Схема технологического процесса производства азотной кислоты на агрегате АК-72 приведена на рисунке 5.1.
Сжатый воздух разделяется на два потока, из которых основной поток направляется в аппараты окисления аммиака, а второй поток в продувочную колонну.
Жидкий аммиак испаряется за счет тепла циркулирующей воды, затем очищается в фильтре, нагревается и смешивается с воздухом в смесителе, встроенном в контактный аппарат. Аммиачно-воздушная смесь подвергается дополнительной очистке в фильтре, встроенном в контактный аппарат.
Окисление аммиака осуществляется в контактном аппарате на катализаторных сетках.
Горячий нитрозный газ охлаждается последовательно в котле-утилизаторе, экономайзере, подогревателе химически очищенной воды, холодильнике-конденсаторе. Охлажденный нитрозный газ поступает в газовый промыватель, где отмывается от нитрит-нитратных солей и отделяется от сконденсировавшейся слабой азотной кислоты, направляется в нитрозный нагнетатель, сжимается, затем последовательно охлаждается в подогревателе питательной воды, холодильнике-конденсаторе и поступает в абсорбционную колонну. Абсорбционная колонна орошается очищенной водой и азотной кислотой из газового промывателя. Продукционная 60%-ная азотная кислота поступает в продувочную колонну, где из нее воздухом отдувают растворенные оксиды азота, и далее самотеком направляется в хранилища склада.
Выхлопной газ из абсорбционной колонны направляется в подогреватель и далее поступает в реактор каталитической очистки, где на двухступенчатом катализаторе при избытке природного газа происходит восстановление оксидов азота до азота с одновременным нагревом выхлопного газа до 780°С. Содержание в очищенном выхлопном газе после реактора не превышает 0,005 об.%. Горячий выхлопной газ направляется в рекуперационную газовую турбину. Энергия расширения горячего выхлопного газа расходуется на сжатие воздуха и нитрозного газа. Расширенный выхлопной газ из турбины поступает в подогреватель неочищенного выхлопного газа, охлаждается и выбрасывается через выхлопную трубу в атмосферу.
Рисунок 5.1 - Схема технологического процесса АК-72
Описание технологического процесса приведено в таблице 5.2, материальный баланс - в таблице 5.3, энергетический баланс - в таблице 5.4, перечень основного оборудования - в таблице 5.5.
Таблица 5.2 - Описание технологического процесса АК-72
Входной поток | Подпроцесс | Выходной поток | Основное технологическое оборудование | Эмиссии (наиме- |
Атмосферный воздух | Фильтрация и сжатие воздуха | Сжатый атмосферный воздух | Фильтр воздуха | Отработанные фильтровальные материалы |
Жидкий аммиак | Испарение жидкого аммиака под давлением | Газообразный аммиак | Испарители, фильтр, теплообменник | Отработанные фильтровальные материалы |
Газообразный аммиак | Смешение аммиака и воздуха | Нитрозный газ | Реактор (контактный аппарат) | |
Нитрозный газ | Охлаждение нитрозного газа в котле-утилизаторе и в экономайзере с выработкой водяного пара | Нитрозный газ | Котел-утилизатор | |
Питательная химочищенная вода | Охлаждение нитрозного газа | Нитрозный газ | Подогреватель химочищенной воды | - |
Нитрозный газ | Конденсация водяных паров нитрозного газа с образованием азотной кислоты | Нитрозный газ | Холодильник-конденсатор | - |
Нитрозный газ | Сжатие нитрозного газа | Нитрозный газ | Нитрозный нагнетатель в составе комплексного машинного агрегата ГТТ-12 | |
Сжатый нитрозный газ | Охлаждение нитрозного газа и нагрев деаэрированной питательной воды | Нитрозный газ | Витой теплообменник | - |
Нитрозный газ | Охлаждение нитрозного газа (II ступень) | Нитрозный газ | Кожухотрубчатый теплообменник | - |
Нитрозный газ | Абсорбция | Выхлопной газ | Абсорбционная колонна | - |
Выхлопной неочищенный газ | Нагрев выхлопного газа | Выхлопной неочищенный газ на каталитическую очистку | Двухзонный подогреватель с топкой и конвективным теплообменником | Выхлопной газ в атмосферу с содержанием до 0,008 об.% |
Неочищенный выхлопной газ | Каталитическая очистка выхлопного газа около 760°С природным газом | Очищенный выхлопной газ в газовую турбину | Высокотемпера- |
Таблица 5.3 - Материальный баланс
Расход | Выход | ||||||
Наименование | Единица измерения | На 1 т мнг | Наименование | Единица измерения | На 1 т мнг | ||
Мин. | Макс. | Мин. | Макс. | ||||
Технологический процесс получения азотной кислоты | |||||||
Аммиак | т | 0,287 | 0,294 | Азотная кислота, концентрация 60 масс.% | т | 1,667 | 1,667 |
