RU2286943C2 - Method of intensification of the installation for production of nitric acid - Google Patents

Method of intensification of the installation for production of nitric acid Download PDF

Info

Publication number
RU2286943C2
RU2286943C2 RU2004135600/15A RU2004135600A RU2286943C2 RU 2286943 C2 RU2286943 C2 RU 2286943C2 RU 2004135600/15 A RU2004135600/15 A RU 2004135600/15A RU 2004135600 A RU2004135600 A RU 2004135600A RU 2286943 C2 RU2286943 C2 RU 2286943C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
air
pressure
nitric acid
installations
intensification
Prior art date
Application number
RU2004135600/15A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2004135600A (en
Inventor
Максим Лейбович Ферд (RU)
Максим Лейбович Ферд
Николай Викторович Юргенсон (RU)
Николай Викторович Юргенсон
Виктор Юлианович Поплавский (RU)
Виктор Юлианович Поплавский
Елена Максимовна Федорова (RU)
Елена Максимовна Федорова
Original Assignee
Виктор Юлианович Поплавский
Елена Максимовна Федорова
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 Виктор Юлианович Поплавский, Елена Максимовна Федорова filed Critical Виктор Юлианович Поплавский
Priority to RU2004135600/15A priority Critical patent/RU2286943C2/en
Publication of RU2004135600A publication Critical patent/RU2004135600A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2286943C2 publication Critical patent/RU2286943C2/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10Process efficiency
    • Y02P20/129Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines

Landscapes

  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)

Abstract

FIELD: chemical industry; method of intensification of the installations for production of the non-concentrated nitric acid.
SUBSTANCE: the invention is pertaining to the method of intensification of the installations for production of the non-concentrated nitric acid and may be used for raising productivity of the installations for production of the non-concentrated nitric acid under pressure. The invention provides for creation of the excess pressure on the inlet of the air compressor by preliminary compression of the atmospheric air in the high-pressure fan. At that the heat of the compression process in the warm season of the year is withdrawn by the direct contact with the water at the inlet of the fan, and in the cold season the heat is used for heating, at that in full or partially excluding heating of the air in the preheater mounted to prevent the icing up of the guiding apparatuses of the air compressor. At the enterprises with the high degree of the air dusting or chemical pollution for the contact cooling of the air by water it is possible to use scrubbers-washers, which combine the functions of the air cooler and the purification device. The method is effective for the operating installations, in which as a result of the wear-out of the flow-through section of the air compressors and the gas turbines decreases not only productivity, but also the pressure in the system, and as the result of it the concentration of the nitric acid. The method allows to realize the intensification of the installations using already existed equipment due to the increased pressure in the system. Concentration of the nitric acid is not lowered, the degree of purification of the tailing gases is preserved, production cost and the specific consumption of the steam and the natural gas are reduced.
EFFECT: the invention allows to realize the intensification of the installations using already existed equipment, to reduce production cost and the specific consumption of the steam and the natural gas.
4 cl, 2 ex, 2 tbl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области промышленного производства неконцентрированной азотной кислоты и может быть использовано для интенсификации действующих установок, в которых азотную кислоту с концентрацией 55-65% HNO3 получают методом окисления аммиака кислородом воздуха под давлением и абсорбции оксидов азота под тем же или более высоким давлением.The invention relates to the field of industrial production of non-concentrated nitric acid and can be used to intensify existing plants in which nitric acid with a concentration of 55-65% HNO 3 is obtained by oxidizing ammonia with atmospheric oxygen under pressure and absorbing nitrogen oxides under the same or higher pressure.

В состав этих установок входит машинный агрегат, включающий воздушный компрессор для сжатия атмосферного воздуха, нитрозный нагнетатель для сжатия нитрозных газов (в установках с более высоким давлением на стадии абсорбции) и привод этих компрессоров. Привод в современных установках включает газовую турбину для рекуперации энергии сжатых хвостовых газов после абсорбции в сочетании с электродвигателем или паровой турбиной.These units include a machine unit including an air compressor for compressing atmospheric air, a nitrous supercharger for compressing nitrous gases (in installations with a higher pressure at the absorption stage), and a drive for these compressors. The drive in modern installations includes a gas turbine for recovering the energy of compressed tail gases after absorption in combination with an electric motor or steam turbine.

В России и странах СНГ производство азотной кислоты практически полностью осуществляется на установках по энерготехнологической схеме, в которых машинный агрегат представляет собой газотурбинную установку. В агрегатах средней мощности под единым давлением (агрегаты типа УКЛ-7) газотурбинный агрегат типа ГТТ-3 включает воздушный компрессор и газовую турбину с расчетной температурой хвостовых газов 700°С. В крупнотоннажных агрегатах с двумя давлениями типа АК-72 газотурбинный агрегат типа ГТТ-12 включает воздушный компрессор, нитрозный нагнетатель и газовую турбину с расчетной температурой хвостовых газов 760°С. Нагрев хвостовых газов осуществляется сжиганием природного газа. Электродвигатель в ГТТ-3 (10% от общей мощности привода), паровая турбина (8%) в ГТТ-12 по проекту предназначены для запуска машинных агрегатов, но фактически постоянно эксплуатируются в качестве дополнительного привода.In Russia and the CIS countries, the production of nitric acid is almost completely carried out at the plants according to the energy technological scheme, in which the machine unit is a gas turbine unit. In medium-pressure units under uniform pressure (UKL-7 units), the GTT-3 gas turbine unit includes an air compressor and a gas turbine with a calculated tail gas temperature of 700 ° C. In large-capacity units with two pressures of the AK-72 type, the GTT-12 gas-turbine unit includes an air compressor, a nitrous supercharger and a gas turbine with a calculated tail gas temperature of 760 ° С. Tail gas is heated by burning natural gas. The electric motor in the GTT-3 (10% of the total drive power), the steam turbine (8%) in the GTT-12 according to the design are designed to start the machine units, but in fact they are constantly operated as an additional drive.

