KR20140121844A - 질산 조제를 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단일 가압 또는 이중 가압 공정에 의하여 암모니아 및 산소를 포함하는 가스로부터 질산을 조제하기 위한 방법으로서, 질산 공장의 시동 및/또는 정지 중에 공정 가스는 공정 가스 냉각기(3) 및 공급수 예열기(2)를 통하여 유동하되, 공정 가스는 공정 가스 냉각기(3) 및/또는 공급수 예열기(2) 내에서 가열되고 가열된 공정 가스로부터의 열적 에너지를 잔류 가스에 전달하기 위해 공정 가스 냉각기(3) 및/또는 공급수 예열기(2)의 하류에 위치한 적어도 하나의 열 교환기(5, 4)를 통해서 전달되는 것인 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것이다.
상기 방법들 및/또는 장치들에 의해, 잔류 가스 터빈이 어는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

Description

질산 조제를 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING NITRIC ACID}
본 발명은 질산 조제를 위한 방법에 관한 것으로, 그러한 방법 중에, 공장의 시동 및 정지에서 선택된 제어 방식이 사용된다. 또한, 본 발명은 질산의 조제를 위하여 상응하도록 변형된 공장에 관한 것이다. 본 발명에 따른 방법 및 본 발명의 공장은 고성능 잔류 가스 팽창기들을 구비한 그러한 공장들을 포함하여 질산 공장들의 문제 없는 시동 및 정지를 가능하게 한다.
질산은 화학 산업에서 중요한 원료이고, 예를 들면, 비료, 폭약의 생산을 위한, 그리고 염색약 및 소독제의 생산에서 유기 물질의 질화를 위한 기초로서 역할을 한다.
20세기 초기 이후에, 질산은 오스트발트(Ostwald) 방법에 의하여 생산되어 왔으며, 대규모의 산업적 생산은 최근까지 그러한 방법에 기반이 되어 왔다. 이 반응은 암모니아의 촉매 반응이다. 형성된 일산화질소는 반응하여 이산화질소를 제공하고, 그 이산화질소로부터 물과의 반응으로 질산을 형성하고, 형성된 질산을 트리클탑(trickle tower)에서 제거할 수 있다. 이러한 방법은 "Anorganische Stickstoffverbindungen" [무기 질소 화합물](1982년 Mundo/Weber, Carl Hanser Verlag Munich Vienna), 및 WO 01/68520 A1에서 설명된다.
질산의 조제를 위하여, 암모니아(NH3)는 일반적으로 먼저 공기와 반응되어 산화질소(NO)를 얻고, 이어서 산화질소가 이산화질소(NO2)로 산화된다.
그 후, 그렇게 수득된 이산화질소(NO2)는 질산을 형성하기 위하여 물에 흡수된다. 수득된 이산화질소(NO2)의 최대량이 물에 의하여 흡수되기 위해서, 흡수는 일반적으로 고압에서, 바람직하게는 4 내지 14 바(bar)의 압력에서 이루어진다.
원료로 사용되는 암모니아의 변환을 위하여 필요한 산소는 일반적으로 대기 산소의 형태로 공급된다. 공급을 위하여, 공정 공기는 압축기에서 압축되고, 산화 반응 및 흡수 반응 모두에 적합한 압력으로 된다.
통상적으로, 공기 압축을 위한 에너지는 우선 대기압에서 흡수하도록 잔류 가스 팽창기에서 잔류 가스의 압축을 해제하고, 두번째로 반응 시 방출된 열의 이용을 통하여 얻어진다. 다양한 디자인으로 건축된 질산 공장들은 각각의 장소를 위한 특정한 요구사항들에 부합된다.
질산의 조제는 단일 가압 공정 또는 이중 가압 공정에서 이루어질 수 있다. 단일 가압 공정에서는, 연소와 흡수 모두 보통의 압력(< 8 바) 또는 고압(> 8 바)에서 실시된다.
단일 가압 공정들은 특히 필요한 일일 생산량이 낮을 때 사용된다. 이런 경우에는, 상기 질산 공장이 바람직하게는 단일 고압 공정에 의해 또는 단일 중압 공정에 의해 운영된다. 단일 고압 공정에 있어서, 상기 암모니아의 연소 및 상기 질소산화물의 흡수는 8 바 초과의 압력과 비슷한 압력에서 이루어진다. 단일 고압 공정의 이점은 소형의 디자인이 보장되는 것이다.
단일 중압 공정에 있어서, 상기 암모니아의 연소와 상기 질소산화물의 흡수는 8 바 미만의 압력과 비슷한 압력에서 이루어진다. 단일 중압 공정의 이점은 최적 연소 수율이 보장된다는 것이다.
반면에, 높은 공칭 용량 및/또는 비교적 높은 산 농도가 필요하다면, 이중 가압 공정에 의해 실행되는 질산 공장이 보다 경제적인 해결책이다. 이중 가압 공정에 있어서, 상기 사용된 암모니아의 연소는 제1 압력, 즉 상기 흡수 압력보다 낮은 압력에서 이루어진다. 연소에서 형성된 아질산 가스들은 일반적으로 아질산 가스 압축을 통한 냉각 이후에 제2 압력인 흡수 압력으로 된다. 상기 이중 가압 공정의 이점은 상기 압력 단계들이 각각의 반응들에 적합하여 최적 연소 수율과 소형 디자인에서의 흡수가 보장된다는 것이다.
일반적으로, 위에서 논의된 공정들의 수행을 위한 공장들은 적어도 하나의 공기 압축기와 적어도 하나의 잔류 가스를 위한 팽창 터빈(또는"잔류 가스 터빈"이라고도 불림)을 포함한다.
