компрессор; 3— ресивер жидкого аммиака; 4 — ис-Эцаритель аммиака; 5 — фильтр газообразного аммиака; 6, 7, 13, 22, 27, 28 — подогрева-№ели; в, 29 — смесители; 9 — фильтр аммиачно-воздушной смеси; 10 —■ контактный аппа-Я>ат; 11 — котел-утилизатор; 12 — экономайзер: 14, 23 — холодильники-конденсаторы; 15 -— разовый промыватель; 16, 19, 21 — насосы; 17, 1в — теплообменники; 20 — нитрозный на­гнетатель; 24 — абсорбционная колонна; 25 — продувочная колонна; 26 — ловушка; 30 — & реактор каталитической очистки; 31 — газовая турбина; 32 — паровая турбина.

Жидкий аммиак поступает в ресивер 3, а затем в испаритель 4, где испаряется за счет тепла циркулирующей воды. Влажный газообразный аммиак очищается в фильтре 5 от механических примесей (катализаторной пыли) и паров масла, нагревается в подогревателе 6 сжатым воздухом (а в холодное время года - дополнительно в теплообменнике 7 паром). Горячий газообразный аммиак смешивается с воздухом в смесителе 8, встроенном в верхнюю часть контактного аппарата 10. Аммиачно-воздушная смесь подвергается дополнительной тонкой очистке в фильтре 9, также встроенном в контактный аппарат.

Окисление (конверсия) аммиака осуществляется на катализаторных сетках из платино-родиево-палладиевого сплава.

Горячие нитрозные газы охлаждаются последовательно в котле-утилизаторе 11, расположенном под катализаторными сетками, в экономайзере 12, подогревателе химически очищенной воды 13, холодильнике-конденсаторе 14 и промываВ промыванаряду с процессами охлаждения нитрозного газа и конденсации паров с образованием азотной кислоты осуществляется промывка нитрозных газов от аммиака, который не прореагировал на катализаторных сетках, и нитрит-нитратов аммония, образующихся из аммиака и оксидов азота в тракте до промывателя (особенно во время пуска).

Промываорошается азотной кислотой, циркуляция которой осуществляется с помощью насоса 16 через холодильник17, охлаждаемый оборотной водой, и в холодильник 18, охлаждаемый циркулирующей через испарители жидкого аммиака 4 захоложенной водой. Из промыва– 45% азотная кислота насосом 21 подается в абсорбционную колонну 24.

Охлажденный нитрозный газ поступает в нагнетатель 20, сжимается до 1.070 МПа, далее последовательно охлаждается в подогревателе питательной воды 22 и в холодильнике-конденсаторе 23 и поступает в абсорбционную колонну 24. Абсорбционная колонна орошается паровым конденсатом. Продукционная 60% азотная кислота поступает в продувочную колонну 25, где при давлении 0.392МПа из нее отдувают растворенные оксиды азота воздухом, и далее самотеком направляется в хранилище склада.

Выхлопные газы из абсорбционной колонны направляются в ловушку 26 со встроенным теплообменником 27, в котором они подогреваются для испарения увлекаемых мелких брызг, а затем – в подогреваПротивоточный подогрев сжатых выхлопных газов осуществляется последовательно расширенными выхлопными газами из газовой турбины и дымовыми газами, образующимися при сгорании природного газа в горелках радиационной части подогреваНагретые выхлопные газы проходят рубашку реактора каталитической очистки 30 и смешиваются с природным газом в смесиСмесь поступает в реактор каталитической очистки 30, где на двухступенчатом катализаторе при избытке природного газа происходит восстановление оксидов азота до азота с одновременным подогревом выхлопных газов до 700 – 7500С. Горячие выхлопные газы направляются на рекуперационную газовую турбину 31. Энергия расширения горячих выхлопных газов практически полностью соответствует затратам механической энергии на сжатие воздуха и нитрозных газов; некоторый недостаток механической энергии восполняется работой паровой турбины 32. Расширенные выхлопные газы из турбины поступают в подогреватель 28, охлаждаются и выбрасываются через выхлопную трубу в атмосферу.

Теперь рассмотрим подробнее некоторые важные стадии производства.

Окисление аммиака.

На стадии окисления аммиака характерными параметрами процесса являются давление, температура на катализаторных сетках, содержание аммиака в аммиачно-воздушной смеси, линейная скорость газа, время контакта. Влияние этих факторов на процесс окисления аммиака мы рассматривали ранее. В агрегате АК-72 значения этих параметров меняются в следующих интервалах: давление – 0.25-0.45МПа, температура – 840-8600С, содержание аммиака в смеси с воздухом – 9.6-10.5%, линейная скорость газа –2.4-2.6м/с. Значительный диапазон значений указанных параметров объясняется тем, что в зависимости от температуры наружного воздуха (времени года) и нагрузки агрегата (70-112% от номинала) меняются как давление сжатого воздуха, так и его температура на входе в контактный аппарат. В соответствии с изменением температуры сжатого воздуха для достижения оптимальной температуры на катализаторных сетках 8500С ( степень конверсии-96.5%, содержание влаги в воздухе 1.5% об., температура газообразного аммиака 1000С) должно изменяться и содержание аммиака в аммиачно-воздушной смеси.