Энерготехнологические схемы

Одним из направлений повышения эффективности использования топлива в химической промышленности является применение энерготехнологии. Энерготехнология имеет два главных практических направления. Первое основано на разработке путей повышения эффективности использования органической и минеральной частей топлива, применяемого на электростанциях и в промышленной энергетике. Второе направление – создание интенсивных энерготехнологических методов производства различных видов промышленной продукции (продукты химической промышленности, а также сталь, цветные металлы, строительные материалы и др.).

В основе повышения эффективности использования составных частей твердых, жидких и газообразных топлив лежит схема, согласно которой топливо перед сжиганием подвергается предварительной обработке с целью извлечения всех ценных его составляющих. Такие схемы служат для получения жидких смол и газового бензина, высококалорийного газа и непредельных углеводородов (этилена, пропилена, бутилена), редких и рассеянных элементов – германия, вольфрама, урана, молибдена, ванадия, титана. Так, энерготехнологические схемы переработки природного газа предусматривают получение газовой серы, этана, гелия и других компонентов.

Под энерготехнологической системой в химической промышленности понимается химико-технологическая система, включающая энергетический узел, потребляющий топливо или использующий тепло экзотермических реакций и вырабатывающий энергию для поддержания технологического режима и обеспечения функционирования ХТС.

Количество теплоты, которое необходимо подвести на разных стадиях химико-технологического процесса, определяется его режимом. Затраты энергии можно уменьшить путем регенерации энергии между стадиями процесса и использования потенциала потоков в самом процессе.

Необходимую для проведения ХТП энергию можно выработать, потребляя топливо или используя тепло экзотермических реакций. Для этого в систему следует включить энергетический узел как подсистему ХТС. Такая система энергетически автономна, потребляя при этом необходимое количество топлива. В общем случае сочетание энергетики и технологии позволяет значительно полнее использовать энергию химических реакций и энергоресурсы, улучшить качество продукта, повысить производительность энерготехнологических агрегатов. При переходе к энерготехнологическим схемам значительно сокращается потребление электроэнергии, пара, топлива. В данном случае появляется возможность создания энергоавтономных схем, не потребляющих энергию извне, а также схем, вырабатывающих дополнительное количество энергии, используемой в других процессах. Так, внедрение энерготехнологических схем при производстве карбамида приводит к снижению на 40% потребления пара, при производстве разбавленной азотной кислоты в несколько раз сокращается потребление электроэнергии и осуществляется выработка пара, передаваемая другим потребителям.

Рассмотрим возможности энерготехнологии в химической промышленности на примере производства аммиака. Для сжатия и циркуляции азотоводородной смеси на стадии синтеза используют мощные турбокомпрессоры, требующие скоростного привода, в качестве которого применяется паровая турбина. Пар высоких параметров обычно получают на ТЭЦ, и производство аммиака является сильно зависимым от нее. Избежать этого можно при использовании энерготехнологической системы. Топочные газы после трубчатой печи конверсии метана имеют температуру более 950°С, и их можно применять для выработки пара высоких параметров, но их не хватает для привода паровой турбины. Недостаток энергии восполняют сжиганием дополнительного топлива в дымовом газоходе после трубчатой печи, т. е. установкой энергетического узла как элемента энерготехнологической схемы. Тепла технологического газа, топочных газов и дополнительной горелки как энергетического узла достаточно, чтобы отказаться от потребления энергии извне, в частности пара высоких параметров. Кроме того, трубчатый конвертор снабжается конвекционной камерой, проходя через которую топочные газы подогревают природный газ, воздух, пар, подаваемые в конверторы, и далее топочные газы направляются в котел-утилизатор для получения пара. Таким образом, производство аммиака при создании энерготехнологической схемы становится автономным по энергии.

Другим примером энерготехнологической схемы является схема получения серной кислоты контактным способом. При производстве серной кислоты суммарное количество энергии, выделяющееся главным образом в виде тепловой энергии, составляет в зависимости от вида применяемого сырья от 5000 до 8000 МДж на 1 т кислоты. Для современного комплекса производительностью 6000 т H₂SO₄ в сутки мощность теплового потока достигает 480 тыс. кВт (мощность средней ГЭС). Использование только 5% мощности выходящего теплового потока позволяет полностью компенсировать затраты энергии на производство кислоты. Остальная энергия должна использоваться для получения высокопотенциального пара. На рис. 10 приведена схема энерготехнологической системы производства серной кислоты под давлением.

Очищенный и осушенный воздух в аппаратах 14 и 13 сжимается до давления 0,5 МПа в компрессоре 3 и поступает в установку для сжигания серы 4. Сернистый газ, содержащий 11,5−12,5% диоксида серы с температурой около 1470 К, подается в котел-утилизатор 5, вырабатывающий пар с давлением 4 МПа и температурой 710 К. Пар (750–1000 кг на 1 т кислоты) используется для выработки электроэнергии в ТЭЦ и может обеспечить работу паровых турбин для привода компрессора и питательных насосов.

Рис. 10. Энерготехнологическая схема производства серной кислоты:

1, 10 – экономайзеры; 2 – газовая турбина; 3 – компрессор; 4 – установка

для сжигания серы; 5 – котел-утилизатор; 6 – газовый фильтр;

7, 9 – контактные аппараты; 8 – теплообменник; 11, 12 – абсорберы;

13 – сушильная башня; 14 – воздушный фильтр

Очищенный в фильтре 6 газ поступает на первую ступень контактирования – последовательно в контактные аппараты 7. Степень окисления SO₂ в SO₃ после первой ступени составляет 94–95%. После промежуточной абсорбции, проводимой в абсорбере 11, газовая смесь нагревается в теплообменниках и подается на вторую ступень контактирования в реактор 9 и затем через экономайзер 10 поступает в абсорбер 12. Общая степень окисления SO₂ в SO₃ достигает 99,85%. Система полностью независима от внешнего источника электроэнергии. Для привода газовой турбины 2 используется избыточное давление и тепло отходящих из абсорбера 12 газов, которые обеспечивают 60–70% требуемой мощности. Остальная энергия поступает в виде электрической, для выработки которой применяется перегретый пар. Получение пара осуществляется за счет утилизации тепла, выделяющегося при сжигании серы. Питательная вода для котла утилизатора нагревается в экономайзерах 1 и 10, используя тепловую энергию газовой смеси, выходящей из второй ступени контактирования и из газовой турбины. При полностью автономной работе системы вырабатывается дополнительно около 700 кг пара на 1 т серной кислоты.

Поиск по сайту: