Енерготехнології
Енерготехнологічні установки
Кількість енергії, яку необхідно підвести на різних стадіях хіміко-технологічного процесу, визначається його режимом. Витрати енергії можна зменшити шляхом регенерації енергії між стадіями процесу та використання потенціалу потоків у самому процесі. Але повністю компенсувати витрати енергії не завжди вдається з кількох причин.
Частина енергії втрачається незворотно через природу багатьох протікають процесів - вони термодинамічно незворотні, і диссипація енергії неминуча. Наприклад, незворотні витрати на подолання гідравлічного опору потоків в апаратах та трубопроводах. До системи підводиться високопотенційна енергія, але в технологічному процесі утворюється багато низькопотенційних потоків, працездатність яких нижче вихідних, незважаючи на таку ж або навіть дещо більшу загальну кількість енергії, що міститься в них. Частина тепла (енергії) неминуче губиться із загальними тепловими втратами. До них відносяться випаровування як засіб підтримки температурного режиму (наприклад, в градирнях та інших подібних системах), виведення теплових потоків, що не використовуються, природні теплові втрати через ізоляцію. Якщо використовувати енергетичний (тепловий) потенціал потоків, що залишилися для покриття енергетичних (теплових) витрат, то компенсувати повністю їх не вдається, і додаткове споживання неминуче.
Енергію, що бракує, можна виробити в технологічній системі, споживаючи паливо. Для цього необхідно до системи включити енергетичний вузол як підсистему ХТС.
Хіміко-технологічна система, що включає енергетичний вузол, що споживає паливо та виробляє енергію для компенсації незворотних втрат з метою підтримки технологічного режиму та забезпечення функціонуванняХТС називається енерготехнологічною системою.
Така система не споживає енергію ззовні, енергетично вона автономна, споживаючи необхідну кількість палива. Енергетичний вузол, що виробляє недостатню енергію з палива, що підводиться, є підсистемою ХТС. Наведемо два класичні приклади енерготехнологічної системи.
У сучасному виробництві азотної кислоти під тиском один із сировинних компонентів - повітря - стискається в компресорі і прямує до технологічних апаратів. Після всіх перетворень залишається практично тільки азот як газ, що відходить під тиском меншим, ніж тиск повітря після компресора. Потенціал газу, що відходить, недостатній, щоб повністю компенсувати витрати на стиснення вихідного повітря, хоча можна його використовувати для часткового відшкодування витрат. Збільшити енергію відпрацьованого газу як робочого тіла турбіни можна підвищенням його температури. Для цього в лінію відпрацьованого газу подають паливо - природний газ - і спалюють його із залишками кисню. Це енергетичний вузол. Але його функції не лише енергетичні, а й технологічні. Підігрів газу необхідний очищення його від залишків оксидів азоту. Використовуючи невеликий надлишок метану, створюють відновлювальну атмосферу у відпрацьованих газах, і на каталізаторі в реакторі очищення оксиди азоту відновлюються до азоту. Після реактора очищення потенціал гарячого газу є достатнім для приводу компресора повітря за допомогою газової турбіни. Після турбіни очищений газ може бути направлений безпосередньо у вихлопну трубу. У цій схемі також використано регенерацію тепла, що скорочує витрати палива.
Інший приклад – енерготехнологічна схема у виробництві аміаку. Для стиснення та циркуляції азотоводородной суміші на стадії синтезу використовують потужні турбокомпресори,що вимагають швидкісного приводу (парова турбіна). Пара високих параметрів зазвичай отримують на ТЕЦ, і виробництво аміаку стає сильно залежним від неї. Уникнути цього можна в енерготехнологічній системі. Димові гази після трубчастої печі конверсії метану мають температуру понад 950 °С, їх можна використовувати для вироблення пари високих параметрів, але їх не вистачає для приводу парової турбіни. Недолік енергії заповнюють спалюванням додаткового палива димовому газоході після трубчастої печі, тобто. установкою енергетичного вузла елемента технологічної схеми. Використовують також тепло технологічного газу після другої пароповітряної конверсії метану. Тепла технологічного газу, димових газів та додаткового пальника як енергетичного вузла достатньо, щоб відмовитися від споживання енергії ззовні. Таким чином, виробництво аміаку стало автономним за енергією.