Источник информацииThe source of information

1. "Производство азотной кислоты в агрегатах большой единичной мощности". / Под редакцией Олевского В.М., М.: Химия, 1985, стр.94-306.1. "Production of nitric acid in units of large unit capacity." / Edited by Olevsky V.M., Moscow: Chemistry, 1985, pp. 94-306.

2. Справочник азотчика, М.: Химия, 1987, стр.66-92.2. The reference book of the nitrogen nitrogen, M .: Chemistry, 1987, pp. 66-92.

Широко известные установки западных фирм сооружены на основе схем без использования энергии сжигания природного газа. Соответственно, привод машинных агрегатов включает газовую турбину для рекуперации энергии хвостовых газов, нагретых до 300-500°С теплом нитрозных газов после окисления аммиака, и замыкающий двигатель - паровую турбину или электродвигатель.Well-known installations of Western firms are built on the basis of schemes without using the energy of burning natural gas. Accordingly, the drive of the machine units includes a gas turbine for recovering the energy of tail gases heated to 300-500 ° C by the heat of nitrous gases after the oxidation of ammonia, and the closing engine - a steam turbine or electric motor.

Производительность установок по производству азотной кислоты может снижаться в процессе эксплуатации как вследствие износа машинных агрегатов, так и по технологическим причинам (например, из-за снижения степени конверсии аммиака, износа теплообменного оборудования).The performance of nitric acid production plants can decrease during operation, both due to deterioration of machine units and due to technological reasons (for example, due to a decrease in the degree of ammonia conversion and deterioration of heat exchange equipment).

Но основной причиной снижения производительности установок всегда является уменьшение подачи воздуха воздушным компрессором из-за износа, загрязнения проточной части, снижения числа оборотов. Это относится к машинным агрегатам любого типа, но в разной степени. Машинные агрегаты, в которых обеспечивается постоянство оборотов компрессоров (воздушного и нитрозного) за счет электродвигателя большой мощности более стабильны. Менее стабильны машины с паровой турбиной в качестве замыкающего двигателя вследствие снижения оборотов при износе. Наибольшей нестабильностью отличаются машинные агрегаты с газотурбинным приводом, например ГТТ-3 и ГТТ-12, в которых к износу воздушного компрессора добавляется относительно быстрый, с потерей КПД, износ высокотемпературных газовых турбин. При этом особенно чувствительны к потере КПД газовых турбин газотурбинные машины типа ГТТ-12 в агрегате АК-72 с маломощной паровой турбиной из-за падения оборотов воздушного и нитрозного компрессора, что кроме снижения подачи воздуха, т.е. производительности установки, приводит и к существенному снижению давления в системе абсорбции оксидов азота и, как следствие, к снижению эффективности абсорбционной колонны.But the main reason for reducing the productivity of plants is always a decrease in air supply by an air compressor due to wear, pollution of the flow part, and a decrease in the number of revolutions. This applies to machine units of any type, but to varying degrees. Machine units in which the speed of the compressors (air and nitrous) is constant due to the high-power electric motor are more stable. Less stable are machines with a steam turbine as the closing engine due to a reduction in RPM during wear. The most unstable are gas turbine driven machine units, such as GTT-3 and GTT-12, in which relatively quick wear of high-temperature gas turbines, with loss of efficiency, is added to the wear of the air compressor. At the same time, gas turbine engines of the GTT-12 type in the AK-72 unit with a low-power steam turbine are particularly sensitive to the loss of efficiency of gas turbines due to a drop in the speed of the air and nitrous compressor, which, in addition to reducing the air supply, i.e. plant performance, and leads to a significant decrease in pressure in the absorption system of nitrogen oxides and, as a consequence, to a decrease in the efficiency of the absorption column.

В установках типа УКЛ-7 с машиной ГТТ-3, в которых поддерживаются постоянные обороты за счет электродвигателя, износ воздушного компрессора и газовой турбины приводит к снижению выработки HNO3 не только из-за прямого уменьшения подачи воздуха, но и из-за необходимости увеличения доли сжатого воздуха, направляемого мимо технологии на газовую турбину.In plants of the UKL-7 type with a GTT-3 machine, in which constant revolutions are maintained due to the electric motor, wear of the air compressor and gas turbine leads to a decrease in HNO 3 production not only due to a direct decrease in air supply, but also because of the need to increase fractions of compressed air directed by the technology to a gas turbine.

Техническая задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в достижении существенного увеличения производительности установок азотной кислоты - не менее 8-15% (в зависимости от типа агрегатов) без дорогостоящей модернизации или замены машинных агрегатов на существующем технологическом оборудовании за счет одновременного увеличения подачи воздуха и давления. Изобретение может быть использовано и при строительстве новых установок, но основное его назначение - интенсификация действующих установок типа УКЛ-7 и АК-72 с газотурбинными машинными агрегатами.The technical problem to which the present invention is directed is to achieve a significant increase in the productivity of nitric acid plants - at least 8-15% (depending on the type of units) without costly upgrading or replacing machine units on existing process equipment by simultaneously increasing the air supply and pressure. The invention can be used in the construction of new plants, but its main purpose is the intensification of existing plants such as UKL-7 and AK-72 with gas turbine engine units.

Сущность изобретения состоит в обеспечении избыточного давления воздуха на входе в воздушный компрессор машинного агрегата (вместо разрежения) путем предварительного сжатия воздуха в высоконапорном вентиляторе и его охлаждения непосредственным контактом с водой.The essence of the invention is to provide excess air pressure at the inlet to the air compressor of the machine unit (instead of vacuum) by pre-compressing the air in a high-pressure fan and cooling it by direct contact with water.

Новизна способа по изобретению заключается в создании избыточного давления на всасе воздушного компрессора и понижении температуры воздуха после предварительного сжатия в высоконапорном вентиляторе непосредственным контактом воздуха с водой.The novelty of the method according to the invention consists in creating excess pressure at the inlet of the air compressor and lowering the air temperature after preliminary compression in the high-pressure fan by direct contact of air with water.

