Установка парогазотурбінна для виробництва азотної кислоти

1. Установка парогазотурбінна для виробництва азотної кислоти, яка відрізняється тим, що має компресор, зв'язаний валом з турбіною, каме C2 2 (19) 1 3 завдає очевидної шкоди навколишньому середовищу. Відомо ПГТД [3], що конструктивно складається з компресора, зв'язаного валом з турбіною, з'єднаних із приводним валом двигуна паливного насоса й насоса для подавання води з окремої ємності; вільної турбіни, що приводить у рух робочий агрегат; камери згоряння; регуляторів подавання палива й води; реактивної турбіни з водоприймачем і помпою, які призначені для збирання й повернення в робочий цикл використаної води; й газовідвідного патрубка. У процесі роботи такого ПГТД використана вода вертається в робочий цикл. Використання ПГТД по патенту [3] дозволяє уникнути забруднення навколишнього середовища парами АК. Однак, "повернення в робочий цикл використаної води…» фактично означає повернення в робочий цикл розчину АК певної концентрації, оскільки в камері згоряння й турбіні ПГТД створюються природні умови для: - окислювання атмосферного азоту при високій температурі; - подальшого окислювання окису азоту у вищі окисли; - взаємодії окислів азоту в газовій фазі з водою (неконцентрованої АК) при підвищеному тиску; - швидкого охолодження продуктів реакції окислів азоту з водою (неконцентрованої АК) для фіксації АК, що утворюється. Таким чином, вода, що використовується в робочому циклі ПГТД фактично стає розчином АК, концентрація якої безперервно підвищується з кожним "циклом", оскільки розчин АК, що повторно (неодноразово) подається у робочий цикл, насичуючись окислами азоту фіксується при охолодженні в азотну кислоту більш високої концентрації. Відомий ПГТД не вважається прототипом, тому що є пристроєм іншого призначення. Із проаналізованого рівня техніки невідомо про виробництво азотної кислоти методом прямого окислювання атмосферного азоту за допомогою парогазотурбінної установки. Всі відомі установки для виробництва АК є комплексами зі складним технологічним циклом і дорогим обладнанням. Технічною задачею винаходу є створення установки для виробництва азотної кислоти на основі парогазотурбінного двигуна шляхом виведення із робочого циклу ПГТД виробленої їм азотної кислоти високої концентрації. Задача вирішується тим, що установка для виробництва азотної кислоти на основі парогазотурбінного двигуна, містить компресор, зв'язаний валом з турбіною, камеру згоряння, вільну турбіну, газовідвідний патрубок; систему подачі палива, що включає, з'єднаний із приводним валом паливний насос і регулятор подавання палива, і систему подачі води в камеру згоряння, що включає з'єднаний із приводним валом насос для подачі води, ємність для води й регулятор подачі води; систему збирання й повернення в робочий цикл використаної рідини, що містить реактивну турбіну із приймачем рідини, розміщену за вільною турбіною, 97581 4 помпу, при цьому установка обладнана засобом для збирання азотної кислоти. Засіб для збирання азотної кислоти може бути обладнаний ємністю-відстійником, нижня частина якого зв'язана через зливний клапан з ємністю для збирання азотної кислоти, причому помпа зв'язує приймач рідини із ємністю-відстійником та верхню частину ємності-відстійника з ємністю для води, що обладнана клапаном для поповнення води із зовнішнього джерела. Клапан для поповнення ємності для води та зливний клапан ємностівідстійника встановлені з можливістю одночасного спрацювання. Суть винаходу полягає в тому, що виробництво азотної кислоти організовано в циклі роботи парогазотурбінної установки, що дозволяє уникнути застосування для виробництва АК складних і дорогих технологічних процесів. При цьому та обставина, що вода, яка використовується в робочому циклі стає розчином АК, концентрація якого безупинно зростає, що є недоліком парогазотурбінних установок, використовується як його перевага, для чого в установці організований процес відстоювання і збирання АК високої концентрації. Такий процес може бути забезпечений, наприклад, шляхом використання ємності-відстійника. З [1], стор. 498, відомо, що щільність водяних розчинів АК пропорційна концентрації АК. Так щільність АК при температурі 20 °C при збільшенні концентрації до 100 % збільшується від 1 до 1,513 3 г/см . Інакше кажучи, з кожним робочим циклом розчин АК стає більш концентрованим і важким. Оскільки