DD277064A1 - Verfahren zur verbesserten kuehlung von nitrosegasen - Google Patents

Abstract

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Kuehlung von Nitrosegasen vorzuschlagen, das es gestattet, durch die verbesserte Abhitzeverwertung die Kapazitaet bestehender Salpetersaeureanlagen zu erhoehen. Erfindungsgemaess wird dieses Ziel dadurch erreicht, dass die Eintrittstemperatur des entgasten Kesselspeisewassers in die vorhandenen Waermeuebertrager der Abhitzesektion, in der die Kuehlung der Gase durch Dampferzeugung erfolgt, durch einen zusaetzlichen Waermeuebertrager so verringert wird, dass durch die verbesserten Temperaturtriebkraefte in der Abhitzesektion eine groessere Waermeabfuhr moeglich ist. Die Kuehlung des Kesselspeisewassers erfolgt durch kaltes unentgastes Kesselspeisewasser. Durch die Rueckfuehrung eines Teils des in der Abhitzesektion nicht verdampften Kesselspeisewassers in den Entgaser wird der Bedarf an Kesselspeisewasser verringert. Ausserdem mindern der Waermeinhalt dieser Rueckfuehrung und die Vorwaermung des unentgasten Kesselspeisewassers den Niederdruckdampfbedarf fuer die Entgasung.

Description

außerdem zu einer weiteren Vergrößerung des ohnehin schon sehr hohen spezifischen Bedarfs an Kesselspeisewasser und dazu, daß ein größerer Teil der Abhitze nicht nutzbar gemacht werden kann. Die Einhaltung des Temperaturbereiches von 15O⁰C bis 17O⁰C für die gekühlten Nitrosegase ist unbedingt notwendig, da bei Unterschreitung dieses Temperaturbereiches die Tautemperatur des Gases erreicht wird, was zur Zerstörung der Kesselpakete führt. Liegt die Temperatur oberhalb dieses Bereiches, so wird am Ausgang des nachfolgenden Gemischvorwärmers, in dem die Mitrogase durch Wärmeabgabe an das Ammoniak-Luft-Gemisch weiter gekühlt werden, die vorgesehene Eintrittstempertatur in den Gaskühlerwäscher überschritten. Wenn dieser Gaskühlerwäscher Reserven hat, steigen die Wärmeverluste an das Kühlwasser. Sind solche Reserven nicht vorhanden, so kann am Ausgang des Gaskühlerwäschers die zulässige Verdichtereintrittstemperatur überschritten werden. Weiterhin ist ein Verfahren bekannt (DE-OS 3608846), bei dem der Nitrosegasstrom einen dampfgekühlten Reaktor mit einer Temperatur von 300⁰C bis 650°C verläßt und anschließend im Verhältnis 0,5:1 bis 1,5:1 geteilt wird. Die weitere Kühlung der Teilströme erfolgt in einem NOyGaswärmetauscher und einem H₂O-Wärmetauscher derart, daß die Temperatur bei der nachfolgenden Zusammenführung der Teilströme zwischen 50⁰C und 300⁰C beträgt. Der Nachteil dieses Verfahrens ist, daß zur Regelung der Aufteilung der Gasströme zusätzlich druckverlustbehaftete Regelarmaturen nötin ·='· d. Diese zusätzlichen Druckverluste auf der Gasseite wirken sich besonders bei Anlagen, die mit niedrigen Drücken bei der Ammoniakverbrennung arbeiten, äußerst negativ aus. Da die angegebene Einsparung von 6% Wärmetauscherflache, deren Berechnung auch nicht nachvollziehbar ist, kaum zu nennenswerten Kosteneinsparungen führt und exegetischer Schaden bei der Mischung der Gasteilströme nur dann vermieden werden kann, wenn beide Teilströme nach den Wärmeübertragern gleiche Temperaturen haben, dürfte die Anwendung dieses Verfahrens kaum praktikabel sein.

