Технологии, позволяющие повысить энергоэффективность химических производств приобретают актуальность в условиях роста цен на энергоносители и ужесточения экологических норм.
Фото: VDMA Насос для перекачки серной кислоты фирмы Rheinhuette Pumpen
Елена Иванова
Одним из ярких примеров таких решений стали системы утилизации тепла (Heat‑Recovery‑Systems, HRS) для установок по производству серной кислоты.
Серная кислота — базовый химический реагент, широко используемый в производстве удобрений, металлургии, нефтехимии и других отраслях. При годовом объёме мирового производства свыше 200 млн т традиционные технологии сопряжены с существенными выбросами и потерями тепловой энергии. Одним из ярких примеров таких решений стали системы утилизации тепла (Heat‑Recovery‑Systems, HRS) для установок по производству серной кислоты.
Принцип работы и преимущества HRS
Системы утилизации тепла (Heat-Recovery-Systems (HRS)) позволяют повторно использовать экзотермическое тепло, образующееся при окислении серы в SO₂ и последующей конверсии в SO₃, превращая его в пар высокого и среднего давления для технологических нужд или производства электроэнергии. Его используют для выработки электроэнергии, подогрева питательной воды котлов, теплоснабжения смежных процессов или соседних установок, централизованного теплоснабжения близлежащих населённых пунктов, а также опреснения морской воды.
Оптимизация технологического процесса
При производстве серной кислоты до 60% энергии может быть использовано повторно. HRS позволяют улавливать даже слабое тепло, которое в противном случае уходило бы в атмосферу или систему охлаждения.
Чтобы HRS давала ощутимый эффект, требуется модернизация системы охлаждения кислоты (абсорберов и сухих охладителей). Необходимо обеспечить протекание процессов при более высокой температуре, достичь требуемой степени абсорбции и минимизировать коррозию оборудования.
Технологическая схема включает несколько этапов. Сначала горячая кислота с концентрацией 98,5–99,7 % и температурой около 220 °C самотеком поступает в насосную ёмкость. Затем из ёмкости через систему охлаждения кислоту возвращают в HRS‑колонну. На завершающем этапе остаточный удаляют в промежуточной абсорбционной колонне.
Фото: VDMA Вертикальный насос Rheinhuette Pumpen
Насосы для систем утилизации тепла: материалы и конструкция
Перекачка горячей концентрированной серной кислоты предъявляет жёсткие требования к насосам. В HRS‑процессах работают с 99,5 %-ной кислотой при 224 °C, что определяет необходимость применения коррозионностойких материалов, надёжных уплотнений и специальной конструкции корпуса.
Для оценки стойкости материалов применяют «Индекс коррозии HRS». Оптимальными вариантами признаны высоколегированный ферритный стальной сплав, отличающийся коррозионной и эрозионной стойкостью, а также дуплексная сталь, которая демонстрирует устойчивость к точечной коррозии и коррозионному растрескиванию под напряжением.
Что касается уплотнений, то наилучшие результаты показывают одинарные газосмазочные торцевые уплотнения картриджного типа с дросселем: они снижают расход запирающего газа и надёжно защищают от воздействия атмосферного воздуха. Для насосов, рассчитанных на более низкие температуры, допустимо применение сальников.
Конструкция корпуса насосов также имеет принципиальное значение. Производители по возможности отказываются от резьбовых соединений в агрессивной среде, а фланцы приваривают к трубам, чтобы исключить риск щелевой коррозии. Наличие двойной спирали в корпусе существенно снижает радиальные нагрузки на вал и подшипники. Кроме того, крышки с завихрителями эффективно минимизируют рециркуляцию при частичной нагрузке.
Фото: VDMA 4-метровый вертикальный насос устанавливался при помощи крана
Компания Rheinhütte Pumpen с 2013 года поставляет HRS‑насосы для модернизации установок по производству серной кислоты. За последние два года реализовано 4 проекта для европейских и китайских предприятий. Насосы демонстрируют производительность до 4000 м³/ч и способны создавать напор до 30 м. Их коэффициент полезного действия находится в диапазоне 80–85 %, а рабочая среда — 99–99,5 %-ная при температуре 220–224 °C.
Первые три насоса оснащались двойными торцевыми уплотнениями, а четвёртый — одинарным газосмазочным. Последний вариант показал сопоставимую надёжность при более низкой стоимости.
Техника для улучшения экологии
Внедрение HRS открывает перед предприятиями химической отрасли ряд возможностей. Прежде всего, это снижение углеродного следа за счёт сокращения выбросов на 300 тыс. т/год для установки мощностью 3000 MTPD. Кроме того, часть энергопотребления установки покрывается за счёт рекуперированного тепла, что повышает энергонезависимость производства.