DE10211964A1 - Process for reducing the NOx exhaust gas concentration in a pressurized nitric acid plant when the plant is shut down and / or started up - Google Patents
Process for reducing the NOx exhaust gas concentration in a pressurized nitric acid plant when the plant is shut down and / or started upInfo
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Abstract
Mit einem Verfahren zur Verminderung der NO¶x¶-Abgaskonzentration in einer unter Druck betriebenen Salpetersäureanlage, deren austretendes Abgas einer Restgasreinigung unterzogen wird, beim Ab- und/oder Anfahren der Anlage, soll eine Lösung geschaffen werden, bei welcher die NO¶x¶-Abgaskonzentration beim Ab- und/oder Anfahren einer Salpetersäureanlage ohne Restgasreinigung verringert werden kann. DOLLAR A Dies wird dadurch erreicht, dass beim Abfahren der Anlage, unmittelbar nach dem durch Temperaturabfall oder dgl. bedingten Ausfall der Restgasreinigung, der dann innerhalb der Anlage herrschende Druck zeitweise aufrechterhalten und das Gas anschließend geregelt entspannt und mittels von außen eingespeister Luft verdünnt und an die Umgebung abgegeben wird.With a method for reducing the NO¶x¶ exhaust gas concentration in a pressurized nitric acid plant, the escaping exhaust gas of which is subjected to residual gas cleaning, when the plant is started and / or started, a solution is to be created in which the NO¶x¶ Exhaust gas concentration when shutting down and / or starting up a nitric acid plant can be reduced without residual gas cleaning. DOLLAR A This is achieved in that when the system is shut down, immediately after the failure of the residual gas cleaning due to a drop in temperature or the like, the pressure then prevailing within the system is temporarily maintained and the gas is then relaxed in a controlled manner and diluted and turned on by means of air fed in from outside the environment is released.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung der NOx-Abgaskonzentration in einer unter Druck betriebenen Salpetersäureanlage beim Ab- und/oder Anfahren der Anlage. The invention relates to a method for reducing the NO x exhaust gas concentration in a pressurized nitric acid plant when starting and / or starting the plant.
Verfahren zur Herstellung von Salpetersäure werden in modernen Salpetersäureanlagen unter Druck betrieben, um höhere Säurekonzentrationen und höhere Abbauraten an NOx (d. h. bessere Wirkungsgrade) in der Absorption zu erreichen. Dabei werden Zweidruck- und Monodruckanlagen unterschieden. Processes for the production of nitric acid are operated under pressure in modern nitric acid plants in order to achieve higher acid concentrations and higher rates of degradation of NO x (ie better efficiencies) in the absorption. A distinction is made between two-pressure and mono-printing systems.
Bei den Zweidruckanlagen erfolgt die Gaserzeugung, d. h. die Produktion der nitrosen Gase durch Oxidation von Ammoniak unter einem Druck von ca. 4 bis 6 bar und die Absorption der so erzeugten nitrosen Gase mit Wasser zu Salpetersäure bei 10 bis 15 bar. Bei Monodruckanlagen dagegen erfolgt die Gaserzeugung und die Absorption bei annähernd gleichem Druck von etwa 6 bis 14 bar. In the two-pressure systems, the gas is generated, i.e. H. the Production of nitrous gases by oxidation of ammonia under a pressure of about 4 to 6 bar and the absorption of the thus nitrous gases with water added to nitric acid 10 to 15 bar. In the case of mono printing systems, on the other hand Gas generation and absorption at approximately the same pressure from about 6 to 14 bar.
Zur Druckerzeugung dienen Verdichter, die mittels Gas- und/oder Dampfturbine bzw. Elektromotor angetrieben werden. Eine Gasturbine wird dabei vorzugsweise mit dem Abgas der Salpetersäureanlage unter Nutzung des von dem wenigstens einen Verdichter aufgebrachten Druckes betrieben. Compressors are used to generate pressure. and / or steam turbine or electric motor are driven. A gas turbine is preferably with the exhaust gas Nitric acid plant using the least of the operated a compressor applied pressure.
Moderne Salpetersäureanlagen sind mit Restgasreinigungen ausgerüstet, um die immer strenger werdenden Auflagen hinsichtlich der NOx-Abgasemission zu erfüllen. Standard sind zur Zeit 50 ppm NOx im Abgas einer Anlage bei Normalbetrieb, wobei die Tendenz zu noch tieferen Werten geht. Modern nitric acid plants are equipped with residual gas purifications in order to meet the increasingly stringent requirements with regard to NO x exhaust gas emissions. The current standard is 50 ppm NO x in the exhaust gas of a system during normal operation, with the tendency towards even lower values.