그러한 공장들은, 예를 들어, WO 2009/146758 A1 및 WO 2011/054928 A1로부터 알려져 있다.
정상 상태 작동과 대조적으로, 질산 공장들의 시동 및 정지 작동에 있어서, 존재하는 유닛들은 표준 상태에서 실행되지 않고 추가적인 조절을 자주 필요로 한다.
꺼진/찬 상태로 시동하는 동안, 상기 질산 공장은 일반적으로 외부 에너지의 인입(예를 들어 외부 증기 또는 동력)으로 인해 공기로 처음 가득 채워진다("공기 작동"). NOx의 첫번째 배출은 흡수탑이 시동 작동 중에 저장소 용기로부터 질산으로 가득 차자마자 그리고 산 안에 존재하는 산화질소가 공기에 의해 송풍 주입되고, 현대의 공장들에서는 충진 작업 중에 NOx가 배출된다. 충진 작업의 종료로, NOx 배출은 처음에는 질산 공장에서의 NH3 산화가 시작("점화")될 때에 멈춘다. 점화 후에, 공장에서의 온도와 NOx 농도는 정상 상태 작동 값으로 계속 올라가고, 각각의 공장 부분들은 특정한 시간으로부터 계획된 바와 같이 작동될 수 있다.
질산 공장의 정지에 있어서, NH3 산화는 우선 정지된다. 상기 흡수탑의 배출구에서의 NOx 농도는 계속 감소하고 온도도 농도와 평행하게 감소한다. 여기에서도 마찬가지로, 특정 시간으로부터, 각각의 공장 일부들은 정상 상태 작동 값들이 더 이상 컴파일될 수 없기 때문에 계획된 바와 같이 계속 작동될 수 없다.
BAT에 대한 Dutch Notes(Production of Nitric Acid, Final Report, Ministry of Housing, Spatial Planning and the Environment: The Hague, NL, 1999)에서는, 시동 및 정지 작동 중에 일어나는 NOx의 배출이 잔류 가스를 가열시키는 것에 의해 감소될 수 있다고 알려져 있다. 또한, 이것이 증기 가열기를 통해 이루어질 수 있다고 당업자에게 제안된다.
질산 공장의 작동에 있어서, 작동 비용을 줄이기 위해 잔류 가스 터빈의 고효율을 달성하는 것이 바람직하다. 이러한 목적을 위해, 공장의 시동 및 정지 작동 중에 상기 잔류 가스 터빈을 통과하여 유동하는 매체의 입구 온도는 잔류 가스 터빈에서 나가는 가스가 얼지 않도록 충분히 높아야 한다. 고효율의 잔류 가스 터빈들의 경우에는 특히, 향상된 효율의 잔류 가스 터빈은, 터빈을 통과하여 유동하는 매체를 같은 입구 온도에서 종래의 잔류 가스 터빈보다 더 많이 냉각시키기 때문에, 어는 것에 대한 위험성이 높다.
공장의 정상 작동에 반해, 상기 잔류 가스 터빈을 통과하여 유동하는 매체의 입구 온도는 시동 및/또는 정지 중에 보다 항상 낮다.
그러므로, 시동 및/또는 정지 중에 잔류 가스 터빈이 어는 것을 방지하기 위해 시동 및/또는 정지 중에 터빈을 통과하여 유동하는 매체에 의해 잔류 가스 터빈의 효율은 제한된다.
고효율을 가지는 잔류 가스 터빈들을 가지고 있는 공장들의 경우에는 특히, 적어도 공장의 시동 및 정지 단계 도중에서는, 잔류 가스 측에 존재하고 잔류 가스 터빈 안으로 공급되는 매체를 가열할 필요가 있다.
본 발명의 목적은, 상기 공장들의 시동 및 정지 중의 상술한 문제들을 피할 수 있도록 질산 제조를 위한 공지의 단일 가압 그리고 이중 가압 공정들을 최적화시키는 데에 있다. 본 발명의 다른 목적은 이러한 공정들의 수행을 위한 공장들을 제공하고, 가동 비용을 절감하기 위해 보다 고효율의 잔류 가스 터빈들을 사용할 수 있도록 하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 이점은, 종래의 팽창기를 사용하는 경우, 잔류 가스 정제가 초기 단계에서 시작될 수 있을 정도로 잔류 가스가 가열되기 때문에 질산 공장들의 무색 시동을 가능하게 할 수 있다는 데에 있다.
본 발명은 단일 가압 또는 이중 가압 공정에 의하여 암모니아 및 산소 가스로부터 질산을 조제하기 위한 공장의 시동 및/또는 정지를 위한 방법에 있어서, 사용된 암모니아는 촉매 상에서 압축된 공정 공기에 의해 산화되고(공정 공기는 적어도 하나의 압축기(6)에서 압축되었음), 연소에 의하여 형성된 아질산 가스는 냉각 매체를 위한 관 코일들을 구비한 하나 이상의 공정 가스 냉각기들(3)에서 그리고 냉각 매체를 위한 관 코일들을 구비한 하나 이상의 공급수 예열기들(2)("절탄기"로도 칭함)에서 냉각되며, 또한 냉각된 아질산 가스는 이후 물에 의하여 적어도 부분적으로 흡수되어 질산을 형성하고 미흡수된 잔류 가스는 압축기 일을 회복하기 위하여 적어도 하나의 잔류 가스 터빈(11)에서 팽창되는 방법과 관련된다.
