EP4547604A1 - Verfahren zum betreiben einer salpetersäure-anlage und salpetersäure-anlage - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer salpetersäure-anlage und salpetersäure-anlage

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EP4547604A1
EP4547604A1 EP23736045.8A EP23736045A EP4547604A1 EP 4547604 A1 EP4547604 A1 EP 4547604A1 EP 23736045 A EP23736045 A EP 23736045A EP 4547604 A1 EP4547604 A1 EP 4547604A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
compressor
pressure
process variable
nitric acid
exhaust gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23736045.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dirk RITTER
Daniel Birke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Original Assignee
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Uhde GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp AG, ThyssenKrupp Uhde GmbH filed Critical ThyssenKrupp AG
Publication of EP4547604A1 publication Critical patent/EP4547604A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
    • C01B21/20—Nitrogen oxides; Oxyacids of nitrogen; Salts thereof
    • C01B21/24—Nitric oxide (NO)
    • C01B21/26—Preparation by catalytic or non-catalytic oxidation of ammonia
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
    • C01B21/20—Nitrogen oxides; Oxyacids of nitrogen; Salts thereof
    • C01B21/38—Nitric acid
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
    • C01B21/20—Nitrogen oxides; Oxyacids of nitrogen; Salts thereof
    • C01B21/24—Nitric oxide (NO)
    • C01B21/26—Preparation by catalytic or non-catalytic oxidation of ammonia
    • C01B21/28—Apparatus

Definitions

  • the invention relates to a method for starting up a nitric acid plant or for driving into a partial load area, wherein at least one operating point is approached depending on a process pressure and a volume flow of the nitric acid plant, at least part of the process pressure being adjusted via at least one exhaust gas expander, whereby at least part of the volume flow is adjusted via at least one compressor.
  • the invention relates to a nitric acid system with at least one compressor and with at least one exhaust gas expander.
  • Nitric acid is an important raw material in the chemical industry and is used, for example, as a basis for the production of fertilizers, explosives and for the nitration of organic substances in the production of dyes and disinfectants.
  • nitric acid has been produced using the so-called Ostwald process, on which large-scale industrial production is still based today.
  • This reaction is a catalytic reaction of ammonia.
  • the resulting nitrogen monoxide reacts to nitrogen dioxide, which reacts with water to produce nitric acid, which can be separated in trickle towers.
  • ammonia NH3 is generally first reactively reacted with air and nitrogen oxide NO is produced, which is then oxidized to nitrogen dioxide NO2.
  • the nitrogen dioxide NO2 obtained in this way is then absorbed in water and nitric acid is formed. So that as much of the nitrogen dioxide NO2 obtained as possible is absorbed by water, the absorption usually takes place at elevated pressure, preferably at pressures between 4 and 14 bar.
  • the oxygen required to convert the ammonia used as a raw material is usually supplied in the form of atmospheric oxygen.
  • the process air is compressed in a compressor, also called a compressor, and brought to a pressure that is adapted to both the oxidation reaction and the absorption reaction.
  • the energy for compressing the air is obtained on the one hand by expanding the residual gas emerging from the absorption in a residual gas expander, also called residual gas turbine, to ambient pressure and on the other hand by utilizing the heat released during the reactions.
  • a residual gas expander also called residual gas turbine
  • the in different versions Nitric acid plants built are adapted to the specific requirements of their respective location.
  • Nitric acid can be produced using the impression or dual pressure process.
  • both combustion and absorption are carried out at medium pressure ( ⁇ 8 bar) or high pressure (> 8 bar).
  • Impression processes are particularly used when the required daily production is low.
  • the nitric acid plant is preferably operated using the mono high-pressure process or the mono medium-pressure process.
  • the ammonia is burned and the nitrogen oxides are absorbed at approximately the same pressure of > 8 bar.
  • the advantage of the mono high-pressure process is that it ensures a compact design.
  • the ammonia is burned and the nitrogen oxides are absorbed at approximately the same pressure of ⁇ 8 bar.
  • the advantage of the mono medium-pressure process is that it ensures optimal combustion yield.
  • a nitric acid system designed according to the dual-pressure process represents the more economical solution.
  • the ammonia used is burned at a first pressure, namely at one - compared to the absorption pressure - lower pressure.
  • the nitrous gases formed during combustion also called nitrose gas, are generally brought to the second pressure, the absorption pressure, after cooling by means of nitrose gas compression.
  • the advantage of the dual-pressure process is that the pressure levels are adapted to the respective reactions, thus ensuring both optimal combustion yield and compact absorption.
  • the systems for carrying out the methods discussed above include at least one air compressor and at least one expansion turbine for the residual gas (also called “residual gas turbine” or “exhaust gas expander”).
  • the existing units do not work under normal conditions and often require additional control.
  • the nitric acid system is usually first filled with air by importing external energy (e.g. external steam or electricity) ("air operation").
  • air operation external energy
  • the first emissions of NOx occur as soon as the absorption tower is shut down
  • the start-up process it is filled with nitric acid from a storage container and the nitrogen oxides contained in the acid are blown out through the air, whereby in today's systems the NOx produced during the filling process is emitted.
  • the NOx emissions initially disappear until the NH3 oxidation of the nitric acid plant is started (“ignited”). After ignition, the temperature and NOx concentration in the system rise steadily to the steady-state operating value and the individual parts of the system can be operated as planned from a certain point in time.
  • machine train i.e. the compressors and exhaust gas expanders/turbines required to operate the nitric acid plant
  • This is a sensitive system in which changes to the settings on a compressor have just as much influence on the entire system as corresponding settings on an exhaust gas expander/turbine.
  • Starting up the nitric acid plant therefore requires permanent and sensitive manual readjustment of the settings of the individual parts of the machine train.
  • the difficulty lies in approaching an operating point via the compressors and exhaust gas expanders/turbines in such a way that no areas are approached that would lead to a disruption in the production process or a trip (safety shutdown) of the machine train and thus to a stop in nitric acid production.
  • the same applies to driving from normal or full load operation to part load operation.
  • it is important not to approach any areas that could disrupt the production process or even trigger a machine trip.
  • both a lower limit (4) is set for permissible operating points, which depends on a first pressure-dependent process variable and a second flow-dependent process variable
  • an upper limit (5) is set, which depends on the first pressure-dependent process variable and the second flow-dependent process variable, and that is signaled when the lower limit (4) or the upper limit (5) is reached when setting the first process variable and/or the second process variable.
  • the first pressure-dependent process variable can be, for example, a pressure, a pressure ratio, a delivery head or similar pressure-dependent variables.
  • the second flow-dependent process variable can be a delivery flow, a mass flow, a volume flow, a measuring orifice or mass flow signal or act a similar flow-dependent variable.
  • the lower limit refers to points at which the pressure and/or the volume flow have values that are too low.
  • the upper limit refers to points at which the pressure and/or the volume flow or the mass flow have values that are too high.
  • the final pressure or the polytropic head can be used as parameters.
  • the lower and upper limits are therefore to be viewed analogously to characteristic curves. With compressor characteristics, for example, the relationship between the delivery head and the corresponding volume flow or delivery flow is graphically displayed in a coordinate system.