Beim Ausfall bzw. beim Abfahren einer Salpetersäureanlage wird das sich in der Anlage unter Druck befindliche Nitrosegas über die Absorptionskolonne und die Restgasreinigung in die umgebende Atmosphäre entspannt. Da die Restgasreinigung nur solange in Betrieb gehalten werden kann, wie es die zulässigen Grenztemperaturen zulassen, ist in der Regel diese Reinigung außer Betrieb, bevor die Anlage komplett entspannt ist. Weiterhin beginnt die üblicherweise mit Siebböden ausgerüstete Absorptionskolonne mit fallender Entspannungsmenge instabil zu werden, so dass der Absorptionswirkungsgrad stark abfällt. Sobald die Restgasreinigung außer Betrieb ist, wird während der Restentspannung der Nitrosegehalt des in die Atmosphäre abzugebenden Gases stark zunehmen und dieses somit sichtbar werden. In the event of failure or shutdown of a nitric acid plant becomes that which is under pressure in the plant Nitrous gas via the absorption column and the residual gas cleaning in the surrounding atmosphere relaxes. Because the residual gas cleaning can only be kept in operation for as long as the allowable limit temperatures is usually this Cleaning out of operation before the system relaxes completely is. Furthermore, it usually starts with sieve trays Equipped absorption column with falling relaxation rate to become unstable, so the absorption efficiency drops sharply. As soon as the residual gas cleaning is out of order is during the residual relaxation the nitrous content of the gas to be released into the atmosphere and this becomes visible.
Beim Ausfall bzw. Abfahren einer Salpetersäureanlage wird üblicherweise zuerst die Ammoniakzuführung zur Gaserzeugung abgesperrt, bevor der Maschinensatz der Anlage abgestellt wird. Solange die Restgasreinigung unter Beachtung der Grenztemperaturen in Betrieb gehalten werden kann, wird das an die Umgebung abzugebende Gas die geforderte Abgaskonzentration einhalten und farblos sein. Vorteilhaft ist es dabei, den Maschinensatz solange wie möglich in Betrieb zu halten, bis das Nitrosegas in der Anlage durch Luft ersetzt ist. If a nitric acid plant fails or shuts down usually the ammonia feed for gas generation first shut off before the machine set of the system is shut down becomes. As long as the residual gas cleaning taking into account the Limit temperatures can be kept in operation gas to be released into the environment the required Maintain the exhaust gas concentration and be colorless. It is advantageous to keep the machine set in operation for as long as possible hold until the nitrous gas in the system is replaced by air is.
Wenn jedoch, aus welchen Gründen auch immer, eine Abschaltung des Maschinensatzes unmittelbar oder kurz nach dem Abstellen der Ammoniakzuführung erforderlich ist, ist ein solcher Gasaustausch nicht mehr gegeben. Bei weiterer Entspannung und dadurch bedingtem zwangsläufigen Erreichen der Grenztemperaturen für die Restgasreinigung und den dadurch bedingten Ausfall der Restgasreinigung treten deutlich höhere und sichtbare NOx-Emissionen auf. However, if, for whatever reason, the machine set has to be switched off immediately or shortly after the ammonia supply has been switched off, such a gas exchange is no longer possible. With further relaxation and the resulting inevitable reaching of the limit temperatures for the residual gas cleaning and the consequent failure of the residual gas cleaning, significantly higher and visible NO x emissions occur.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Lösung zu schaffen, bei welcher die NOx-Abgaskonzentration beim Ab- und/oder Anfahren einer Salpetersäureanlage ohne Restgasreinigung verringert werden kann. It is therefore an object of the invention to provide a solution in which the NO x exhaust gas concentration can be reduced when a nitric acid system is started and / or started up without residual gas cleaning.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass beim Abfahren der Anlage, unmittelbar nach dem durch Temperaturabfall (Erreichen der Grenztemperatur) oder anderer Ursachen bedingten Ausfall der Restgasreinigung, der dann innerhalb der Anlage herrschende Druck zeitweise aufrechterhalten und das Gas anschließend geregelt entspannt und mittels von außen eingespeister Luft verdünnt und an die Umgebung abgegeben wird. This task is initiated in a procedure Specified type solved according to the invention in that when driving the plant, immediately after that due to temperature drop (Reaching the limit temperature) or other causes conditional failure of the residual gas purification, which then occurs within the Plant maintain the prevailing pressure at times and that The gas is then regulated and released from outside injected air diluted and released into the environment becomes.
