energsecurityНадежность и безопасность энергетикиSafety and Reliability of Power Industry1999-55552542-2057ООО «НПО Энергобезопасность»10.24223/1999-5555-2022-15-2-90-95energsecurity-814Research ArticleПРОЕКТИРОВАНИЕ, ИССЛЕДОВАНИЯ, РАСЧЕТЫDESIGN, RESEARCH, CALCULATIONSАнализ эффективности использования тепловых ВЭР на основе органического цикла Ренкина в производстве азотной кислотыAnalysis of the efficiency of the use thermal TSR based on the organic Rankine cycle in the production of nitric acidШелгинскийЕ. А.ShelginskyY. A.

Российская Федерация, 11250, Москва, ул. Красноказарменная, 14 

 Krasnokazarmennaya str. 14, 111250, Moscow, Russia 

egornumberone@gmail.comЯворовскийЮ. В.YavorovskyY. V.

 Российская Федерация, 11250, Москва, ул. Красноказарменная, 14 

 Krasnokazarmennaya str. 14, 111250, Moscow, Russia 

ШелгинскийА. Я.ShelginskyA. Y.

 Российская Федерация, 11250, Москва, ул. Красноказарменная, 14 

 Krasnokazarmennaya str. 14, 111250, Moscow, Russia 

ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский университет «МЭИ»РоссияNational Research University «Moscow Power Engineering Institute»Russian Federation2022270720221529095Copyright © Шелгинский Е.А., Яворовский Ю.В., Шелгинский А.Я., 20222022Шелгинский Е.А., Яворовский Ю.В., Шелгинский А.Я.Shelginsky Y.A., Yavorovsky Y.V., Shelginsky A.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.sigma08.ru/jour/article/view/814

В работе показан энергосберегающий эффект на основе органического цикла Ренкина (ОЦР) при использовании тепловых вторичных энергетических ресурсов (ВЭР) производства неконцентрированной азотной кислоты.Производство неконцентрированной азотной кислоты в Российской Федерации осуществляется на двух типах агрегатов: УКЛ-7 и АК-72. Каждый агрегат имеет в настоящем времени модернизированные варианты: УКЛ-7М и АК-72М, в которых увеличена проектная производственная мощность. Производство азотной кислоты на агрегате УКЛ-7 осуществляется под единым давлением 0.716 МПа на стадиях конверсии аммиака и абсорбции нитрозных газов водой. Производство кислоты на агрегате АК-72 осуществляется под различными давлениями на стадиях конверсии аммиака и абсорбции. Конверсия аммиака на агрегате АК-72 протекает под давлением 0.42 МПа, процесс абсорбции производится под давлением 1.1 МПа. В данной работе, для примера, рассматривается агрегат УКЛ-7.Полезное использование ВЭР на основе ОЦР заключается в использовании теплоты сжатого воздуха после осевого компрессора, которая выбрасывается в окружающую среду. В данном случае теплота сжатого воздуха используется на нагревание и испарение фреона в испарителе цикла, нагревании питательной воды перед деаэратором с целью сокращения потребления пара. Также предлагается использовать теплоту конденсации фреона после турбодетандера для испарения аммиака, что также приводит к сокращению потребления пара. В ОЦР предлагается использовать фреон R600a.Результаты расчётов показывают, что при использовании теплоты сжатого воздуха и теплоты, выделяемой в конденсаторе ОЦР, возможно выработать около 2 613 600 кВт∙ч/год электроэнергии, а также сэкономить 39 630 тонн пара в год.

The paper shows an energy-saving effect based on on the organic Rankine cycle (ORC) when using thermal secondary energy resources (SER) for the production of non-concentrated nitric acid (NNA).The production of non-concentrated nitric acid in the Russian Federation is carried out on two types of aggregates: UKL-7 and AK-72. Each unit currently has upgraded versions: UKL-7M and AK-72M, in which the design production capacity has been increased. Nitric acid production at the UKL-7 unit is carried out at a uniform pressure of 0.716MPa at the stages of ammonia conversion and absorption of nitrous gases by water. Acid production on the AK-72 unit is carried out at different pressures at the stages of ammonia conversion and absorption. Ammonia conversion on the AK-72 unit proceeds at a pressure of 0.42 MPa, whereas the absorption process is carried out at a pressure of 1.1 MPa. In this paper, by way of example, the UKL-7 unit is considered. A useful use of SER based on the ORC is to use the heat of compressed air after the axial compressor, which is released into the environment. In this case, the heat of compressed air is used for heating and evaporation of freon in the evaporator of the cycle, heating feed water in front of the deaerator in order to reduce steam consumption. It is also proposed to use the heat of condensation of freon after the turboexpander to evaporate ammonia, which also leads to a reduction in steam consumption. It is proposed to use freon R600a in the ORC.The calculation results show that when using the heat of compressed air and the heat released in the EGU condenser, it is possible to generate about 2,613,600 kWh/ year of electricity, as well as save 39,630 tons of steam per year.

