Производство азотной кислоты

Инжектор насоса засасывает масло из маслобака и подает его  на всас главного маслонасоса под  некоторым давлением для предохранения  от подсоса воздуха и срыва  работы насосов.

Инжектор смазки также  засасывает масло из маслобака и  направляет его через маслоохладители  в систему смазки под давлением 0,08 – 0,1 МПа (0,8 – 1,0 кгс/см²).

Газотурбинный агрегат ГТТ-3М  автоматически останавливается  при нарушении следующих параметров:

- при аварийном осевом  сдвиге нагнетателя поз. М101^О до 0,35 МПа (3,5 кгс/см²);

- при аварийном сдвиге  турбины поз. М101^Т до 0,35 МПа (3,5 кгс/см²);

- при аварийном повышении  давления воздуха за осевым  компрессором поз. М101^- до 0,3 МПа (3 кгс/см²);

- при аварийном понижении  давления масла в системе смазки  до 0,04 МПа (0,4 кгс/см²);

- при погасании факела  в камере сгорания  поз. М101^- агрегата ГТТ-3М;

- при снижении давления воздуха после осевого компрессора (помпаж) до 0,15 МПа (1,5 кгс/см²);

- при повышении температуры подшипников турбины и нагнетателя до 353 К (80 ^оС);

- при повышении температуры подшипников редуктора и разгонного двигателя до 353 К (80 ^оС);

- при повышении температуры очищенных хвостовых газов перед турбинной (при подорванном регулирующем клапане «РК») до 993К (720 ^оС) через 15 минут – мгновенная остановка при 1033 К (740 ^оС);

- при понижении давления природного газа перед стопорным клапаном до 0,7 МПа (7 кгс/см²);

- при понижении давления масла предельной защиты до 0,35 МПа (3,5 кгс/см²);

- при исчезновении переменного  тока 220 В от инвертора в цепях ГТТ-3М.

 

Подготовка газообразного  аммиака

Жидкий аммиак с давлением 1,3 – 1,4 МПа (13 – 14 кгс/см²) поступает в межтрубное пространство аппарата подготовки аммиака поз. Т204 из заводской сети. Аппарат подготовки газообразного аммиака представляет собой горизонтальную цилиндрическую емкость с размещенным в нем пучком U-образных трубок. Испарение жидкого аммиака происходит за счет подачи пара давлением не более 1,3 МПа (13 кгс/см²) в турбинное пространство аппарата. Давление газообразного аммиака в аппарате до 1,15 МПа (11,5 кгс/см²), температура – 303 К (30 ^оС).

Газообразный аммиак, полученный испарением жидкого, поступает из аппарата подготовки поз. Т204 в фильтр газообразного аммиака поз ф201, где подвергается очистке от масла и механических примесей в двух ситуациях:

1. I ступень очистки – на фильтре из волокна марки БВ6/В;
2. II ступень очистки – на фильтре из картона марки ФМП-1.

Общий газообразный аммиак направляется в подогреватель газообразного аммиака поз. Т205, где нагревается до 353 – 383 К (80 – 110 ^оС) перегретым паром с давлением 0,5 МПа (5 кгс/см²) и температурой до 523 К (250 ^оС).

Подогреватель газообразного  аммиака поз. Т205 представляет собой  вертикальный кожухотрубчатый теплообменник.

Подача пара осуществляется в межтрубное пространство, в трубном  пространстве – газообразный аммиак.

По мере испарения жидкого  аммиака, концентрация масла и механических примесей в кубе аппарата подготовки газообразного аммиака поз. Т204 увеличивается. Во избежание этого предусматривается  непрерывная продувка жидкого аммиака  из аппарата поз. Т204 в сборник кубовых  остатков поз. Х401. Жидкий аммиак, поступающий  в сборник кубовых остатков из аппарата подготовки газообразного  аммиака поз. Т204 и фильтра поз. Ф201, испаряется за счет подогрева паром 0,5 МПа (5 кгс/см²) и выдается в газообразном виде в заводскую сеть с давлением до 0,35 МПа (3,5 кгс/см²),

Масло, примеси, оставшиеся в сборнике кубовых остатков, собираются и направляются на сжигание.

В аварийных случаях жидкий аммиак из аппарата подготовки аммиака  поз. Т204 может быть сдренирован в  аварийную емкость поз. Х402, где  также происходит испарение жидкого  аммиака паром 0,5 МПа (5 кгс/см²) с последующей выдачей газообразного аммиака в заводскую сеть с давлением до 0,35 МПа (3,5 кгс/см²).

Узел подготовки газообразного  аммиака защищен блокировками по снижению температуры газообразного  аммиака до 343 К (79 ^оС)  и по падению давления газообразного аммиака после испарителя до 0,73 МПа (7,3 кгс/см²). При этом происходит остановка технологической части агрегата.

