Агрегат для производства азотной кислоты

 

Полезная модель относится к производству азотной кислоты, получаемой окислением аммиака кислородом воздуха и поглощением (абсорбцией) оксидов азота водой в агрегатах с единым давлением на стадиях окисления аммиака и поглощения оксидов азота. Область применения изобретения - агрегаты с единым давлением 0,7-1,0 МПа и сжатием воздуха в компрессоре, входящем в состав газотурбинной установки. Техническим результатом полезной модели является повышение коэффициента полезного действия оборудования, снижение расхода охлаждающей воды и, как следствие, водооборотного цикла, а также снижения удельного расхода топлива. Для достижения названного технического результата предлагается конструктивное решение агрегата, имеющего аппараты окисления аммиака воздухом, поглощения оксидов азота, газотурбинную установку, включающую компрессор для сжатия воздуха и рекуперационную турбину для расширения хвостовых газов, нагретых газами из камеры сгорания топлива, а также подогреватель и смеситель аммиака, линию питательной воды для котла-утилизатора, имеющего паросборник, и продувочную колонну азотной кислоты, в котором в газотурбинной установке в качестве компрессора для сжатия воздуха использован осевой компрессор, установленный непосредственно на одном валу с рекуперационной турбиной, и у которого на выходе из компрессора линия потока сжатого воздуха разделена на две части, одна из которых, предназначенная для получения азотной кислоты, связана сначала с охладителем сжатого воздуха, например в виде "кипящего" экономайзера, соединяемый с линией питательной воды, и затем со смесителем аммиака с воздухом, а вторая - предназначенная для сжигания топлива, непосредственно с камерой сгорания рекуперационной турбины, согласно полезной модели, на выходе из компрессора линия потока сжатого воздуха имеет дополнительную часть связанную с зоной концевых уплотнений для запирания и исключения протечек рабочего газа из проточной части турбины и предназначенную для охлаждения дисков рекуперационной турбины. Кроме того, в качестве валоповоротного устройства использован пусковой двигатель с частотным регулированием.

Полезная модель относится к производству азотной кислоты, получаемой окислением аммиака кислородом воздуха и поглощением (абсорбцией) оксидов азота водой в агрегатах с единым давлением на стадиях окисления аммиака и поглощения оксидов азота. Область применения изобретения - агрегаты с единым давлением 0,7-1,0 МПа и сжатием воздуха в компрессоре, входящем в состав газотурбинной установки.

В источниках информации (см. "Производство азотной кислоты в агрегатах большой мощности" под ред. В.М.Олевского, М.: Химия, 1985 г., стр.94-208 и "Справочник азотчика", изд. 2-е, книга 2-я, М.: Химия, 1987 г., стр.66-73) описаны агрегаты для производства азотной кислоты, получаемой окислением аммиака кислородом воздуха и поглощением оксидов азота водой в агрегатах с единым давлением на стадиях окисления аммиака и поглощения оксидов азота, включающие газотурбинную установку с осевым воздушным компрессором и с газовой турбиной на одном валу, воздухоохладитель, центробежный нагнетатель воздуха, пусковой мотор-генератор и многоступенчатый редуктор, передающий энергию от газовой турбины для вращения центробежного нагнетателя и энергию от мотор-генератора мощностью 800 кВт при пуске и к мотор-генератору в стационарном режиме.

Сложная конструкция газотурбинной установки резко осложняет эксплуатацию агрегата особенно из-за частого выхода из строя воздухоохладителя, редуктора. Кроме того, повышается себестоимость получаемой азотной кислоты вследствие затрат на ремонт и запасные части и длительный период пуска газотурбинной установки приводит к перерасходу топлива - природного газа.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является агрегат для производства азотной кислоты из аммиака путем окисления аммиака кислородом воздуха и поглощением оксидов азота водой в агрегате с единым давлением на стадиях окисления аммиака и поглощения оксидов азота, содержащий аппараты окисления аммиака воздухом, поглощения оксидов азота, газотурбинную установку, включающую компрессор для сжатия воздуха и рекуперационную турбину для расширения хвостовых газов, нагретых газами из камеры сгорания топлива, а также смеситель аммиака и его подогреватель, линию питательной воды для котла-утилизатора, имеющего паросборник, и продувочную колонну азотной кислоты, при этом в газотурбинной установке в качестве компрессора для сжатия воздуха используют осевой компрессор, установленный непосредственно на одном валу с рекуперационной турбиной и у которого на выходе из компрессора линия потока сжатого воздуха разделена на две части, одна из которых предназначенная для получения азотной кислоты, связана сначала с охладителем сжатого воздуха, например в виде «кипящего» экономайзера, соединенный с линией питательной воды, и затем со смесителем аммиака, а вторая, предназначенная для сжигания топлива, непосредственно с камерой сгорания рекуперативной турбины (Патент РФ 2248322, С01В 21/40, С01В 21/26, опубл. 20.03.2005).