본 발명을 따른 방법에 있어서, 질산 공장의 시동 및/또는 정지 중에 공정 가스 냉각기(3) 및 공급수 예열기(2)를 통과하여 유동하는 공정 가스, 특히 공기는 공정 가스 냉각기(3) 내의 및/또는 공급수 예열기(2) 내의 적어도 하나의 관 코일들을 가열 매체로 충전함으로써 공정 가스 냉각기(3)에서 및/또는 공급수 예열기(2)에서 가열되고, 가열된 공정 가스는 열에너지를 가열된 공정 가스로부터 적어도 하나의 잔류 가스 터빈(11)으로 공급되는 잔류 가스로 전달하도록 공정 가스 냉각기(3) 및/또는 공급수 예열기(2)의 하류측에 연결된 적어도 하나의 열 교환기(5, 4)를 통하여 안내된다.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 공장의 시동 및/또는 정지 시, 잔류 가스 터빈(들)(11)을 통과하여 유동하는 잔류 가스는 적어도 하나의 공정 가스 냉각기(3) 및/또는 적어도 하나의 급수 예열기(2)를 통해 유동하는 가열된 공정 가스와 함께 열 교환에 의해 가열되었다.
그러므로, 본 발명에 있어서, 잔류 가스 측에 있는 매체, 즉 잔류 가스는 공장 내에 있는 공정 가스 냉각기(3)의 도움으로 및/또는 공장에 있는 절탄기(2) 그리고 각각의 하류에 연결된 열 교환기(5, 4)의 도움으로 간접적으로 가열된다.
시동 및 정지 작동 시, 공정 가스 냉각기(들)(3) 및 절탄기(들)(2) 모두는 반대의 순서로 작동된다; 이는 공정 가스(즉, 공기 작동의 경우의 공기)의 냉각기처럼 실제 기능이 구현되지 않고; 대신에, 이 장치들은, 그에 반해서, 공정 가스의 가열기들처럼 간헐적으로 연결되어 있다.
통상적인 공정 가스 냉각기(3)는 내부에 다양한 관 코일들을 가지며, 이에 의해 냉각수가 정상 상태 작동 시 운반된다(18, 19, 20). 이것들은, 예를 들어, 예비 증발기 관 코일들(18), 예열기 관 코일들(19), 증발기 관 코일들(20)이다. 선택적으로, 이 관 코일들의 일부들은 생략될 수 있고/있거나 이 관 코일들의 배열 순서는 달라질 수 있다.
정상상태 작동 시, 공정 가스는 공정 가스 냉각기(3)의 내부를 통과하여 유동하며, 관 코일(18, 19, 20)에 있는 냉각수로 열에너지의 일부를 방출할 수 있다. 공장들의 시동 그리고 정지 작동 시, 냉각수보다는 열 운반 유체가 공정 가스 냉각기(3) 내부에 있는 유체를 냉각시키기 보다 가열시키는 이 관 코일들 (18, 19, 20)을 통과할 수 있다. 이 경우, 하나의, 복수의 또는 모든 관 코일들(18, 19, 20)은 열 운반 유체로 충전될 수 있다. 대안적인 변형예에서, 공정 가스 냉각기(3)는 공장의 시동 및 정지 작동 시 가열 매체가 통과하는 추가적인 관 코일들(21)을 구비할 수 있는 데, 이 경우 가열 매체는 정상 상태로부터 존재하는 매체와 함께 정지 또는 작동되는 다른 관 코일들(18, 19, 20) 또는 다른 관 코일들(18, 19, 20)을 통해 통과하는 것과 비슷하다. 어떤 경우든, 시동 및 정지 작동 시, 본 발명에 따르면, 공정 가스 냉각기(3)를 통과하여 유동하는 공정 가스는 가열되어야 한다.
이러한 목적을 위해, 공정 가스 냉각기(3)에 있는 추가적인 및/또는 기존의 관 코일들 또는 그 일부들(18, 19, 20, 21)은, 예를 들어 외부로부터 제공된 뜨거운 가열 매체로 충전된, 예를 들어 공급된 과열 또는 포화 증기로 충전된 가열 매체용 소스로 시동 및/또는 정지 작동 중에 연결될 수 있다. 결과적으로, NO 가스 측에 있는 (일반적으로 시동할 경우의 공기) 공정 가스 냉각기(들)(3)을 통과하여 유동하는 공정 가스의 온도는 증가된다. 가열된 공정 가스 (예를 들어 공기)는 이후 하류 열 교환기(5)에 있는 잔류 가스 측으로 열에너지를 방출하며, 그 결과, 잔류 가스 측으로부터의 잔류 가스는 적어도 하나의 잔류 가스 터빈(11)에 필요한 유입구 온도로 가열된다.
본 발명에 따른 공정의 바람직한 구현예에 있어서, 열 전달을 향상 시키기 위해, 공정 가스 냉각기(3)의 추가 관 코일들(21)뿐만 아니라 기존의 관 코일들(18, 19, 20)은 시동 및/또는 정지 작동 중에 증기 드럼(8) 및/또는 외부 시스템으로부터의 포화 증기 및/또는 끓는 물로 가열된다. 이러한 목적을 위해, 증기 드럼(8) 및/또는 외부 시스템은 시동 및/또는 정지 이전에 작동되어야 하는 데, 이는 예를 들어 인입된 증기의 공급에 의해 이뤄질 수 있다. 이후 끓는 물은 시동 및/또는 정지 작동 전에 그리고 도중에 바람직하게는 증발기 관 코일들(20)을 통해 및/또는 예비 증발기 관 코일들(18)로 운반된다. 공정 가스 냉각기(3)의 과열기 관 코일들(19)은 과열된 증기 또는 포화된 증기로 추가적으로 가열될 수 있다. 결과적으로, 시동 및/또는 정지 작동 중에 공정 가스 냉각기(3)를 통과하여 유동하는 공정 가스 (예를 들어 공기)도 똑같이 가열된다. 가열된 공정 가스 (예를 들어 공기)는 이후 하류 열교환기(5) 내의 잔류 가스 측으로 열에너지를 방출하며, 이로 인해 잔류 가스 측의 잔류 가스는 가열된다. 그러므로, NO 가스 측에 있는 공정 가스(예를 들어 공기)로부터 잔류 가스 측으로 운반된 열의 양 또한 증가된다.