  • the volume flow can be plotted on the x-axis. It is also conceivable to represent a flow signal, a mass flow, a dimensionless flow number, a delta P signal via a quantity measuring device or similar suitable quantities.
  • the y-axis can represent the delivery head.
  • the machine set of the nitric acid plant according to the invention comprises at least one compressor and at least one exhaust gas expander.
  • the at least one compressor is an air compressor.
  • the machine set can also have at least one further compressor (NOx compressor) and another drive machine, for example in the form of a drive steam turbine or drive gas turbine or an electric motor.
  • the additional drive machine serves to provide the remaining energy required to operate the machine set.
  • the advantage of the method according to the invention is that an operator is provided with a type of "parking assistant", analogous to driving a car.
  • the approach to the lower or upper limit can be signaled to the operator acoustically and/or visually or in another suitable manner.
  • approaching one of the Limits are signaled.
  • the signals can be clearer or more energetic the closer the current operating point is brought to the upper or lower limit.
  • an area can be provided from which a first signaling is issued before the lower or upper limit is reached.
  • volume flow, pressure and temperature signals are required, which can be processed by a machine control system, for example. These can be recorded using suitable sensor data.
  • a second pressure level is set with a second compressor in part of the process of the nitric acid plant. Accordingly, the second compressor is also part of the machine train and must be taken into account when starting up the nitric acid plant.
  • the second compressor can be a compressor for compressing nitrogen oxide NO.
  • control elements can be designed in the form of an adjustable guide grille and/or a throttle valve. Conceivable further configurations of the control elements can also be adjustable control valves or similar suitable control elements that enable the regulation of a volume flow. For example, control elements for adjusting the speed of the compressor would also be conceivable. By opening the control elements, the volume flow or mass flow increases. This decreases when the control organs are closed.
  • control elements can be designed in the form of an adjustable guide grille and/or a throttle valve.
  • Conceivable further configurations of the control elements can also be adjustable control valves or similar suitable control elements that enable pressure to be regulated.
  • the process pressure is regulated via an inlet-side throttle valve and/or via adjustable guide grilles in front of or in the exhaust gas expander. Opening reduces the process pressure and thus also the outlet pressure from the NO and air compressors, while closing increases this.
  • Conceivable further configurations of the control elements can also be adjustable control valves or similar suitable control elements that regulate a volume flow make possible. For example, control elements for adjusting the speed of the exhaust gas expander would also be conceivable.
  • the second flow-dependent process variable is partially adjusted via the speed of the at least one compressor.
  • the volume flow or mass flow increases when the speed of the compressor is increased and decreases when the speed is reduced accordingly.
  • a warning is issued if the lower limit or the upper limit is reached when setting the first pressure-dependent process variable and/or the second flow-dependent process variable.
  • the warning clearly signals to the operator that action is required before the machine is moved into areas where the nitric acid system can no longer be operated and production must be interrupted. In this way, the operator can control corresponding parts of the machine train in the opposite direction.
  • the adjustability of the at least one compressor and/or the at least one exhaust gas expander is blocked if a previously defined lower approximation limit is reached when setting the first pressure-dependent process variable and/or the second flow-dependent process variable the lower limit or a previously defined upper limit approaching the upper limit is reached.
  • the start-up is carried out in a step-by-step automated manner.
  • the gradual start-up is necessary because an adjustment of the above-mentioned control elements, i.e. throttle valve, adjustable guide grilles or a change in the speed, quickly leads to an overshoot of the lower and/or upper limit , due to the sluggish process. Therefore, the adjustment of the control elements is carried out in small steps or step by step. The control takes over step by step and controls the activation of the control elements.
  • a further embodiment of the method according to the invention provides that an approach speed to the lower limit and/or the upper limit is monitored.
  • the at least one compressor and / or the at least one exhaust gas expander is regulated in the direction opposite to the lower limit or upper limit. If the approach speed is so high that an overshoot beyond the lower and/or upper limit can no longer be prevented if no action is taken, then control is actively carried out in the opposite direction.
  • the extent of the regulation can depend on the value of the approach speed.
  • a nitric acid system with at least one compressor and with at least one exhaust gas expander, characterized in that the system comprises a control device which is set up to carry out the method according to the invention. All previous statements regarding the process also apply to the nitric acid plant.
  • the nitric acid system according to the invention is characterized in that the control device is set up to detect and act on the movement of the operating points when the nitric acid system is operated automatically by the control device setting a signal to L when the operating point of the compressor is the crosses the upper limit, and by the control device resetting a signal to R when the operating point of the compressor falls below the lower limit, the adjustable guide grille of the exhaust gas expander or the compressor being opened or closed in accordance with the signals L or R.
  • the adjustable guide grille of the compressor is opened and the adjustable guide grille of the exhaust gas expander is blocked if the operating point is to be shifted in the direction of an increase in the second flow-dependent process variable, or
  • the adjustable guide grille of the exhaust gas expander is gradually closed, whereas the adjustable guide grille of the compressor is blocked,
  • the adjustable guide grille of the exhaust gas expander is gradually opened in order to shift the operating point in the direction of lowering the first pressure-dependent process variable.
  • 1 is a schematic representation of part of a nitric acid plant
  • 2 shows a schematic representation of the partial load operation of a nitric acid plant with an exemplary embodiment of the method according to the invention
  • Fig. 3 is a schematic representation of a controller logic for the automatic start-up and partial load operation of the nitric acid plant.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a nitric acid system 1 with an exhaust gas expander 2 and with a compressor 3 in the form of an air compressor. Compressors and exhaust gas expanders are combined into one machine train. In order to set the correct operating point when starting up the nitric acid plant 1, limits, namely a lower limit 4 and an upper limit 5, are set, which are explained in more detail in FIG.
  • the nitric acid plant shown in FIG. 1 is operated using the dual-pressure process. Therefore, a second compressor 6 is provided, which is used to compress nitrogen oxide NO to a second pressure level.
  • the compressors s, 6 and the exhaust gas expander 2 can be regulated via control elements 7.
  • ammonia NH3 is first reactively reacted in the reactor 8 with air compressed by the compressor 3. This produces nitrogen oxide NO, which is oxidized to nitrogen dioxide NO2 and brought to a second pressure level by the second compressor 6.
  • the nitrogen dioxide NO2 obtained in this way is then absorbed with water in an absorber 9 and nitric acid is formed.
  • the resulting residual gas is expanded via the exhaust gas expander 2.
  • Compressors 3, 6 and exhaust gas expanders 2 are regulated, among other things, via adjustable guide grilles 10 as control elements.
  • Fig. 2 shows schematically the start-up of the nitric acid plant 1 in a diagram.
  • the volume flow (ie the second flow-dependent process variable) is plotted on the x-axis.
  • the y-axis represents the final pressure behind the compressor 3 (in the impression process) or the compressor 6 (in the dual-pressure process) (ie the first pressure-dependent process variable).
  • starting is carried out automatically and in small steps.
  • the gradual closing of the adjustable guide grille 10 on the exhaust gas expander 2 leads to an increase in the compression ratio.
