RU2821949C1

RU2821949C1 - Method and reactor for catalytic oxidation of ammonia

Info

Publication number: RU2821949C1
Application number: RU2022112640A
Authority: RU
Inventors: Якопо Череа; Эрманно Филиппи; Лука РЕДАЭЛЛИ; Паскуале ТАЛАРИКО
Original assignee: Касале Са
Priority date: 2019-10-25
Filing date: 2020-09-16
Publication date: 2024-06-28

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: invention relates to a method and a reactor for oxidising ammonia, particularly for producing nitric acid. Described is a method for catalytic oxidation of ammonia, involving: passing ammonia-containing gas (10), in the presence of oxygen, through catalyst (5) contained in reactor (1), wherein the catalyst is suitable for activating ammonia oxidation, thereby forming a process gas containing nitrogen oxides; and cooling the process gas in the reactor using the tubular heat exchanger (6), inside the tubes of which boiling water passes, and the process gas passes in the annular space surrounding the tubes, so that the process gas transfers heat to the outer surfaces of the tubes, wherein part (13) of process gas is directed as bypass flow of process gas along bypass path (7) provided in reactor and intended for at least partial bypass of heat exchange apparatus, said bypassed process gas stream after passing through the bypass path is mixed with cooled gas (12) passing through the heat exchanger, wherein flow rate of said bypassed process gas flow is controlled by at least one valve 9 in compliance with preset temperature of mixed process gas at reactor outlet. Also described is a reactor adapted for catalytic oxidation of ammonia, and a method of producing nitric acid, comprising oxidising ammonia using said method to obtain a process gas containing nitrogen oxides, and then forming nitric acid by absorbing nitrogen oxides in water.

EFFECT: creation of an efficient system for accurate and continuous control of temperature of process gas at the outlet of a reactor intended for oxidation of ammonia, in particular for production of nitric acid.

16 cl, 5 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Настоящее изобретение относится к способу и реактору для окисления аммиака, в частности для производства азотной кислоты.The present invention relates to a method and reactor for the oxidation of ammonia, in particular for the production of nitric acid.

Уровень техникиState of the art

Промышленное производство азотной кислоты включает по существу каталитическое окисление аммиака на подходящем катализаторе для получения газа, содержащего оксиды азота, и последующие шаги охлаждения и абсорбции, в которых этот газ взаимодействует с водой. Затем осуществляют абсорбцию диоксида азота (NO₂), содержащегося в газе, водой с соответствующей реакцией для получения азотной кислоты.Industrial production of nitric acid involves essentially the catalytic oxidation of ammonia on a suitable catalyst to produce a gas containing nitrogen oxides, and subsequent cooling and absorption steps in which this gas is reacted with water. The nitrogen dioxide (NO ₂ ) contained in the gas is then absorbed into water and reacted appropriately to produce nitric acid.

В качестве катализатора окисления аммиака обычно используется катализаторная сетка из платины и родия (Pt-Rh), однако может также использоваться катализатор на основе кобальта или другие катализаторы в общей сетчатой корзине.The ammonia oxidation catalyst is typically a platinum-rhodium (Pt-Rh) catalyst mesh, but a cobalt-based catalyst or other catalysts in a common mesh basket may also be used.

Окисление аммиака представляет собой в высокой степени экзотермическую реакцию, которую осуществляют при температуре 840-920°С и под давлением 1-15 бар абс. В результате окисления аммиака получают технологический газ, который содержит в основном азот, оксиды азота, указываемые как NO_x, преимущественно NO и NO₂, и закись азота (N₂O). На стадии абсорбции получают в качестве продукта поток азотной кислоты и хвостовые газы, содержащие в основном азот, N₂O и остаточные оксиды NO_x, которые могут быть удалены на последующем шаге очистки от загрязнений (третичная очистка). Закись азота N₂O ничего не дает в плане получения азотной кислоты и также может быть удалена из газа перед осуществлением шага абсорбции (вторичная очистка).Ammonia oxidation is a highly exothermic reaction, which is carried out at a temperature of 840-920°C and under a pressure of 1-15 bar abs. The oxidation of ammonia produces a process gas that contains primarily nitrogen, nitrogen oxides, indicated as _NOx , predominantly NO and _NO2 , and nitrous oxide ( _N2O ). The absorption step produces as a product a nitric acid stream and tail gases containing mainly nitrogen, N ₂ O and residual NO _x oxides, which can be removed in a subsequent decontamination step (tertiary treatment). Nitrous oxide _N2O does not contribute anything to the production of nitric acid and can also be removed from the gas before the absorption step (secondary purification) is carried out.