Weiterhin ist ein Verfahren zur Kühlung eines Nitrosegasstromes bekannt (DE 2856589), bei dem die heißen Nitrosegase in zwei Verdamferbündelii und einem Überhitzerbündel gekühlt werden, wobei das Überhitzerbündel zwischen beiden Verdampferbündeln angeordnet ist. Die beiden Verdampferbündel werden durch eine gemeinsame Kesselspeisewasserpumpe parallel gespeist und iühren die entstehenden Flüssigkeits-Dampf-Gemische einer gemeinsamen Dampftrommel zu, in der die Phasentrennung stattfindet. Der entstehende Sattdampf wird im Überhitzerbündel überhitzt. Die abgeschiedene Flüssigkeit, ergänzt durch Zusatzwasser, wird der Kesselspeisewasserpumpe wieder zugeführt. Ein entscheidender Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß ein beträchtlicher Teil des erzeugten exergetisch hochwertigen Dampfes dazu benötigt wird, um das der Dampltrommel zugeführte Zusatzwasser bsi auf Siedetemperatur zu erwärmen. Diese Siedetemperatur, abhängig vom Druck in der Dampftrommel, begrenzt außerdem die erreichbare Gasaustrittstemperatur entscheidend. Als möglicher Druck in der Dampftrommel wird ein Druck von 4,5MPa genannt. Die entsprechende Siedetemperatur von etwa 256⁰C begrenzt die Wärme, die als Dampf nutzbar gemacht werden kann, wobei jedoch schon Gasausgangstemperaturen von etwa 26O⁰C bis 270⁰C nur mit erheblichem Aufwand an Wärmeübertragerfläche möglich sind. Ein weiterer Nachteil sind die geringen Temperaturtriebkräfte im Überhitzerbündel, so daß auch diese Wärmeübertragungsfläche groß ausgelegt werden muß, wenn übliche Überhitzungsiemperaturen von etwa 430⁰C bis 450⁰C erreicht werden sollen.

Nachteil aller Verfahren, die die Kühlung der Nitrosegase durch Erzeugung von Dampf realisierten, ist es, daß dei für die Entgasung des Kesselspeisewassers benötigte Niederdruckdampf außerhalb der Anlage zusätzlich erzeugt werden muß.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, sin Verfahren vorzuschlagen, das durch eine verbesserte Abhitzeverwertung eine Steigerung der Kapazität der Anlage möglich macht und in dem die Abhitze zur Erzeugung von Dampf mit spezifisch geringem Aufwand an Kesselspeisewassur genutzt wird.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Kühlung der bei der Salpetersäureherstellung anfallenden heißen Nitrogase vorzuschlagen, das eine Erhöhung dor Anlagenkapazität bestehender Anlagen durch eine verbesserte Anhitzsverwertung gestaUet ur.d die abzuführende Wärme zur Erzeugung von Dampf mit einem spezifisch geringem Aufwand an Kosselspeisewdsser genutzt wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das vom Entgaser kommende Kesselspeisewasser, dessen Temperatur durch den Entgaserdruck bestimmt wird, vor dem Eintritt in den ersten Wärmeübertrager der Abhitzosektion in einem zusätzlichen Wärmeübertrager im Gegenstrom zum kalten unantgasten Kesselspeisewasser gekühlt wird. Durch die Absenkung der Kesselspeisewassereintrittstempsratur werden die Temperaturtriebkräfte vergrößert und somit eine größere Wärmeübertragung bei gleichbleibender WärmeJbertragerfläche möglich. Durch die Vorwärmung des unentgasten Kesselspeisewassers kann am Entgaser Niederdruckdampf eingespart Werden.

Das gekühlte entgaste Kesselspeisewasser wird in den Wärmeübertragern der Abhitzesektion aufgewärmt und im Verdampfer teilwoise vordampft. Nach der Phasentrennung im Separator wird der Dampf im Überhitzer überhitzt. Die abgeschiedene Flüssigkeit wird in einem Entspannungsbohälter entspannt und der entstehende Entspannungsdampf technologisch genutzt. In Abhängigkeit vom Salzgehalt des zur Verfügung stohonden Kesselspeisewassers werden zwischen 40 und 95% des im Entspannungsbehäiter vorbleibendon Wassers in den Entgaser zurückgeführt, während dor andere Teil ausgokreist wird.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiol näher erläutert werden. Die beiliegende Zeichnung zeigt schcrnatisch das beschriebene Verfahron zur Kühlung von 11640 Nm³/h Nitrogaso.