  • the operating point moves from point 100 to the left, onto a first working line in the form of the upper limit 5 to point 200.
  • the adjustable guide grille 10 of the exhaust gas expander 2 is blocked by a control device (not shown) and the adjustable guide grille of the compressor 3 becomes gradually opened to increase flow.
  • the operating point moves to the right until a second operating line, lower limit 4, is reached at point 300.
  • the adjustable guide grille of the compressor 3 is blocked by the control device and the adjustable guide grille of the exhaust gas expander 2 is further closed until the upper limit 5 is reached again at point 400.
  • the compressor 3 From reaching the normal / full load point 600, the compressor 3 only follows a horizontal “setpoint operating value line” by further opening the guide grille of the compressor 3 to reach the overload point 700 of the nitric acid system 1. From this point onwards, the system is no longer affected by the Boundaries 4 and 5 limited. The guide grille of the exhaust gas expander 2 is also not adjusted.
  • the upper limit 5 prevents a machine trip due to: drastic mass flow reduction due to the adjustable guide grille 10 of the compressor 3 being closed too far. As soon as the operating point has reached this upper limit 5, the adjustable guide grille 10 of the compressor 3 is blocked in the closing direction by the control device and - If necessary - minimally opened again by the control device until stable process conditions are achieved. drastic increase in pressure due to the adjustable guide grille 10 of the exhaust gas expander 2 being closed too far.
  • the adjustable guide grille 10 of the exhaust gas expander 2 is blocked in the closing direction by the control device and - if necessary - opened again minimally by the control device until stable process conditions are achieved. Drastic reduction in mass flow due to excessive reduction in speed of the machine train. As soon as the operating point has reached the upper limit 5, the speed controller of the exhaust gas expander 2 is blocked downwards by the control device and
  • the lower limit 4 prevents a process disruption due to: a too drastic increase in mass flow due to the adjustable guide grille 10 of the compressor 3 being opened too far.
  • the adjustable guide grille 10 of the compressor 3 is blocked in the opening direction by the control device and minimally closed again by the control device until stable process conditions are achieved.
  • the adjustable guide grille 10 of the exhaust gas expander 2 is blocked in the opening direction by the control device and - if necessary - minimally again by the control device closed until stable process conditions are achieved.
  • a too drastic increase in mass flow due to an excessive increase in the speed of the machine train As soon as the operating point has reached the lower limit 4, the speed controller of the exhaust gas expander 2 is blocked upwards by the control device and
  • Fig. 3 shows how the control device detects the movement of the operating points and acts accordingly when the nitric acid plant 1 is operated automatically.
  • a signal is set to “L”. If the operating point of compressor 3 falls below the lower limit 4, the signal is reset to “R”.
  • the adjustable guide grille 10 of the exhaust gas expander 2 or the compressor 3 is opened or closed according to the signals.
  • the adjustable guide grille 10 of the compressor 3 is opened when the operating point is to be shifted in the direction of an increase in the second flow-dependent process variable, ie to the right side in FIGS. 2 and 3, ie to the right.
  • the adjustable guide grille 10 of the exhaust gas expander 2 is blocked accordingly.
  • the adjustable guide grille 10 of the exhaust gas expander 2 is gradually closed, whereas the adjustable guide grille 10 of the compressor 3 is blocked.
  • the steps are carried out exactly oppositely, that is to say that the adjustable guide grille 10 of the compressor 3 is gradually closed when the operating point is in the direction of a reduction in the second flow-dependent process variable, ie to the left side in FIGS. 2 and 3. i.e. should be moved to the left.
  • the adjustable guide grille 10 of the exhaust gas expander 2 is gradually opened in order to shift the operating point in the direction of lowering the first pressure-dependent process variable, ie downwards in FIGS. 2 and 3.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfahren einer Salpetersäure-Anlage (1), wobei mindestens ein Betriebspunkt in Abhängigkeit eines Prozessdrucks und eines Volumenstroms der Salpetersäure-Anlage angefahren wird, wobei mindestens ein Teil des Prozessdrucks über mindestens einen Abgasexpander (2) eingestellt wird, wobei mindestens ein Teil des Volumenstroms über mindestens einen Verdichter (3) eingestellt wird. Das Verfahren, bei dem das Anfahren im Vergleich zum Stand der Technik deutlich vereinfacht ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass für zulässige Betriebspunkte eine untere Grenze (4) in Abhängigkeit von Druck und Volumenstrom und eine obere Grenze (5) in Abhängigkeit von Druck und Volumenstrom festgelegt werden, und dass signalisiert wird, wenn bei der Einstellung des Drucks und/oder des Volumenstroms die untere Grenze (4) oder die obere Grenze (5) erreicht wird.

Description

Verfahren zum Betreiben einer Salpetersäure-Anlage und Salpetersäure-Anlage
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfahren einer Salpetersäure-Anlage beziehungsweise zur Fahrt in ein Teillastgebiet, wobei mindestens ein Betriebspunkt in Abhängigkeit eines Prozessdrucks und eines Volumenstroms der Salpetersäure-Anlage angefahren wird, wobei mindestens ein Teil des Prozessdrucks über mindestens einen Abgasexpander eingestellt wird, wobei mindestens ein Teil des Volumenstroms über mindestens einen Verdichter eingestellt wird.
Daneben betrifft die Erfindung eine Salpetersäure-Anlage mit mindestens einem Verdichter und mit mindestens einem Abgasexpander.
Salpetersäure ist ein wichtiger Grundstoff der chemischen Industrie und dient beispielsweise als Grundlage zur Herstellung von Düngemittel, Explosivstoffen sowie zur Nitrierung von organischen Stoffen bei der Herstellung von Farbstoffen und Desinfektionsmitteln.
Seit Anfang des 20. Jahrhunderts wird Salpetersäure nach dem sogenannten Ostwaldverfahren hergestellt, auf dem bis heute die industrielle Herstellung im Großmaßstab beruht. Bei dieser Reaktion handelt es sich um eine katalytische Reaktion von Ammoniak. Das entstehende Stickstoffmonoxid reagiert zu Stickstoffdioxid, aus dem durch Reaktion mit Wasser Salpetersäure entsteht, die in Rieseltürmen abgetrennt werden kann.
Zur Herstellung von Salpetersäure wird allgemein zunächst Ammoniak NH3 mit Luft reaktiv umgesetzt und Stickoxid NO erzeugt, welches dann zu Stickstoffdioxid NO2 aufoxidiert wird. Anschließend wird das so gewonnene Stickstoffdioxid NO2 in Wasser absorbiert und es entsteht die Salpetersäure. Damit möglichst viel von dem gewonnenen Stickstoffdioxid NO2 von Wasser absorbiert wird, geschieht die Absorption in der Regel bei erhöhtem Druck, vorzugsweise bei Drücken zwischen 4 bis 14 bar. Der für die Umsetzung des als Rohstoff eingesetzten Ammoniaks benötigte Sauerstoff wird in der Regel in Form von Luftsauerstoff zugeführt. Zum Zwecke der Zuführung wird die Prozessluft in einem Kompressor, auch Verdichter genannt, verdichtet und auf einen Druck gebracht, der sowohl der Oxidationsreaktion wie auch der Absorptionsreaktion angepasst ist.