Окисление аммиака обычно осуществляют в реакторе, указываемом как устройство для сжигания аммиака, которое содержит слой катализатора (например, катализаторную сетку) или сетчатую корзину с катализатором и теплообменный аппарат, предназначенный для охлаждения горячего технологического газа, выходящего из слоя катализатора. Этот теплообменный аппарат, который может включать группу теплообменников, обычно указывается как котел-утилизатор (КУ) тепла отходящих газов и может обеспечивать использование части тепла, выделяющегося в процессе реакции, например, для получения пара или подогрева хвостовых газов.Ammonia oxidation is typically carried out in a reactor, referred to as an ammonia combustion apparatus, which contains a catalyst bed (eg, a catalyst mesh) or a catalyst mesh basket and a heat exchanger configured to cool the hot process gas exiting the catalyst bed. This heat exchanger, which may include a group of heat exchangers, is usually referred to as a waste heat recovery boiler (HRB) and can provide use of some of the heat generated in the reaction process, for example, to produce steam or preheat the tail gases.

КУ расположен ниже по потоку каталитического слоя. Например, в вертикальном устройстве сжигания аммиака катализаторная сетка расположена в верхней части реактора, и КУ расположен под катализатор ной сеткой.The HRSG is located downstream of the catalytic layer. For example, in a vertical ammonia combustion device, the catalyst grid is located at the top of the reactor, and the HRSG is located under the catalyst grid.

Температура технологического газа на выходе КУ должна поддерживаться в заданном диапазоне для обеспечения возможности надежной работы оборудования, расположенного ниже по потоку, и для максимизации утилизации отходящего тепла. Температура технологического газа на выходе может также влиять на рабочую температуру систем третичной очистки для удаления N₂O и/или NO_x и, соответственно, на эффективность их работы. В наше время заводы, производящие азотную кислоту, должны соблюдать все более ужесточающиеся требования к выбросам в атмосферу газов, создающих парниковый эффект, что требует эффективного регулирования температуры хвостовых газов на входе системы очистки.The process gas temperature at the HRSG outlet must be maintained within a specified range to enable reliable operation of downstream equipment and to maximize waste heat recovery. The process gas outlet temperature can also affect the operating temperature of tertiary treatment systems for N ₂ O and/or NO _x removal and, therefore, their efficiency. Nowadays, nitric acid plants must comply with increasingly stringent greenhouse gas emission requirements, which requires effective control of the tail gas temperature at the inlet of the treatment system.

Однако тепло, отдаваемое в КУ, то есть передаваемое охлаждающей среде, такой как кипящая вода или хвостовые газы, зависит от ряда факторов. В частности, на теплопередачу влияют отложения на теплообменных поверхностях, в результате чего постепенно уменьшается коэффициент теплообмена. Кроме того, рабочие характеристики оборудования завода могут быть изменены на протяжении всего срока его эксплуатации, в результате чего изменяется эффективность работы КУ.However, the heat lost in the HRSG, that is, transferred to a cooling medium such as boiling water or tail gases, depends on a number of factors. In particular, heat transfer is affected by deposits on heat transfer surfaces, resulting in a gradual decrease in heat transfer coefficient. In addition, the performance characteristics of plant equipment can be changed throughout its life, resulting in changes in the efficiency of the HRSG.

Для компенсации влияния указанных отложений теплообменные поверхности обычно рассчитывают с определенным запасом, однако в этом случае следует считаться с избыточным охлаждением технологического газа на начальном этапе работы КУ. Однако раньше или позже отложения приведут к падению теплообмена ниже оптимального уровня, и количество передаваемого тепла уменьшится ниже заданной (расчетной) величины.To compensate for the influence of these deposits, heat exchange surfaces are usually designed with a certain margin, but in this case one must take into account excessive cooling of the process gas at the initial stage of HRSG operation. However, sooner or later, deposits will lead to a drop in heat transfer below the optimal level, and the amount of heat transferred will decrease below a given (calculated) value.