전형적인 절탄기(2)는 일반적으로, 내부에, 정상 상태 동작시에 가열될 급수가 운반되는 적어도 한 그룹의 관 코일들(24)을 가지고 있다. 이것은 일반적으로 급수 탱크이다. 정상 상태 작동 시, 공정 가스는 절탄기(2) 내부를 통해 흐르고 관 코일들(24)에 있는 급수로 일부의 열에너지를 방출한다. 공장의 시동 및 정지 작동 시, 이 관 코일들(24)을 통과한 냉각수는, 급수보다, 절탄기(2)의 내부에 있는 공정 가스를 냉각하기보다 가열하는 열 운반 유체일 수 있다. 이러한 경우에는, 하나의, 복수의 또는 모든 관 코일들(24)이 열 운반 유체로 충전될 수 있다. 대안적인 변형예에서, 절탄기는 또한 가열 매체가 공장의 시동 및 정지 작동 시에 통과하는 관 코일(25)을 추가로 구비될 수 있으며, 이러한 경우 다른 관 코일들(24) 또는 다른 관 코일들(24)을 통과하는 가열 매체들이 정상 상태 작동으로부터 존재하는 매체와 함께 정지되거나 작동된다. 어느 경우든, 시동 및/또는 정지 작동 시, 본 발명에 따르면, 절탄기(2)를 통과하여 유동하는 공정 가스를 가열하는 것이 선호된다.
이런 목적을 위해, 본 발명에 따른 공정의 다른 바람직한 변형예에서, 절탄기(2)의 추가적인 및/또는 기존의 관 코일들(24, 25)은 시동 및/또는 정지 작동 중에, 뜨겁게 제공된 매체(예를 들어 과열된 또는 포화된(외부의) 증기)로 충전될 수 있으며, 그 결과 NO 가스 측에 존재하는 공정 가스의 온도는 증가된다. 결과적으로, 시동 및/또는 정지 작동 중에 절탄기(2)를 통과하여 유동하는 공정 가스(예를 들어 공기)는 가열된다. 가열된 공정 가스 (예를 들어 공기)는 이후 하류 열 교환기(4)안의 잔류 가스로 열에너지를 방출하며, 이로 인해 잔류 가스 측의 잔류 가스는 예열되고, 보다 바람직하게는 하류 단계의 공정 가스 냉각기(3)로부터의 열에너지를 이용하여 적어도 하나의 잔류 가스 터빈(11)에 의해 요구되는 유입구 온도로 가열된다.
본 발명에 따른 방법의 특히 바람직한 구현예에서, 우수한 열 전달을 보장하기 위해, 추가적인 관 코일들(25)뿐만 아니라 절탄기(2)의 기존의 관 코일들(24) 또한 증기 드럼(8)으로부터의 및/또는 외부 시스템으로부터의 포화된 증기 및/또는 끓는 물로 시동 작동 도중에 가열된다. 이러한 목적을 위해, 증기 드럼(8) 및/또는 외부 시스템은 시동 및/또는 정지 전에 실시되어야 하는 데, 이는 예를 들어 도입된 증기를 공급함으로 인해 이뤄질 수 있다. 이 후, 물은 절탄기(2)의 관 코일들(24, 25)을 통해 시동 및/또는 정지 작동 이전에 그리고 도중에 운반된다. 결과적으로, 시동 작동 도중에 절탄기(2)를 통과하여 유동하는 공정 가스(예를 들어 공기)는 똑같이 가열된다. 가열된 공정 가스(예를 들어 공기)는 이후 하류 열 교환기(4)에 있는 잔류 가스 측에 열에너지를 방출하며, 이로 인해 잔류 가스 측의 잔류 가스는 가열된다. 그러므로, NO 가스 측의 공정 가스(예를 들어 공기)로부터 잔류 가스 측으로 운반되는 열의 양은 증가된다.
보다 바람직하게는, 공정 가스 냉각기(3) 및/또는 급수 예열기(2) 내의 모든 관 코일들은 공장의 시동 및/또는 정지 도중에 가열 매체로 충전된다.
본 발명에 따른 방법의 더욱 바람직한 구현예들은 공정 가스 냉각기(3) 또는 절탄기(2)에 사용되는 열 운반 유체의 에너지함량의 이용에 있어서의 다른 개량에 관한 것이다.
가열 매체(예를 들면 증기)는 공정 가스 냉각기(3) 또는 절탄기(2)에 있는 관 코일들(18, 19, 20, 21, 24, 25)에 존재하는 모든 에너지를 방출하지 않기 때문에, 공정 가스 냉각기(3) 또는 절탄기(2)에 있는 가열 매체는 적어도 하나의 잔류 가스 터빈(11)내로의 유입구 상류의 잔류 가스 측 상의 잔류 가스에 추가되거나, 또는 가열 매체는 증기 드럼(8)에 추가되어; 결과적으로, 가열 매체에 존재하는 잔류 에너지는 활용될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 더욱 바람직한 변형예에서, 시동 및/또는 정지 작동 중에 잔류 가스 터빈(11)을 위해 필요한 입구 온도로 질산 공장의 잔류 가스 측 잔류 가스를 가열시키기 위해, 예를 들어 뜨거운 열 운반 유체를 이용하여, 예를 들어 증기를 이용하여, 적어도 하나의 잔류 가스 터빈(11)내로의 유입구 상류의 잔류 가스 측 상에 설치된 열 교환기(10)가 작동된다.