Üblicherweise wird die Energie zur Kompression der Luft einerseits mittels Entspannung des aus der Absorption austretenden Restgases in einem Restgasexpander, auch Restgasturbine genannt, auf Umgebungsdruck und andererseits durch die Verwertung der bei den Umsetzungen freigesetzten Wärme gewonnen. Die in verschiedenen Ausführungen errichteten Salpetersäureanlagen sind an die jeweiligen speziellen Anforderungen ihres jeweiligen Standortes angepasst.
Dabei kann die Herstellung von Salpetersäure im Eindruck- oder im Zweidruckverfahren erfolgen. Im Eindruckverfahren wird sowohl die Verbrennung als auch die Absorption bei Mitteldruck (< 8 bar) oder Hochdruck (> 8 bar) durchgeführt.
Eindruckverfahren kommen insbesondere dann zum Einsatz, wenn die geforderte Tagesproduktion gering ist. In diesen Fällen wird die Salpetersäure-Anlage vorzugsweise nach dem Mono Hochdruck-Verfahren oder nach dem Mono Mitteldruck-Verfahren betrieben. Beim Mono Hochdruck-Verfahren erfolgen die Verbrennung des Ammoniaks und die Absorption der Stickstoffoxide bei etwa gleichem Druck von > 8 bar. Der Vorteil des Mono Hochdruck- Verfahrens liegt darin, dass eine kompakte Bauweise gewährleistet wird.
Beim Mono Mitteldruck-Verfahren erfolgen die Verbrennung des Ammoniaks und die Absorption der Stickstoffoxide bei etwa gleichem Druck von < 8 bar. Der Vorteil des Mono Mitteldruck-Verfahrens liegt darin, dass eine optimale Verbrennungsausbeute gewährleistet wird.
Sind hingegen große Nenn-Kapazitäten und/oder höhere Säurekonzentrationen gefordert, so stellt eine nach dem Zweidruckverfahren ausgeführte Salpetersäure-Anlage die wirtschaftlichere Lösung dar. Beim Zweidruckverfahren geschieht die Verbrennung des eingesetzten Ammoniaks bei einem ersten Druck, nämlich bei einem — verglichen mit dem Absorptionsdruck — niedrigerem Druck. Die bei der Verbrennung gebildeten nitrosen Gase, auch Nitrosegas genannt, werden allgemein nach der Kühlung mittels Nitrosegasverdichtung auf den zweiten Druck, den Absorptionsdruck gebracht. Der Vorteil des Zweidruck-Verfahrens liegt darin, dass die Druckstufen den jeweiligen Reaktionen angepasst sind und somit sowohl eine optimale Verbrennungsausbeute als auch eine kompakte Absorption gewährleistet wird.
Allgemein umfassen die Anlagen zur Durchführung der vorstehend diskutierten Verfahren mindestens einen Luftverdichter sowie mindestens eine Expansionsturbine für das Restgas (auch "Restgasturbine" oder „Abgasexpander“ genannt).
Im Gegensatz zum stationären Betrieb arbeiten beim An- und Abfahrprozess von Salpetersäure-Anlagen die vorhandenen Aggregate nicht unter Normalbedingungen und erfordern häufig eine zusätzliche Regelung. Beim Anfahren aus dem abgeschalteten/kalten Zustand wird in der Regel zunächst die Salpetersäure-Anlage unter dem Import von Fremdenergie (z. B. Fremddampf oder Strom) mit Luft gefüllt („Luftbetrieb"). Erste Emissionen von NOx entstehen, sobald der Absorptionsturm während des Anfahrprozesses mit Salpetersäure aus einem Vorlagebehälter gefüllt wird und die in der Säure enthaltenen Stickoxide durch die Luft ausgeblasen werden, wobei in heutigen Anlagen das während des Füllvorgangs entstehende NOx emittiert wird. Mit dem Beenden des Füllvorgangs erlischt dann auch zunächst die NOx-Emission bis die NH3-Oxidation der Salpetersäureanlage gestartet („gezündet") wird. Nach dem Zünden steigen Temperatur und NOx-Konzentration in der Anlage stetig auf den stationären Betriebswert und die einzelnen Anlagenteile können ab einem bestimmten Zeitpunkt planmäßig betrieben werden.
Beim Anfahren wird unter anderem der sogenannte "Maschinenstrang", also die für den Betrieb der Salpetersäure-Anlage nötigen Verdichter und Abgasexpander/Turbinen, in Betrieb genommen. Dabei handelt es sich um ein empfindliches System, bei dem Änderungen der Einstellungen an einem Verdichter ebenso Einfluss auf das gesamte System haben, wie entsprechende Einstellungen an einem Abgasexpander/einer Turbine. Das Anfahren der Salpetersäure-Anlage erfordert daher eine permanente und feinfühlige manuelle Nachjustierung der Einstellungen der einzelnen Teile des Maschinenstrangs.
Die Schwierigkeit besteht darin, einen Betriebspunkt über die Verdichter und Abgasexpander/Turbinen so anzufahren, dass keine Bereiche angefahren werden, die zu einer Störung des Produktionsprozesses oder einem Trip (Sicherheitsabschaltung) des Maschinenstrangs und damit zum Stopp der Salpetersäure-Produktion führen. Gleiches gilt für die Fahrt vom Normal- oder Vollastbetrieb in den Teillastbetrieb. Auch hier gilt es, keine Bereiche anzufahren, die den Produktionsprozess stören könnten oder gar einen Maschinen- Trip auszulösen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Anfahren sowie zur Fahrt ins Teillastgebiet einer Salpetersäure-Anlage sowie eine Salpetersäure-Anlage anzugeben, bei denen das Anfahren und Einstellen der Teillastbetriebspunkte im Vergleich zum Stand der Technik vereinfacht wird.
Diese Aufgabe ist zunächst durch den Patentanspruch 1 dadurch gelöst, dass für zulässige Betriebspunkte sowohl eine untere Grenze (4) festgelegt wird, die von einer ersten druckabhängigen Prozessgröße und einer zweiten durchflussabhängigen Prozessgröße abhängt, als auch eine obere Grenze (5) festgelegt wird, die von der ersten druckabhängigen Prozessgröße und der zweiten durchflussabhängigen Prozessgröße abhängt, und dass signalisiert wird, wenn bei der Einstellung der ersten Prozessgröße und/oder der zweiten Prozessgröße die untere Grenze (4) oder die obere Grenze (5) erreicht wird.
Bei der ersten druckabhängigen Prozessgröße kann es sich beispielsweise um einen Druck, ein Druckverhältnis, eine Förderhöhe oder ähnliche druckabhängige Größen handeln Entsprechend kann es sich bei der zweiten durchflussabhängigen Prozessgröße um einen Förderstrom, einen Massenstrom, einen Volumenstrom, ein Messblenden- oder Mengenstrom-Signal oder eine ähnliche durchflussabhängige Größe handeln.