Die Abhitzosektion 12 besteht aus vier Wärmeübertragern, die zur Vorwärm· - 'ies Kesselspeisowassers 3 und 4, Verdampfung 5 und zur Überhitzung dos erzeugton Dampfes 6 dienen. Die Nitrosegase werden im Gogenstrom zum Kesselspoisowasser bzw. Dampf geführt. Die Gase treten an der Gaseintrittsöffnung 10 mit 82O⁰C in die Abhitzesektion ein und

verlassen sie mit 180°C durch die Gasaustrittsöffnung 11. Die Kesselspeisewasserpumpe 1 erzeugt den notwendigen Kesselspeisewasserdruck vor dem Eintritt in die Abhitzesektion 12. Der Entgaser 9 stellt Kesselspeisewasser mit 100⁰C zur Verfügung. Im Wärmeübertrager 2 werden 4,9t/h Kesselspeisewasser von 10O⁰C auf 8O⁰C gekühlt, in dem 3,9t/h unentgastes Kesselspeisewasser vor dem Eintritt in den Entgaser 9 von 65⁰C auf 90°C erwärmt werden. Das mit 8O⁰C in die Abhitzesektion eintretende Kesselspeisewasser wird in den Wärmeübertragern 3 und 4 bis auf Siedetemperatur erwärmt und im Verdampfer teilverdampft. Im Separator 7 findet die Phasentrennung statt und der erzeugte Dampf wird im Überhitzer 6 auf 430°C überhitzt. Die verbleibenden 1,6t/h unverdampftes Kesselspeisewasser werden im Entspannungsbehälter 8 auf 0,4MPa entspannt und dadurch 0,2 t/h Dampf erzeugt. Von der Restflüssigkeit werden 1,0t/h in den Entgaser zurückgeführt, während 0,4t/h als Abschlämmung aus dem System ausgekreist werden.

Claims (2)

1. Verfahren zur verbesserten Kühlung von Nitrosegasen durch Erzeugung von Dampf in einer mit Wärmeübertragern ausgerüsteten Abhitzesektion, bei dem vom Entgaser kommendes Kesselspeisewasser im Gegenstrom zu den heißen Nitrosegasen toilverdampft wird und der entstehende Dampf im Überhitzer überhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß vom Entgaser kommende Kesselspeisewasser vor dem Eintritt in die Abhitzesektion in einem Wärmeübertrager auf Temperaturen von 6O⁰C bis 9O⁰C gekühlt und dadurch das unentgaste Kesselspeisewasser auf Temperaturen von 7O⁰C bis 95⁰C erwärmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil, vorzugsweise 40 bis 95%, des nicht verdampften Kesselspeisewassers in den Entgaser zurückgeführt wird.

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur verbesserten Kühlung von Nitrosegasen, wie sie bei der Herstellung von Salpetersäure durch katalytische Ammoniakverbrennung entstehen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann bei bestehenden Salpetersäureanlagen die Wärmeabfuhr im Abhitzeverwertungsteil gesteigert und damit eine Voraussetzung für c'.e Steigerung der Produktion geschaffen werden.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung der Nitrosegase bei der Salpetersäureherstellung. Salpetersäure wird üblicherweise durch katalytische Oxidation von gasförmigem Ammoniak mit Luft sauerstoff zu Stickstoffmonoxid, nachfolgende Abkühlung und Oxidation der Nitrosegase und Absorption der Stickoxide hergestellt. Die Temperatur der Nitrosegase nach dem Kontaktteil, in dem die Verbrennung des Ammoniaks am Katalysator stattfindet, liegt vorzugsweise im Bereich von 800°C bis 900⁰C. Die beträchtliche freiwerdende Reaktionswärme wird dabei häufig in einem der katalytischer! Oxidation nachgeschalteten Abhitzekessel zur Dampferzeugung und gegebenenfalls Dampfüberhitzung, Speisewasservorwärmung, Verbrennungsluftvorwärmung oder zur Eridgasvorwärmung genutzt. Kontaktteil und Abhitzekessel sind üblicherweise im gleichen Behälter untergebracht. Die anschließende Restkühlung und Kondensation erfolgt in Kühlwasserwärmeübertragern (Cornelius Keleti „Nitric Acid and Fertilizer Nitrates", Marcel Dekker inc.. New York and Basel 1985, Seite 68).

