DD277065A1 - Verfahren zur kuehlung von nitrosegasen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kuehlung von Nitrosegasen. Ziel der Erfindung ist es, die bei der Kuehlung der Nitrosegase abzufuehrende Waerme vollstaendig zur Erzeugung von Dampf auszunutzen, ohne jedoch den ueblichen Dampfanteil am Ausgang des Verdampfers zu erhoehen. Erfindungsgemaess wird dieses Ziel dadurch erreicht, dass der nach dem Verdampfer im Separator abgeschiedene Dampf nach der Ueberhitzung durch im Ueberschuss eingespritztes unverdampftes Kesselspeisewasser in einem Dampfkuehler gekuehlt wird. Dieses Kesselspeisewasser wird dem Separator entnommen. Der nun mit Sattdampftemperatur vorliegende Dampf wird anschliessend wieder ueberhitzt und aus der Anlage abgegeben. Das restliche unverdampfte Kesselspeisewasser aus dem Separator und dem Dampfkuehler wird im Entspannungsbehaelter zur Niederdruckdampfgewinnung entspannt. Von dem verbleibenden Wasser im Entspannungsbehaelter wird ein Teil zur Minderung der Salzlast abgeschlaemmt, der andere Teil wird in den Entgaser zurueckgefuehrt.

Description

dazu, daß ein größererTeil der Abhitze nicht nutzbar gemacht werden kann. Die Einhaltung des Temperaturbereiches von 15O⁰C bis 170⁰C für die gekühlten Nitrosegase ist unbedingt notwendig, da bei Unterschreitung dieses Temperaturbereiches die Tautemperatur des Gases erreicht wird, was zur Zerstörung der Kesselpakete führt, -.iegt die Temperatur oberhalb dieses Bereiches, so wird am Ausgang des nachfolgenden Gemischvorwärmers, in dem die Nitrosegase durch die Wärmeabgabe an das Ammoniak-Luft-Gemisch weiter gekühlt werden, die vorgesehene Eintrittstemperatur in den Gaskühlerwäscher überschritten W6nn dieser Gaskühlerwäscher Reserven hat, steigen die Wärmeverluste an das Kühlwasser. Sind solche Reserven nicht vorhanden, so kann am Ausgang des Gas'uihlerwäschers die zulässige Verdichtereintrittstemporatur überschritten werden. Weiterhin ist ein Verfahren bekannt (DE-OS 3508864), bei dem der Nitrosegasstrom einen dampfgekühlten Reaktor mit einer Temperatur von 300⁰C bis 65O⁰C verläßt und anschließen^ im Verhältnis 0,5:1 bis 1,5:1 geteilt wird. Die weitere Kühlung der Teilstrome erfolgt in einem ΝΟ,-Gaswärmeaustauscher und einem H₂O-Wärmetauscher derart, daß die Temperatur bei der nachfolgenden Zusammenführung der Teilströme zwischen 5O⁰C und 300°C beträgt. Der Nachteil dieses Verfahi ens ist, daß zur Regelung der Aufteilung der Gasströme zusätzlich cruckverlustbehaftete Regelarmaturen nötig sind. Diese zusätzlichen Druckverluste auf der Gasseite wirken sich besonders bei Anlagen, die mit niedrigen Drücken bei der Ammoniakverbrennung arbeiten, äußerst negativ aus. Da die angegebene Einsparung von 6% Wärmetauscherfläche, deren Berechnung auch nicht nachvollziehbar ist, kaum zu nennenswerten Kosteneinsparungen führt und exegetischer Schaden bei der Mischung der Gasteilströme nur dann vermieden werden kann, wenn beide Teilströme nach den Wärmeübertragern gleiche Temperaturen haben, dürfte die Anwendung dieses Verfahrens kaum praktikabel sein. Weiterhin ist ein Verfahren zu Kühlung eines Nitrogasstromes bekannt (DE-OS 2856589), bei dem die heißen Nitrogase in zwei Verdampferbündeln und einem