Unter der unteren Grenze werden Punkte verstanden, bei denen der Druck und/oder der Volumenstrom zu geringe Werte aufweisen. Unter der oberen Grenze werden entsprechend Punkte verstanden, bei denen der Druck und/oder der Volumenstrom bzw. der Massenstrom zu hohe Werte aufweisen. Als Kenngrößen können dabei der Enddruck bzw. die polytrope Förderhöhe genutzt werden. Die untere und obere Grenze sind folglich analog zu Kennlinien anzusehen. Bei Verdichterkennlinien wird beispielsweise das Verhältnis zwischen der Förderhöhe und dem entsprechenden Volumenstrom bzw. Förderstrom grafisch in einem Koordinatensystem dargestellt. Auf der x-Achse kann der Volumenstrom aufgetragen werden. Denkbar ist auch die Darstellung eines Flow-Signals, eines Massenstroms, einer dimensionslosen Durchflusszahl, eines Delta P-Signals über ein Mengenmessorgan oder ähnlicher geeigneter Größen. Die y-Achse kann die Förderhöhe abbilden. Denkbar ist aber auch die Darstellung eines Drucks, eines Druckverhältnisses, einer Druckänderungsarbeit, einer dimensionslosen Druckzahl oder ähnlicher geeigneter Größen. Durch die untere und die obere Grenze wird ein Kennfeld definiert, in dem sich die zulässigen Betriebspunkte der Salpetersäure-Anlage befinden.
Der Maschinensatz der erfindungsgemäßen Salpetersäureanlage umfasst mindestens einen Verdichter und mindestens einen Abgasexpander. Bei dem mindestens einen Verdichter handelt es sich um einen Luftverdichter.. Zusätzlich kann der Maschinensatz auch mindestens einen weiteren Verdichter (NOx-Kompressor) und eine weitere Antriebsmaschine, beispielsweise in Form einer Antriebs-Dampf-Turbine oder Antriebs-Gasturbine oder eines Elektromotors aufweisen. Die weitere Antriebsmaschine dient dazu, die restliche benötigte Energie für den Betrieb des Maschinensatzes bereitzustellen.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass einem Operator eine Art "Einpark-Assistent", analog zum Fahren eines Autos, bereitgestellt wird. Die Annäherung an die untere oder obere Grenze kann dem Operator akustisch und/oder visuell oder auf eine andere geeignete Art signalisiert werden. Zusätzlich kann die Annäherung an eine der Grenzen signalisiert werden. Die Signale können eindeutiger bzw. energischer ausfallen, je näher der aktuelle Betriebspunkt an die obere oder untere Grenze gebracht wird. Dafür kann ein Bereich vorgesehen sein, ab dem eine erste Signalisierung ausgegeben wird, bevor die untere oder obere Grenze erreicht wird.
Für die Umrechnung der erforderlichen Kennfeldgrößen werden Volumenstrom-, Druck- und Temperatursignale benötigt, die beispielsweise von einem Maschinenleitsystem verarbeitet werden können. Diese können mittels geeigneter Sensordaten erfasst werden.
Für den Betrieb des vorgenannten Zweidruckverfahrens ist bei einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass mit einem zweiten Verdichter in einem Teil des Prozesses der Salpetersäure-Anlage ein zweites Druckniveau eingestellt wird. Entsprechend gehört auch der zweite Verdichter zum Maschinenstrang und muss beim Anfahren der Salpetersäure-Anlage berücksichtigt werden. Bei dem zweiten Verdichter kann es sich um einen Verdichter zum Verdichten von Stickoxid NO handeln.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Einstellung der zweiten durchflussabhängigen Prozessgröße über den mindestens einen Verdichter über Regelorgane eingestellt wird. Die Regelorgane können in Form eines verstellbaren Leitgitters und/oder einer Drosselklappe ausgebildet sein. Denkbare weitere Ausgestaltungen der Regelorgane können auch verstellbare Regelventile oder ähnliche geeignete Regelorgane sein, die das Regeln eines Volumenstroms ermöglichen. Denkbar wären beispielsweise auch Regelorgane zur Verstellung der Drehzahl des Verdichters. Durch Öffnen der Regelorgane steigt der Volumenstrom bzw. der Massenstrom. Durch Schließen der Regelorgane nimmt dieser ab.
Entsprechend ist bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass die Einstellung der ersten druckabhängigen Prozessgröße über den mindestens einen Abgasexpander über Regelorgane eingestellt wird. Die Regelorgane können in Form eines verstellbaren Leitgitters und/oder einer Drosselklappe ausgebildet sein. Denkbare weitere Ausgestaltungen der Regelorgane können auch verstellbare Regelventile oder ähnliche geeignete Regelorgane sein, die das Regeln eines Druckes ermöglichen. Der Prozessdruck wird über eine eintrittsseitige Drosselklappe und/oder über verstellbare Leitgitter vor oder in dem Abgasexpander eingeregelt. Ein Öffnen senkt den Prozessdruck und damit auch den Austrittsdruck aus dem NO- und dem Luftverdichter, während das Schließen diese erhöht. Denkbare weitere Ausgestaltungen der Regelorgane können auch verstellbare Regelventile oder ähnliche geeignete Regelorgane sein, die das Regeln eines Volumenstroms ermöglichen. Denkbar wären beispielsweise auch Regelorgane zur Verstellung der Drehzahl des Abgasexpanders.
Weiterhin ist bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass die zweite durchflussabhängige Prozessgröße teilweise über die Drehzahl des mindestens einen Verdichters eingestellt wird. Der Volumenstrom bzw. der Massenstrom steigt, wenn die Drehzahl des Verdichters erhöht wird und sinkt bei entsprechend verringerter Drehzahl.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass eine Warnung ausgegeben wird, wenn bei der Einstellung der ersten druckabhängigen Prozessgröße und/oder der zweiten durchflussabhängigen Prozessgröße die untere Grenze oder die obere Grenze erreicht wird. Durch die Warnung wird dem Operator eindeutig signalisiert, dass Handlungsbedarf besteht, bevor die Maschine in Bereiche gefahren wird, in denen kein Betrieb der Salpetersäure-Anlage mehr möglich ist und die Produktion unterbrochen werden muss. Auf diese Weise kann der Operator entsprechende Teile des Maschinenstrangs in die entgegengesetzte Richtung regeln.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist weiter vorgesehen, dass die Einsteilbarkeit des mindestens einen Verdichters und/oder des mindestens einen Abgasexpanders blockiert werden, wenn bei der Einstellung der ersten druckabhängigen Prozessgröße und/oder der zweiten durchflussabhängigen Prozessgröße eine zuvor definierte untere Annäherungsgrenze an die untere Grenze oder eine zuvor definierte obere Annäherungsgrenze an die obere Grenze erreicht wird.
Da das System des Maschinenstrangs bei der Einregelung sehr träge reagiert, ist es sinnvoll eine Annäherungsgrenze zu definieren, bei deren Erreichen die Regelmöglichkeit blockiert wird, da das System zum Überschwingen neigt. Durch die Annäherungsgrenze wird ab der Blockade dann vielleicht noch die untere oder obere Grenze erreicht, diese wird aber nicht überschritten, sodass keine Gefahr besteht, dass die Salpetersäure-Anlage in einen Bereich gefahren wird, in dem ein sicherer Betrieb nicht mehr möglich ist.