본 발명에 따른 질산 공장의 작동 모드는 공장의 시동 및/또는 정지 단계에서, 특히 시동 단계에서, 주로 실시된다. 정상 상태 작동 중에는, 본 발명에 따른 방법의 수단들은 필요하지 않다.
본 발명에 따른 방법의 결과로, 질산은 단일 가압 또는 이중 가압 공정에 의해 암모니아와 산소 가스로부터 40에서 76% 범위내의 농도로 생산되는 데, 사용되는 암모니아의 연소는 적어도 하나의 압축기에서 압축된 압축 공정 공기에 의하여 이뤄진다.
연소에 의해 형성된 아질산 가스는 물에 의해 적어도 부분적으로 흡수되고, 질산을 형성한다. 압축기 일의 회복의 목적을 위해, 흡수되지 않은 잔류 가스는 하나 또는 2개 이상의 잔류 가스 터빈(11)(가스 팽창기라고도 칭함) 내에서 주위 압력으로 팽창된다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 구현예는 질산 형성을 위해 수중 연소에 의해 형성된 아질산 가스의 흡수를 위한 흡수탑, 및 하류의 잔류 가스 정제 및 하나 이상의 하류의 잔류 가스 터빈들을 가지는 질산 공장에서 실시되며, 질산 공장의 시동 및/또는 정지 작동 중에, 공정 가스는 공정 가스 냉각기(3) 및 절탄기(2)를 관통하여 유동하고 공정 가스 냉각기(3) 및 절탄기(2)에서 가열되며, 가열된 공정 가스는 하나 이상의 하류의 열교환기들(5, 4)에서 잔류 가스 측으로 열 에너지를 방출하여, 그 결과 잔류 가스 측 상의 잔류 가스는 흡수탑과 잔류 가스 정제 사이에서 가열된다. 이 수단은, 시동의 경우에 잔류 가스 정제의 이른 실행, 또는 정지 경우에 잔류 가스 정제의 지연된 정지가 가능케 하고, 이로 인해 무색의 시동 및/또는 정지가 가능해 진다.
사용된 산소 가스는 흔히 공기이지만, 산소부화공기를 사용하는 것이 더 이로울 수 있다.
본 발명은 특히 적어도 2개의 단을 가진 적어도 하나의 잔류 가스 터빈(11)을 포함하는 공장에서 실시되는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 물 내에 아질산 가스의 흡착을 위한 적어도 하나의 흡착 유닛을 포함하는 공장에서 실시되는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한 상기와 같은 방법의 수행을 위한 장치를 제공한다.
이 장치는 적어도 하나의 공기 압축기(6), 적어도 하나의 공정 가스 냉각기(3), 적어도 하나의 공급수 예열기(2), 및 적어도 하나의 잔류 가스 터빈(11)을 포함하되, 공정 가스 냉각기(3) 및/또는 공급수 예열기(2)는 정상 상태 작동을 위해 제공된 관 코일들(18, 19, 20, 24)뿐만 아니라, 선택적으로 추가적인 관 코일들(21, 25)을 포함하며, 적어도 하나의 관 코일들(18, 19, 20, 21, 24, 25) 이 장치의 시동 및/또는 정지 중에 공정 가스 냉각기(3) 및/또는 공급수 예열기(2)를 관통하여 유동하는 공정 가스를 가열하기 위한 가열 매체로 충전될 수 있도록, 관 코일들(18, 19, 20, 21, 24, 25) 중 적어도 하나는 가열 매체용 소스에 연결되며, 가열된 공정 가스로부터의 열 에너지를 적어도 하나의 잔류 가스 터빈(11)으로 공급되는 잔류 가스로 전달하기 위해 적어도 하나의 열 교환기(5, 4)는 공정 가스 냉각기(3) 및/또는 공급수 예열기(2)의 하류에 연결된다.
본 발명의 장치의 바람직한 변형예에 있어서, 공정 가스 냉각기(3) 및/또는 공급수 예열기(2)는 정상 상태 작동을 위해 공급된 관 코일들(18, 19, 20, 24)뿐만 아니라 추가적인 관 코일들(21, 25)를 가지며, 추가적인 관 코일들(21, 25)이 장치의 시동 및/또는 정지 중에 공정 가스 냉각기(3) 및/또는 공급수 예열기(2)를 관통하여 유동하는 공정 가스를 가열하기 위한 가열 매체로 충전될 수 있도록 추가적인 관 코일들(21, 25)은 가열 매체용 소스, 바람직하게는 증기 드럼(8) 및/또는 외부 시스템에 연결된다.
본 발명의 장치의 더 바람직한 변형예에 있어서, 공정 가스 냉각기(3) 및/또는 공급수 예열기(2)는 정상 상태 작동을 위해 제공된 관 코일들(18, 19, 20, 24)를 가지며, 관 코일들이 장치의 시동 및/또는 정지 중에 공정 가스 냉각기(3) 및/또는 공급수 예열기(2)를 통해 유동하는 공정 가스를 가열하기 위한 가열 매체로 충전될 수 있도록 이러한 관 코일들이 가열 매체용 소스에, 바람직하게는 증기 드럼(8) 및/또는 외부 시스템에, 연결된다.
