Пристрій для мінімізації побічного витоку у горілках для окислення аміаку

Реферат: Предметом винаходу є ущільнююча система кошика горілки в горілці для окислення аміаку, в якій кошик горілки має стінку (1), закріплену в горілці для окислення аміаку, проникну для газу нижню тарілку (2), розміщену на додаткових внутрішніх елементах горілки для окислення аміаку і оснащену периферійним ободом (8) для розміщення додаткових засобів, стінка (1) і проникна для газу нижня тарілка (2) механічно не з'єднані між собою так, що між стінкою (1) і периферійним ободом (8), проникної для газу нижньої тарілки, (2) існує проміжок (7), в якій на периферійному ободі (8) нижньої тарілки (2) за допомогою направляючих штифтів (4) встановлене з можливістю переміщення ущільнення обода (3), виготовлене з окремих сегментів, і ущільнення обода (3) виступає над проміжком (7) між периферійним ободом (8) нижньої тарілки (2) до стінки (1) і прилягає до стінки (1). UA 110536 C2 (12) UA 110536 C2 UA 110536 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Предметом винаходу є ущільнююча система кошика горілки в горілці для окислення аміаку і спосіб ущільнення кошика горілки в горілці для окислення аміаку. Азотну кислоту отримують в результаті реакції NO2 з водою і киснем (повітрям), NO2 отримують в результаті окислення NO. А NO зазвичай отримують окисленням NH3 в горілці для окислення аміаку. В якості каталізаторів використовують платинові/родієві сітки. Їх можна використовувати в горілках разом з системами поглинання і розміщувати на утримуючих матеріалах, розміщених в кошику горілки. Ці підтримуючі матеріали зазвичай є кільцями Рашига або Палла, сідлами Берля, Інтерлокс або Торус і/або деталями Інтерпак розміром приблизно 5-200 мм. Вони складаються з кераміки, фарфору, скла, матеріалів-каталізаторів або з нержавіючої сталі і розміщені на підтримуючих конструкціях, які можуть бути виготовлені, наприклад, у вигляді перфорованих тарілок, вільний переріз яких, щонайменше, однаковий або більший, ніж відповідний об'єм порожнин ущільнюючих елементів. Ці підтримуючі конструкції утворюють проникну для газу нижню тарілку кошика горілки. Зазвичай підтримуючі конструкції мають додаткові підтримуючі сітки для підтримуючих матеріалів. Крім того, для уникнення зміщення сітки-каталізатори зазвичай закріплені разом з додатковими підтримуючими сітками в кошику горілки за допомогою затискних пристроїв. Підтримуючі конструкції часто встановлюють з зазором на додаткових внутрішніх елементах, розміщених в горілці для окислення аміаку так, що немає механічного з'єднання між зовнішньою стінкою кошика горілки і підтримуючими конструкціями. Такі додаткові внутрішні елементи зазвичай присутні, оскільки на практиці часто використовують комбінацію елементів для спалювання NH3 і котлів-утилізаторів Ламонта. Це вигідно, оскільки треба уникати розпаду утвореного NO і забезпечувати швидке охолодження утвореної таким чином газової суміші. Отже, в горілці для окислення аміаку змієвики для охолодження газової суміші зазвичай розміщені під кошиківою горілки, і на них можна гнучко встановити підтримуючі конструкції. Температура реакції аміаку з повітрям для утворення окису азоту і водяної пари становить до 950 °C, і застосовують тиск до 10 бар. Це призводить до відповідного розширення кошика горілки. Це розширення відбувається в місцях, покритих підтримуючими матеріалами, тобто, наприклад, на проникній для газу нижній тарілці, із деякою затримкою в часі після зростання температури в цьому місці. Таким чином, у випадку конструкції кошика горілки у вигляді однієї деталі відбувається значний знос, тобто, у випадку, коли зовнішня стінка механічно з'єднана з проникною для газу нижньою тарілкою, оскільки матеріал кошика горілки піддається значним температурним навантаженням, особливо під час запуску і зупинки роботи горілки. З цієї причини були спроби уникати таких варіантів конструкції, і проникну для газу нижню тарілку встановлювати із зазором на існуючі конструкції в горілці для окислення