Установка для утилизации реакционного тепла в производстве серной кислоты

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТАНОВКА ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ РЕАКЦИОННОГО ТЕПЛА В ПРОИЗВОДСТВЕ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ(71) Заявитель Открытое акционерное общество Гродно Азот(72) Авторы Сонец Антон Александрович Житкевич Сергей Аркадьевич Лакомкин Александр Андреевич(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество Гродно Азот(57) 1. Установка для утилизации реакционного тепла в производстве серной кислоты, содержащая контактный аппарат, включающий корпус, по высоте которого размещены раздельные секции с катализатором, штуцера входа и выхода газа, выносные тепло утилизирующие элементы для промежуточного и конечного охлаждения газа, подсоединенные входной линией к источнику хладагента и к штуцерам входа и выхода газа контактного аппарата посредством соединительных газоходов, отличающаяся тем, что соединительный газоход тепло утилизирующих элементов промежуточного охлаждения газа выполнен содержащим обводной участок и регулятор расхода, в качестве хладагента использована котловая вода, на входной линии между тепло утилизирующими элементами и источником хладагента размещен экономайзер в виде кожухотрубчатого теплообменника и установлен над одним из тепло утилизирующих элементов и подключен к нему как к источнику греющего агента (тепла), а тепло утилизирующие элементы выполнены в виде генераторов насыщенного пара с естественной циркуляцией котловой воды и подсоединены выходной линией хладагента к коллектору пара. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что коллектор пара подключен к одному из тепло утилизирующих элементов как к источнику греющего агента (тепла). 26282006.04.30 3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что регулятор расхода установлен в обводном участке соединительного газохода. 4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что входная линия от источника хладагента после экономайзера выполнена в виде коллектора.(прототип). Полезная модель относится к теплоэнергетическим установкам, предназначена для использования тепла технологического газа для получения энергетического пара и может быть использована в химической и нефтехимической промышленности, а также в производстве минеральных удобрений, например, при получении серной кислоты контактным методом из серы. Известна установка для утилизации реакционного тепла в производстве серной кислоты,содержащая контактный аппарат, включающий корпус, по высоте которого размещены раздельные секции с катализатором, штуцера входа и выхода газа, тепло утилизирующие элементы, подсоединенные входной линией к источнику хладагента 1. Недостатком известной установки является низкая эксплуатационная надежность,обусловленная встроенным размещением тепло утилизирующих элементов в контактном аппарате, приводящая к существенным экономическим потерям. Так, при появлении не плотности в тепло утилизирующих элементах необходимо полностью останавливать контактный аппарат для устранения локального дефекта, что обуславливает существенные экономические потери от остановки основного технологического оборудования. Отсутствие тепло утилизирующих элементов после контактного аппарата лимитирует повышение экономичности известной установки. В качестве прототипа заявляемой полезной модели выбрана установка для утилизации реакционного тепла в производстве серной кислоты, содержащая контактный аппарат,включающий корпус, по высоте которого размещены раздельные секции с катализатором,штуцера входа и выхода газа, выносные тепло утилизирующие элементы для промежуточного и конечного охлаждения газа, подсоединенные входной линией к источнику хладагента и к штуцерам входа и выхода газа контактного аппарата посредством соединительных газоходов 2. Недостатками прототипа являются недостаточная технологическая надежность и недостаточная экономичность процесса утилизации тепла. Недостаточная технологическая надежность обусловлена отсутствием системы регулирования расхода технологического газа в тепло утилизирующие элементы. Это не позволяет получать оптимальную температуру газа на входе в последующие секции с катализатором, что снижает степень конверсии диоксида серы и, следовательно, снижает экономические показатели известной установки. Недостаточная экономичность процесса утилизации тепла обусловлена тем, что в прототипе в качестве хладагента используется газ. Это не позволяет вырабатывать дорогостоящий энергоноситель (например, водяной пар), обуславливает высокие капитальные вложения из-за значительных габаритов тепло утилизирующих элементов, обусловленных низкими коэффициентами теплоотдачи в системе газ-газ. Задача, на решение которой направлена полезная модель, - повышение технологической надежности и экономичности установки утилизации реакционного тепла в производстве серной кислоты. 