Auf diese Weise läßt sich erreichen, dass nach dem Ausfall der Restgasreinigung keine zu hohen NOx-Abgaswerte auftreten, die nitrosen Abgase werden dazu mit nitrosegasfreier Umgebungsluft vor dem Austritt aus der Anlage verdünnt. Dieser Vorgang läuft dabei kontrolliert ab, weil das Gas geregelt entspannt wird. In this way it can be achieved that after the failure of the residual gas cleaning no excessive NO x exhaust gas values occur, the nitrous exhaust gases are diluted with nitrous gas-free ambient air before exiting the system. This process takes place in a controlled manner because the gas is expanded in a controlled manner.
Dazu ist bevorzugt vorgesehen, dass zur zeitweisen Aufrechterhaltung des Druckes die Zuleitungen zur Gaserzeugung bzw. zur Anlage und die Gasableitungen von der Absorption bzw. aus der Anlage abgesperrt werden. Das nitrosehaltige Gas wird somit gleichzeitig mit dem Ausfall der Restgasreinigung ein geblockt, anschließend wird es geregelt entspannt und mittels der eingespeisten Luft ausreichend stark verdünnt abgegeben. For this purpose, provision is preferably made for temporary Maintaining the pressure of the supply lines for gas generation or to the plant and the gas discharges from the absorption or be shut off from the system. The nitrous gas is thus simultaneously with the failure of the residual gas cleaning a blocked, then it is relaxed and regulated sufficiently diluted by means of the air fed in issued.
Die Zuführung der Luft zur Verdünnung kann mit einem separaten Gebläse oder mit Hilfe des zum Maschinensatz der Anlage gehörigen Luftverdichters zugeführt werden. The air can be supplied for dilution with a separate blower or with the help of the machine set of the system proper air compressor are supplied.
Dabei kann die Luft zur Verdünnung vor oder hinter der Gasturbine zugeführt werden. The air can be diluted before or after the Gas turbine are fed.
Es versteht sich von selbst, dass das Verfahren beim Abfahren der Anlage nur solange durchführbar ist, bis die gesamte Anlage drucklos geworden ist. Anschließend tritt aber ohnehin kein Abgas mehr aus der Anlage aus. It goes without saying that the procedure for The system can only be shut down until the entire System has become depressurized. Then occurs anyway no more exhaust gas from the system.
Beim Wiederanfahren der Anlage wird mit Einsetzen der Luftförderung des Maschinensatzes das drucklos in der Anlage verbliebene Nitrosegas in die Atmosphäre gedrückt und sichtbar. Um auch während dieses Vorganges die Abgaskonzentration zu verringern ist in weiterer Ausgestaltung vorteilhaft vorgesehen, dass beim Wiederanfahren der Anlage die Zufuhr von Prozessluft geregelt erhöht und zusätzliche Luft zur Verdünnung vor oder hinter der Gasturbine zugeführt wird. When restarting the system, inserting the Air delivery of the machine set in the system without pressure remaining nitrous gas is pressed into the atmosphere and visible. In order to maintain the exhaust gas concentration even during this process to reduce is advantageous in a further embodiment provided that the supply of Process air regulated increased and additional air for Dilution is supplied before or after the gas turbine.
Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Diese zeigt in: The invention is based on the drawing exemplified. This shows in:
Fig. 1 ein vereinfachtes Anlagenschema einer Monodrucksalpetersäureanlage und Fig. 1 shows a simplified system diagram of a mono-pressure nitric acid system and
Fig. 2 ausschnittweise eine Zweidrucksalpetersäureanlage. Fig. 2 excerpts of a two-pressure nitric acid plant.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Monodruckanlage sind die Nitrosegaserzeugung und die nachgeschaltete Absorption mit dem gemeinsamen Bezugszeichen 1 angedeutet, diese Anlagenteile sind für sich betrachtet für einen Fachmann bekannt. In the mono-pressure system shown in FIG. 1, the nitrous gas generation and the subsequent absorption are indicated with the common reference number 1 ; these system parts are known per se to a person skilled in the art.