Согласно настоящему изобретению величина избыточного давления на всасе воздушного компрессора ограничивается допустимым предельным давлением в аппаратах установки азотной кислоты, которая интенсифицируется. При прочих равных условиях (обороты вала компрессора, температура воздуха на всасе, политропический КПД и др.) давление воздуха после сжатия приблизительно прямо пропорционально плотности воздуха на всасе. Технологическое оборудование обычно рассчитывается на то максимальное давление воздуха, которое может быть достигнуто в воздушном компрессоре в холодное время года, когда плотность воздуха на всасе максимальна.According to the present invention, the amount of excess pressure at the inlet of the air compressor is limited by the permissible limit pressure in the apparatus of the nitric acid plant, which is intensified. All other things being equal (compressor shaft revolutions, inlet air temperature, polytropic efficiency, etc.), the air pressure after compression is approximately directly proportional to the inlet air density. Technological equipment is usually calculated on the maximum air pressure that can be achieved in the air compressor in the cold season, when the density of air at the suction is maximum.

Стандартные условия расчета машинных агрегатов типа ГТТ-3 и ГТТ-12 на условия всаса воздушного компрессора:Standard conditions for calculating GTT-3 and GTT-12 engine assemblies for suction conditions of an air compressor:

- номинальная температура воздуха +20°С,- nominal air temperature + 20 ° С,

- зимой - 5°С (с учетом нагрева при более низкой температуре, чтобы не допустить обледенение направляющего аппарата),- in winter - 5 ° С (taking into account heating at a lower temperature, in order to prevent icing of the guide apparatus),

- барометрическое давление 745 мм рт.ст. (99,3 кПа),- barometric pressure 745 mm Hg (99.3 kPa),

- разрежение на всасе 500 мм в.ст. (0,49 кПа), т.е. абсолютное давление на всасе 98,81 кПа.- vacuum at the inlet 500 mm century (0.49 kPa), i.e. Absolute pressure at the inlet 98.81 kPa.

Это означает, что зимой максимальная плотность воздуха, а следовательно, и максимальное расчетное давление воздуха в (273+20)/(273-5)=1,0932 раза выше номинального. Соответственно, допустимое абсолютное давление на всасе при номинальной температуре +20°С составит 98,81×1,0932=108,02 кПа, что достигается предварительным сжатием воздуха на 11-11,5 кПа. Соответственно, производительность воздушного компрессора за счет фактора плотности воздуха максимально можно увеличить на (108,02-98.81)×100/98,81=9,3%. Для машинных агрегатов с газотурбинным приводом типа ГТТ-12, число оборотов которых зависит от износа привода, производительность воздушного компрессора растет в большей степени. Это связано с тем, что степень сжатия воздуха и удельный расход энергии в воздушном компрессоре не зависит от плотности воздуха, в то время как отдача энергии в газовой турбине увеличивается вследствие увеличения степени расширения, что приводит к росту числа оборотов. В табл.1 приведены результаты расчетного исследования действующей машины ГТТ-12 в одной из установок АК-72 после многих лет эксплуатации с использованием фактических показателей по расходу воздуха, числам оборотов валов воздушного компрессора и нитрозного нагнетателя, давлению и температуре газов по тракту системы.This means that in winter the maximum air density, and therefore the maximum design air pressure, is (273 + 20) / (273-5) = 1.0932 times higher than the nominal. Accordingly, the permissible absolute pressure at the inlet at a nominal temperature of + 20 ° C will be 98.81 × 1.0932 = 108.02 kPa, which is achieved by preliminary air compression of 11-11.5 kPa. Accordingly, the performance of the air compressor due to the air density factor can be maximally increased by (108.02-98.81) × 100 / 98.81 = 9.3%. For machine units with a gas turbine drive of the GTT-12 type, the speed of which depends on the wear of the drive, the performance of the air compressor grows to a greater extent. This is due to the fact that the degree of air compression and specific energy consumption in the air compressor does not depend on the density of air, while the energy output in a gas turbine increases due to an increase in the degree of expansion, which leads to an increase in the number of revolutions. Table 1 shows the results of a calculation study of the existing GTT-12 machine in one of the AK-72 units after many years of operation using actual indicators of air consumption, shaft speed of the air compressor and nitrous supercharger, gas pressure and temperature along the system path.

При установке высоконапорного вентилятора с напором 11-11,5 кПа на всасе воздушного компрессора создается избыточное давление на 0,09 кгс/см2 выше первоначального.When installing a high-pressure fan with a pressure of 11-11.5 kPa, an excess pressure is created at the inlet of the air compressor 0.09 kgf / cm 2 higher than the original.

Исходя из такого избыточного давления, выполнены расчеты (табл.1) различных режимов повышения подачи воздуха действующей ГТТ-12. Исходный режим, вариант 0, отражает фактические показатели до интенсификации. Они послужили исходными данными для программы расчетного исследования влияния повышения давления на всасе воздушного компрессора на его работу. Варианты 1-5 относятся к работе ГТТ-12 до ремонта нитрозного нагнетателя, 6-7 - после ремонта.Based on such excess pressure, the calculations (Table 1) of various modes of increasing the air supply of the existing GTT-12 were performed. The initial mode, option 0, reflects the actual indicators before intensification. They served as the initial data for a design study program of the effect of increasing the pressure at the inlet of the air compressor on its operation. Options 1-5 relate to the operation of GTT-12 before the repair of a nitrous supercharger, 6-7 after repair.