Отложения могут быть удалены с помощью периодической чистки КУ, однако такая чистка представляет собой дорогостоящую операцию и требует остановки устройства сжигания аммиака. Поэтому существует потребность в сокращении частоты таких чисток в рамках работ по техническому обслуживанию.The deposits can be removed by periodic cleaning of the HRSG, but such cleaning is expensive and requires shutting down the ammonia combustion unit. There is therefore a need to reduce the frequency of such cleaning as part of maintenance work.

Принимая во внимание вышеуказанные проблемы, была предложена специальная конструкция КУ. Она может включать подачу другой охлаждающей среды, например кипящей воды вместо циркулирующей питательной воды, в часть теплообменного аппарата, например в нижнюю часть змеевика КУ. Однако такое решение связано с большими затратами, требует остановки работы устройства и обеспечивает лишь ступенчатое регулирование, то есть, не обеспечивается возможность точного и непрерывного (плавного) регулирования температуры технологического газа на выходе.Taking into account the above problems, a special design of the HRSG was proposed. This may involve supplying a different cooling medium, such as boiling water instead of circulating feed water, to a portion of the heat exchanger, such as the bottom of the HRSG coil. However, such a solution is associated with high costs, requires stopping the operation of the device and provides only step control, that is, it does not provide the possibility of accurate and continuous (smooth) control of the temperature of the process gas at the outlet.

В патенте US 3753662 раскрывается реактор для экзотермических реакций, включающий ряд слоев катализатора с промежуточными теплообменниками.US Pat. No. 3,753,662 discloses a reactor for exothermic reactions comprising a series of catalyst beds with intermediate heat exchangers.

Раскрытие изобретенияDisclosure of the Invention

Целью настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков с помощью предлагаемой эффективной системы для точного и непрерывного регулирования температуры технологического газа на выходе реактора, предназначенного для окисления аммиака, в частности, для производства азотной кислоты.The aim of the present invention is to eliminate the above-mentioned disadvantages by means of the proposed effective system for precise and continuous control of the temperature of the process gas at the outlet of a reactor intended for the oxidation of ammonia, in particular for the production of nitric acid.

Указанная цель достигается с помощью способа и реактора для каталитического окисления аммиака в соответствии с формулой изобретения.This goal is achieved using a method and reactor for the catalytic oxidation of ammonia in accordance with the claims.

Способ по настоящему изобретению осуществляют в реакторе окисления аммиака, также указываемом как устройство для сжигания аммиака. Реактор содержит катализатор, пригодный для окисления аммиака в присутствии кислорода. В изобретении обеспечивается направление части технологического газа, содержащего NO_x и полученного в результате окисления аммиака, по обходному пути в устройстве сжигания аммиака, чтобы обойти по меньшей мере частично стадию охлаждения в трубчатом теплообменном аппарате, расположенном ниже по потоку слоя катализатора.The method of the present invention is carried out in an ammonia oxidation reactor, also referred to as an ammonia combustion device. The reactor contains a catalyst suitable for the oxidation of ammonia in the presence of oxygen. The invention provides for directing a portion of the _NOx- containing process gas resulting from the oxidation of ammonia through a bypass path in the ammonia combustion apparatus to bypass at least partially the cooling step in a tubular heat exchanger located downstream of the catalyst bed.

Теплообменный аппарат представляет собой водотрубное устройство, то есть, внутри труб циркулирует кипящая вода, а горячий технологический газ проходит в межтрубном пространстве, обтекая трубы. Межтрубное пространство может быть охвачено оболочкой самого устройства сжигания аммиака. Теплообменный аппарат может включать один или более теплообменников.The heat exchanger is a water-tube device, that is, boiling water circulates inside the pipes, and hot process gas passes in the inter-tube space, flowing around the pipes. The annulus may be enclosed by the shell of the ammonia combustion device itself. The heat exchange apparatus may include one or more heat exchangers.

Байпасируемая часть газа (направляемая в обход теплообменного аппарата), таким образом, формирует горячий поток с температурой, превышающей температуру остальной части технологического газа. Этот горячий поток перемешивается с остальным "холодным" газом (охлажденным в результате прохождения через теплообменный аппарат) после обхода теплообменного аппарата.The bypassed part of the gas (directed bypassing the heat exchanger) thus forms a hot stream with a temperature higher than the temperature of the rest of the process gas. This hot stream is mixed with the remaining "cold" gas (cooled by passing through the heat exchanger) after bypassing the heat exchanger.