Auf diese Weise kann eine Regelung durch den Operator in die falsche Richtung verhindert werden. Dieser Mechanismus ist vergleichbar mit einem automatischen Bremssystem in einem Kraftfahrzeug, wenn das Fahrzeug zu nah an ein Hindernis herangefahren wird. Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Anfahren stufenweise automatisiert durchgeführt wird. Das bedeutet, dass das Anfahren zwar vollautomatisiert von einer Maschinensteuerung durchgeführt wird, das stufenweise Anfahren ist notwendig, da eine Verstellung der oben genannten Regelorgane, also Drosselklappe, verstellbare Leitgitter oder die Änderung der Drehzahl, schnell zu einem Überschwingen der unteren und/oder oberen Grenze, aufgrund des trägen Prozesses, führen kann. Daher wird die Verstellung der Regelorgane kleinschrittig bzw. schrittweise durchgeführt. Die Steuerung übernimmt stufenweise und kontrolliert die Ansteuerung der Regelorgane.
Um das Anfahrverhalten und Teillastfahrverhalten weiter zu verbessern ist bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass eine Annäherungsgeschwindigkeit an die untere Grenze und/oder die obere Grenze überwacht wird.
Weiter ist bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass beim Überschreiten einer zuvor festgelegten ersten Annäherungsgeschwindigkeit die Einsteilbarkeit des mindestens einen Verdichters und/oder des mindestens einen Abgasexpanders blockiert wird. Ähnlich wie bei einer Blockade der Einstellmöglichkeit beim Erreichen der unteren oder oberen Grenze, ist auch das Erreichen einer bestimmten Annäherungsgeschwindigkeit potentiell schädlich für die Salpetersäure-Anlage, da bei einer zu hohen Annäherungsgeschwindigkeit nicht mehr davon ausgegangen werden kann, dass das System nicht über die untere und/oder die obere Grenze überschwingt.
Darüber hinaus kann bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, dass beim Überschreiten einer zuvor festgelegten zweiten Annäherungsgeschwindigkeit der mindestens eine Verdichter und/oder der mindestens eine Abgasexpander in die zur unteren Grenze oder oberen Grenze entgegensetzte Richtung geregelt wird. Sollte die Annäherungsgeschwindigkeit so groß sein, dass ein Überschwingen über die untere und/oder die obere Grenze nicht mehr zu verhindern ist, wenn keine Handlung erfolgt, dann wird aktiv in die entgegengesetzte Richtung geregelt. Das Maß der Regelung kann dabei abhängig von dem Wert der Annäherungsgeschwindigkeit sein.
Die vorgenannte Aufgabe wird außerdem gelöst von einer Salpetersäure-Anlage mit mindestens einem Verdichter und mit mindestens einem Abgasexpander, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage eine Kontrolleinrichtung umfasst, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist.. Alle vorherigen Ausführungen betreffend das Verfahren gelten entsprechend auch für die Salpetersäure-Anlage.
Die erfindungsgemäße Salpetersäure-Anlage ist dadurch kennzeichnet, dass die Kontrolleinrichtung dazu eingerichtet ist, die Bewegung der Betriebspunkte zu erkennen und zu handeln, wenn die Salpetersäure-Anlage automatisiert betrieben wird, indem die Kontrolleinrichtung ein Signal auf L setzt, wenn der Betriebspunkt des Verdichters die obere Grenze kreuzt, und indem die Kontrolleinrichtung ein Signal auf R zurücksetzt, wenn der Betriebspunkt des Verdichters die untere Grenze unterschreitet, wobei entsprechend der Signale L bzw. R das verstellbare Leitgitter des Abgasexpanders bzw. des Verdichters geöffnet oder geschlossen wird.
Insbesondere ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass durch die Signale der Kontrolleinrichtung
- das verstellbare Leitgitter des Verdichters geöffnet wird und das verstellbare Leitgitter des Abgasexpanders blockiert wird, wenn der Betriebspunkt in Richtung einer Steigerung der zweiten durchflussabhängigen Prozessgröße verschoben werden soll, bzw.
- für eine Verschiebung des Betriebspunktes in Richtung einer Steigerung der ersten druckabhängigen Prozessgröße das verstellbare Leitgitter des Abgasexpanders allmählich geschlossen wird, wohingegen das verstellbare Leitgitter des Verdichters blockiert wird,
- wobei für eine Verschiebung des Betriebspunktes in die entgegengesetzte Richtung die Schritte genau entgegensetzt durchgeführt werden, das heißt,
- dass das verstellbare Leitgitter des Verdichters allmählich geschlossen wird, wenn der Betriebspunkt in Richtung einer Absenkung der zweiten durchflussabhängigen Prozessgröße verschoben werden soll, bzw.
- das verstellbare Leitgitter des Abgasexpanders allmählich geöffnet wird, um den Betriebspunkt in Richtung einer Absenkung der ersten druckabhängigen Prozessgröße zu verschieben.
Im Einzelnen gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anlage auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen sowohl auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, als auch auf die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Teils einer Salpetersäure-Anlage, Fig. 2 eine schematische Darstellung des Teillastfahrbetriebs einer Salpetersäure- Anlage mit einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens und
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Controller Logik für das automatische Anfahren und Teillastfahrtbetriebes der Salpetersäure-Anlage.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Salpetersäure-Anlage 1 mit einem Abgasexpander 2 und mit einem Verdichter 3 in Form eines Luftverdichters. Verdichter und Abgasexpander sind zu einem Maschinenstrang zusammengefasst. Um beim Anfahren der Salpetersäure-Anlage 1 den richtigen Betriebspunkt einzustellen, sind Grenzen, nämlich eine untere Grenze 4 und eine obere Grenze 5 festgelegt, die in Fig. 2 näher erläutert werden. Die in Fig. 1 dargestellte Salpetersäure-Anlage wird nach dem Zweidruckverfahren betrieben. Daher ist ein zweiter Verdichter 6 vorgesehen, der dazu genutzt wird, um Stickoxid NO auf ein zweites Druckniveau zu verdichten. Die Verdichter s, 6 und der Abgasexpander 2 können über Regelorgane 7 geregelt werden.
Generell wird bei der in Fig. 1 dargestellten Salpetersäure-Anlage 1 zunächst Ammoniak NH3 mit durch den Verdichter 3 verdichteter Luft reaktiv im Reaktor 8 umgesetzt. Dabei wird Stickoxid NO erzeugt, welches zu Stickstoffdioxid NO2 aufoxidiert und durch den zweiten Verdichter 6 auf ein zweites Druckniveau gebracht wird. Anschließend wird das so gewonnene Stickstoffdioxid NO2 in einem Absorber 9 mit Wasser absorbiert und es entsteht die Salpetersäure. Das anfallende Restgas wird über den Abgasexpander 2 entspannt. Verdichter 3, 6 und Abgasexpander 2 werden unter anderem über verstellbare Leitgitter 10 als Regelorgane geregelt.