Im normalen Betrieb arbeiten sowohl die Gaserzeugung als auch die Absorption unter annähernd gleichem Druck von etwa 6 bis 14 bar. Der Gaserzeugung wird in üblicher Weise Ammoniak zugeführt, während der nachgeschalteten Absorption Wasser zugeführt wird. Dies ist nicht dargestellt. Dargestellt ist lediglich eine Luftzuführleitung 2 sowie eine Gasableitung 3 am Ende der Absorption. In normal operation, both the gas generation and the absorption work under approximately the same pressure of about 6 to 14 bar. Ammonia is supplied to the gas generation in a conventional manner, while water is supplied to the downstream absorption. This is not shown. Only an air supply line 2 and a gas discharge line 3 are shown at the end of the absorption.
Zur Zuführung der Prozessluft ist ein Luftverdichter 3 vorgesehen, der über ein Absperrelement 4 mit der Luftzuführleitung 2 in Verbindung steht sowie über eine weitere Leitung 5 und ein Absperrelement 6 mit einer Luftableitung 7 an die Atmosphäre. To supply the process air, an air compressor 3 is provided, which is connected to the air supply line 2 via a shut-off element 4 and to the atmosphere via a further line 5 and a shut-off element 6 with an air discharge line 7 .
Die Nitrosegasableitung 3 stromabwärts der Absorption mündet über ein Absperrelement 8 in eine Gasturbine 9 und von da über eine Abgasleitung 10 in die Umgebung. Parallel dazu verzweigt sich die Gasableitung 3 in eine Nebenleitung 11, die über ein Absperrelement 12 in die Abgasleitung 10 mündet. The nitrous gas discharge line 3 downstream of the absorption opens into a gas turbine 9 via a shut-off element 8 and from there into the environment via an exhaust gas line 10 . In parallel to this, the gas discharge line 3 branches into a secondary line 11 , which opens into the exhaust line 10 via a shut-off element 12 .
Zur Einspeisung von Umgebungsluft in die Abgasleitung 10 ist gestrichelt eine Luftleitung 13 mit Absperrelement 14 angedeutet, die von der Leitung 5 abzweigt und in die Gasableitung 3 vor der Gasturbine 9 mündet. Zusätzlich oder alternativ ist eine weitere Luftleitung 15 mit Absperrelement 16vorgesehen, die direkt in die Abgasleitung 10 mündet und von einem nicht dargestellten zusätzlichen Gebläse ausgeht. To feed ambient air into the exhaust gas line 10 , an air line 13 with shut-off element 14 is indicated in broken lines, which branches off from the line 5 and opens into the gas discharge line 3 in front of the gas turbine 9 . Additionally or alternatively, a further air line 15 with shut-off element 16 is provided, which opens directly into the exhaust line 10 and is based on an additional blower (not shown).
Während des normalen Betriebs der Anlage sind die Absperrelemente 14 bzw. 16 geschlossen, so dass in den Bereich der Gasableitung 3 bzw. der Abgasleitung 10 keine zusätzliche Luft gelangen kann. Der Verfahrensablauf ist dann der übliche, d. h. über den Luftverdichter 3 wird Luft in die Gaserzeugung gemeinsam mit Ammoniak geführt und dort nitroses Gas erzeugt, welches anschließend durch die Absorption geleitet wird, um Salpetersäure zu erzeugen. Die nitrosen Abgase treten aus der Absorption durch die Gasableitung 3 aus und gelangen entweder über die Gasturbine 9 und/oder über die Nebenleitung 11 in die Abgasleitung 10, die durch eine nicht dargestellte Restgasreinigung geführt ist. The shut-off elements 14 and 16 are closed during normal operation of the system, so that no additional air can get into the area of the gas discharge line 3 or the exhaust line 10 . The process sequence is then the usual one, ie air is fed into the gas generator together with ammonia via the air compressor 3 and nitrous gas is generated there, which gas is then passed through the absorption in order to produce nitric acid. The nitrous exhaust gases emerge from the absorption through the gas discharge line 3 and reach either the gas turbine 9 and / or the secondary line 11 into the exhaust line 10 , which is led through a residual gas cleaning system, not shown.