Как видно из результатов расчетов, после повышения давления на всасе интенсификация (подача воздуха) составляет 12% без изменения расхода энергии от парового привода (вариант №3), а после ремонта №4 - со снижением расхода пара в противодавленческой паровой турбине с 41 до 24 т/ч (вариант №6), при этом давление на стадии окисления аммиака повышается с 3,9 до 4,51-4.47 кгс/см2, на стадии абсорбции - с 9,2 до 10,42 и 10,38 кгс/см2, т.е. на - 1,2 атм; обороты вала ОК повышаются с 4860 до 4960 об/минуту.As can be seen from the calculation results, after increasing the pressure at the inlet, the intensification (air supply) is 12% without changing the energy consumption from the steam drive (option No. 3), and after repair No. 4 - with a decrease in steam consumption in the backpressure steam turbine from 41 to 24 t / h (option No. 6), while the pressure at the stage of ammonia oxidation rises from 3.9 to 4.51-4.47 kgf / cm 2 , at the absorption stage - from 9.2 to 10.42 and 10.38 kgf / cm 2 , i.e. at - 1.2 atm; OK shaft revolutions increase from 4860 to 4960 rpm.

Повышение давления на стадии окисления аммиака на 15%, на стадии абсорбции - на 13% позволяет выполнить интенсификацию на том же технологическом оборудовании.An increase in pressure at the stage of ammonia oxidation by 15%, at the absorption stage - by 13% allows intensification to be performed on the same technological equipment.

По режиму №8 без понижения нагрузки паровой турбины может быть получено увеличение выработки азотной кислоты ~19%.Under mode No. 8, without decreasing the load of the steam turbine, an increase in the production of nitric acid of ~ 19% can be obtained.

Принятые сокращения в табл.1:Accepted abbreviations in table 1:

OK - осевой воздушный компрессор;OK - axial air compressor;

НН - нитрозный нагнетатель;NN - nitrous supercharger;

ТВД - турбина высокого давления.TVD - high pressure turbine.

Для установок УКЛ-7 с газотурбинным машинным агрегатом типа ГТТ-3 соотношение между приростом давления воздуха на всасе воздушного компрессора и приростом выработки азотной кислоты сохраняет свой непропорциональный характер, но в несколько меньшей степени вследствие постоянства оборотов, обеспечиваемого работой электродвигателя.For UKL-7 units with a GTT-3 gas-turbine engine unit, the ratio between the increase in air pressure at the inlet of the air compressor and the increase in nitric acid production remains disproportionate, but to a lesser extent due to the constant speed provided by the electric motor.

В табл.2 приведены результаты расчетных исследований машины ГТТ-3 в установке азотной кислоты УКЛ-7 под единым давлением на стадиях окисления аммиака и абсорбции.Table 2 shows the results of computational studies of the GTT-3 machine in a UKL-7 nitric acid installation under uniform pressure at the stages of ammonia oxidation and absorption.

Исходный режим, вариант 0.1, отражает фактические показатели до интенсификации машины ГТТ-3М, работающей в составе установки УКЛ-7 в регионе с умеренным климатом и барометрическим давлением 745 мм рт.ст.The initial mode, version 0.1, reflects the actual indicators before the intensification of the GTT-3M machine operating as part of the UKL-7 installation in a region with a temperate climate and barometric pressure of 745 mm Hg.

Вариант 1.1 - режим после интенсификации с установкой вентилятора для предварительного сжатия воздуха до 11-11,5 кПа и нагрузкой электродвигателя (моторгенератора ФАЗ-800) с пониженным расходом электроэнергии.Option 1.1 - the mode after intensification with the installation of a fan for preliminary air compression up to 11-11.5 kPa and the load of the electric motor (motor generator FAZ-800) with reduced power consumption.

Варианты 0.2, 1.2 относятся к работе ГТТ-3М в регионе с жарким климатом (летом до 35°С) и пониженным барометрическим давлением (Средняя Азия, Кавказ).Options 0.2, 1.2 relate to the operation of the GTT-3M in a region with a hot climate (up to 35 ° C in summer) and low barometric pressure (Central Asia, the Caucasus).

Расчетные исследования проведены на основе показателей действующих машин в составе установок.Computational studies were carried out on the basis of indicators of operating machines as part of installations.

Исходные показатели для установки 1 в умеренном климате соответствуют выработке 14 т/ч мнг. HNO3, для установки 2 в Средней Азии выработке 12 т/ч мнг. HNO3.The baseline for installation 1 in a temperate climate corresponds to a production of 14 t / h mng. HNO 3 , for installation 2 in Central Asia, production of 12 t / h mng. HNO 3 .

После интенсификации при прочих равных условиях на установке 1 выработка повышается до 15,3 т/ч (на ~9,0%), на установках 2 - до 13,8 т/ч (на ~15,0%).After intensification, ceteris paribus, at facility 1, output increases to 15.3 t / h (~ 9.0%), at plants 2 - up to 13.8 t / h (~ 15.0%).

Принятые сокращения в табл.2:Accepted abbreviations in table 2:

ОС - осевой компрессор;OS - axial compressor;

ЦН - центробежный нагнетатель воздушного компрессора;TsN - centrifugal blower of an air compressor;

ГТ - газовая турбина;GT - gas turbine;

ФАЗ-800 - реверсивный электродвигатель в составе ГТТ-3М (М - модернизированный).FAZ-800 - a reversible electric motor as part of the GTT-3M (M - modernized).

Предварительное сжатие воздуха до 11-11,5 кПа в вентиляторе приводит к повышению его температуры на 10-12°С, что несколько нивелирует прирост его плотности. Воздух необходимо охлаждать до расчетной температуры +20°С. В известном способе охлаждения через стенку потребуется хладоагент с температурой +5°С.Pre-compression of air to 11-11.5 kPa in the fan leads to an increase in its temperature by 10-12 ° C, which somewhat eliminates the increase in its density. The air must be cooled to a design temperature of + 20 ° C. In the known method of cooling through a wall, a refrigerant with a temperature of + 5 ° C is required.

Чтобы снять нагрев воздуха при сжатии требуется отвести 12500-18700 ккал в расчете на 1 т HNO3, что эквивалентно испарению 42-60 кг жидкого аммиака.To remove the heating of air during compression, it is necessary to divert 12500-18700 kcal per 1 t of HNO 3 , which is equivalent to the evaporation of 42-60 kg of liquid ammonia.