본 발명의 장치의 더욱 바람직한 변형예에서, 정상 상태 작동을 위해 제공된 모든 관 코일들(18, 19, 20, 24)과 선택적으로 있는 추가적인 관 코일들(21, 25)은, 공정 가스 냉각기(3) 및/또는 급수 예열기(2)를 통해 흐르는 공정 가스를 가열하기 위한 가열 매체로 장치의 시동 및/또는 정지 중에 충전될 수 있도록, 가열 매체용 소스로 연결된다.
본 발명의 장치의 더욱 바람직한 변형예에 있어서, 열교환기(5, 4)에서 수득된 열 에너지가 질산 공장의 흡수탑과 잔류가스 정제 사이의 잔류 가스 측으로 전달된다.
본 발명에 따른 방법 또는 본 발명의 장치의 도움으로, 잔류 가스 터빈(들)(11)의 동결에 대한 어떠한 위험도 없이 질산 조제를 빠르고 재료를 보호하는 방식으로 공장을 시동 그리고 정지하는 것이 가능하다. 특히 고효율의 잔류 가스 터빈들(11)을 사용할 경우에, 본 발명에 따른 방법은 잔류 가스 터빈들(11)의 동결을 확실하게 피할 수 있기 때문에 높은 작동 신뢰성을 보여준다. 추가적으로, 본 발명은 무색 시동과 정지를 할 수 있도록 하는 잔류 가스 정제의 보다 빠른 시동 또는 보다 늦은 정지를 가능케 한다.
도 1은 본 발명에 따른 공정을 개략적인 형태로 도시한다.
도 2는 본 발명에 따라 사용가능한 공정 가스 냉각기를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따라 사용가능한 절탄기(economizer)를 도시한다.
도 1은 질산 공장(1), 및 절탄기(2), 공정 가스 냉각기(3), 열교환기들(4, 5, 10), 잔류 가스 터빈(11), 연통(12), 및 증기 드럼(8), 펌프(9), 및 공기 압축기(6)의 일부의 상세하지 않은 개략도를 도시한다. 공장의 시동 시에, 공기 압축기(6)의 공기는 공정 가스 냉각기(3) 및 절탄기(2)에 의하여 가열되고, 공장(1)의 일부분 내로 유입된다. 열에너지는 열교환기들(4, 5)에서 가열된 공기로부터 추출되어 잔류 가스 측으로 공급된다. 잔류 가스 측은 열교환기들(10)에 의하여 더 가열될 수 있다. 공정 가스 냉각기(3) 및 절탄기(2) 내의 공기의 가열을 위한 열 운반 유체는 증기 드럼(8)으로부터 및/또는 외부 시스템으로부터 발생될 수 있고, 도시되지 않은 관코일들로 펌프(9)에 의하여 공급된다. 공정 가스 냉각기(3) 및 절탄기(2)의 냉각된 열 운반 유체는 잔류 가스 터빈(11)으로 및/또는 스팀 드럼(8)으로 공급된다. 또한, 증기 드럼(8)은 외부 증기 또는 다른 고온 유체로 공급받을 수 있다.
도 2는 종방향 단면에서 공정 가스 냉각기를 도시한다. 이것은 공정 가스가 내부를 통과하여 유동하기 위해서, 배출구(17)를 구비한 케이싱(22) 및 유입구(16)를 구비한 뚜껑(15)을 도시한다. 뚜껑(15) 및 케이싱(22)은 플랜지(23)에 의하여 연결된다. 공정 가스 냉각기 내에는 예열을 위한 예비 증발기 관 코일들(18), 예열기 관 코일들(19), 증발기 관 코일들(20), 및 추가적인 관 코일들(21)이 있다. 추가적인 관 코일들(21)은 주로 공장의 시동 및/또는 정지 중에 사용되고, 가열 매체로 충전된다. 예비 증발기 관 코일들(18), 예열기 관 코일들(19) 및 증발기 관 코일들(20)은 공장의 시동 및/또는 정지 중에 가열 매체로 충전될 수 있다. 정상상태 동작에서, 이러한 관 코일들은 냉각 매체로 충전된다.
도 3은 종방향 단면에서 절탄기를 도시한다. 이것은 유동하는 공정 가스를 위한 유입구 및 배출구(16, 17)를 구비한 케이싱(22)을 도시한다. 절탄기들 내에는 내부를 통과하여 유동하는 공정 가스의 가열을 위한 관 코일들(24) 및 내부를 통과하여 유동하는 공정 가스를 더 가열하기 위한 추가적인 관 코일들(25)이 있다. 추가적인 관 코일들(25)은 공장의 시동 및/또는 정지 중에 주로 사용되고, 가열 매체로 충전된다. 관 코일들(24)은 공장의 기동 및/또는 정지 중에 가열 매체로 충전될 수 있다. 정상상태 동작 시에, 이러한 관 코일들(24)은 절탄기를 통과하여 유동하는 고온 NO 가스에 의하여 가열되는 탱크 공급수로 충전된다.