Расход байпасируемой части технологического газа, который может быть указан как расход байпасируемого потока, регулируют с помощью по меньшей мере одной арматуры в соответствии с заданной температурой смешанного технологического газа на выходе реактора. Температура полученного смешанного газа может регулироваться и поддерживаться в заданном диапазоне относительно заданной температуры путем изменения расхода газа, направляемого в обход теплообменного аппарата. Например, заданная температура может находиться в диапазоне 300-500°С, и вышеуказанный диапазон может составлять +/- 10°С от величины заданной температуры.The flow rate of the bypassed portion of the process gas, which may be specified as the bypass flow rate, is controlled by at least one valve in accordance with a predetermined temperature of the mixed process gas at the reactor outlet. The temperature of the resulting mixed gas can be controlled and maintained within a predetermined range relative to a predetermined temperature by varying the gas flow rate bypassing the heat exchanger. For example, the set temperature may be in the range of 300-500°C, and the above range may be +/- 10°C from the set temperature value.

Может осуществляться работа системы для обеспечения точного и непрерывного регулирования температуры на выходе КУ и более широкого диапазона изменения действующей мощности завода, а именно, от примерно 130% до 50% расчетной мощности по сравнению с сегодняшними возможностями стандартного изменения в диапазоне от примерно 110% до 70%. Обходной путь может включать один или более обходных каналов, которые могут обеспечивать полный или частичный обход теплообменного аппарата. Если теплообменный аппарат имеет радиальную симметрию, как, например, в случае в целом цилиндрической или кольцевой формы, обходной канал может обеспечиваться по центру и/или на периферии теплообменного аппарата. В некоторых вариантах теплообменный аппарат может включать несколько модулей или секций, и обходной путь может быть организован таким образом, чтобы обеспечивался обход только нескольких модулей, предпочтительно последнего модуля или последних последовательных модулей.The system can be operated to provide accurate and continuous control of the HRSG outlet temperature and a wider range of plant operating capacity, namely from approximately 130% to 50% of design capacity, compared to today's standard variation capabilities of approximately 110% to 70 %. The bypass path may include one or more bypass passages that may provide complete or partial bypass of the heat exchanger. If the heat exchanger has radial symmetry, such as in the case of a generally cylindrical or annular shape, a bypass channel may be provided at the center and/or periphery of the heat exchanger. In some embodiments, the heat exchanger may include multiple modules or sections, and the bypass path may be designed to bypass only a few modules, preferably the last module or last modules in series.

Предпочтительно перемешивание горячего и холодного газа происходит ниже по потоку теплообменного аппарата. После перемешивания полученный перемешанный газ выходит из реактора в качестве технологического газа с регулируемой температурой на выходе.Preferably, mixing of hot and cold gas occurs downstream of the heat exchanger. After stirring, the resulting stirred gas leaves the reactor as process gas with a controlled outlet temperature.

Реактор может быть снабжен средствами перемешивания для улучшения процесса перемешивания горячего и холодного газа. Средства перемешивания могут обеспечиваться, например, на выходе обходного канала (каналов) и/или встроены в трубу выпуска газа из реактора. Подходящие средства перемешивания могут включать статический смеситель, дефлектор или смесительное устройство.The reactor may be equipped with mixing means to improve the mixing of hot and cold gas. The mixing means may be provided, for example, at the outlet of the bypass channel(s) and/or built into the gas outlet pipe from the reactor. Suitable mixing means may include a static mixer, baffle or mixing device.

Предпочтительный вариант включает: определение температуры технологического газа на выходе реактора, например, с помощью подходящего датчика температуры газа на выходе, и регулирование расхода байпасируемого потока в соответствии с этой температурой. В предпочтительном варианте может обеспечиваться контур регулирования температуры для обеспечения полностью автоматического регулирования температуры технологического газа на выходе.A preferred option includes: determining the temperature of the process gas at the outlet of the reactor, for example, using a suitable outlet gas temperature sensor, and adjusting the bypass flow rate in accordance with this temperature. Preferably, a temperature control loop may be provided to provide fully automatic control of the process gas outlet temperature.

