5). Энерго-технологическая система

Количество энергии, которое необходимо подвести на разных стадиях химико-технологического процесса, определено его режимом. Затраты на него можно уменьшить путем регенерации энергии между стадиями процесса и использовать потенциал потоков в самом процессе. Но компенсировать полностью затраты энергии не всегда удается. Причин несколько.

Например, имеются затраты на преодоление гидравлического сопротивления потоков в аппаратах и трубопроводах. Далее, в систему подводится высокопотенциальная энергия, но в технологическом процессе образуется много низкопотенциальных потоков, работоспособность которых ниже исходных, несмотря на содержащееся в них такое же, или даже несколько большее общее количество энергии. Часть теплоты (энергии) теряется неизбежно с общими тепловыми потерями. К ним относятся испарение как средство поддержания температурного режима (например, в градирнях и подобных системах), выводы неиспользуемых тепловых потоков, естественные тепловые потери через изоляцию. Т.о. дополнительное потребление энергии неизбежно.

Недостающую энергию можно выработать в технологической системе, потребляя топливо. Для этого необходимо в систему включить энергетический узел как подсистему ХТС.

Химико-технологическая система, включающая энергетический узел, потребляющий топливо и вырабатывающий энергию для компенсации необратимых потерь с целью поддержания технологического режима и обеспечения функционирования ХТС называется энерго-технологической системой.

Такая система не потребляет энергию извне, энергетически она автономна, но при этом естественно, закупая и потребляя необходимое количество топлива. Энергетический узел, вырабатывающий недостающую энергию из подводимого топлива, является подсистемой ХТС. Классическим примером энерготехнологической системы является ХТС производства азотной кислоты. В современном производстве азотной кислоты под давлением один из сырьевых компонентов - воздух - сжимается в компрессоре и направляется в технологические аппараты. После всех превращений остается практически только азот как отходящий газ под давлением меньшим, чем воздух после компрессора. Потенциал отходящего газа не достаточен, чтобы полностью компенсировать затраты на сжатие исходного воздуха, хотя можно его использовать для частичного возмещения затрат. Увеличить энергию отходящего газа как рабочего тела турбины можно увеличением его температуры и массы. Для этого в линию отходящего газа подается топливо - природный газ - и сжигают его с остатками кислорода. Это и есть энергетический узел. Потенциал отходящего горячего газа достаточен для привода компрессора воздуха с помощью газовой турбины. Но функции энергетического узла не только энергетические, но и технологические. Подогрев газа нужен для очистки его от остатков оксидов азота. Используя небольшой избыток метана, создают восстановительную атмосферу в отходящем газе, и на катализаторе в реакторе очистки оксиды азота восстанавливаются до азота. После реактора очистки потенциал горячего газа достаточен для привода компрессора воздуха с помощью газовой турбины. После турбины очищенный газ может быть направлен непосредственно в выхлопную трубу (рис.1).

Рис. 1. Энерготехнологическая схема производства азотной кислоты:

К – компрессор, Г – газовая горелка, Р – реактор каталитической очистки, ГТ – газовая турбина