Überhitzerbündel gekühlt werden, wobei das Überhitzerbündel zwischen beiden Verdampferbündeln angeordnet ist. Die beiden Verdampferbündel werden durch oine gemeinsame Kesselspeisewasserpumpe parallel gespeist und führen die entstehenden Flüssigkeits-Dampf-Gemische einer gemeinsamen Dampftrommel zu, in der die Phasentrennung stattfindet. Der entstehende Sattdampf wird im Überhitzerbünde! überhitzt. Die abgeschiedene Flüssigkeit, ergänzt durch Zusatzwasser, wird der Kesselspeisewasserpumpe wieder zugeführt. Ein entscheidender Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß ein beträchtlicher Teil des erzeugten sxergetisch hochwertigen Dampfes dazu benötigt wird, um das der Dampftrommel zugeführte Zusatzwasser bis auf Siedetemperatur zu erwärmen. Diese Siedetemperatur, abhängig vom Druck in der Dampftrommel, begrenzt außerdem die erreichbare Gasaustrittstemperatur entscheidend. Als möglicher Druck in er Dampftrommel wird ein Druck von 4,5MPa genannt. Dio entsprechende Siedetemperatur von etwa 256°C begrenzt die Wärme, die als Dampf nutzbar gemacht werden kann, wobei jedoch schon Gasausgangstemperaturen von etwa 260°C bis 270°C nur mit erheblichem Aufwand an Wärmeübertragerfläche möglich sind. Ein weiterer Nachteil sind die geringen Temperaturtriebkräfte im Überhitzerbündel, so daß auch diese Wärmeübertragungsfläche groß ausgelegt werden muß, wenn übliche Überhitzungs'emperaturen von etwa 43O⁰C bis 450⁰C erreicht werden sollen. Nachteil aller Verfahren, die die Kühlung der Nitrosegase durch Erzeugung von Dampf realisieren, ist es, daß der für die Entgasung des Kesselspeisewassers benötigte Niederdampfdruck außerhalb der Anlage zusätzlich erzeugt werden muß.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Steigerung der Produktion von Dampf bei der Kühlung von Nitrogasen in einar mit iwangsumlaufkesseln ausgerüsteten Abhitzesektion, ohne den üblichen Dampfanteil am Verdampferausgang zu erhöhen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Kühlung von Nitrosegasen in einer mit Zwangsumlaufkesseln ausgerüsteten Abhitzesektion vorzuschlagen, das sich durch eine bessere Nutzung der Abhitze zur Dampferzeugung auszeichnet, ohne jedoch den üblichen Dampfanteil am Verdampferausgang zu erhöhen, und gleichzeitig den spezifischen Bedarf an Kesselspeisewasser verringert.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß Kesselspeisewasser in der Abhitzesektion teilverdampit und in einem Separator von der Flüssigphase getrennt wird. Der erzeugte Dampf wird im ersten Überhitzer übnr die Saudampftemperatur hinaus weiter erwärmt und anschließend in einem Dampfkühler durch im Überschuß :ingesprit/tes, dem Separator entnommenes unverdampftes Kesselspeisewasser auf die dem Druck entsprechende Sattdampftemperatur gekühlt. Anschließend erfolgt im zweiten Überhitzer eine erneute Überhitzung des Dampfes, bevor er aus der Anlage abgegeben wird. Nicht verdampftes Kesselspeisewasser aus dem Separator und dom Dampfkühler wird im Entspannungsbehältcr zur Gewinnung von Niederdruckdampf entspannt. Von dem verbleibenden Restwasser im Entspcnnungsbehälter wird ein Teil in den Entgaser zurückgeführt, der andora Teil muß zur Minderung der Salzlast aus dem Systam ausgekreist werden.