Расход байпасируемого потока регулируется одной или более (трубопроводной) арматурой для регулирования расхода. В вариантах с несколькими обходными каналами для каждого канала может обеспечиваться одна арматура для регулирования расхода. Могут использоваться арматуры известных типов, например пробковые клапаны.The flow of the bypass flow is controlled by one or more (piping) flow control fittings. In multiple bypass options, one flow control valve may be provided for each bypass. Known types of fittings, for example plug valves, can be used.

Если обеспечивается несколько обходных каналов, то регулирование расхода в каждом канале может осуществляться независимо от других каналов. Соответственно, в одном из вариантов обеспечивается группа обходных каналов и группа арматур для регулирования расхода, включающая по меньшей мере одну арматуру для каждого канала, и положение арматур(ы) каждого канала регулируется независимо от положения арматур(ы) других каналов.If several bypass channels are provided, then the flow control in each channel can be carried out independently of the other channels. Accordingly, in one embodiment, a group of bypass channels and a group of flow control valves are provided, including at least one valve for each channel, and the position of the valve(s) of each channel is adjusted independently of the position of the valve(s) of other channels.

Расход байпасируемого потока может быть уменьшен или вообще прекращен (то есть, весь технологический газ пропускают через теплообменный аппарат) на стадии запуска зажигания, так что теплообменный аппарат передает тепло от воды, циркулирующей в КУ, технологическому газу для его предварительного нагрева. Это может осуществляться для ускорения нагрева и сокращения времени нагрева оборудования, находящегося ниже по потоку, в том числе для ускорения запуска реактора удаления NO_x и N₂O, расположенного ниже по потоку. Затем расход байпасируемого потока может быть восстановлен после зажигания для регулирования температуры технологического газа на выходе.The bypass flow may be reduced or stopped altogether (that is, all the process gas is passed through the heat exchanger) during the ignition startup stage, so that the heat exchanger transfers heat from the water circulating in the HRSG to the process gas to preheat it. This may be done to speed up heating and reduce the heating time of downstream equipment, including speeding up the start-up of a downstream NO _x and N ₂ O removal reactor. The bypass flow can then be restored after ignition to control the process gas outlet temperature.

Важное достоинство изобретения заключается в том, что температура технологического газа, выходящего из устройства сжигания аммиака, может регулироваться непрерывно (плавно) и точно для поддержания температуры газа в заданном диапазоне, приемлемом для последующих технологических стадий, включая, например, третичную очистку от N₂O, преобразование в азотную кислоту и последующую очистку от оксидов NO_x, содержащихся в хвостовом газе абсорбера.An important advantage of the invention is that the temperature of the process gas leaving the ammonia combustion device can be continuously (smoothly) and accurately controlled to maintain the gas temperature in a given range acceptable for subsequent process stages, including, for example, tertiary N ₂ O removal , conversion to nitric acid and subsequent purification from _NOx oxides contained in the absorber tail gas.

Расход байпасируемого потока может осуществляться с учетом технологических режимов, текущей нагрузки и характеристик работы теплообменного аппарата. Поэтому работа всей системы может адаптироваться к количеству отложений, которые постепенно снижают коэффициент теплообмена. Понятно, что изобретение обеспечивает возможность снижения частоты чисток в рамках техобслуживания.The flow rate of the bypassed flow can be carried out taking into account technological conditions, current load and operating characteristics of the heat exchanger. Therefore, the operation of the entire system can adapt to the amount of deposits, which gradually reduces the heat transfer coefficient. It will be understood that the invention makes it possible to reduce the frequency of cleaning as part of maintenance.

Другое достоинство изобретения заключается в повышении гибкости процесса.Another advantage of the invention is to increase the flexibility of the process.

Другое достоинство заключается в том, что изобретение может быть применено для модернизации существующих водотрубных котлов-утилизаторов тепла отходящих газов для точного регулирования температуры на выходе в случае увеличения производительности или в случае установки катализатора очистки ниже по потоку, для которого необходима более высокая и точно регулируемая рабочая температура.Another advantage is that the invention can be applied to retrofit existing water-tube waste heat boilers to accurately control the outlet temperature in the case of increasing capacity or in the case of installing a downstream treatment catalyst that requires a higher and more precisely controlled operating temperature. temperature.