аміаку. Одначе, при встановленні проникної для газу нижньої тарілки на внутрішніх елементах, присутніх в реакторі, між круговою стінкою кошика горілки і проникною для газу нижньою тарілкою утворюється проміжок. Це відбувається як тільки стінка кошика горілки і нижня тарілка починають розширюватись на різні величини. Це призводить до побічного витоку газу, і наступне охолодження в котлі-утилізаторі Ламонта не може відбутись негайно, тому виникає висока імовірність розпаду утвореного NO. Крім того, для сіток-каталізаторів існує ризик від утримуючих матеріалів, які падають крізь цей проміжок, при цьому підтримуючі матеріали не можуть більше виконувати свою функцію однорідної підтримки сіток-каталізаторів. Структура шару підтримуючого матеріалу руйнується, і в шарі утворюються тріщини і порожнини. Відомо, що таке явище пов'язане зі зниженням ефективності згорання і побічним витоком аміаку. З точки зору захисту навколишнього середовища побічному витоку аміаку треба запобігти будь-якою ціною, а зниження ефективності згорання також знижує ефективність усього процесу, тобто в результаті виробляється менша кількість азотної кислоти. Ось чому існує необхідність оптимізації існуючих кошиків горілок, щоб уникнути вказаних вище проблем в горілках для окислення аміаку. Предметом винаходу є ущільнююча система кошика горілки в горілці для окислення аміаку, в якій стінка і проникна для газу нижня тарілка механічно не з'єднані одна з одною так, що недоліки промислових варіантів, які використовували до цього часу, мінімізовані, і побічний витік газу зменшений. Крім того, повинна бути мінімізована втрата наповнювача, наприклад, кілець Рашига, який присутній в кошику горілки. Необхідне ущільнення між проникним для газу днищем і стінкою кошика горілки, яке протидіє різним термічним розширенням в поперечному і поздовжньому напрямі і забезпечує мінімальні зусилля на стінку і нижню тарілку. Додатковим предметом винаходу є відповідний спосіб. 1 UA 110536 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Предметом винаходу є ущільнююча система кошика горілки для окислення аміаку, в якій кошик горілки має стінку (1), яка закріплена в горілці для окислення аміаку, проникну для газу нижню тарілку (2), яка встановлена на додаткових внутрішніх елементах горілки для окислення аміаку і має круговий бортик (8) для розміщення додаткового наповнювача, і стінка (1) і проникна для газу нижня тарілка (2) механічно не з'єднані одна з одною так, що між стінкою (1) і круговим бортиком (8) нижньої тарілки (2) існує проміжок (7), ущільнення бортика (3), яке складається з окремих сегментів, встановлене з можливістю переміщення за допомогою направляючих штифтів (4) на круговому бортику (8) нижньої тарілки (2), і ущільнення бортика (3) розміщене над проміжком (7) між круговим бортиком (8) нижньої тарілки (2) і стінкою (1) і контактує зі стінкою (1). Ущільнення бортика (3) складається з множини окремих частин (сегментів), які за допомогою направляючих штифтів (4) встановлені з можливістю переміщення на круговому бортику (8) нижньої тарілки (2). Краще, щоб довжина окремих сегментів становила 500-1200 мм. Сегментоване ущільнення бортика передбачене по всьому колу кошика горілки і може бути виготовлене, наприклад, з окремих металевих листів. Окремі сегменти ущільнення бортика (3) можуть перекриватись або бути встановлені впритул один до одного. Такою конструкцією може бути надійно ущільнений проміжок різної ширини, який утворений в різних місцях в кошику горілки для окислення аміаку. Кріплення стінки кошика горілки для окислення аміаку може бути здійснене за допомогою підвішування кошика горілки на відповідних пристроях в горілці для окислення аміаку або, наприклад, за допомогою кріплення стінки кошика горілки до горілки для окислення аміаку за допомогою фланцевого з'єднання. Крім того, стінка кошика горілки може бути приварена до горілки для окислення аміаку. Горілки для окислення аміаку мають діаметр 1,5-7,0 м. Як описано вище, додатковими внутрішніми елементами