ЛИНИЯ ПО ПРОИЗВОДСТВУ АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ
NITRIC ACID PRODUCTION LINE

Настоящее изобретение относится к линии по производству азотной кислоты на основе метода двух давлений, в которой сжигание аммиака производится при первом, низком давлении с помощью сжатого технологического воздуха, а газообразная закись азота, образуемая при сжигании, по меньшей мере частично абсорбируется водой при втором, относительно более высоком давлении, чем первое давление, в результате чего образуется азотная кислота, а остаточный газ, который не абсорбирован, расширяется в расширителе остаточного газа со второго давления до окружающего давления с целью извлечения энергии, затраченной на сжатие газа в компрессоре.
2
2
2
Вещества и смеси веществ и уравнения реакций, используемые при производстве азотной кислоты, описаны в документе EP 0945400 B1. Важнейшим этапом метода является подача кислорода воздуха для химической реакции. В этой связи технологический воздух сжимают и доводят до высокого давления. Для получения азотной кислоты необходимо, среди прочего, чтобы диоксид азота (NO) вступил в химическую реакцию с водой (HO) и кислородом (O). Для того чтобы такая химическая реакция была эффективной, диоксид азота должен находиться под высоким давлением. Такое давление предпочтительно должно составлять от 4 до 15 бар.
Известны установки по производству азотной кислоты с одной технологической линией, имеющие суточную производительность от 100 до 1000 тонн азотной кислоты. Установка по производству азотной кислоты с одной технологической линией, работающие на основе метода двух давлений, имеют описываемую ниже конструкцию. Одна технологическая линия реализована в виде однороторной линии, в которой паровая турбина на одном конце приводит линию в действие, а частичный газовый расширитель (осевой расширитель) расположен на другом конце линии и также предназначен для приведения всей линии в действие.
Компрессор NO или компрессор газообразной закиси азота (радиальный компрессор) подсоединен без возможности вращения к газовой турбине с одной стороны и к воздушному компрессору (осевому компрессору) с другой стороны, а воздушный компрессор (осевой компрессор) подсоединен без возможности вращения к частичному газовому расширителю (осевому расширителю) с другой стороны.
Недостатком таких линий по производству азотной кислоты с одной технологической линией является то, что компрессор газообразной закиси азота и воздушный компрессор, использовавшиеся при таком построении линии в прошлом, имеют отличающиеся частоты вращения для работы в оптимальном режиме, так что между компрессором газообразной закиси азота и воздушным компрессором необходимо было устанавливать редуктор с муфтами, и осевая длина получалась относительно большой. Кроме того, редуктор сам по себе приводит к потерям, что также снижает общий кпд линии.
Установка редуктора между быстро вращающимся участком линии (паровая турбина и компрессор газообразной закиси азота) и медленно вращающимся участком линии (воздушный компрессор и расширитель) необходима в известном уровне техники в силу того, что конструкция воздушного компрессора (осевого компрессора) не позволяет работать с высокими частотами вращения, являющимися оптимальными для паровой турбины и компрессора газообразной закиси азота (радиального компрессора).
Конструкция установки по производству азотной кислоты, которая фундаментально отличается от конструкции вышеупомянутой производственной линии, описана в документе EP 0945400 B1, в котором такая установка по производству азотной кислоты также работает по методу двух давлений. Существенным отличительным признаком такой установки по производству азотной кислоты является то, что воздушный компрессор, компрессор газообразной закиси азота и частичный газовый расширитель объединены в устройстве с зубчатой передачей и таким образом образуют многовальный радиальный турбокомпрессор. Однако недостатком установок такой конструкции является то, что, с одной стороны, снова имеется редуктор, подверженный потерям, а, с другой стороны, конструктивная высота устройства с зубчатой передачей довольно велика из-за большого колеса.
Отсюда вытекает необходимость в линии по производству азотной кислоты, которая может работать более эффективно и, соответственно, с меньшими потерями. Кроме того имеется необходимость снижения требований к монтажному пространству такой линии, чтобы можно было размещать ее в зданиях меньших размеров, имеющих меньшую длину и высоту.
Исходя из этого, задачей настоящего изобретения является создание линии по производству азотной кислоты нового типа.
Такая задача решена с помощью линии, выполненной согласно пункту 1 прилагаемой формулы изобретения.
Предлагаемая в настоящем изобретении линия по производству азотной кислоты содержит паровую турбину с ротором паровой турбины, выполненным с возможностью вращения с частотой n10, первый компрессор с ротором первого компрессора, выполненным с возможностью вращения с частотой n20, второй компрессор с ротором второго компрессора, выполненным с возможностью вращения с частотой n30, и расширитель с ротором расширителя, выполненным с возможностью вращение вращения с частотой n40.
Паровая турбина предназначена для приведения в действие первого компрессора, и ее ротор функционально соединен с ротором первого компрессора посредством первой муфты.
Ротор первого компрессора функционально соединен с ротором второго компрессора посредством второй муфты и приводит в действие второй компрессор.
Расширитель предназначен для приведения в действие второго компрессора, и его ротор функционально соединен с ротором второго компрессора посредством третьей муфты.