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

На фиг.1-5 приведены схемы устройств для сжигания аммиака в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения. Подробное описание осуществления изобретенияFigures 1-5 show diagrams of devices for burning ammonia in accordance with some embodiments of the invention. Detailed Description of the Invention

На фиг.1 показана схема устройства 1 для сжигания аммиака, включающего: цилиндрическую оболочку 2, впускное отверстие 3 для газа, выпускное отверстие 4 для газа, подходящий катализатор внутри оболочки, такой как, например, катализаторная сетка 5, теплообменник или котелутилизатор (КУ) тепла отходящих газов, указанный номером 6, обходной (байпасный) канал 7, зону 8 перемешивания.Figure 1 shows a diagram of a device 1 for burning ammonia, including: a cylindrical shell 2, a gas inlet 3, a gas outlet 4, a suitable catalyst inside the shell, such as, for example, a catalyst mesh 5, a heat exchanger or a waste heat recovery unit (HRU). heat of exhaust gases, indicated by number 6, bypass (bypass) channel 7, mixing zone 8.

Катализаторная сетка 5 предпочтительно представляет собой сетку из платины и родия с мелкими ячейками.The catalyst mesh 5 is preferably a fine mesh platinum-rhodium mesh.

Обходной канал 7, обеспечиваемый по центру КУ 6, имеет по существу цилиндрическую форму и радиально симметричен. Этот канал представляет собой обходной путь, обеспечивающий обход КУ 6 для газа, выходящего из катализатора 5.The bypass channel 7 provided in the center of the HRV 6 has a substantially cylindrical shape and is radially symmetrical. This channel is a bypass path that bypasses the KU 6 for the gas leaving the catalyst 5.

Арматура 9 регулирования потока обеспечивается для регулирования расхода байпасируемого потока в обходном канале 7. В рассматриваемом примере арматура 9 расположена в нижней части канала 7. Двухсторонняя стрелка на фиг.1 показывает, что арматура 9 может открывать и закрывать нижнее отверстие канала 7.A flow control valve 9 is provided to regulate the flow of bypass flow in the bypass channel 7. In the example considered, the valve 9 is located at the bottom of the channel 7. The double-sided arrow in Fig. 1 indicates that the valve 9 can open and close the lower opening of the channel 7.

Зона 8 перемешивания расположена ниже по потоку КУ 6 и выше выпускного отверстия 4 для газа.Mixing zone 8 is located downstream of KU 6 and above the gas outlet 4.

В процессе работы свежую смесь 10, содержащую аммиак и кислород, подают через впускное отверстие 3 для газа. Кислород может подаваться с соответствующим носителем, таким как воздух или воздух, содержащий кислород, или в форме чистого кислорода. Эта смесь 10 реагирует каталитически на катализаторе 5, в результате чего формируется технологический газ, содержащий оксиды NO_x. Часть технологического газа, указанная линиями 11 потока, проходит через КУ 6 для получения охлажденного газа 12, поступающего в зону 8 перемешивания.During operation, a fresh mixture 10 containing ammonia and oxygen is supplied through the gas inlet 3. The oxygen may be supplied with a suitable carrier such as air or air containing oxygen, or in the form of pure oxygen. This mixture 10 reacts catalytically on the catalyst 5, resulting in the formation of a process gas containing NO _x oxides. A portion of the process gas, indicated by flow lines 11, passes through HRSG 6 to produce cooled gas 12 entering mixing zone 8.

КУ 6 содержит теплообменные элементы, например трубы или пластины, через которые проходит кипящая вода или другая охлаждающая среда (не показано).KU 6 contains heat exchange elements, for example pipes or plates, through which boiling water or other cooling medium passes (not shown).

Байпасируемая часть 13 технологического газа обходит теплообменные элементы КУ 6, проходя по каналу 7, и поступает непосредственно в зону 8 перемешивания. Эта байпасируемая часть 13 газа представляет собой по существу неохлажденную часть, и поэтому ее температура выше, чем температура газа 12. Количество байпасируемой части 13 газа, проходящей по каналу 7, регулируется положением арматуры 9.The bypassed part 13 of the process gas bypasses the heat exchange elements of the heat exchanger 6, passing through channel 7, and enters directly into the mixing zone 8. This bypassed gas portion 13 is a substantially uncooled portion and therefore its temperature is higher than the temperature of the gas 12. The amount of bypassed gas portion 13 passing through the channel 7 is controlled by the position of the valve 9.