Fig. 2 zeigt schematisch das Anfahren der Salpetersäure-Anlage 1 in einem Diagramm. Auf der x-Achse ist der Volumenstrom (d.h. die zweite durchflussabhängige Prozessgröße) aufgetragen. Die y-Achse bildet den Enddruck hinter dem Verdichter 3 (beim Eindruckverfahren) oder dem Verdichter 6 (beim Zweidruckverfahren) (d.h. die erste druckabhängige Prozessgröße) ab. Das Anfahren wird in diesem Ausführungsbeispiel automatisiert und kleinschrittig durchgeführt. Das allmähliche Schließen des verstellbaren Leitgitters 10 an dem Abgasexpander 2 führt zu einer Erhöhung des Kompressionsverhältnisses. Der Betriebspunkt bewegt sich von Punkt 100 nach links, auf eine erste Arbeitslinie in Form der oberen Grenze 5 zu Punkt 200. Nach Verlassen des Punktes wird durch eine nicht dargestellte Kontrolleinrichtung das verstellbare Leitgitter 10 des Abgasexpanders 2 blockiert und das verstellbare Leitgitter des Verdichters 3 wird allmählich geöffnet, um den Fluss zu erhöhen. Der Betriebspunkt bewegt sich nach rechts, bis eine zweite Arbeitslinie, die untere Grenze 4, in Punkt 300 erreicht wird. An dieser Stelle wird das verstellbare Leitgitter des Verdichters 3 durch die Kontrolleinrichtung blockiert und das verstellbare Leitgitter des Abgasexpanders 2 wird weiter geschlossen, bis die obere Grenze 5 wieder in Punkt 400 erreicht wird.
Diese Sequenz wird weiter fortgesetzt, bis der Sollwert eines Teillastpunktes 500 („Teillastbetriebswert“) oder der Sollwertdruck des Normal- / Volllastpunktes in Punkt 600 erreicht ist. Der Verdichter 3 hat in Punkt 600 eine Sollbetriebswert-Linie erreicht. Diese Sequenz kann auch rückwärts betrieben werden, um Teillastbetriebspunkte, z.B. den Teillastpunkt 500 bei kleineren Mengen und gegebenenfalls niedrigeren Prozessdrücken gefahrlos anzusteuern. Während eines manuell betreibbaren Modus können die verstellbaren Leitgitter 10 der Verdichter 3, 6 und des Abgasexpanders 2 manuell bedient werden. Die Kontrolleinrichtung ist aber weiterhin aktiv und hat Vorrang vor manuell eingestellten Betriebspunkten.
Ab Erreichen des Normal- / Volllastpunktes 600 folgt der Verdichter 3 zum Erreichen des Überlastpunktes 700 der Salpetersäure-Anlage 1 nur noch einer horizontalen „Sollbetriebswert-Linie“ durch weiteres Öffnen des Leitgitters der Verdichters 3. Das System wird ab diesem Punkt nicht mehr durch die Grenzen 4 und 5 eingegrenzt. Das Vorleitgitter des Abgasexpanders 2 wird auch nicht verstellt.
Bei einem manuellen Betrieb des Anfahrens der Salpetersäure-Anlage 1 sind Blockaden vorgesehen, die dem Operator verbieten, über die obere Grenze 5 oder die untere Grenze 4 hinaus zu regeln. Die obere Grenze 5 verhindert beispielsweise einen Maschinentrip durch: drastische Massenstromreduzierung durch zu weites Schließen der verstellbaren Leitgitter 10 des Verdichters 3. Sobald der Betriebspunkt diese obere Grenze 5 erreicht hat, wird das verstellbare Leitgitter 10 des Verdichters 3 in Schließrichtung durch die Kontrolleinrichtung blockiert und - wenn nötig - von der Kontrolleinrichtung wieder minimal geöffnet bis stabile Prozessbedingungen erreicht sind. drastische Druckerhöhung durch zu weites Schließen des verstellbaren Leitgitters 10 des Abgasexpanders 2. Sobald der Betriebspunkt die obere Grenze 5 erreicht hat, wird das verstellbare Leitgitter 10 des Abgasexpanders 2 in Schließrichtung durch die Kontrolleinrichtung blockiert und - wenn nötig - von der Kontrolleinrichtung wieder minimal geöffnet bis stabile Prozessbedingungen erreicht sind. drastische Massenstromreduzierung durch zu starke Drehzahlabsenkung des Maschinenstranges. Sobald der Betriebspunkt die obere Grenze 5 erreicht hat, wird der Drehzahlregler des Abgasexpanders 2 durch die Kontrolleinrichtung nach unten blockiert und
- wenn nötig - die Drehzahl von der Kontrolleinrichtung wieder minimal erhöht bis stabile Prozessbedingungen erreicht sind.
Die untere Grenze 4 verhindert beispielsweise eine Prozessstörung durch: eine zu drastische Massenstromerhöhung durch zu weites Öffnen der verstellbaren Leitgitter 10 des Verdichters 3. Sobald der Betriebspunkt die untere Grenze 4 erreicht hat, wird das verstellbare Leitgitter 10 des Verdichters 3 in Öffnungsrichtung durch die Kontrolleinrichtung blockiert und von der Kontrolleinrichtung wieder minimal geschlossen bis stabile Prozessbedingungen erreicht sind. eine zu drastische Druckabsenkung durch zu weites Öffnen der verstellbaren Leitgitter 10 des Abgasexpanders 2. Sobald der Betriebspunkt die untere Grenze 4 erreicht hat, wird das verstellbare Leitgitter 10 des Abgasexpanders 2 in Öffnungsrichtung durch die Kontrolleinrichtung blockiert und - wenn nötig - von der Kontrolleinrichtung wieder minimal geschlossen bis stabile Prozessbedingungen erreicht sind. eine zu drastische Massenstromerhöhung durch zu starke Drehzahlerhöhung des Maschinenstranges. Sobald der Betriebspunkt die untere Grenze 4 erreicht hat, wird der Drehzahlregler des Abgasexpanders 2 durch die Kontrolleinrichtung nach oben blockiert und
- wenn nötig - die Drehzahl von der Kontrolleinrichtung wieder minimal gesenkt bis stabile Prozessbedingungen erreicht sind.