Расход электроэнергии на получение холода с потенциалом +5°С в современных аммиачно-холодильных машинах составит не менее 5-6 кВтч на 1 т HNO3.The energy consumption for producing cold with a potential of + 5 ° C in modern ammonia refrigeration machines will be at least 5-6 kWh per 1 ton of HNO 3 .

Значительны и капитальные затраты на сооружение аммиачно-холодильной станции и охладителя воздуха, в то время как охлаждение воздуха требуется 5-8 месяцев в году.Capital expenditures for the construction of an ammonia-refrigeration station and an air cooler are also significant, while air cooling takes 5-8 months a year.

Поэтому, согласно настоящему изобретению, охлаждение воздуха производится непосредственным контактом с водой, т.е. испарительным охлаждением.Therefore, according to the present invention, the air is cooled by direct contact with water, i.e. evaporative cooling.

Для отвода 12500-18700 ккал требуется испарить 21,7-26 кг воды на 1 т HNO3 (для установок АК-72 при интенсификации на 12% - ~1215 кг/ч, для УКЛ-7 при интенсификации на 9% - ~420 кг/ч).To drain 12500-18700 kcal, 21.7-26 kg of water per 1 ton of HNO 3 must be evaporated (for AK-72 installations with intensification by 12% - ~ 1215 kg / h, for UKL-7 with intensification by 9% - ~ 420 kg / h).

При испарительном охлаждении воздуха на степень охлаждения влияет относительная влажность атмосферного воздуха.With evaporative air cooling, the degree of cooling is affected by the relative humidity of the air.

Как показывают расчеты, для воздуха с начальной температурой +20°С и при начальной относительной влажности воздуха <65% испарительным охлаждением можно охладить воздух до начальной температуры +20°С, при относительной влажности 70% - до 21°С, при относительной влажности 90% - до 23°С.As calculations show, for air with an initial temperature of + 20 ° С and with an initial relative humidity of air <65% by evaporative cooling, it is possible to cool the air to an initial temperature of + 20 ° С, at a relative humidity of 70% - up to 21 ° С, at a relative humidity of 90 % - up to 23 ° С.

Но и в такие дни по сравнению с охлаждением через стенку контактное охлаждение не проигрывает. Недоохлаждение воздуха на 1-3°С при контактном охлаждении компенсируется более низкими гидравлическими потерями из-за исключения теплообменника.But even on such days, in comparison with cooling through the wall, contact cooling does not lose. Undercooling of air by 1-3 ° C during contact cooling is compensated by lower hydraulic losses due to the exclusion of the heat exchanger.

Контактное охлаждение воздуха водой особенно эффективно с точки зрения расхода электроэнергии, если его осуществлять впрыском воды через форсунку с тонким распылением на всас вентилятора, когда процесс сжатия в вентиляторе приближается к изотермическому.Contact cooling of air with water is especially effective from the point of view of energy consumption if it is injected with water through a nozzle with fine atomization at the fan inlet when the compression process in the fan approaches isothermal.

В определенных случаях, например при эксплуатации установок в жарком и сухом климате (значительная часть России, Средняя Азия), может применяться предварительное охлаждение воздуха в скруббере, так как в этих районах в жаркое время года воздух имеет низкую относительную влажность, но часто загрязнен пылью от пыльных бурь. При установке скруббера до вентилятора понижается температура воздуха на всасе, занос брызг воды и их испарение в вентиляторе в процессе сжатия воздуха способствует как снижению температуры воздуха на всасе воздушного компрессора, так и уменьшает расход энергии на сжатие воздуха.In certain cases, for example, when operating plants in hot and dry climates (a significant part of Russia, Central Asia), air pre-cooling in a scrubber can be used, since in these areas during the hot season the air has low relative humidity, but is often contaminated with dust from dust storms. When installing a scrubber to the fan, the air temperature at the suction decreases, the introduction of water splashes and their evaporation in the fan during air compression contributes both to lowering the air temperature at the inlet of the air compressor and reduces the energy consumption for air compression.

Контактное охлаждение воздуха несколько повышает содержание водяных паров в воздухе, но не более 0,4-0,5% по объему.Contact cooling of the air slightly increases the content of water vapor in the air, but not more than 0.4-0.5% by volume.

Вследствие этого по сравнению с охлаждением сжатого воздуха через стенку снижается производительность воздушного компрессора на 0,45%, а тепловая нагрузка холодильника-конденсатора на нитрозных газах увеличивается на 2%.As a result of this, in comparison with cooling of compressed air through the wall, the productivity of the air compressor decreases by 0.45%, and the thermal load of the refrigerator-condenser on nitrous gases increases by 2%.

Эти отрицательные стороны контактного охлаждения воздуха незначительны по сравнению с преимуществами по отношению к охлаждению через стенку, тем более что охлаждение воздуха требуется только в теплое время года (при температуре воздуха +10°С оно может не производиться).These negative aspects of contact cooling of the air are insignificant in comparison with the advantages with respect to cooling through the wall, especially since air cooling is required only in the warm season (at an air temperature of + 10 ° С it may not be performed).

Осуществление изобретения может быть продемонстрировано на примерах 1 и 2.The implementation of the invention can be demonstrated in examples 1 and 2.

Пример 1, фиг.1. Интенсификация установок типа АК-72 и УКЛ-7.Example 1, figure 1. Intensification of installations like AK-72 and UKL-7.

Вновь устанавливается вентилятор 1 с производительностью 230-240 тыс. нм3/ч, - на 15-20% выше номинальной производительности воздушного компрессора ГТТ-12; напор вентилятора 11-11,5 кПа.Fan 1 is re-installed with a capacity of 230-240 thousand nm 3 / h, which is 15-20% higher than the nominal capacity of the GTT-12 air compressor; fan head 11-11.5 kPa.

На всас вентилятора через форсунки 2 подается 1-1,25 м3/ч парового конденсата или обессоленной воды.To the fan inlet through nozzles 2, 1-1.25 m 3 / h of steam condensate or demineralized water is supplied.