В зоне 8 перемешивания горячий байпасируемый газ 13 смешивается с охлажденным газом 12. В результате перемешивания потоков 12 и 13 формируется газ 14, который выходит из устройства 1 через выпускное отверстие 4. Таким образом, температура получаемого газа 14 на выходе регулируется расходом газа, проходящего по каналу 7, который определяется положением арматуры 9. На фиг.2 иллюстрируется вариант, в котором обходные каналы расположены по периферии КУ. Например, на фиг.2 показаны два обходных канала 7.1 и 7.2 и соответствующие арматуры 9.1 и 9.2. Каждая арматура 9.1, 9.2 регулирует независимо друг от друга расходы 13.1, 13.2 газа через соответствующие обходные каналы 7.1, 7.2.In mixing zone 8, hot bypassed gas 13 is mixed with cooled gas 12. As a result of mixing flows 12 and 13, gas 14 is formed, which exits device 1 through outlet 4. Thus, the temperature of the resulting gas 14 at the outlet is regulated by the flow rate of the gas passing through channel 7, which is determined by the position of the fittings 9. Figure 2 illustrates an option in which the bypass channels are located along the periphery of the HRSG. For example, figure 2 shows two bypass channels 7.1 and 7.2 and the corresponding fittings 9.1 and 9.2. Each fitting 9.1, 9.2 independently regulates gas flow rates 13.1, 13.2 through the corresponding bypass channels 7.1, 7.2.

На фиг.3 иллюстрируется вариант, аналогичный варианту фиг.1, с аксиальным обходным каналом, в котором КУ 6 включает две раздельные секции 6.1 и 6.2, и обходной канал 7 проходит лишь через вторую секцию 6.2.Figure 3 illustrates an option similar to that of Figure 1, with an axial bypass channel, in which the CU 6 includes two separate sections 6.1 and 6.2, and the bypass channel 7 passes only through the second section 6.2.

На фиг.4 иллюстрируется вариант фиг.2 с двухсекционным теплообменником 6, содержащим секции 6.1 и 6.2.Figure 4 illustrates a variant of figure 2 with a two-section heat exchanger 6 containing sections 6.1 and 6.2.

На фиг.5 приведена схема реактора фиг.1 с контуром регулирования температуры. Температура газа 14 на выходе реактора измеряется датчиком 15, который обеспечивает соответствующий сигнал 16 в систему 17 управления. Система 17 управления вычисляет положение арматуры 9 на основе сигнала 16 и требуемой температуры газа на выходе и управляет арматурой 9 с помощью сигнала 18 положения арматуры. Положение арматуры 9 определяет величину расхода потока 13 газа и, соответственно, температуру газа 14, которая является результатом перемешивания неохлажденного потока 13 и охлажденного потока 12.Figure 5 shows a diagram of the reactor of Figure 1 with a temperature control loop. The temperature of the gas 14 at the reactor outlet is measured by a sensor 15, which provides a corresponding signal 16 to the control system 17. The control system 17 calculates the position of the valve 9 based on the signal 16 and the desired outlet gas temperature and controls the valve 9 using the valve position signal 18 . The position of the valve 9 determines the flow rate of the gas stream 13 and, accordingly, the temperature of the gas 14, which is the result of mixing the uncooled stream 13 and the cooled stream 12.

Понятно, что в настоящем изобретении обеспечивается регулирование температуры газа на выходе в реальном режиме времени, так что можно поддерживать эту температуру в узком диапазоне относительно заданной величины. Контур управления, показанный на фиг.5, применим к другим вариантам изобретения, например, к показанным на фиг.1-4.It will be understood that the present invention provides real-time control of the outlet gas temperature so that the temperature can be maintained within a narrow range relative to a predetermined value. The control loop shown in FIG. 5 is applicable to other embodiments of the invention, such as those shown in FIGS. 1-4.