Недостатком этого устройства является низкая надежность и коэффициент полезного действия оборудования, высокий расход охлаждающей воды и высокий удельный расход топлива.

Технической задачей полезной модели является снижение капиталовложений, повышение надежности и коэффициента полезного действия оборудования, кроме того, снижение расхода охлаждающей воды и, как следствие, водооборотного цикла, а также снижения удельного расхода топлива.

Для решения указанной задачи и достижения названного технического результата предлагается конструктивное решение агрегата, имеющего аппараты окисления аммиака воздухом, поглощения оксидов азота, газотурбинную установку, включающую компрессор для сжатия воздуха и рекуперационную турбину для расширения хвостовых газов, нагретых газами из камеры сгорания топлива, а также подогреватель и смеситель аммиака, линию питательной воды для котла-утилизатора, имеющего паросборник, и продувочную колонну азотной кислоты, в котором в газотурбинной установке в качестве компрессора для сжатия воздуха использован осевой компрессор, установленный непосредственно на одном валу с рекуперационной турбиной, и у которого на выходе из компрессора линия потока сжатого воздуха разделена на две части, одна из которых, предназначенная для получения азотной кислоты, связана сначала с охладителем сжатого воздуха, например в виде "кипящего" экономайзера, соединяемый с линией питательной воды, и затем со смесителем аммиака с воздухом, а вторая - предназначенная для сжигания топлива, непосредственно с камерой сгорания рекуперационной турбины, согласно полезной модели, на выходе из компрессора линия потока сжатого воздуха имеет дополнительную часть связанную с зоной концевых уплотнений для запирания и исключения протечек рабочего газа из проточной части турбины и предназначенную для охлаждения дисков рекуперационной турбины. Кроме того, в качестве валоповоротного устройства использован пусковой двигатель с частотным регулированием.

Заявляемые существенные признаки конструктивного решения агрегата позволяют повысить надежность и коэффициент полезного действия оборудования, кроме того, снизить расхода охлаждающей воды и, как следствие, водооборотного цикла, а также снизить удельный расход топлива.

Предлагаемая полезная модель иллюстрируются чертежом, где схематично показан агрегат производства азотной кислоты.

Агрегат для производства азотной кислоты включает фильтр атмосферного воздуха 1, осевой воздушный компрессор 2, "кипящий" экономайзер 3, смеситель 4, контактный аппарат 5, котел-утилизатор 6, имеющий паросборник 7, камеру сгорания топлива 8, связанную с рекуперационной турбиной 9, подогреватель хвостовых газов 10, реактор каталитической очистки 11, холодильник-конденсатор 12, абсорбционную колонну 13, продувочную колонну 14, подогреватель газообразного аммиака 15, пусковой двигатель 16 для запуска рекуперационной турбины 9. На выходе из компрессора 2 линия потока сжатого воздуха имеет дополнительную часть 17, связанную с зоной концевых уплотнений для запирания и исключения протечек рабочего газа из проточной части рекуперационной турбины 9 и предназначенную для охлаждения дисков рекуперационной турбины 9. Кроме того, в качестве валоповоротного устройства использован пусковой двигатель 16 с частотным регулированием.

Агрегат работает следующим образом: воздух, например атмосферный, проходя через фильтр 1, поступает на всасывание осевого воздушного компрессора 2, где его сжимают, причем сжатие до конечного единого давления осуществляют непрерывно в одну ступень сжатия, после чего сжатый и тем самым нагретый воздух делят на три потока, один из которых, предназначенный, для получения азотной кислоты, направляют на охлаждение, например, в "кипящий", экономайзер 3 и далее смешивают с аммиаком в смесителе 4, другой - подают непосредственно в камеру сгорания топлива 8, связанную с рекуперационной турбиной 9, а третий направляют в концевые уплотнения для запирания и исключения протечек рабочего газа из проточной части турбины и на охлаждение дисков рекуперационной турбины 9.