Beim Abfahren der gesamten Anlage, entweder gezielt oder durch eine Störung, sinkt nach und nach der Druck in der Anlage ab. Weiterhin wird bei fortschreitender Entspannung durch fallende Wärme zwangsläufig bei Erreichen der Grenztemperatur sich die Restgasreinigung abstellen. Um gleichwohl keine erhöhte NOx-konzentration am Austritt der Abgasleitung 10 zu erhalten, wird gleichzeitig mit dem Ausfall der Restgasreinigung zeitweise der Druck in der Anlage aufrechterhalten, indem die Absperrelemente 4 und 8 bzw. 12 vor der Gaserzeugung und hinter der Absorption geschlossen werden, d. h. das Gas wird mit dem Ausfall der Restgasreinigung sozusagen eingeblockt. Dieser eingeblockte Bereich ist mit A bezeichnet. Anschließend wird das Gas geregelt in die Abgasleitung 10 eingeleitet, wo es mittels Umgebungsluft so stark verdünnt wird, dass die NOx-Konzentration ausreichend absinkt und das Gas farblos wird. Diese Umgebungsluft wird dabei entweder mit Hilfe des separaten Gebläses über die Leitung 15 oder unter Nutzung des Luftverdichters 3 des Maschinensatzes über die Leitung 13 vor der Gasturbine 9 eingespeist. When the entire system is shut down, either selectively or due to a fault, the pressure in the system gradually drops. Furthermore, as the relaxation progresses due to falling heat, the residual gas cleaning will inevitably turn off when the limit temperature is reached. In order not to obtain an increased NO x concentration at the outlet of the exhaust gas line 10 , the pressure in the system is temporarily maintained simultaneously with the failure of the residual gas cleaning by closing the shut-off elements 4 and 8 or 12 before the gas generation and after the absorption, ie the gas is blocked with the failure of the residual gas cleaning system, so to speak. This blocked area is labeled A. The gas is then introduced into the exhaust line 10 in a controlled manner, where it is diluted so much by means of ambient air that the NO x concentration drops sufficiently and the gas becomes colorless. This ambient air is fed in either by means of the separate blower via line 15 or by using air compressor 3 of the machine set via line 13 in front of gas turbine 9 .
Diese Verfahrensweise wird solange aufrechterhalten, bis die Anlage drucklos geworden ist, anschließend tritt kein Abgas mehr aus. This practice is maintained until the System has become depressurized, then no exhaust gas emerges more out.
Beim Wiederanfahren der Anlage wird mit Einsetzen der Luftförderung des Maschinensatzes an sich das drucklos in der Anlage verbliebene Nitrosegas mit erhöhter NOx-Konzentration aus der Abgasleitung 10 gedrückt. Um dies zu vermeiden, wird die zugeführte Prozessluft geregelt erhöht und gleichzeitig wie beim Entspannen mit zusätzlicher Luft über die Leitung 13 bzw. 15 verdünnt. When the system is restarted, with the start of the air delivery of the machine set, the pressurized nitrous gas with increased NO x concentration in the system itself is pressed out of the exhaust line 10 . In order to avoid this, the process air supplied is increased in a controlled manner and, at the same time, is diluted with additional air via line 13 or 15, as when relaxing.
In Fig. 2 ist der in Fig. 1 mit A dargestellte eingeblockte Bereich zwischen den Absperrelementen 4 und 8 bzw. 12 für eine Zweidruckanlage dargestellt. Der Prozessblock besteht hier aus zwei unterschiedlichen Druckräumen, nämlich einer Gaserzeugung 17 und einer nachgeschalteten Absorption 18, wobei üblicherweise die Produktion der nitrosen Gase in der Gaserzeugung bei einem Druck von ca. 4 bis 6 bar erfolgt, während die Absorption 18 bei etwa 10 bis 14 bar durchgeführt wird. Zur Erreichung dieses höheren Druckes in der Absoprtionskolonne ist ein zwischengeschalteter Verdichter 19 vorgesehen. Ansonsten ist die gesamte Verfahrensführung dieselbe, wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. In Fig. 2 the blocked area shown in Fig. 1 with A between the shut-off elements 4 and 8 or 12 is shown for a two-pressure system. The process block here consists of two different pressure chambers, namely a gas generator 17 and a downstream absorption 18 , the nitrous gases in the gas generator usually being produced at a pressure of approximately 4 to 6 bar, while the absorption 18 is approximately 10 to 14 cash is carried out. An intermediate compressor 19 is provided to achieve this higher pressure in the absorption column. Otherwise, the entire procedure is the same as in the exemplary embodiment according to FIG. 1.
Natürlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Weitere Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Grundgedanken zu verlassen. Of course, the invention is not limited to that shown Embodiments limited. Other configurations are possible without leaving the basic idea.
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