При температуре атмосферного воздуха +20°С, относительной влажности 60-65% и отводе тепла сжатия испарением воды температура воздуха на нагнетании вентилятора сохраняется на уровне +20°С, а относительная влажность повышается до 90-95%.At a temperature of atmospheric air + 20 ° С, relative humidity 60-65% and removal of heat of compression by evaporation of water, the air temperature at the fan discharge is maintained at + 20 ° С, and relative humidity rises to 90-95%.

При относительной влажности атмосферного воздуха 90% впрыск воды сохраняется примерно на том же уровне, температура сжатого воздуха после испарения воды до полного его насыщения стабилизируется на уровне ~23°С.At a relative humidity of atmospheric air of 90%, the water injection remains at about the same level, the temperature of the compressed air after evaporation of the water until it is completely saturated is stabilized at ~ 23 ° C.

При температуре атмосферного воздуха ниже 10°С впрыс воды в вентилятор может быть прекращен.At a temperature of atmospheric air below 10 ° C, the injection of water into the fan can be stopped.

В холодное время года нагрев воздуха при сжатии в вентиляторе позволяет длительный период не расходовать водяной пар на нагрев воздуха в подогревателе, установленном на входе в фильтр 3 перед воздушным компрессором установки.In the cold season, heating the air during compression in the fan allows a long period of time not to spend water vapor on heating the air in the heater installed at the inlet to the filter 3 in front of the air compressor of the installation.

Периодически впрыск обессоленной воды на короткое время для промывки увеличивается для предотвращения отложения солей в проточной части вентилятора с отводом воды из вентилятора в дренаж.Periodically, the injection of demineralized water for a short time for washing increases to prevent the deposition of salts in the flow part of the fan with the drainage of water from the fan into the drain.

При интенсификации установок УКЛ-7 принципиальных отличий от использованного изобретения по сравнению с описанным нет. Соответственно, устанавливается высоконапорный вентилятор с производительностью 88-90 нм3/ч воздуха и напором 11-12 кПа.With the intensification of the UKL-7 installations, there are no fundamental differences from the invention used in comparison with the described one. Accordingly, a high-pressure fan is installed with a capacity of 88-90 nm 3 / h of air and a pressure of 11-12 kPa.

Пример 2, фиг.2.Example 2, figure 2.

В регионах с жарким климатом и/или при высокой запыленности атмосферного воздуха на всасе вентилятора 1 устанавливается фильтр грубой очистки воздуха 3 и промывной скруббер 2 с циркуляцией обессоленной воды при помощи насоса 4.In regions with a hot climate and / or with high dustiness of atmospheric air, a rough air filter 3 and a washing scrubber 2 with desalted water circulation using pump 4 are installed on the fan inlet 1.

При контакте воздуха с водой на массообменной насадке скруббера 2 происходит насыщение воздуха водяными парами. Процесс насыщения происходит с различной степенью охлаждения воздуха в зависимости от относительной влажности.Upon contact of air with water on the mass transfer nozzle of the scrubber 2, air is saturated with water vapor. The saturation process occurs with varying degrees of air cooling depending on relative humidity.

При относительной влажности 40-50% и температуре атмосферного воздуха +30°С воздух охлаждается до температуры, близкой к температуре "мокрого термометра", в данном случае до 22°С.At a relative humidity of 40-50% and an ambient temperature of + 30 ° C, the air is cooled to a temperature close to the temperature of the "wet thermometer", in this case, up to 22 ° C.

При сжатии этого воздуха с учетом охлаждения при испарении унесенных с воздухом капель и дополнительно впрыснутой воды на выходе из вентилятора 1 температура воздуха ~25°С и при этом будет иметь влажность, близкую к полному насыщению. Через скруббер 2 в установке АК-72 проходит ~220 тыс. нм3/ч воздуха, в установке УКЛ-7 - 90 тыс. нм3/ч, в скруббер вводится свежая вода в количестве, равном сумме испаренной воды и выведенной в виде дренажа с уловленной пылью.When this air is compressed, taking into account cooling during evaporation of droplets carried away with air and additionally injected water at the outlet of fan 1, the air temperature is ~ 25 ° С and at the same time it will have a humidity close to full saturation. Through the scrubber 2 to install AK-72 runs ~ 220 thousand Nm 3 / h of air, to install UKL-7 -.. 90 thousand Nm 3 / hr into the scrubber injected fresh water in an amount equal to the amount of evaporated water and outputted as a drainage with trapped dust.

В скруббере не должно быть брызгоуловителя; если унос брызг воды недостаточен для отвода тепла сжатия воздуха их испарением, в вентилятор подается через форсунки дополнительная вода.There should not be a splash trap in the scrubber; if the entrainment of the water spray is insufficient to remove the heat of compression of the air by their evaporation, additional water is supplied to the fan through the nozzles.

Примеры и чертежи к ним иллюстрируют применение способа как для установки АК-72, так и для УКЛ-7, что не исчерпывает область применения изобретения. Оно может быть использовано для любых установок производства азотной кислоты.The examples and drawings to them illustrate the application of the method for installing AK-72, and for UKL-7, which does not exhaust the scope of the invention. It can be used for any nitric acid production plant.

К числу важнейших преимуществ, обеспечивающих значительный экономический эффект при осуществлении способа, относятся:Among the most important advantages that provide a significant economic effect in the implementation of the method include:

- низкие капвложения на прирост мощности;- low capital investment on capacity gains;

- короткие сроки на реализацию, причем без остановки действующей установки;- short terms for implementation, and without stopping the current installation;

- при интенсификации повышается давление в системе, что позволяет ее осуществить в существующем технологическом оборудовании без понижения концентрации азотной кислоты и ухудшения сбросов вредных веществ в атмосферу с хвостовыми газами;- during intensification, the pressure in the system increases, which allows it to be implemented in existing technological equipment without lowering the concentration of nitric acid and impairing the discharge of harmful substances into the atmosphere with tail gases;

- снижается себестоимость продукции.- decreases the cost of production.

