Nitrik asit üretim prosesinde amonyak oksidasyon reaktörünün iyileştirilmesi ve cfd ile analizi
In nitric acid production process improvement of ammonia oxidation reactor and analysis with CFD
Yazar: FADİME MENEKŞE İKBAL
Danışman: DOÇ. DR. OĞUZHAN ERBAŞ ; PROF. DR. ÖZER AYDIN
Kütahya Dumlupınar Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Enerji = Energy ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Günümüzde enerji maliyetlerinin hafifletilmesi, enerjide arz güvenliğinin sağlanması, dışa bağımlılıktan kaynaklanan risklerin azaltılması ve çevrenin korunması gibi hedefleri kapsayan bir enerji verimliliği stratejisi büyük önem taşımaktadır. Başlıca enerji geri kazanım veya enerji verimliliği çalışmalarının başında, atık ısı ekserjisinden yararlanılarak, toplam sistemin ısıl performansının iyileştirilmesi gelmektedir. Nitrik asit üretimi, reaktörde amonyağın hava ile katalitik oksidasyonunu, nitrojen oksiti ile ardından nitrojen dioksite oksitlenmesini ve suda emilmesini içermektedir. Bu çalışmada, bir kimyasal gübre üreten nitrik asit üretim tesisinde oksidasyon reaktörü öncelikli olmak üzere işletmenin enerji verimliliğini arttıracak parametrelere bakılmıştır. % 100 HNO3 olarak 610 ton/gün kapasitede ve % 56'lık seyreltik nitrik asit ile 33 ton/h kızgın buhar üreten bu nitrik asit üretim tesisinde; enerji tüketiminin fazla olduğu süreçler belirlenmiş olup tüketim değerlerinin düşürülmesi hedeflenmiştir. Tüketimi düşürmek için çözüm alternatifi olarak enerji verimliliği odaklı çalışılmıştır. Nitrik asit üretim tesisinin kalbi olan amonyak oksidasyon reaktörü, işletme ve tasarım kriterleri göz önüne alınarak incelenmiştir. Bu amaçla; önce reaktör bölgesinin revize önce ve sonrası işletme değerlerinin karşılaştırılması yapılmış, ardından reaktördeki akış prosesinin iyileştirilmesi amacıyla ANSYS Fluent programı ile modellenerek sayısal olarak reaktörün akış özellikleri ve parametreleri incelenmiştir.

Abstract:
Today, an energy efficiency strategy that covers goals such as mitigating energy costs, ensuring energy supply security, reducing risks arising from external dependence, and protecting the environment is of great importance. One of the main energy recovery or energy efficiency studies is to improve the thermal performance of the total system by utilizing waste heat exergy.
Nitric acid production involves the catalytic oxidation of ammonia with air in the reactor, followed by oxidation to nitrogen dioxide and absorption in water. In this study, the parameters that will increase the energy efficiency of the facility, primarily the oxidation reactor, in a nitric acid production facility that produces chemical fertilizer, were examined. In this nitric acid production facility, which produces 610 tons/day of capacity as 100% HNO3 and 33 tons/h of superheated steam with 56% diluted nitric acid; Processes with high energy consumption have been identified and the aim is to reduce consumption values. Energy efficiency was focused on as a solution alternative to reduce consumption. The ammonia oxidation reactor, which is the heart of the nitric acid production facility, was examined considering the operation and design criteria. To this end; First, the operating values of the reactor area before and after the revision were compared, and then the flow characteristics and parameters of the reactor were numerically examined by modeling with the ANSYS Fluent program to improve the flow process in the reactor.