Во время работы линии частоты вращения n10 паровой турбины, частоты вращения n20 первого компрессора, частоты вращения n30 второго компрессора и частоты вращения n40 расширителя всегда идентичны, т.к. между любыми из вышеупомянутых устройств отсутствуют какие-либо понижающие или повышающие передачи соответствующих частот вращения.
Первый компрессор может быть конструктивно выполнен в виде радиального компрессора (одно- или многоступенчатого), а второй компрессор может быть конструктивно выполнен в виде многоступенчатого осевого компрессора.
Компоненты предлагаемой в изобретении линии имеют только одну общую частоту вращения линии, никаких редукторов, а также меньшее количество муфт, чем в линиях известного уровня техники, при этом, в частности, воздушный компрессор (второй компрессор), используемый при реализации настоящего изобретения, оказывает существенное влияние на достижение общей частоты вращения линии. Конструкция воздушного компрессора позволяет увеличить частоту вращения на 30-40% по сравнению с воздушным компрессором известного уровня техники, что позитивно сказалось на конструкция используемого в настоящем изобретении расширителя, т.к. благодаря более высокой частоте вращения даже меньшего расширителя достаточно для обеспечения желаемой выходной мощности расширителя.
В процессе рассмотрения новой концепции линии по производству азотной кислоты выяснилось, что согласно прошлому принципу компоновки оптимум для линии в целом и для ее отдельных компонентов не достигнут, в частности, в плане кпд и общего монтажного пространства и стоимости.
В частности, при анализе отдельных компонентов линии выяснено, что при исключении передачи между первым и вторым компрессорами (компоновка согласно известному уровню техники), с одной стороны, отпадает стоимость передач, а с другой стороны, может быть существенно уменьшено монтажное пространство, и, таким образом, более эффективно сконфигурирована сама линия.
В ходе анализа было выяснено, что исключение передач не может быть осуществлено без дополнительных мер в отношении конфигурации отдельных компонентов линии, т.к. компоненты линии, использовавшиеся в прошлом, не имеют одинаковых оптимальных диапазонов частот вращения, что необходимо для исключения передач.
Согласно настоящему изобретению, второй компрессор, который предпочтительно конструктивно выполняется в виде воздушного компрессора, теперь проектируется с учетом его оптимальной частоты вращения, так что во время работы линии частоты вращения n10 паровой турбины, частоты вращения n20 первого компрессора, частоты вращения n30 второго компрессора и частоты вращения n40 расширителя равны.
Примеры вариантов осуществления настоящего изобретения поясняются путем их описания со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи. Компоненты, помеченные одинаковыми ссылочными позициями, имеют одинаковое функциональное назначение.
На чертежах показано:
на Фиг. 1 - схематичный вид линии по производству азотной кислоты известного уровня техники;
на Фиг. 2 - схематичный вид предлагаемой в изобретении линии по производству азотной кислоты.
В патентной публикации EP 0945400 B1 описан способ производства азотной кислоты. Кроме того, в данной патентной публикации описана линия по производству оксида азота и, в дополнение к этому, приведены уравнения основных реакций, используемых при производстве азотной кислоты.
Полное содержание патентной публикации EP 0945400 B1 включено в состав данной заявки.
Описание чертежей относится прежде всего к требующимся компрессорным блокам. Относительно отдельных последовательностей технологических операций ссылка дается на документ EP 0 945 400 B1.
Предлагаемая в изобретении линия по производству азотной кислоты схематично показана на Фиг. 2. Линия (1) по производству азотной кислоты содержит паровую турбину (10) с ротором (11) паровой турбины, выполненным с возможностью вращения с частотой n10, первый компрессор (20) с ротором (21) первого компрессора, выполненным с возможностью вращения с частотой n20, второй компрессор (30) с ротором (31) второго компрессора, выполненным с возможностью вращения с частотой n30, расширитель (40) с ротором (41) расширителя, выполненным с возможностью вращения с частотой n40.
Паровая турбина (10) предназначена для приведения в действие первого компрессора (20), и ее ротор (11) функционально соединен с ротором (21) первого компрессора (20) с помощью муфты (К1).
Ротор (21) первого компрессора (20) функционально соединен с ротором (31) второго компрессора (30) с помощью второй муфты (К2) и приводит в действие второй компрессор (30).
Расширитель (40) предназначен для приведения в действие второго компрессора (30), и его ротор (41) функционально соединен с ротором второго компрессора (30) с помощью муфты (К3).
Второй компрессор (30) спроектирован с учетом его оптимальной с точки зрения кпд частоты вращения n30 таким образом, что во время работы линии (1) частоты вращения n10 паровой турбины (10), частоты вращения n20 первого компрессора (20), частоты вращения n30 второго компрессора (30) и частоты вращения n40 расширителя (40) одинаковы.
В предпочтительном дальнейшем развитии настоящего изобретения первый компрессор конструктивно выполнен в виде радиального компрессора, а второй компрессор - в виде осевого компрессора.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
1 Линия
10 Паровая турбина
11 Ротор паровой турбины
20 Первый компрессор
21 Ротор первого компрессора
30 Второй компрессор
31 Ротор второго компрессора
40 Расширитель
41 Ротор расширителя
K1 Первая муфта
K2 Вторая муфта
K3 Третья муфта
n10 Частота вращения паровой турбины
n20 Частота вращения первого компрессора
n30 Частота вращения второго компрессора
n40 Частоты вращения расширителя