можуть бути, змієвики котлаутилізатора Ламонта, який розміщений в горілці для окислення аміаку. Одначе, для встановлення проникної для газу нижньої тарілки можна використати інші внутрішні елементи будь-якого типу, наприклад, додаткові утримуючі конструкції. Тут проникна для газу нижня тарілка механічно не з'єднана з додатковими внутрішніми елементами, а розміщена над ними із зазором. Згідно винаходу додатковим наповнювачем, який може бути розміщений в кошику горілки, можуть бути підтримуючі матеріали, такі як кільця Рашига або Палла, сідла Берла, Інтерлоркс або Торус і/або тіла Інтерпак розміром приблизно 5-200 мм, які можуть служити, наприклад, каталізаторами. Згідно винаходу кріплення з можливістю переміщення протилежне фіксованому, яке може бути здійснене, наприклад, зварюванням або гвинтовим з'єднанням. Слід зауважити, що конструкція ущільнення бортика з можливістю переміщення забезпечує продовження контакту зі стінкою кошика горілки при розширенні кошика горілки в ході роботи, тобто, із зазором опирається на стінку, і таким чином забезпечується ущільнення. Ущільнення бортика встановлене плаваючим і тому має можливість переміщення. Краще, щоб ущільнення бортика було встановлене під кутом 2-60°, бажано під кутом 15-30° до стінки кошика горілки. У варіанті втілення винаходу ущільнення бортика, яке складається з окремих сегментів, виготовлене з металевих листів. Тут окремі металеві листи, які утворюють сегменти ущільнення бортика, передбачені по всьому колу кошика горілки. В кращому варіанті втілення винаходу ущільнення бортика встановлене з можливістю рухатись за допомогою направляючих штифтів, які передбачені на зовнішньому круговому бортику (8) нижньої тарілки. Цього досягають за допомогою того, що ущільнення бортика має отвори, в які входять направляючі штифти. Отвори ущільнення бортика можуть мати будь-яку форму, яка дозволяє вертикальне і/або горизонтальне переміщення ущільнення бортика і забезпечує ущільнення між проникною для газу нижньою тарілкою і стінкою кошика горілки. Краще, щоб проникна для газу нижня тарілка була решіткою зі стільниковими чарунками, сітчастою пластиною, ситом, сіткою або перфорованою пластиною. Краще використовувати решітку зі стільниковими чарунками, оскільки доведено досвідом, що така конструкція нижньої тарілки найкраще відповідає умовам, які існують в горілці для окислення аміаку. Крім того, предметом винаходу є спосіб ущільнення кошика горілки в горілці для окислення аміаку для запобігання побічному витоку газу і втрат наповнювача, який присутній в кошику горілки, в якому кошик горілки має стінку (1), яка закріплена в горілці для окислення аміаку, кошик горілки має проникну для газу нижню тарілку (2), яка встановлена на додаткових внутрішніх елементах горілки для окислення аміаку і має круговий бортик (8) для розміщення додаткового наповнювача, стінка (1) і проникна для газу нижня тарілка (2) механічно не з'єднані 2 UA 110536 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 між собою так, що ущільнення бортика (3), яке складається з окремих сегментів, встановлене з можливістю переміщення за допомогою направляючих штифтів (4) між стінкою (1) і круговим бортиком (8) нижньої тарілки (2), ущільнення бортика (3) проходить над проміжком (7) між круговим бортиком (8) нижньої тарілки (2) і стінкою (1) і контактує зі стінкою (1), ущільнення бортика (3) розміщене під кутом 2-60° до стінки (1), і кут до стінки змінюється, коли кошик горілки розширюється. Ущільнення бортика (3), яке виготовлене з окремих сегментів, контактує зі стінкою (1) і таким чином надійно ущільнює проміжок (7) у всіх робочих режимах кошика і при відповідних різних розширеннях. В одному варіанті втілення способу згідно винаходу кут відносно стінки зростає при розширенні кошика. Це відбувається, наприклад, коли горілка для окислення аміаку починає роботу, стінка кошика горілки і проникна для газу нижня тарілка завдяки контакту з наповнювачем, наприклад, кільцями Рашига, які є в кошику горілки, нагріваються до