концентрація АК, що перебуває в робочому циклі ПГТД, безупинно підвищується, то в ємності-відстійнику слабкоконцентрована АК буде займати верхні шари, а більш важка фракція (АК більшої концентрації, що має більшу питому вагу) буде осідати в нижні шари ємності, що дозволяє вивести АК високої концентрації з нижньої частини ємності-відстійника в окрему ємність для збору АК. Зрозуміло, необхідно організувати надходження розчину АК через помпу в ємність-відстійник як можна обережніше, щоб виключити динамічне перемішування розчину в ємності-відстійнику. Додатковою перевагою періодичного виведення з робочого циклу ПГТД АК високої концентрації є збільшення хімічної стійкості деталей ПГТД при впливі на них менш концентрованим розчином АК. Висока температура газів і пари в камері згоряння ПГТД, поряд з високим тиском компонентів, сприяють здійсненню реакцій (1), (2), (3) з утворенням азотнокислої пари (туману), що, охолоджуючись у турбіні ПГТД, попадає у вигляді АК певної концентрації у приймач рідини на реактивній турбіні й через помпу - у ємність-відстійник, звідки слабкоконцентрована АК вертається в робочий цикл, а АК більшої концентрації, як більше важка фракція, осаджується і періодично зливається через клапан у ємність для збирання АК. Слабкоконцентрована АК з верхніх шарів ємності-відстійника за допомогою помпи вертається в ємність для води, з якої знову надходить в робочий цикл. Компенсація робочої рідини в ємності для води відбувається через клапан, що може від 5 97581 криватися синхронно із клапаном зливу з ємностівідстійника. Додатковою перевагою установки, що заявляється, є можливість одночасного використання установки як, наприклад, приводу для виробництва електроенергії, що може використовуватися для потреб виробника або як товар. Також слід зазначити, що установка не буде забруднювати атмосферне повітря окислами азоту. Суть винаходу представлена на кресленні, де наведена схема парогазотурбінної установки для виробництва АК. Установка містить осьовий компресор 3, зв'язаний валом з турбіною 4, з'єднані із приводним валом двигуна паливний насос 2 і насос 1 для подавання води з окремої ємності й створення необхідного тиску в системі подавання води; вільну (силову) турбіну 5, що приводить в обертання робочий орган 6, наприклад генератор струму; камеру згоряння 13; регулятор 14 подачі палива; регулятор 15 подачі води; реактивну турбіну 7 з водоприймачем 9 і газовідвідним патрубком; помпу (насос) 8, що направляє через один канал зібраний розчин АК у ємність-відстійник 12, з якої концентрована АК через клапан 11 зливається в ємність 10 для збирання АК, та яка через другий канал повертає неконцентровану АК у систему подавання води через ємність 16 для води. У міру витрати рідини із системи подавання води в ємність для збирання АК кількість води в ємності 16 поповнюється через клапан, що може відкриватися синхронно із клапаном 11. Пропонована установка працює таким чином. 6 Компресором 3 повітря засмоктується, стискується й направляється в жарову трубу камери згоряння 13, де змішується з паливом, що згоряє при високій температурі. Продукти згоряння палива, що утворюються, включаючи атмосферний азот і окисли азоту, попадають у камеру змішання, де вступають у взаємодію з водяною парою (парою слабкоконцентрованої АК), охолоджуються на турбіні 4 і 5 ПГТД, роблячи корисну роботу. Після цього рідка фракція вихлопу збирається за допомогою реактивної турбіни 7, водозбірника 9 і помпи 8 у вигляді АК у ємність-відстійник 12, де у міру збільшення концентрації (щільності) осідає в нижні шари, і через клапан 11, що періодично відкривається, зливається у вигляді концентрованої АК у ємність 10, а неконцентрована АК, як більш легка фракція, через другий канал помпи 8 і джерело води 16 вертається в робочий цикл. Поповнення води в ємність 16 здійснюється через клапан, що періодично відкривається синхронно із клапаном 11. Газоподібна фракція вихлопу ПГТД, вільна від домішок АК, викидається в атмосферу. Джерела інформації: 1. Атрощенко В.И., Каргин СИ. Технология азотной кислоты. М.: Гос. НТИхим. Литературы, 1962. 2. Канило П.М., Подгорный А.Н., Христич В. А. Энергетические и экологические характеристики ГТД при использовании углеводородных топлив и водорода. К.: Наукова думка, 1987. 3. Патент України № 87402, F02C 3/20, опубл. 10.07.2009г. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601