2 26282006.04.30 Поставленная задача решается в установке для утилизации реакционного тепла в производстве серной кислоты, содержащей контактный аппарат, включающий корпус, по высоте которого размещены раздельные секции с катализатором, штуцера входа и выхода газа, выносные тепло утилизирующие элементы для промежуточного и конечного охлаждения газа, подсоединенные входной линией к источнику хладагента и к штуцерам входа и выхода газа контактного аппарата посредством соединительных газоходов, в которой,согласно полезной модели, соединительный газоход тепло утилизирующих элементов промежуточного охлаждения газа выполнен содержащим обводной участок и регулятор расхода, в качестве хладагента использована котловая вода, на входной линии между тепло утилизирующими элементами и источником хладагента размещен экономайзер в виде кожухотрубчатого теплообменника и установлен над одним из тепло утилизирующих элементов и подключен к нему как к источнику греющего агента (тепла), а тепло утилизирующие элементы выполнены в виде генераторов насыщенного пара с естественной циркуляцией котловой воды и подсоединены выходной линией хладагента к коллектору пара. Влияние существенности отличий полезной модели на решение поставленных задач заключается в следующем. За счет того, что соединительный газоход в системе тепло утилизирующих элементов промежуточного охлаждения газа выполнен с обводным участком и регулятором расхода,этим обеспечивается возможность изменения расхода газа в тепло утилизирующие элементы и получения оптимальной температуры газа на входе в последующие секции с катализатором. Это стабилизирует величину степени конверсии диоксида серы в области максимальных значений, что повышает технологическую надежность и экономичность полезной модели. Использование котловой воды в качестве хладагента обеспечивает выработку в полезной модели дорогостоящего энергоносителя (водяного пара) в условиях снижения капитальных вложений из-за уменьшения габаритов тепло утилизирующих элементов за счет более высоких коэффициентов теплоотдачи при переходе к системе газ - кипящая жидкость. Это повышает экономичность установки заявляемой полезной модели. Размещение экономайзера в виде кожухотрубчатого теплообменника на входной линии между тепло утилизирующими элементами и источником хладагента, установка его над одним из тепло утилизирующих элементов и подключение к нему как к источнику греющего агента (тепла) обеспечивает нагрев хладагента на входе в тепло утилизирующие элементы. Это снижает необходимую поверхность теплопередачи, уменьшает габариты тепло утилизирующих элементов, снижает их материалоемкость и стоимость, что повышает экономичность установки. Выполнение тепло утилизирующих элементов в виде генераторов насыщенного пара с естественной циркуляцией котловой воды снижает стоимость установки, т.к. циркуляция котловой воды осуществляется без каких-либо затрат. Подключение выходной линии тепло утилизирующих элементов к коллектору пара и его подключение к одному из тепло утилизирующих элементов как к источнику тепла обеспечивает выдачу из установки перегретого пара при незначительных капитальных затратах, что повышает экономичность установки. Выдача перегретого пара из установки предотвращает потери пара из-за его конденсации вследствие тепловых потерь, что повышает экономичность установки. Установка регулятора расхода в обводном участке соединительного газохода снижает габариты регулятора расхода в условиях обеспечения необходимой гибкости в управлении температурным режимом контактного аппарата. Выполнение входной линии от источника хладагента после экономайзера в виде коллектора обеспечивает подачу подогретой котловой воды во все тепло утилизирующие элементы. Это уменьшает габариты всех тепло утилизирующих элементов, снижает их материалоемкость и стоимость, что повышает экономичность установки. 3 26282006.04.30 Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором показан общий вид установки для утилизации реакционного тепла в производстве серной кислоты. Установка для утилизации реакционного тепла в производстве серной кислоты содержит контактный аппарат 1, включающий корпус 2, по высоте которого расположены секции 3 с катализатором, перегородки 4, штуце входа 5 и выхода 6 технологического газа. За пределами контактного аппарата 1 установлены выносные тепло утилизирующие элементы 7 для промежуточного и конечного охлаждения технологического газа. Тепло утилизирующие элементы 7 подсоединены к секциям 3 контактного аппарата 1 с помощью соединительных газоходов 8. Соединительный газоход 8 в системе тепло утилизирующих элементов 7 для промежуточного охлаждения газа содержит обводной участок 9 и регулятор расхода 10. Регулятор расхода 10 может быть выполнен в виде механической заслонки и быть установленным на обводном участке 9. Тепло утилизирующие элементы 7 подсоединены входной линией 11 через коллектор 12 к экономайзеру 13 и от него к источнику хладагента 14 - котловой (деминерализованной) воде. Тепло утилизирующий элемент содержит корпус 15, тепло воспринимающий трубный пучок 16, распределительную камеру 17 и сепарационную камеру 18. Наружная поверхность трубного пучка 16 может быть оснащена ребрами 19. Выходная линия 20 хладагента из сепарационной камеры 18 подключена к коллектору пара 21. При этом коллектор пара 21 проходит через межтрубное пространство одного из тепло утилизирующих элементов 7. Экономайзер 13 выполнен в виде кожухотрубчатого