Claims (20)

  1. 단일 가압 또는 이중 가압 공정에 의하여 암모니아 및 산소 가스로부터 질산을 조제하기 위한 공장의 시동 및/또는 정지를 위한 방법에 있어서, 사용된 암모니아는 촉매 상에서 압축된 공정 공기에 의해 산화되고(상기 공정 공기는 적어도 하나의 압축기(6)에서 압축되었음), 연소에 의하여 형성된 아질산 가스는 냉각 매체를 위한 관 코일들을 구비한 하나 이상의 공정 가스 냉각기들(3)에서 그리고 냉각 매체를 위한 관 코일들을 구비한 하나 이상의 공급수 예열기들(2)에서 냉각되며, 또한 냉각된 아질산 가스는 이후 물에 의하여 적어도 부분적으로 흡수되어 질산을 형성하고 미흡수된 잔류 가스는 압축기 일을 회복하기 위하여 적어도 하나의 잔류 가스 터빈(11)에서 팽창되되, 질산 공장의 시동 및/또는 정지 중에 공정 가스 냉각기(3) 및 공급수 예열기(2)를 통과하여 유동하는 공정 가스는 공정 가스 냉각기(3) 내의 및/또는 공급수 예열기(2) 내의 적어도 하나의 관 코일들을 가열 매체로 충전함으로써 공정 가스 냉각기(3)에서 및/또는 공급수 예열기(2)에서 가열되고, 가열된 공정 가스는 열에너지를 가열된 공정 가스로부터 적어도 하나의 잔류 가스 터빈(11)으로 공급되는 잔류 가스로 전달하도록 공정 가스 냉각기(3) 및/또는 공급수 예열기(2)의 하류측에 연결된 적어도 하나의 열교환기(5, 4)를 통하여 안내되는 것인, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 공정 가스 냉각기(3) 내의 관 코일들(18, 19, 20, 21)은 시동 동작 중에 외부로부터 공급된 고온 가열 매체로 충전되고, 그 결과 NO 가스 측 상에 존재하는 공정 가스 냉각기(들)(3)을 통과하여 유동하는 공정 가스의 온도가 증가되고, 이후 가열된 공정 가스는 그 열에너지를 하류측 열교환기(5) 내에서 잔류 가스 측으로 방출하며, 그 결과 잔류 가스 측 상의 잔류 가스는 잔류 가스 터빈(11)에 의하여 요구되는 유입구 온도로 가열되는 것인, 방법.
  3. 제2항에 있어서, 외부로부터 공급되는 고온 가열 매체는 과열되거나 포화된 증기인 것인, 방법.
  4. 제2항에 있어서, 정상 상태 작동을 위해 제공된 예비 증발기, 예열기 및/또는 증발기 관 코일들(18, 19, 20)뿐만 아니라 추가적인 관 코일들(21)을 가지는 공정 가스 냉각기(3)가 사용되며, 추가적인 관 코일들(21)뿐만 아니라 공정 가스 냉각기(3)의 예비 증발기, 예열기 및/또는 증발기 관 코일들(18, 19, 20)은 시동 및/또는 정지 작동 중에 증기 드럼(8) 및/또는 외부 시스템으로부터의 포화 증기나 끓는 물로 가열되고, 질산 공장의 시동 및/또는 정지 작동 전에 그리고 그 작동 중에 끓는 물이 바람직하게는 자신의 증발기 관 코일들(20) 및/또는 예비 증발기 관 코일들(18)을 통해 운반되며, 공정 가스 냉각기(3)의 예열기 관 코일들(19)은 과열 증기 또는 포화 증기로 추가적으로 가열되는 것인, 방법.
  5. 제2항에 있어서, 정상 상태 작동을 위해 제공되며 시동 및/또는 정지 작동 중에 증기 드럼(8) 및/또는 외부 시스템으로부터의 포화 증기나 끓는 물로 가열되는, 예비 증발기, 예열기 및/또는 증발기 관 코일들(18, 19, 20)만을 구비한 공정 가스 냉각기(3)가 사용되며, 질산 공장의 시동 및/또는 정지 작동 전에 그리고 그 작동 중에 끓는 물이 자신의 증발기 관 코일들(20) 및/또는 예비 증발기 관 코일들(18)을 통해 운반되고, 공정 가스 냉각기(3)의 예열기 관 코일들(19)은 과열 증기 또는 포화 증기로 추가적으로 가열되는 것인, 방법
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 정상 상태 작동을 위해 제공된 관 코일들(24)뿐만 아니라 추가적인 관 코일들(25)를 가지는 공급수 예열기(2)가 사용되며, 추가적인 관 코일들 및/또는 공급수 예열기(2) 내의 정상 상태 작동(24, 25)을 위해 제공된 것들은 시동 및/또는 정지 작동 중에 공급된 고온의 가열 매체로 충전되고, 그 결과 NO 가스 측 상에 존재하는 공정 가스의 온도가 증가되며 가열된 공정 가스는 그 열에너지를 하류측 열교환기(4) 내에서 잔류 가스 측으로 방출하며, 그 결과 잔류 가스 측 상의 잔류 가스는 예열되는 것인, 방법.
  7. 제6항에 있어서, 잔류 가스 측 상에서 예열된 잔류 가스는 하류 단의 공정가스 냉각기(3)으로부터의 열 에너지를 이용하여 잔류 가스 터빈(11)이 요구하는 유입구 온도로 가열되는 것인, 방법.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 정상 상태 작동을 위해 제공된 관 코일들(24)만을 가지는 공급수 예열기(2)가 사용되며, 공급수 예열기(2) 내의 정상 상태 작동을 위해 제공된 관 코일들(24)은 시동 및/또는 정지 작동 중에 공급된 고온의 가열 매체로, 바람직하게는 과열되거나 포화된 증기로, 충전되고, 그 결과 NO 가스 측 상에 존재하는 공정 가스의 온도가 증가되며 가열된 공정 가스는 그 열에너지를 하류측 열교환기(4) 내에서 잔류 가스 측으로 방출하며, 그 결과 잔류 가스 측 상의 잔류 가스는 예열되는 것인, 방법.
