Абсорбер нитрозных газов в производстве азотной кислоты - Диплом по ПАХТ

• расход газовой смеси при рабочих условиях Vг 11 м3/с;
• температура газовой смеси tг 50 ºС;
• давление газовой смеси Pг 0,63 МПа;
• степень окисления оксидов азота в кислоту 0,92;
• концентрация продукционной азотной кислоты 58%;
• рабочая температура tр 30 ºС.

Азотная кислота является одним из важнейших многотоннажных продуктов химической промышленности. Она занимает второе место по объему производства после серной кислоты. Азотная кислота широко применяется для производства многих продуктов, используемых в промышленности и сельском хозяйстве. Так, около 40% ее расходуется на получение сложных и азотных минеральных удобрений; азотная кислота используется для производства синтетических красителей, взрывчатых веществ, нитролаков, пластических масс, лекарственных синтетических веществ и других важнейших продуктов.

Сырьем для получения продуктов в азотной промышленности являются атмосферный воздух и различные виды водородсодержащего сырья (уголь, сланцы, газ и др.). Одной из составных частей воздуха является азот, который используется в процессах получения аммиака, цианамида кальция и других продуктов азотной технологии.

Поскольку ресурсы атмосферного азота огромны, то сырьевая база азотной промышленности в основном определяется вторым видом сырья – углеводородами, применяемым для получения водорода или водород-содержащего газа. До 50-х годов текущего столетия заводы нашей страны использовали в качестве сырья в основном твердое топливо.

С 60-х годов XX века доля твердого топлива как сырья для получения водорода резко сокращалась. В настоящее время основным сырьем в производстве аммиака является природный газ. В восьмидесятые годы XX века около 90% всего выпускаемого в нашей стране аммиака получали на предприятиях, использовавших в качестве сырья природный газ.

При производстве азотной кислоты сначала получают нитрозные газы (NO, NO2), которые затем вступают в реакцию с водой с образованием 60% азотной кислоты. Реакция оксида азота с водой идет в абсорбере. Дипломный проект посвящен проектированию абсорбционной колонны, работающей в составе установки производства азотной кислоты.

Уважаемые члены государственной аттестационной комиссии, вашему вниманию представляется доклад на тему «Абсорбер для поглощения нитрозных газов водой, работающий в составе установки производства азотной кислоты».

Азотная кислота является важным продуктом химической промышленности. Она применяется для производства сложных и азотных удобрений, синтетических красителей, взрывчатых веществ, нитролаков, пластических масс, лекарственных синтетических веществ, ракетного топлива и других продуктов.

Сырьем для получения продуктов в азотной промышленности являются атмосферный воздух и различные виды водородсодержащего сырья. Одной из составных частей воздуха является азот. Поскольку ресурсы атмосферного азота огромны, то сырьевая база азотной промышленности в основном определяется вторым видом сырья – углеводородами, применяемым для получения водорода или водород-содержащего газа. В настоящее время основным сырьем в производстве является природный газ.

При производстве азотной кислоты сначала получают нитрозные газы (NO, NO2), которые затем вступают в реакцию с водой с образованием 60% азотной кислоты. Реакция оксида азота с водой идет в абсорбере.

Дипломный проект посвящен проектированию абсорбционной колонны, работающей в составе установки производства азотной кислоты. Абсорбция – процесс выделения одного или нескольких компонентов из газовой или парогазовой смеси путем их поглощения селективным жидким поглотителем – абсорбентом.

Разновидностью процесса абсорбции является хемосорбция. При хемосорбции происходит химическая реакция между поглотителем и адсорбируемым газом. Часто при этом происходит значительное выделение тепла, поэтому аппараты, в которых идет хемосорбция, снабжаются специальными устройствами для отвода тепла. В проектируемом аппарате идет реакция оксидов азота с водой с образованием азотной кислоты.

Технологическая схема. Атмосферный воздух после очистки сжимается компрессором до 0,716 МПа. Основной поток воздуха после сжатия нагревают до 250–270 °С и подают на сме-шение с аммиаком. Газообразный аммиак после очистки от влаги, масла и катализаторной пыли через подогреватель при температуре 150 °С также направляют в смеситель.