Ausführungsbeispiel

Dio Erfindung soll an oinom Ausführungsboispiel näher orläutert worden. In einer Anlage zur Erzeugung von Salpetersäure solion 11300NmVh Nitrosogase von otwa 820°C auf 180⁰C in einor mit Zwangsumlaufkosseln ausgerüsteten Abhitzesektion 1 gekühlt wordon. Dazu worden otwa 6t/h Kesselspoisewasser, die vom Entgaser 7 mit 100"C bereitgestellt werden, durch eine Kosselspoisowassorpumpe durch dio Zwangsumlaufkessol gofördert und teilvordampft. Im Separator 2 findet bei einer Tnmporatur von 24O⁰C die Phasontrennung statt. Dio orzougto Mongo Dampf von etwa 3 t/h wird im Überhitzer 3 auf etwa 34O⁰C

überhitzt und anschließend im Dampfkühler 4 bis auf Sattdampftemperatur, die entsprechend dem Druckverlust auf dem Dampfweg-bei 233⁰C liegt, gekühlt und anschließend im Überhitzer 5 wieder auf etwa 370^cC überhitzt. Zur Kühlung des Dampfes im Dampfkühler 4 wird abgeschiedenes Wasser aus dem Separator 2 im Überschuß einespritzt. Durch die Kühlung des Dampfes werden etwa 0,45t/h des eingespritzten Wassers verdampft. Das überschüssige Wasser wird gemeinsam mit dem Wasser aus dem Separator 2 in den Entspannungsbehälter 6 entspannt. Es entstehen etwa 0,3t/h Dampf mit einer Temperatur von etwa 140T, die als Entgaserdompf eingesetzt werden können. Von den verbleibenden 2,25t/h Kesselspeisewasser werden 0,75t/h über die Leitung 9 aus dem System ausgekreist, während 1,5t/h in den Entgaser 7 zurückgeführt und stofflich und ene'geiisch genutzt werden.

Claims (1)

1. Verfahren zur Kühlung von Nitrosegasen in einer mit Zwangsumlaufkesseln ausgerüsteten Abhitzesektion, dadurch gekennzeichnet, daß der erzeugte Dampf nach der Abscheidung in einem Separator und Überhitzung durch Einspritzung von nicht verdampftem Kesselspeisewasser, das vom Separator entnommen wird, auf Sattdampftemperatur gekühlt und anschließend wieder überhitzt wird und das verbleibende Restwasser nach einer Entspannung zur Niederdruckdampfgewinnung teilweise in den Entgaser zurückgeführt wird.

   Hierzu 1 Seite Zeichnung

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung von Nitrosegaser., die bei der Herstellung von Salpetersäure entstehen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Kühlung der Nitrosegase verbessert und der Anteil des erzeugten Dampfes, bezogen auf daseingesetzte Kesselspeisewasser, erhöht. Gleichzeitig wird die Temperatur des überhitzten Dampfes verringert und damit die Wärmeübertragungsbedingungen verbessert, so daß eine größere Wärmemenge bei gleicher Wärmeübertragerfläche übertragen werden kann.

   Charakteristik des bekannten Standes der Technik

   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung der Nitrosegase bei der Salpetersäureherstellung. Salpetersäure wird üblicherweise durch katalytische Oxidation von gasförmigem Ammoniak mit Luftsauerstoff zu Stickstoffmonoxid, nachfolgende Abkühlung und Oxidation der Nitrosegase und Absorption der Stickoxide hergestellt. Die Temperatur der Nitrosegase nach dem Kontaktteil, in dem die Verbrennung des Ammoniaks am Katalysator stattfindet, liegt vorzugsweise im Bereich von 800°C bis 900⁰C. Die beträchtliche freiv/erdende Reaktionswärme wird dabei häufig in einem der katalytischen Oxidation nachgeschalteten Abhitzekessel zur Dampferzeugung und gegebenenfalls Dampfüberhitzung, Speisewasservorwärmung, Verbrennungsluftvorwärmung oder zur Endyasvorwärmung genutzt. Kontaktteil und Abhitzekessel sind üblicherweise im gleichen Behälter untergebracht. Die anschließend Restkühlung und Kondensation erfolgt in Kühlwasserwärmeübertragem (Cornelius Keleti „Nitric Acid and Fertilizer Nitrates", Marcel Dekker inc., New York and Basel 1985, Seite 68).