Fig. 3 zeigt, wie die Kontrolleinrichtung die Bewegung der Betriebspunkte erkennt und entsprechend handelt, wenn die Salpetersäure-Anlage 1 automatisiert betrieben wird. Wenn der Betriebspunkt des Verdichters 3 die obere Grenze 5 kreuzt, wird ein Signal auf „L“ gesetzt. Wenn der Betriebspunkt des Verdichters 3 die untere Grenze 4 unterschreitet, wird das Signal auf „R“ zurückgesetzt. Entsprechend der Signale wird das verstellbare Leitgitter 10 des Abgasexpanders 2 bzw. des Verdichters 3 geöffnet oder geschlossen. Das verstellbare Leitgitter 10 des Verdichters 3 wird geöffnet, wenn der Betriebspunkt in Richtung einer Steigerung der zweiten durchflussabhängigen Prozessgröße, d.h. in Fig. 2 und 3 auf die rechte Seite, d.h. nach rechts verschoben werden soll. Entsprechend wird das verstellbare Leitgitter 10 des Abgasexpanders 2 blockiert. Für eine Verschiebung des Betriebspunktes in Richtung einer Steigerung der ersten druckabhängigen Prozessgröße, d.h. in Fig. 2 und 3 nach oben, wird das verstellbare Leitgitter 10 des Abgasexpanders 2 allmählich geschlossen, wohingegen das verstellbare Leitgitter 10 des Verdichters 3 blockiert wird. Für die entgegengesetzte Richtung werden die Schritte genau entgegensetzt durchgeführt, das heißt, dass das verstellbare Leitgitter 10 des Verdichters 3 allmählich geschlossen wird, wenn der Betriebspunkt in Richtung einer Absenkung der zweiten durchflussabhängigen Prozessgröße, d.h. in Fig. 2 und 3 auf die linke Seite, d.h. nach links verschoben werden soll. Das verstellbare Leitgitter 10 des Abgasexpanders 2 wird allmählich geöffnet, um den Betriebspunkt in Richtung einer Absenkung der ersten druckabhängigen Prozessgröße, d.h. in Fig. 2 und 3 nach unten, zu verschieben.
Bezuqszeichenliste
(1) Salpetersäure-Anlage (2) Abgasexpander
(3) Verdichter
(4) untere Grenze
(5) obere Grenze
(6) zweiter Verdichter (7) Regelorgan
(8) Teil des Salpetersäureprozesses, unter anderem Reaktor zur Ammoniakoxidation
(9) Teil des Salpetersäureprozesses, unter anderem Absorption und Restgasreinigung
(10) Verstellbares Leitgitter

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Anfahren beziehungsweise zur Fahrt in ein Teillastgebiet einer Salpetersäure-Anlage (1), wobei mindestens ein Betriebspunkt in Abhängigkeit eines Prozessdrucks und eines Volumenstroms der Salpetersäure-Anlage angefahren wird, wobei mindestens ein Teil des Prozessdrucks über mindestens einen Abgasexpander (2) eingestellt wird, wobei mindestens ein Teil des Volumenstroms über mindestens einen Verdichter (3) eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass für zulässige Betriebspunkte sowohl eine untere Grenze (4) festgelegt wird, die von einer ersten druckabhängigen Prozessgröße und einer zweiten durchflussabhängigen Prozessgröße abhängt, als auch eine obere Grenze (5) festgelegt wird, die von der ersten druckabhängigen Prozessgröße und der zweiten durchflussabhängigen Prozessgröße abhängt, und dass signalisiert wird, wenn bei der Einstellung der ersten Prozessgröße und/oder der zweiten Prozessgröße die untere Grenze (4) oder die obere Grenze (5) erreicht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mit einem zweiten Verdichter (6) in einem Teil des Prozesses der Salpetersäure-Anlage (1) ein zweites Druckniveau eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung der durchflussabhängigen zweiten Prozessgröße über den mindestens einen Verdichter (3, 6) über Regelorgane eingestellt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung der ersten druckabhängigen Prozessgröße über den mindestens einen Abgasexpander (2) über Regelorgane (7) eingestellt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite durchflussabhängige Prozessgröße teilweise über die Drehzahl des mindestens einen Verdichters (3, 6) eingestellt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Warnung ausgegeben wird, wenn bei der Einstellung der ersten druckabhängigen Prozessgröße und/oder der zweiten durchflussabhängigen Prozessgröße die untere Grenze (4) oder die obere Grenze (5) erreicht wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsteilbarkeit des mindestens einen Verdichters (3, 6) und/oder des mindestens einen Abgasexpanders (2) blockiert werden, wenn bei der Einstellung der ersten druckabhängigen Prozessgröße und/oder der zweiten durchflussabhängigen Prozessgröße eine zuvor definierte untere Annäherungsgrenze an die untere Grenze (4) oder eine zuvor definierte obere Annäherungsgrenze an die obere Grenze (5) erreicht wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Anfahren stufenweise automatisiert durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Annäherungsgeschwindigkeit an die untere Grenze (4) und/oder die obere Grenze (5) überwacht wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass beim Überschreiten einer zuvor festgelegten ersten Annäherungsgeschwindigkeit die Einsteilbarkeit des mindestens einen Verdichters (3, 6) und/oder des mindestens einen Abgasexpanders (2) blockiert wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass beim Überschreiten einer zuvor festgelegten zweiten Annäherungsgeschwindigkeit der mindestens eine Verdichter (3, 6) und/oder der mindestens eine Abgasexpander (2) in die zur unteren Grenze (4) oder oberen Grenze (5) entgegensetzte Richtung geregelt wird.
12. Salpetersäure-Anlage (1) mit mindestens einem Verdichter (3) und mit mindestens einem Abgasexpander (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (1) eine Kontrolleinrichtung umfasst, die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 eingerichtet ist.
13. Salpetersäureanlage (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinrichtung dazu eingerichtet ist, die Bewegung der Betriebspunkte zu erkennen und zu handeln, wenn die Salpetersäure-Anlage automatisiert betrieben wird, indem die Kontrolleinrichtung ein Signal auf L setzt, wenn der Betriebspunkt des Verdichters (3) die obere Grenze (5) kreuzt, und indem die Kontrolleinrichtung ein Signal auf R zurücksetzt, wenn der Betriebspunkt des Verdichters (3) die untere Grenze (4) unterschreitet, wobei entsprechend der Signale L bzw. R das verstellbare Leitgitter (10) des Abgasexpanders (2) bzw. des Verdichters (3) geöffnet oder geschlossen wird.
14. Salpetersäure-Anlage (1) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Signale der Kontrolleinrichtung
- das verstellbare Leitgitter (10) des Verdichters (3) geöffnet wird und das verstellbare Leitgitter (10) des Abgasexpanders (2) blockiert wird, wenn der Betriebspunkt in Richtung einer Steigerung der zweiten durchflussabhängigen Prozessgröße verschoben werden soll, bzw.
- für eine Verschiebung des Betriebspunktes in Richtung einer Steigerung der ersten druckabhängigen Prozessgröße das verstellbare Leitgitter (10) des Abgasexpanders (2) allmählich geschlossen wird, wohingegen das verstellbare Leitgitter (10) des Verdichters (3) blockiert wird,
- wobei für eine Verschiebung des Betriebspunktes in die entgegengesetzte Richtung die Schritte genau entgegensetzt durchgeführt werden, das heißt,
- dass das verstellbare Leitgitter (10) des Verdichters (3) allmählich geschlossen wird, wenn der Betriebspunkt in Richtung einer Absenkung der zweiten durchflussabhängigen Prozessgröße verschoben werden soll, bzw.
- das verstellbare Leitgitter (10) des Abgasexpanders (2) allmählich geöffnet wird, um den Betriebspunkt in Richtung einer Absenkung der ersten druckabhängigen Prozessgröße zu verschieben
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