азотная кислотапроизводствотурбодетандераммиакпарпитательная водаэнергосбережениефреонnitric acidproductionturbo expanderammoniasteamfeed waterenergy savingfreonReferencesПромышленное производство в России. 2021: Стат. сб./Росстат. – П 81 М. 2021;: 305.Industrial production in Russia. 2021: Stat.col./Rosstat. – P 81 m., 2021;: 305. (in Russ.)Производство аммиака, минеральных удобрений и неорганических кислот. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям ИТС-2-2019. Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии. Москва, Бюро НДТ 2019.Production of ammonia, mineral fertilizers and inorganic acids. Information and Technical handbook on the best available technologies ITS-2-2019. Federal Agency for Technical Regulation and Metrology. Moscow, NDT Bureau 2019. (in Russ.)Атрощенко В. И., Каргин С. И. Технология азотной кислоты. Издание 3-е, переработанное и дополненное. – М.: Химия 1970;: 496.Atroschenko V. I., Kargin S. I. Technology of nitric acid. 3rd edition, revised and extended. – M.: Chemistry. 1970;: 496. (in Russ.)Справочник азотчика. Производство разбавленной и концентрированной азотной кислоты: Производство азотных удобрений: Материалы, компрессоры и газгольдеры производств азотной кислоты и удобрений: Энергоснабжение производств связанного азота и органических продуктов: Техника безопасности производств связанного азота и органических продуктов. 2-е изд. Перераб. – М.: Химия. 1987;: 464 с.Azotchik's reference book. Production of dilute and concentrated nitric acid: Production of nitrogen fertilizers: Materials, compressors and gas tanks of nitric acid and fertilizer production: Energy supply of production of bound nitrogen and organic products: Safety of production of bound nitrogen and organic products. 2nd ed. Rev. – M.: Chemistry. 1987;: 464. (in Russ.)Газотурбинная установка «Салют» для производства азотной кислоты по схеме УКЛ-7. В. Е. Беляев, С. О. Беляева, В. С. Багдасарян, С. В. Багдасарян: пат. RU95370 Рос. Федерация: МПК F04D 29/00. 2009.Salyut gas turbine plant for the production of nitric acid according to the UKL-7 scheme. V. E. Belyaev, S. O. Belyaeva, V. S. Bagdasaryan, S. V. Bagdasaryan: pat. RU95370 Rus. Federation: IPC F04D 29/00. 2009. (in Russ.)Способ утилизации тепла в процессе производства азотной кислоты. М. Л. Ферд, А. Ф. Рубинчик, С. М. Кононов, В. Я. Кайль: пат. RU2220097 Рос. Федерация: МПК C 01 B 21/26, 21/38. 2003.Method of heat utilization in the process of nitric acid production: pat. RU2220097 Rus. Federation. M. L. Ferd, A. F. Rubinchik, S. M. Kononov, V. Ya Kail IPC C 01 B 21/26, 21/38. 2003. (in Russ.)Способ производства азотной кислоты и агрегат для производства азотной кислоты Б. П. Шайдак, Б. И. Юдовин, Г. И. Богорадовский, Л. Г. Кореневский, В. В. Поярков, В. И. Титенский, М. Л. Ферд, Н. В. Юргенсон пат. RU2248322 Рос. Федерация: МПК C 01 B 21/40, 21/26. 2005.Method of nitric acid production and unit for nitric acid production. B. P. Shaidak, B. I. Yudovin, G. I. Bogoradovsky, L. G. Korenevsky, V. V. Poyarkov, V. I. Titensky, M. L. Ferd, N. V. Jurgenson pat. RU2248322 Rus. Federation: IPC C 01 B 21/40, 21/26. 2005. (in Russ.)Производство азотной кислоты в агрегатах большой единичной мощности / Под. ред. В. М. Олевского. – М.: Химия 1985;: 400Production of nitric acid in aggregates of a sick unit capacity / Edited by V. M. Olevsky. – M.: Chemistry 1985;: 400. (in Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.