   Weiterhin ist bekannt, daß die Abwärme zum Eindicken von Ammonnitratlösung genutzt wird (DE-OS 1767 219). Die verbreitetste Form der Kühlung ist jedoch die Erzeugung von Mitteldruckdampf (Honti „The Nitrogen Industry", Part 1, Akademiai Kiado, Budapest 1976, Seiten 416-417 und W.I.Atroschtschenko, S. I. Kargin „Die Technologie der Salpetersäure", Staoisverlag für wissenschaftlich-technische Literatur der Chemie „Goschimizdat".. Moskau 1962, Seiten 93-96). Der so erzeugte Dampf wird entweder aus der Anlage exportiert oder, vorzugsweise bei neuen Anlagen, zum Antrieb einer mit dem Nitrogasverdichter gekoppelten Turbine verwendet. Wegen den extrem unterschiedlichen Wasserwerten bei der Kühlung der Nitrosegase durch Dampferzeugung müssen zur Realisierung technisch innvoller Geschwindigkeiten auf der Wasserseite kleine Querschnitte und somit für die erforderliche Wärmeaustauschern iche große Rohrlängen verwendet werden. Alle diese Verfahren haben darum den gemeinsamen Nachteil, daß wasserseitig extrem hohe Druckverluste auftreten. Deshalb sind solche Anlagen in der Regel nur flexibel gegenüber Unterschreitung der Nennlast, während sie sehr unflexibel gegenüber Überlast sind, obwohl oftmals im Verlaufe des Betreibens von Anlagen durch gezielte Engpaßbeseitigung Belastungen oberhalb der Nennlast möglich sind. Eine größere Wärmeabfuhr im Abhitzeteil ist nach bekannten Verfahren nur durch eine Steigerung der Kesselspeisewassermenge möglich, wobei dazu Reserven der Kesselwasserpumpe vorhanden sein müssen, weil eine vergrößerte Kesselspeisewassermenge sofort zu erheblich größeren Druckverlusten führt. Dies ist jedoch im Grunde nicht tolerabel, weil die Wärmeübertrager für den erhöhten Pumpenausgangsdruck ausgelegt sein müssen, obwohl spezifisch weniger Dampf mit gleichem Durck erzeugt wird. Werden erhöhte Nitrosegasausgangstemperaturen tolenert, so steigen jedoch die Abwärmeverluste unvertretbar an. Es ist ein Verfahren bekannt (S. M. Melkonan „Proizvodstvo slaboj azhoinoj kisloty ", Kiev, Tehnika 1966, Seiten 32--34), bei dem die Nitrosegase von einer Temperatur von 800°C bis 820°C auf 15O⁰C bis 170°C durch Dampferzeugung gekühlt werden. Ein Entgaser stellt dabei Kessolspeisewasser mit einer Temperatur von etwn 10ö°C zur Verfügung. Mit Hilfe einer Kesselspeisewasserpumpe wird dieses Kesselspeisewasser auf einen Druck von etwa 9,0MPa verdichtet und durch zwei Vorwärm· und ein Verdampferkesselpaket im Gegenstrotn zu den Nitrosegasen geföi der·.. Nach einer Phasontronnung wird der Sattdampf in ienem Übernitzerkesselpaket überhitzt und mit ienem Druck von 4,0 MPa und einer Temperatur von 45C°C abgegeben. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht in den erheblichen Druckverlusten, die wasserseitig (otwo 5MPa entsprochen etwa 56% des Pumpononddruckes) durch dio Reihenschaltung der Kesselpakete und die notwendig großo Würmeübertragorflächc antstehon. Außerdem müssen alle Kesself kete aus Sicherheitsgründen für den Pu nponausgangsdruck ausgelogt sein, obwohl dor erzougte Dampf einen wesentlich moorigeren Druck hat. Ein woitoror Nnchtoil ist die außerordentlich schlechte Regolbarkeit der Gasausgangstomporatur, da eine Erhöhung der Kossolspoisovvassermengo durch dio dadurch vorursachton zusätzlichen Druckverluste nur äußerst begrenzt möglich ist und mit hohon Enorgioaufwondungon realisiert wordon müßte. Da bei dieaern Verfahren das nicht verdampfte Kesselspoisewasser loUtl'ch vollständig als Abschlämmung aus dom System ontfernl wird, führt eine vergrößerte Kesselspeisewassermenge außordom zu oinor woitoren Vergrößerung dos ohnehin schon sehr hohen spezifischen Bedarfs an Kesselspeisewasser und