  9. 제8항에 있어서, 잔류 가스 측 상에서 예열된 잔류 가스는 하류 단의 공정가스 냉각기(3)으로부터의 열 에너지를 이용하여 잔류 가스 터빈(11)이 요구하는 유입구 온도로 가열되는 것인, 방법.
  10. 제6항에 있어서, 추가적인 관 코일들(25)뿐만 아니라, 정상 상태 동작을 위해 제공된 공급수 예열기(2)의 관 코일들(24)은 시동 중에 증기 드럼(8) 및/또는 외부 시스템으로부터의 포화 증기 및/또는 끓는 물로 가열되며, 그 결과 시동 중에 공급수 예열기(2)를 관통하여 유동하는 공정 가스가 가열되고 이후 그 열 에너지를 하류측 열교환기(4)의 잔류 가스 측으로 방출하며, 그 결과 잔류 가스 측 상의 잔류 가스는 가열 되는 것인, 방법.
  11. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 공정 가스 냉각기(3) 및/또는 공급수 예열기(2)의 관 코일들을 통과하는 가열 매체가 적어도 하나의 잔류 가스 터빈(11)으로 유입하기 전에 잔류 가스 측 상의 잔류 가스에 첨가되거나, 또는 공정 가스 냉각기(3) 및/또는 공급수 예열기(2)의 관 코일들을 관통하는 가열 매체는 증기 드럼(8)에 첨가되는 것인, 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 질산 공장의 잔류 가스 측 상의 잔류 가스를 적어도 시동 및 정지 작동 중에 잔류 가스 터빈(11)에 요구되는 유입구 온도로 가열하기 위하여, 적어도 하나의 잔류 가스 터빈(11)의 유입구 상류의 잔류 가스 측 상에 설치된 열교환기(10)는 고온의 열운반 유체로 작동되는 것인, 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 물에 아질산 가스를 흡수하기 위한 적어도 하나의 흡수 유닛을 포함하는 공장에서 실시되는, 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 질산 형성을 위해 수중 연소에 의해 형성된 아질산 가스의 흡수를 위한 흡수탑, 및 하류의 잔류 가스 정제 및 하나 이상의 하류의 잔류 가스 터빈들을 가지는 질산 공장에서 실시되며, 질산 공장의 시동 및/또는 정지 작동 중에, 공정 가스는 공정 가스 냉각기(3) 및 절탄기(2)를 관통하여 유동하고 공정 가스 냉각기(3) 및/또는 절탄기(2)에서 가열되며, 가열된 공정 가스는 하나 이상의 하류의 열교환기들(5, 4)에서 잔류 가스 측으로 열 에너지를 방출하여, 그 결과 잔류 가스 측 상의 잔류 가스는 흡수탑과 잔류 가스 정제 사이에서 가열되는 것인, 방법.
  15. 제1항의 방법을 실시하기 위한 장치로서, 적어도 하나의 공기 압축기(6), 적어도 하나의 공정 가스 냉각기(3), 적어도 하나의 공급수 예열기(2), 및 적어도 하나의 잔류 가스 터빈(11)을 포함하되, 공정 가스 냉각기(3) 및 공급수 예열기(2)는 관 코일들(18, 19, 20, 24)를 포함하고, 공정 가스 냉각기(3) 및/또는 공급수 예열기(2)의 적어도 하나의 관 코일이 장치의 시동 및/또는 정지 중에 공정 가스 냉각기(3) 및 공급수 예열기(2)를 관통하여 유동하는 공정 가스를 가열하기 위한 가열 매체로 충전될 수 있도록, 관 코일들 중 적어도 하나는 가열 매체용 소스에 연결되며, 가열된 공정 가스로부터의 열 에너지를 잔류 가스 터빈(11)으로 공급되는 잔류 가스로 전달하기 위해 적어도 하나의 열교환기(5, 4)는 공정 가스 냉각기(3) 및/또는 공급수 예열기(2)의 하류에 연결되는 것인, 장치.
  16. 제15항에 있어서, 공정 가스 냉각기(3) 및/또는 공급수 예열기(2)는 정상 상태 작동을 위해 공급된 관 코일들(18, 19, 20, 24)뿐만 아니라 추가적인 관 코일들(21, 25)를 가지며, 추가적인 관 코일들(21, 25)이 장치의 시동 및/또는 정지 중에 공정 가스 냉각기(3) 및/또는 공급수 예열기(2)를 관통하여 유동하는 공정 가스를 가열하기 위한 가열 매체로 충전될 수 있도록 추가적인 관 코일들(21, 25)은 가열 매체용 소스에 연결되는 것인, 장치.
  17. 제16항에 있어서, 가열 매체용 소스는 증기 드럼(8) 및/또는 외부 시스템인 장치.
  18. 제15항 또는 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 공정 가스 냉각기(3) 및/또는 공급수 예열기(2)는 정상 상태 작동을 위해 제공된 관 코일들(18, 19, 20, 24)를 가지며, 관 코일들이 장치의 시동 및/또는 정지 중에 공정 가스 냉각기(3) 및/또는 공급수 예열기(2)를 통해 유동하는 공정 가스를 가열하기 위한 가열 매체로 충전될 수 있도록 관 코일들이 가열 매체용 소스에 연결되는 것인, 장치.
  19. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 열교환기(5, 4)에서 수득된 열 에너지가 질산 공장의 흡수탑과 잔류가스 정제 사이의 잔류 가스 측으로 전달되는 것인, 장치.
  20. 제15항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 2단을 가지는 적어도 하나의 잔류 가스 터빈(11)를 포함하는 장치.
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