Из смесителя аммиачно-воздушная смесь с содержанием аммиака не более 10% подают в контактный аппарат на конверсию аммиака. Конверсия аммиака протекает на платинородиевых сетках при температуре 870–900 °С. Нитрозные газы при 890–910 °С поступают в котел-утилизатор, расположенный под контактным аппаратом. В котле за сжег охлаждения нитрозных газов до 170 °С происходит испарение химически очищенной деаэрированной воды, питающей котел-утилизатор; при этом получают пар с давлением 1,5 МПа и температурой 230 °С. После котла-утилизатора нитрозные газы поступают в окислитель нитрозных газов. После охлаждения до 150 ºС нитрозные газы поступают в холодильник-конденсатор.

Нитрозные газы отделяют от сконденсировавшейся азотной кислоты в сепараторе, из которого азотную кислоту направляют в абсорбционную колонну на 6–7-ю тарелку, а нитрозные газы – под нижнюю тарелку абсорбционной колонны. Сверху в колонну подают охлажденный паровой конденсат.

Образующаяся в верхней части колонны азотная кислота низкой концентрации перетекает на нижележащие тарелки. За счет поглощения оксидов азота концентрация кислоты постепенно увеличивается и на выходе достигает 55–58%, причем содержание растворенных в ней оксидов азота достигает ~1%. Поэтому кислота направляется в продувочную колонну, где подогретым воздухом из нее отдувают оксиды азота, и отбеленная азотная кислота поступает на склад. Воздух после продувочной колонны подается в нижнюю часть абсорбционной колонны. Степень абсорбции оксидов азота достигает 99%.

Выходящие из колонны хвостовые газы поступают в топочное устройство установки каталитической очистки. Здесь газы нагреваются до температуры 390–450 °С и направляются в реактор для очистки.

Чертеж общего вида колонны. Проектируемая колонна представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат диаметром 2200 мм. Колонна устанавливается на открытом воздухе на цилиндрической опоре.

Корпус колонны состоит из обечайки, верхнего и нижнего днища. Общая высота колонны составляет 23500 мм. В колонне установлены 20 однопоточных ситчатых тарелок, на которых идет процесс поглощения нитрозных газов водой с образованием азотной кислоты.

Нитрозные газы подаются снизу колонны, вода – сверху. Отбор азотной кислоты выполняется из куба колонны, а вывод хвостовых газов – сверху. Ввод и вывод потоков выполняется через штуцера. Для обслуживания внутренних устройств колонны предусмотрены люк-лазы.

Процесс хемосорбции идет с выделением тепла, поэтому на нижних тарелках, где процесс идет наиболее интенсивно, предусмотрены змеевики для отвода тепла.

При проектировании оборудования необходимо рассчитать толщину стенки колонны, чтобы обеспечить необходимую прочность при эксплуатации колонны, а также необходимо учитывать ветровые нагрузки, которые аппарат может испытывать, так как колонна установлена на открытой площадке.

Колонна работает под технологическим давлением pт = 0,715 МПа при максимальной температуре 100 °С. Среда в колонне является коррозионной. Колонна изготовлена из высоколегированной стали 12Х18Н10Т.

Опора. Опора предназначена для установки аппарата в вертикальное положение. Представляет собой сварную конструкцию, состоящую из цилиндрической обечайки, опорного диска, патрубков для укрепления отверстий для прохода трубопроводов. Снизу опора усилена ребрами. Для улучшения представления о конструкции опоры изображена 3D-модель.

Змеевик. Для охлаждения азотной кислоты на нижних тарелках предусмотрены змеевики, представляющие собой гнутую конструкцию из металлической трубы, снабженных фланцами на входе и выходе из змеевика. Отдельные детали соединяются вместе сварным способом.

Монтаж. Проектируемый аппарат монтируется в собранном виде без тарелок. Для транспортирования колонны к месту установки выполняется специальной железнодорожной платформой для перевозки негабаритных грузов. На месте производится установка аппарата на фундамент. Тарелки монтируются на завершающей стадии, когда колонна уже поставлена в рабочее вертикальное положение.