Схемой предусмотрена  подача газообразного аммиака в  испаритель поз. Т204 из цехов №1-Б  и №1-В с давлением до 1,2 МПа (12 кгс/см²), а также схемой предусмотрен перепуск газообразного аммиака из коллектора высокого давления в коллектор низкого давления до 0,35 МПа (3,5 кгс/см²).

Конденсат пара из испарителя поз. Т204, подогревателя поз. Т205 направляется в заводскую сеть. Из подогревателя  поз. Т205 аммиак направляется в смеситель  поз. Х202, где смешивается с воздухом.

Подготовка аммиачно-воздушной  смеси.

Сжатый до 0,8 МПа (8 кгс/см²) воздух с температурой 416 К (143 ^оС) после нагнетателя поз. М101 подается в подогреватель воздуха, встроенный в окислитель поз. Х201, где нагревается до 503-443 К (230-170 ^оС) за счет тепла нитрозных газов после окислителя поз. Х201, (на агрегатах №1, №2 подогреватель воздуха и окислитель – отдельные агрегаты).

Подогреватель воздуха представляет собой кожухотрубчатый теплообменник  с прямыми трубками. Воздух поступает  в межтрубное пространство теплообменника.

Подогретый воздух поступает  в совмещенный аппарат-смеситель  с фильтром поз. Х202. Аппарат состоит  из двух частей:

- нижней, представляющей  собой цилиндр, с расположением  в нем трубками;

- верхней, представляющей  собой цилиндрический фильтр  тонкой очистки с установленными  в нем двумя фильтрующими стаканами.

Воздух поступает в  межтрубное пространство аппарата.

Аммиак поступает в  трубное пространство смесителя. Смешение аммиака с воздухом происходит на выходе из смесительной решетки и  в завихрителе, расположенном выше смесительной решетки.

Газообразный аммиак поступает  в смеситель с температурой 353 – 383 К ( 80 – 110 ^оС). Давление газообразного аммиака на входе в смеситель после регулятора расхода поддерживается на 0,02 – 0,03 МПа (0,2 – 0,3 кгс/см²) выше, чем давление воздуха в контактном аппарате поз. Р201, во избежание попадания воздуха в узел подготовки газообразного аммиака и образования взрывоопасной концентрации аммиачно-воздушной смеси. Содержание аммиака в аммиачно-воздушной смеси поддерживается в пределах 9,5 – 10,6 % (об).

После смешения в аппарате поз. Х202 аммиачно-воздушная смесь  фильтруется в фильтре патронного типа из ультратонкой ваты УТВ-20, где  окончательно очищается от капель масла  и механических примесей.

Схемой автоматизации  узла подготовки аммиачно-воздушной  смеси предусмотрено поддержание  соотношения «аммиак-воздух» регулятором  QrJRCA-201 постоянным в зависимости от расхода воздуха.

Предусмотрена блокировка по отключению технологической части  агрегата при повышении объемной доли аммиака в аммиачно-воздушной  смеси до 11,7% и при повышении  температуры аммиачно-воздушной  смеси до 543 К (270 ^о). Предаварийное повышение объемной доли аммиака в аммиачно-воздушной смеси до 11,2% сигнализируется звуковым и световым сигналами без отключения технологического цикла агрегата неконцентрированной азотной кислоты.

Окисление аммиака и охлаждение нитрозных газов.

Аммиачно-воздушная смесь  из смесителя с фильтром поз. Х202  с температурой до 503 К (230 ^оС) поступает в контактный аппарат поз. Р201, где при температуре 1153 – 1183 К (880 – 910 ^оС) происходит окисление аммиака.

Для равномерного распределения  газа имеется внутренний конус, переходящий  в цилиндр внутренний.

В месте перехода конусной части в цилиндрическую в специальной кассете зажаты 6 – 12 катализаторных сеток из платино-родиево-палладиевого сплава. Над сетками расположено розжиговое устройство со стационарной горелкой. Для увеличения выхода окиси азота под стеклами расположен катализатор типа КН-СХ2, НК-2У, который засыпается в корзину, образованную между футеровкой и колосниковой решеткой аппарата.

Выход окиси азота от количества окисляемого аммиака должен быть не менее 93,5 %.

Для предохранения от разрушения при возможном «хлопке» аппарат  снабжен взрывной пластиной. Сброс  газов после пластины осуществляется в атмосферу.

Образующиеся при окислении  аммиака горячие нитрозные газы (NO, NO₂, N₂, О₂, Н₂О) поступают в котел утилизатор поз. Т201. За счет охлаждения нитрозных газов в котле происходит испарение деаэрированной воды с получением пара не более 1,3 МПа (13 кгс/см²) и температурой до 543 К (270 ^оС).