При этом агрегат с единым давлением на стадиях окисления аммиака и поглощения оксидов азота для производства азотной кислоты, получаемой окислением аммиака кислородом воздуха и поглощением (абсорбцией) оксидов азота водой, работает следующим образом. Атмосферный воздух, проходя через фильтр 1, поступает на всасывание воздушного компрессора 2, где происходит процесс сжатия. Сжатый до конечного единого давления 0,7-1,0 МПа воздух, нагретый при сжатии до 280-360°С, разделяют на три потока: основной поток, предназначенный для получения азотной кислоты поступает в "кипящий" экономайзер 3, в котором охлаждается до 200-240°С питательной водой с начальной температурой 104°С, она нагревается до температуры кипения, соответствующей давлению пара, получаемого в котле-утилизаторе 6, и вскипает содержание пара в пароводяной эмульсии, отводимой в паросборник 7 котла-утилизатора 6 не выше 25%. Второй поток (до 15% от общего) без охлаждения поступает в камеру сгорания 8, в которой хвостовые газы нагреваются до 500-750°С за счет тепла сжигания природного газа и поступают в рекуперационную турбину 9. Третий поток направляют в концевые уплотнения для запирания и исключения протечек рабочего газа из проточной части турбины 9 и на охлаждение дисков рекуперационной турбины 9 (см. чертеж).

Основной поток воздуха после охлаждения поступает в смеситель 4, куда подается и подогретый в подогревателе 15 аммиак, аммиачно-воздушная смесь - в контактный аппарат 5, где при температуре 900-930°С аммиак окисляется до окислов азота. Нитрозные газы охлаждаются в котле-утилизаторе 6 до 390-350°С и поступают в подогреватель хвостовых газов 10, которые нагреты до 260-280°С, и далее - в реактор каталитической очистки 11; очищенные от окислов азота хвостовые газы поступают в рекуперационную турбину 9, предварительно нагретые в камере сгорания топлива 8. Нитрозные газы, охлажденные до 150-180°С, поступают в холодильник-конденсатор 12 и далее в абсорбционную колонну 13. Продукционная азотная кислота отдувается от растворенных оксидов азота в продувочной колонне 14, в которую подается воздух, охлажденный от 200-230°С до 130-160°С в подогревателе газообразного аммиака 15. Для запуска газотурбинной установки и в качестве валоповоротного устройства использован пусковой двигатель 16 с частотным регулированием.

Таким образом, технические решения по полезной модели позволяют не только компенсировать увеличение расхода энергии на сжатие воздуха в одну ступень, но и получить некоторое снижение расхода условного топлива на одну тонну азотной кислоты, учитывая также исключение расхода охлаждающей воды на охлаждение воздуха между ступенями.

1. Агрегат для производства азотной кислоты из аммиака путем окисления аммиака кислородом воздуха и поглощением оксидов азота водой в агрегате с единым давлением на стадиях окисления аммиака и поглощения оксидов азота, содержащий аппараты окисления аммиака воздухом, поглощения оксидов азота, газотурбинную установку, включающую компрессор для сжатия воздуха и рекуперационную турбину для расширения хвостовых газов, нагретых газами из камеры сгорания топлива, а также смеситель аммиака и его подогреватель, линию питательной воды для котла-утилизатора, имеющего паросборник, и продувочную колонну азотной кислоты, при этом в газотурбинной установке в качестве компрессора для сжатия воздуха используют осевой компрессор, установленный непосредственно на одном валу с рекуперационной турбиной и у которого на выходе из компрессора линия потока сжатого воздуха разделена на две части, одна из которых, предназначенная для получения азотной кислоты, связана сначала с охладителем сжатого воздуха, например в виде «кипящего» экономайзера, соединенного с линией питательной воды, и затем со смесителем аммиака, а вторая, предназначенная для сжигания топлива, непосредственно с камерой сгорания рекуперативной турбины, отличающийся тем, что на выходе из компрессора линия потока сжатого воздуха имеет дополнительную часть, связанную с зоной концевых уплотнений для запирания и исключения протечек рабочего газа из проточной части турбины и предназначенную для охлаждения дисков рекуперационной турбины.

2. Агрегат для производства азотной кислоты по п.1, отличающийся тем, что в качестве валоповоротного устройства использован пусковой двигатель с частотным регулированием.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и предназначено для повышения экономичности первых нерегулируемых ступеней паровых турбин с сопловым парораспределением

Источник агрессивного пара кислоты либо щелочи относится к технике газового контроля и к измерительной технике. Может быть использован для получения определенного агрессивного газового потока в целях калибровки автоматических стационарных или портативных переносных газоанализаторов газовых смесей, предназначенных для количественного измерения определенного газа в воздухе в рабочей зоне агрегатов травления с использованием кислоты либо щелочи.
Наверх