Weiterhin ist bekannt, daß die Abwärme zum Eindicken von Ammonnitratlösunc; genutzt wird (DE-OS 1767219). Die verbreiteste Form der Kühlung ist jedoch die Erzeugung von Mitteldruckdampf (Honti „The Nitrogen Industry", Part 1, Akademiai Kiado, Budapest 1976, Seiten 416-417 und W. I. Atroschtschenko, S. I. Kargin „Die Technologie der Salpetersäure", Staatsvei lag für wissenschaftlich-technische Literatur der Chemie „Goschimizdat", Moskau 1962, Seiten 93-96). Der so erzeugte Dampf wird entweder aus der Anlage exportiert oder, vorzugsweise bei neuen Anlagen, zum Antrieb einer mit dem Nitrosegasverdichter gekoppelten Turbine verwendet. Wegen der extrem unterschiedlichen Wasserwerte bei der Kühlung der Nitrosegase durch Dampferzeugung müssen zur Realisierung technisch sinnvoller Geschwindigkeiten auf der Wasserseite kleine Querschnitte und somit für die erforderliche Wäi meaustauscherfläche große Rohrlängen verwendet werden. Alle diese Verfahren haben darum den gemeinsamen Nachteil, daß wasserseitig extrem hohe Druckverluste auftreten. Deshalb sind solche Anlagen in der Regel nur flexibel gegenüber Unterschreitung der Nennlast, während sie sehr unflexibel gegenüber Überlast sind, obwohl oftmals im Verlaufe des Betreibens von Anlagen durch gezielte Engpaßbeseitigungen Belastungen oberhalb der Nennlast möglich sind. Eine größere Wärmeabfuhr im Abhitzeteil ist nach bekannten Verfahren nur durch eine Steigerung der Kesselspeisewassermenge möglich, wobei dazu Reserven der Kesselspeicherwasserpumpe vorhanden sein müssen, weil eine vergrößerte Kesselspeisewassermenge sofort zu erheblich größeren Druckverlusten führt. Dies ist jedoch im Grunde nicht tolerabel, waii die Wärmeübertrager für den erhöhten Pumpenausgang jdrucl; ausgelegt sein müssen, obwohl spezifisch weniger Dampf mit gleichem Druck erzeugt wird. Werden erhöhte Nitrosegasausgangstemperaturen toleriert, so steigen jedoch dio Abwärmeverluste unvertretbar an.

Es ist sin Ver'ahron hekannt (S.M.Melkonan „Proizvodstvoslaboj azotnojkisloty", Kiev, Tehnika 1966, Seiten 32-34), bei dem die Nitrosegasn von einer Temperatur von 800⁰C bis 820"C auf 150⁰C bis 170⁰C durch Dampferzeugung gekühlt werden. Ein Entgaser stellt dabei Kosselspoisowasser mit einer Temperatur von etwa 105⁰C zur Verfügung. Mit Hilfe einer KossolspeisQwassorpumpe wird dioses Kesselspeisewasser auf einen Druck von etwa 9,0MPa verdichtet und durch zwei Vorwärm- und ein Verdampferkossolpaket im Gegenstrom zu dan Nitrosegason gefördert. Nach einer Phasentrennung wird der Sattdampf in oinem Üborhitzerkossolpakot überhitzt und mit oinem Druck von 4,0MPa und einer Temperatur von 450⁰C abgogobon. Ein Nachtoil diesos Vnrfahrens bostoht in den erheblichen Druckverlusten, die wasserseitig (etwa 5MPa entsprechen otwa 56% dos Pumpononddruckos) durch die Reihenschaltung der Kesselpakete und die notwendig große Wärmeübertragorfläche ontstohon. Außerdom müssen alle Kessblpakete aus Sicherheitsgründen für den Pumponausgangsdruck ausgolegt sein, obwohl der erzeugte Dampf einen wosor. lieh niedrigeren Druck hat. Ein woitoror Nachteil ist die außerordentlich schlechte Regelbarkeit der Gasauf.;. igstemperatur, da eine Erhöhung der Kossolspeisowassormongo durch dio dadurch vorursachton zusätzlichen DruckveriuSte nur äußerst begrenzt möglich ist und mit hohen Enorgieaufwondungon realisiort werden müßte. Da boi diesem Vorfahren das nicht verdampfte Kesselspoisewassor lotztlich vollständig als Abschlämmung aus dom Systom entfernt wird, führt eine vergrößerte Kessolspeisewassermenge