В объеме котла-утилизатора  частично происходит реакция окисления  NO в NO₂ с выделением тепла.

После котла-утилизатора  типа Г-420БПЗ поз. Т201 нитрозные газы поступают в окислитель поз. Х201, в объеме которого происходит окисление  окиси азота в двуокись с повышением температуры нитрозных газов до 573 К (300 ^оС) по реакции:

2NO + О₂ = 2NO₂ + Q

 

Окислитель поз. Х201 представляет собой полый цилиндрический аппарат в нижней части которого установлены фильтрующие элементы из ультратонкой стекловаты УТВ-20 для улавливания платины из газовой фазы.

Из окислителя нитрозные  газы направляются по двум параллельным потокам.

По одному потоку нитрозные  газы поступают в подогреватель воздуха, встроенный в окислитель, где охлаждаются до 523 К (250 ^оС) за счет подогрева воздуха.

По другому потоку нитрозные  газы поступают в подогреватель  хвостовых газов поз. Т202, где за счет нагрева хвостовых газов  охлаждаются до 423 – 458 К (150 – 185 ^оС).

Выйдя из подогревателя воздуха  и подогревателя хвостовых газов  нитрозные газы, объединяются в один поток, который направляется в холодильники-конденсаторы поз. Т203А, Б.

Схемой автоматизации  узла предусмотрена: блокировка для  защиты катализаторных сеток от оплавления при повышении температуры на сетках контактного аппарата поз. Р201 до 1273 К (1000 ^оС). Блокировка отключает технологическую часть агрегата.

Абсорбция окислов азота.

После подогревателя воздуха  и хвостовых газов поз. Х201 и  Т202 оба потока нитрозных газов  объединяются и с температурой 460 К (185 ^оС) поступают в холодильники конденсаторы поз. Т203А, Б, где происходит дальнейшее охлаждение нитрозного газа до 303 – 323 К ( 30 – 50 ^оС) оборотной водой после абсорбционной колоны поз. К201. При охлаждении нитрозных газов происходит конденсация реакционных водяных паров и образование 43-52 %-ной азотной кислоты.

Холодильники-конденсаторы представляют собой вертикальные одноходовые  кожухотрубчатые теплообменники с  водяной рубашкой.

После охлаждения в аппарате поз. Т203А, Б нитрозные газы поступают  под нижнюю тарелку абсорбционной колоны поз. К 201, а 43-52% азотная кислота, образовавшаяся в этих же аппаратах, подается на одну из тарелок абсорбционной колоны с соответствующей концентрацией кислоты (5, 6, 8, 10 тарелки).

Абсорбционная колона поз. К201 представляет собой аппарат колонного типа с 47 ситчатыми тарелками. На тарелках уложены змеевики, в которые подается оборотная вода для отвода тепла реакции:

 

2NO + О₂ = 2NO₂ + 29,5 ккал

NO₂ + Н₂О = НNO₃ + 27,73 ккал

NO₂ = НNO₃ + 2NO + Н₂О – 18,130 ккал

 

Змеевики расположены  по тарелкам в следующем порядке:

с 1 по 3 тарелку         -     пятирядные,

с 4 по 14 тарелку       -     четырехрядные.

Реакторы агрегатов №1, 5 работают с двумя слоями катализатора:

верхний слой – палладированная  окись алюминия;

нижний слой – окись  алюминия.

На агрегатах №2, 3, 4, 6 восстановление окислов азота происходит на алюмованадиевом  катализаторе АВК-10 газообразным аммиаком по реакциям:

3NO + 2NН₃ = 2,5N₂ + 3Н₂О

3NO₂ +4NН₃ = 3,5N₂ + 6Н₂О

 

Очищенные хвостовые газы после реактора поз. Р202 с объёмной долей окислов азота не более 0,005%, с объемной долей окиси углерода не более 0,10 % и с температурой не более 1003 к (730 ^о) поступают на рекуперацию.

Схемой автоматизации  узла предусмотрено:

- регулирование расхода  природного газа, подаваемого в  реактор каталитической очистки  поз. Р202 QIRCA-203;

- регулирование расхода  воздуха, по\ступающего в камеру сгорания реактора для поддержания горения в зависимости от расхода природного газа (коррекция, ведущий параметр – природный газ) QIRCA-204;

- регулирование температуры  газа после камеры сгорания  реактора поз. А201 изменением подачи  природного газа на сжигание  ТIRCA-209;

- регулирование температуры  хвостовых газов на выходе  из реактора поз. Р202 количеством  добавочного воздуха в продувочную колону поз. К202 ТIRCA-206;

- блокировка по погасанию  факела в камере сгорания реактора  каталитической очистки;

- блокировка по минимальному  давлению природного газа, поступающего  в реактор каталитической очистки.