Воздух | т | 4,95 | 5,07 | ||||
Паровой конденсат на абсорбцию | т | 0,326 | 0,340 | Выхлопной газ после абсорбции | т | 3,896 | 4,037 |
Всего | 5,563 | 5,704 | Всего | 5,563 | 5,704 | ||
Процесс выработки водяного пара | |||||||
Питательная вода (химочищенная, обессоленная) | т | 1,445 | 1,585 | Водяной перегретый пар | т | 1,4 | 1,5 |
Непрерывная продувка в канализацию | т | 0,045 | 0,085 | ||||
Всего | 1,445 | 1,585 | Всего | 1,445 | 1,585 |
Таблица 5.4 - Энергетический (тепловой баланс)
Приход тепла | Расход тепла | ||||||
Наименование | Единица изме- | На 1 т мнг | Наименование | Единица изме- | На 1 т мнг | ||
Мин. | Макс. | Мин. | Макс. | ||||
Природный газ Энергетический эквивалент: теплотворная способность 1 ст. м - 8000 ккал | м тыс. ккал | 83 | 85 | Водяной перегретый пар | тыс. ккал | 1105 | 1185 |
Нагрев оборотной воды на 8°С | тыс. ккал | 960 | 1040 | ||||
Тепло химических реакций | тыс. ккал | 1915 | 1930 | Выхлопной газ в атмосферу | тыс. ккал | 230 | 250 |
Тепло питательной воды t=30°С | тыс. ккал | 54 | 57 | ||||
Тепло атмосферного воздуха | тыс. ккал | 24,0 | 24,8 | Азотная кислота t=50°С | тыс. ккал | 68,0 | 68,0 |
Испарение жидкого аммиака | тыс. ккал | 86,0 | 88,0 | ||||
Всего | 2657 | 2692 | Всего | 2449 | 2631 | ||
Потери | 208 (7,8%) | 61 (2,3%) |
Таблица 5.5 - Основное оборудование
Наименование оборудования | Модель (типоразмер) | Основное | Приро- | Назначение оборудования | Технологические характеристики |
Фильтр атмосферного воздуха | Нестандартный аппарат | + | - | Очистка атмосферного воздуха от механических примесей | Фильтры грубой и тонкой очистки |
Компрессор для сжатия воздуха | В составе ГТТ-12 | + | - | Сжатие воздуха | Q=200 тыс.м/ч |
Испаритель жидкого аммиака | Теплообменник ИТГ-500 | + | - | Испаритель жидкого аммиака | Трубчатый теплообменник |
Реактор окисления аммиака (контактный аппарат) | + | - | Окисление кислородом воздуха до NO Смешение и очистка аммиачно- | Фильтрующий материал - комплексный фильтрующий пакет | |
Котел-утилизатор с экономайзером на нитрозном газе | Тип КН 80/40 | + | - | Утилизация тепла нитрозного газа для выработки водяного пара | Производительность - 80 т/ч перегретого пара |
Подогреватель химочищенной обессоленной воды | Нестандартный теплообменник | + | - | Утилизация тепла нитрозного газа в подогревателе питательной воды | Трубчатый теплообменник |
Холодильник- | Нестандартный теплообменник | + | - | Охлаждение нитрозного газа оборотной водой Конденсация водяных паров нитрозного газа с образованием азотной кислоты | Горизонтальный трубчатый теплообменник |
Промыватель нитрозного газа | Нестандартный аппарат | + | - | Промывка нитрозного газа от аэрозолей нитрит- | Вертикальный аппарат, снабжен ситчатыми тарелками |
Нитрозный нагнетатель | В составе ГТТ-12 | + | - | Сжатие нитрозного газа | Центробежный компрессор с четырьмя ступенями Q=190 тыс.м/ч |
Подогреватель питательной воды | Нестандартный аппарат | + | - | Охлаждение нитрозного газа, нагрев питательной воды | Витой теплообменник |
Холодильник- | Нестандартный теплообменник | + | - | Охлаждение нитрозного газа перед оборотной водой абсорбционной колонной | Горизонтальный трубчатый теплообменник |
Абсорбционная колонна | Нестандартный аппарат | + | - | Абсорбция оксидов азота с образованием продукционной азотной кислоты | Колонна с 45 ситчатыми тарелками, из них 25 - с охлаждающими оборотной водой змеевиками |
Продувочная колонна | Нестандартный аппарат | + | - | Отдувка горячим воздухом растворенных в продукционной кислоте оксидов азота | Колонна с 4 тарелками ситчатого типа |
Подогреватель выхлопного газа | Нестандартный аппарат | + | - | Нагрев выхлопного газа на входе в реактор каталитической очистки теплом очищенного, расширенного в газовой турбине выхлопного газа и природного газа, сжигаемого в топочной части | Двухзонный аппарат печного типа |
Реактор каталитической очистки выхлопного газа | Нестандартный аппарат | + | + | Очистка выхлопного газа после абсорбции от остатков путем их восстановления природным газом на палладированном катализаторе АПК-2 при температуре около 780°С | Горизонтальный реактор с внутренней корзиной для катализатора, с вертикальным смесителем выхлопного газа с природным газом и АВС при пуске |
Газовая турбина | В составе ГТТ-12 | + | - | Рекуперация энергии выхлопного газа, нагретого на входе до 780°С, с расширением до давления, близкого к атмосферному | Турбина с разрезным валом |