ЛитератураLiterature

1. Производство азотной кислоты в агрегатах большой единичной мощности под редакцией В.М. Олевского. М.: Химия, 1985, стр.94-306.1. The production of nitric acid in units of large unit capacity, edited by V.M. Olevsky. M .: Chemistry, 1985, pp. 94-306.

2. Справочник азотчика, том 2. М.: Химия, 1987, стр.66-92.2. The reference book of the nitrogen nitrogen, volume 2. M.: Chemistry, 1987, pp. 66-92.

Таблица 1
Таблица результатов расчетного исследования режимов работы действующей ГТТ-12
Table 1
Table of the results of a calculation study of the operating modes of the current GTT-12
ВариантыOptions 00 1one 22 33 4four 55 66 77 88 Атмосферное давлениеAtmosphere pressure кг/см2 kg / cm 2 1.001.00 1.001.00 1.001.00 1.001.00 1.001.00 1.001.00 1.001.00 1.001.00 1.001.00 Давление за вентиляторомFan pressure кг/см2 kg / cm 2 1.001.00 1.091.09 1.091.09 1.091.09 1.091.09 1.091.09 1.091.09 1.091.09 1.091.09 Давление за ОКOK pressure кг/см2 kg / cm 2 3.903.90 4.234.23 4.324.32 4.514.51 4.554.55 4.604.60 4.474.47 4.524.52 4.574.57 Давление перед ННPressure before NN кг/см2 kg / cm 2 3.403.40 3.693.69 3.733.73 3.953.95 3.973.97 3.983.98 3.923.92 3.943.94 3.953.95 Давление за ННPressure beyond LV кг/см2 kg / cm 2 9.209.20 9.899.89 10.3810.38 10.4210.42 10.7010.70 11.0711.07 10.3810.38 10.6610.66 11.0411.04 Давление газа перед ТВДGas pressure in front of the theater кг/см2 kg / cm 2 8.408.40 8.958.95 9.389.38 9.439.43 9.689.68 10.0110.01 9.409.40 9.659.65 9.999.99 Частота вращения ротора ОКRotor speed OK об/минrpm 48604860 49304930 50505050 49604960 50355035 5 1305,130 49604960 50405040 5 1305,130 Частота вращения ротора ННLV rotor speed об/минrpm 48804880 48404840 50005000 48304830 49004900 50005000 48004800 48704870 49704970 Запас устойчивости ОКResilience margin OK %% 18.818.8 18.418.4 23.923.9 17.817.8 20.920.9 25.225.2 18.618.6 21.821.8 26.226.2 Запас устойчивости ННNN stability margin %% 44.744.7 42.542.5 46.246.2 42.342.3 43.743.7 46.046.0 43.343.3 44.844.8 47.247.2 Температура атм. воздухаAtm temperature air °С° C 20twenty 20twenty 20twenty 20twenty 20twenty 20twenty 20twenty 20twenty 20twenty Температура воздуха перед ОКAir temperature before OK °С° C 20twenty 30thirty 30thirty 20twenty 20twenty 20twenty 20twenty 20twenty 20twenty Температура воздуха на выходе ОКOutlet air temperature OK °С° C 187187 201201 205205 196196 198198 200200 195195 197197 200200 Температура воздуха перед ННAir temperature before LV °С° C 6565 6565 7070 7070 7070 7070 7070 7070 7070 Температура воздуха на выходе ННAir outlet temperature °С° C 215215 213213 226226 217217 221221 227227 207207 210210 216216 Температура, газа перед турбинойTemperature, gas in front of the turbine °С° C 745745 745745 745745 745745 745745 745745 745745 745745 745745 Температура газа за турбинойGas temperature behind the turbine °С° C 391391 385385 380380 380380 377377 374374 380380 377377 373373 Расход пара в турбинуSteam flow to turbine т/чt / h 1.01.0 1.01.0 1.01.0 1.51.5 1.51.5 1.51.5 1.01.0 1.01.0 1.01.0 Мощность паровой турбиныSteam turbine power кВтkw 17001700 17001700 24002400 17001700 20502050 25502550 950950 12501250 17001700 Суммарный расход параTotal steam consumption т/чt / h 4141 4141 5757 4242 4949 6161 2424 30thirty 4141 Расход воздуха перед ОКAir flow before OK т/чt / h 254.0254.0 270.7270.7 283.7283.7 284.5284.5 292.1292.1 302.1302.1 284.5284.5 292.2292.2 302.5302.5 Прирост производительностиPerformance gain %% -- 6.66.6 11.711.7 12.012.0 15.015.0 18.918.9 12.012.0 15.115.1 19.119.1

Таблица 2
Таблица результатов расчетного исследования режимов работы действующей ГТТ-3 в установках УКЛ-7
table 2
The table of the results of a calculation study of the operating modes of the current GTT-3 in UKL-7 units
№ п/пNo. p / p ПоказателиIndicators Ед.изм.Unit. ВариантыOptions 0.10.1 1.11.1 0.20.2 1.21.2 1one Барометрическое давление воздухаBarometric air pressure кПаkPa 99,399.3 99,399.3 96,696.6 96,696.6 22 Давление воздухаAir pressure кПаkPa 2.12.1 - за надувным вентилятором- behind the inflatable fan -- 110,0110.0 -- 106,0106.0 2.22.2 - на всасе ОК- on suction OK 9595 105105 9292 102102 2.32.3 - на нагнетании ЦН- on forcing the central nervous system 716716 780780 680680 745745 2.42.4 - перед ГТ- before GT 560560 609609 540540 580580 3  3 ТемператураTemperature °С° C 3.13.1 - воздуха на всасе ОК- air at suction OK 20twenty 20twenty 30thirty 2525 3.23.2 - хвостовых газов перед ГТ- tail gases before GT 680680 680680 690690 690690 4four Частота вращения ротораRotor speed об/минrpm 51005100 51005100 51005100 51005100 55 Расход воздухаAir consumption т/чt / h 5.15.1 - перед ОК- before OK 100one hundred 108,4108,4 85,385.3 97,297.2 5.25.2 - на технологию- on technology 7272 78,578.5 61,5761.57 70,870.8 66 Расход природного газаNatural gas consumption ст.м3st.m 3 / h 16801680 18001800 15001500 17251725 77 Расход электроэнергииPower consumption кВтчkWh 7.17.1 - на вентиляторе- on the fan -- 400400 -- 370370 7.27.2 - на ФАЗ-800- on the FAZ-800 350350 150150 400400 200200 88 Прирост выработки HNO3 The increase in the production of HNO 3 %% -- 99 -- 15fifteen