Монтаж колонны выполняется одним краном методом скольжения с отрывом от земли. Для подъема одним краном аппарат укладывают относительно фундамента таким образом, чтобы точка крепления (строповки) аппарата и ось фундамента находилась на окружности, описываемой осью полиспаста при повороте крана.

Одновременно с подъемом вершины аппарата его подтаскивают вдоль оси с помощью подтаскивающей системы.

Аппарат крепится к анкерным болтам в фундаменте. После установки выполняется выверка аппарата в рабочем положении.

Холодильник нитрозных газов. Для охлаждения нитрозных газов перед абсорбером используется холодильник, который представляет собой горизонтальный кожухотрубчатый теплооменник, устанавливаемый на двух седловых опорах. Теплообменник состоит из трубной решетки и двух эллиптических днищ. Трубная решетка состоит из цилиндрической обечайки и двух трубных досок, между которыми развальцованы теплообменные трубы. Аппарат охлаждается водой, подаваемой трубное пространство. Нитрозные газы вводятся в межтрубное пространство. Для повышения эффективности теплообмена межтрубное пространство разделено сегментными перегородками.

Автоматизация. Для контроля и управления процессом абсорбции выбрана электрическая схема передачи сигнала на расстояние и приборы взрывобезопасного исполнения. При проектировании системы автоматизации использованы однотипные приборы, что дает значительные эксплуатационные преимущества как с точки зрения их настройки, так и при техническом обслуживании, ремонте.

Показателем эффективности процесса абсорбции нитрозных газов водой является концентрация азотной кислоты в продукте колонны. Уменьшение концентрации вызывает отбраковку продукта. Значение концентрации азотной кислоты должно поддерживаться постоянным, что является целью управления.

Основными возмущающими воздействиями для колонны является изменение состава, расхода, температуры исходного газа, давления в колонне и температура воды.

Для достижения заданной цели управления выполняется регулирование расхода поглотителя в зависимости от концентрации азотной кислоты на выходе из аппарата. Тепловой баланс регулируется расходом хладагента в змеевики. Предусмотрена сигнализация при снижении концентрации азотной кислоты или при превышении концентрации оксида азота в хвостовых газах.

Безопасность. Для безопасной эксплуатации аппарата предусмотрен ряд мер, направленных на снижение вредных воздействий оборудования.

Наиболее опасными соединениями является двуокись азота, так как она вследствие своей медленной растворимости во влаге, покрывающей слизистые оболочки дыхательных путей, имеет значительный скрытый период между моментами поступления ядовитых газов в организм и началом развития болезненных явлений, преимущественно в глубоких отделах органов дыхания.

Для безопасности персонала предусмотрен максимальный вынос оборудования на открытую площадку. В зданиях расположено в основном компрессорное и насосное оборудование. Обслуживающий персонал укомплектован средствами индивидуальной защиты.

Для предотвращения повреждения оборудования ударом молнии на колонне установлен молниеотвод, соединенный с заземлением. Оборудование оснащено специальными предохранительными устройствами, срабатывающими при повышении давления сверх допустимого.

Экономика. При проектировании оборудования был реализован ряд технологических и конструкционных решений, которые обусловили снижение себестоимости производства на 0,13%, за счет сокращения условно-постоянных расходов.

В оборудовании-аналоге установлены простые по конструкции ситчатые тарелки. В данной дипломной работе произведена замена двух нижних тарелок на колпачковые, которые обладают большей эффективностью по сравнению с ситчатыми, но и более дорогими. Использование колпачковых тарелок позволит достичь большей степени поглощения нитрозных газов водой. В связи с увеличением стоимости колонны амортизационные расходы увеличились.

Общий прирост прибыли составил 20 337 101 рублей в год. Срок окупаемости капитальных вложений 3,3 года. При этом учтены убытки, понесенные производством период технического перевооружения. Рентабельность продукции составляет 14,2%. Годовой экономический эффект 20 337 101 руб. безубыточный объем производства составляет 93228 т.

Спроектированная колонна удовлетворяет техническому заданию и может быть использована в производстве азотной кислоты.

При соблюдении правил эксплуатации оборудования гарантируется его безопасная работа в течение всего срока службы.

Доклад завершен.