теплообменника, установлен по высоте над одним из тепло утилизирующих элементов 7 и подключен к нему в зоне сепарационной камеры 18 посредством линии ввода пара 22 и линии возврата конденсата 23. Установка для утилизации реакционного тепла в производстве серной кислоты работает следующим образом. Технологический газ, содержащий в качестве реакционного компонента диоксид серы,поступает в контактный аппарат 1 сверху через центральный штуцер 5, проходит через одну/две секции 3 с катализатором, нагревается за счет реакции окисления диоксида серы и выходит из контактного аппарата черезбоковой штуцер 6 за счет наличия перегородки 4. По соединительному газоходу 8 нагретый технологический газ поступает в выносной тепло утилизирующий элемент 7 и в обводной участок 9. Соотношение расходов газа устанавливается посредством регулятора расхода 10 таким образом, чтобы температура газа,поступающего через боковой штуцер 5 в следующую секцию 3 контактного аппарата 1,соответствовала оптимальному значению. Это стабилизирует степень конверсии диоксида серы в области максимальных значений, что повышает экономичность установки. Наличие обводного участка 9 и установленного в нем регулятора расхода 10 обеспечивает гибкость в управлении температурным режимом контактного аппарата 1 в условиях изменения эффективности теплопередачи тепло утилизирующих элементов 7. Так, при загрязнении поверхности тепловоспринимающего трубного пучка 16 (например, катализаторной пылью) эффективность теплопередачи снижается, что компенсируется увеличением количества газа в тепло утилизирующий элемент 7 (для обеспечения требуемого отвода тепла) за счет регулятора расхода 10 и его снижением по обводному участку 9. При прохождении технологическим газом следующей ниже расположенной секции 3 процесс нагрева газа за счет тепла реакции окисления и утилизации тепла повторяется. Хладагент поступает в установку из источника котловой (деминерализованной) воды 14. Использование котловой воды в качестве хладагента обеспечивает выработку дорогостоящего энергоносителя (водяного пара) в условиях снижения капитальных вложений из-за уменьшения габаритов тепло утилизирующих элементов за счет более высоких коэффициентов теплоотдачи при переходе к системе газ - кипящая жидкость. Это повышает экономичность установки. Хладагент проходит экономайзер 13 и нагревается за счет процесса конденсации насыщенного водяного пара, поступающего в экономайзер 13 по линии ввода пара 22 из сепарационной камеры 18. Так как экономайзер 13 установлен над тепло утилизирующим 4 26282006.04.30 элементом 7, полученный конденсат пара свободно стекает из экономайзера 13 по линии 23 обратно в сепарационную камеру 18, это исключает необходимость вывода и последующей переработки отработанного конденсата из установки, что повышает ее экономичность. Подключение экономайзера 13 к тепло утилизирующему элементу 7 как к источнику тепла обеспечивает подогрев хладагента, что снижает необходимые габариты тепло утилизирующих элементов 7 и, следовательно, стоимость установки утилизации тепла. Хладагент,нагретый в экономайзере 13, поступает в коллектор 12, а из него по линиям 11 в сепарационную камеру 18 каждого тепло утилизирующего элемента 7, а из нее поступает в распределительную камеру 17. Выполнение входной линии 11 от источника хладагента 14 после экономайзера 13 в виде коллектора 12 обеспечивает подачу подогретой котловой воды во все тепло утилизирующие элементы 7. Это уменьшает габариты всех тепло утилизирующих элементов 7, снижает их материалоемкость и стоимость, что повышает экономичность установки. Из распределительной камеры 17 хладагент поступает в трубный пучок 16, где происходит его подъемное движение, сопровождающееся частичным вскипанием за счет тепла, полученного от технологического газа, с генерацией парожидкостной эмульсии. Парожидкостная эмульсия поступает в сепарационную камеру 18, где происходит отделение жидкой фазы от насыщенной паровой фазы. Выполнение тепло утилизирующих элементов 7 в виде генераторов насыщенного пара с естественной циркуляцией котловой воды снижает стоимость установки, т.к. циркуляция котловой воды осуществляется без какихлибо затрат. Жидкая фаза смешивается с поступающим хладагентом и поступает в распределительную камеру 17, образуя контур циркуляции жидкой фазы. Насыщенный пар,полученный в тепло утилизирующих элементах 7, по линии 19 поступает в коллектор пара 21 и проходит через межтрубное пространство одного из тепло утилизирующих элементов 7, где нагревается и в виде перегретого пара выдается потребителю. Подключение выходной линии 20 тепло утилизирующих элементов 7 к коллектору пара 21 и его подключение к одному из тепло утилизирующих элементов 7 как к источнику тепла обеспечивает выдачу из установки перегретого пара при незначительных капитальных затратах,что повышает экономичность установки. Выдача перегретого пара из установки предотвращает потери пара из-за его конденсации вследствие тепловых потерь, что повышает экономичность установки. Технологический газ из последней секции 3, охлажденный выше описанным способом, направляется на следующую технологическую стадию - абсорбцию. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5