Claims (4)

1. Способ интенсификации установок по производству азотной кислоты, включающий сжатие воздуха в воздушном компрессоре, стадии окисления аммиака кислородом воздуха и абсорбции оксидов азота под давлением, рекуперацию энергии нагретых хвостовых газов в газовой турбине, отличающийся тем, что на всасе воздушного компрессора создают избыточное давление предварительным сжатием атмосферного воздуха в высоконапорном вентиляторе, причем в теплое время года тепло сжатия отводят непосредственным контактом воздуха с водой.1. The method of intensification of installations for the production of nitric acid, including the compression of air in an air compressor, the stage of ammonia oxidation by atmospheric oxygen and absorption of nitrogen oxides under pressure, the recovery of heated tail gas energy in a gas turbine, characterized in that excess pressure is created at the air compressor inlet by preliminary compression of atmospheric air in a high-pressure fan, and in the warm season, heat of compression is removed by direct contact of air with water. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что воздух охлаждают в процессе сжатия впрыском воды через форсунки на всасе вентилятора.2. The method according to claim 1, characterized in that the air is cooled during compression by injection of water through nozzles at the fan inlet. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что воздух охлаждают в скруббере при контакте с водой, совмещая охлаждение воздуха с предварительной очисткой от пыли и химических примесей.3. The method according to claim 1, characterized in that the air is cooled in a scrubber upon contact with water, combining air cooling with preliminary cleaning of dust and chemical impurities. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что абсорбцию оксидов азота осуществляют под тем же давлением, что и окисление аммиака, или более высоком давлении.4. The method according to claim 1, characterized in that the absorption of nitrogen oxides is carried out under the same pressure as the oxidation of ammonia, or a higher pressure.
RU2004135600/15A 2004-12-07 2004-12-07 Method of intensification of the installation for production of nitric acid RU2286943C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004135600/15A RU2286943C2 (en) 2004-12-07 2004-12-07 Method of intensification of the installation for production of nitric acid

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004135600/15A RU2286943C2 (en) 2004-12-07 2004-12-07 Method of intensification of the installation for production of nitric acid

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2004135600A RU2004135600A (en) 2006-06-10
RU2286943C2 true RU2286943C2 (en) 2006-11-10

Family

ID=36711949

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004135600/15A RU2286943C2 (en) 2004-12-07 2004-12-07 Method of intensification of the installation for production of nitric acid

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2286943C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2536949C1 (en) * 2013-07-08 2014-12-27 Закрытое Акционерное Общество Научно-производственная фирма "НЕВТУРБОТЕСТ" (ЗАО "НПФ "НЕВТУРБОТЕСТ" Method for intensification of apparatus for producing non-concentrated nitric acid
RU2719430C1 (en) * 2016-09-23 2020-04-17 Касале Са Method of producing nitric acid

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Производство азотной кислоты в агрегатах большой единичной мощности./Под ред. В.М. Олевского. - М.: Химия, 1985, с. 222-223. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2536949C1 (en) * 2013-07-08 2014-12-27 Закрытое Акционерное Общество Научно-производственная фирма "НЕВТУРБОТЕСТ" (ЗАО "НПФ "НЕВТУРБОТЕСТ" Method for intensification of apparatus for producing non-concentrated nitric acid
RU2719430C1 (en) * 2016-09-23 2020-04-17 Касале Са Method of producing nitric acid

Also Published As

Publication number Publication date
RU2004135600A (en) 2006-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5100294B2 (en) System for reducing power plant emissions
US5622044A (en) Apparatus for augmenting power produced from gas turbines
EP1827656B1 (en) Method for removing and recovering co2 from an exhaust gas
US20040103637A1 (en) Power system and method
JPH09166028A (en) Open gas turbine conducting intermediate cooling during exhaust-heat recovery and compression
RU2373403C1 (en) Electric power station steam-gas unit
CN1271404A (en) Gas turbine power generation equipment and air humidifying apparatus
CN105317484A (en) Method for saving energy by vacuum power
CN104641079A (en) Method for operating a combined cycle power plant and combined cycle power plant for using such method
CN100430583C (en) Humid air turbine cycle with carbon dioxide recovery
AU2020200018A1 (en) System and method for recycling condensed water produced in air compressor cooler
RU2286943C2 (en) Method of intensification of the installation for production of nitric acid
CN208192103U (en) A kind of tobacco humidifying machine pumped vacuum systems
CN104213984A (en) Method and device for reducing IGCC circulating cooling water temperature by using polluted nitrogen
CN103114913B (en) Method for cooling gas turbine inlet gas by indirect evaporation
RU2123610C1 (en) Process increasing energy produced by gas turbine
RU2194870C2 (en) Method of operation and design of gas turbine plant with complex system of deep recovery of heat and production of harmful effluents
JPH11142067A (en) Air-cooled steam condensing apparatus and method for operating it
CA1091574A (en) Humidification and heating of gases
RU2605879C2 (en) Power plant combined-cycle plant
RU2362022C1 (en) Cobmined cycle gas turbine unit for electrical power plant
CA2479985A1 (en) Enhanced energy conversion system from a fluid heat stream
US20230134621A1 (en) Carbon Capture System and Method with Exhaust Gas Recirculation
US11852074B1 (en) Combined cycle power plants with exhaust gas recirculation intercooling
RU2238415C2 (en) Combined-cycle plant

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20071208