Claims

1. A method for the catalytic oxidation of ammonia, comprising: passing an ammonia-containing gas (10), in the presence of oxygen, through a catalyst (5) contained in a reactor (1), wherein the catalyst is suitable for promoting the oxidation of ammonia, resulting in the formation of a process gas containing nitrogen oxides; and cooling the process gas in the reactor using a tubular heat exchanger (6), inside the tubes of which boiling water passes, and the process gas passes in the annulus surrounding the tubes, so that the process gas transfers heat to the outer surfaces of the tubes,

characterized in that:

part (13) of the process gas is directed as a bypass flow of process gas along a bypass path (7) provided in the reactor and designed to at least partially bypass the heat exchanger,

the specified bypassed flow of process gas, after passing through the bypass path, is mixed with the cooled gas (12) passed through the heat exchanger,

wherein the flow rate of said bypassed process gas flow is controlled by at least one fitting (9) in accordance with the predetermined temperature of the mixed process gas at the reactor outlet.

2. The method according to claim 1, wherein the heat exchanger has radial symmetry and the bypass path includes at least one bypass channel extending axially through the center of the heat exchanger and/or at least one bypass channel at the periphery of the heat exchanger.

3. The method according to claim 1 or 2, wherein the heat exchanger includes a group of individual modules (6.1, 6.2), and the bypass path is configured to bypass at least one of the modules.

4. The method of claim 3, wherein the modules are arranged in series such that process gas passes through them in series, and the bypass path is designed to bypass only a subset (6.2) of the series modules (6.1, 6.2).

5. The method of claim 4, wherein the subgroup of sequential modules to be traversed contains the last module, and more preferably, the subgroup contains only the last module.

6. The method according to any of the previous paragraphs, in which mixing of the bypassed process gas flow with the cooled gas (12) occurs downstream of the heat exchanger.

7. A method as claimed in any one of the preceding claims, comprising measuring the temperature of a process gas at the outlet of the reactor and adjusting the flow rate of the bypassed process gas flow in accordance with the measured outlet temperature.

8. A method as claimed in any one of the preceding claims, wherein the flow rate of the bypassed process gas flow is continuously controlled.

9. The method as claimed in any one of the preceding claims, wherein the flow rate of the bypassed process gas flow is reduced or temporarily stopped during the ignition start-up stage to accelerate heating and shorten the reactor ignition start-up time, and the flow rate is restored after ignition.

10. A reactor adapted for the catalytic oxidation of ammonia, containing:

a catalyst layer (5), preferably in the form of a network of platinum and rhodium, adapted to activate the oxidation of ammonia in the presence of oxygen;

a heat exchanger (6) located in the reactor downstream of the catalyst bed and suitable for cooling the gas obtained after passing through the catalyst, the heat exchanger having an in-tube space for the passage of boiling water and an annulus for the passage of process gas;

at least one bypass channel (7) designed to provide a bypass path allowing at least a portion of the process gas to bypass the heat exchanger as a bypassed process gas flow;

a mixing zone (8) in which the bypassed process gas flow coming from said at least one bypass channel is mixed with the cooled process gas passing through the heat exchanger;

fittings (9) configured to regulate the flow of the bypassed process gas flow through said at least one bypass channel;

control system (17), configured to control the valves and, accordingly, the flow rate of the bypassed process gas flow in the specified at least one bypass channel in accordance with the specified temperature of the mixed gas.

11. The reactor according to claim 10, additionally containing a layer of catalyst for removing N ₂ O.

12. The reactor according to claim 10 or 11, wherein the heat exchanger has radial symmetry, and said at least one bypass channel includes a bypass channel extending axially through the center of the heat exchanger and/or at the periphery of the heat exchanger.

13. Reactor according to any one of paragraphs. 10-12, in which the heat exchanger includes a group of individual modules, and the bypass channel is configured to bypass at least one of the modules.

14. The reactor of claim 13, wherein the modules are arranged in series such that the produced gas can pass through them in series and the second gas stream bypasses only a subset of the series modules, which preferably includes the last module or only the last module.

15. Reactor according to any one of paragraphs. 10-14, having at least one temperature sensor installed to measure the temperature of the gas at the outlet of the reactor, and the control system is configured to regulate the flow rate in the at least one bypass channel in accordance with the measured temperature of the gas at the outlet.

16. A method for producing nitric acid, including the oxidation of ammonia by the method according to any one of claims. 1-9 to produce process gas containing nitrogen oxides, and the subsequent formation of nitric acid by absorption of nitrogen oxides in water.