різних значень температури і тому розширюються на різні величини. Якщо проникна для газу нижня тарілка нагрівається повільніше, ніж стінка кошика горілки, то проміжок між цими двома компонентами збільшується. У цьому випадку наповнювач, присутній в кошику горілки, тисне на ущільнення бортика вниз, і кут відносно стінки збільшується. В кращому варіанті втілення способу згідно винаходу встановлення ущільнення бортика (3) з можливістю переміщення досягають за допомогою направляючих штифтів, які входять в отвори ущільнення бортика (3) і передбачені по круговому периметру бортика (8) на зовнішній периферійній області нижньої тарілки (2). Ущільнення бортика (3), яке складається з окремих сегментів, краще виготовляти з металевих листів. Винахід буде проілюстрований нижче за допомогою креслення на фіг. 1а і фіг. 1b. Фіг. 1а - ескіз кошика горілки з ущільнюючою системою згідно винаходу в холодному стані. Фіг. 1b - ескіз кошика горілки з ущільнюючою системою згідно винаходу в стані, коли потрібен ефект ущільнення. На фіг. 1а схематично показана ущільнююча система згідно винаходу в холодному стані. Проникна для газу нижня тарілка 2 має бортик 8, показана стінка 1, яка має циліндричну форму. Проникна для газу нижня тарілка 2 і стінка 1 механічно не з'єднані одна з одною, а підвішені, прикріплені або встановлені із зазором (не показано) на додаткових внутрішніх елементах горілки для окислення аміаку. На фіг. 1а в якості прикладу показане встановлення ущільнення бортика 3 з можливістю переміщення за допомогою направляючих штифтів 4 в зовнішній периферійній області 6 проникної для газу нижньої тарілки. Для цього ущільнення бортика 3 має отвори 5, які із зазором насунуті на направляючі штифти 4, виступають у вертикальному напрямі крізь нижню тарілку 2 і контактують зі стінкою 1. Тут ущільнення бортика 3 встановлене під кутом α=20-60° до стінки, в результаті чого досягають ефекту ущільнення для газів і для утримуючого матеріалу для сіток-каталізаторів (не показаний), який лежить на проникній для газу нижній тарілці 2. На фіг. 1b показана проникна для газу нижня тарілка у віртуально незмінному стані порівняно з фіг. 1а. Одначе, на фіг. 1b стінка 1 кошика горілки показана у розширеному стані порівняно з фіг. 1а так, що діаметр стінки кошика горілки збільшений. Це відбувається, наприклад, під час ввімкнення горілки для окислення аміаку, коли розподілення температури в горілці є неоднорідним внаслідок внутрішніх елементів або підтримуючого матеріалу для сітоккаталізаторів (не показаний), розміщених на проникній для газу нижній тарілці 2, і внаслідок цього окремі компоненти розширюються на різні величини. Це невідворотно призводить до збільшення проміжку 7 між проникною для газу нижньою тарілкою 2 і стінкою 1. Встановлене з можливістю переміщення ущільнення бортика 3 запобігає виникненню побічного витоку газу або висипанню підтримуючого матеріалу для сіток-каталізаторів (не показаний), можливо, розміщеного на проникній для газу нижній тарілці 2, внаслідок збільшення проміжку 7. На цьому кресленні кут α збільшений, і проміжок 7 ущільнений згідно винаходу. Переваги винаходу: - Ущільнення, яке запобігає побічному витоку газів-продуктів NO так, що вони можуть бути охолоджені безпосередньо над проникною для газу нижньою тарілкою, і в значній мірі запобігає розпаду NO. - Ущільнення для підтримуючих матеріалів для сіток-каталізаторів, розміщених на проникній для газу нижній тарілці. Збереження структури шару підтримуючих матеріалів і запобігання утворенню тріщин і порожнин, крізь які може відбуватись побічний витік газу, наприклад, аміаку. Список позначень: 1 Стінка 2 Проникна для газу нижня тарілка 3 Ущільнення бортика 3 UA 110536 C2 5 4 Направляючий штифт 5 Отвір 6 Зовнішня периферійна область проникної для газу нижньої тарілки 7 Проміжок 8 Круговий бортик нижньої тарілки ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 20 25 30 35 40 45 1. Ущільнююча система кошика горілки в горілці для окислення аміаку, в якій кошик горілки має стінку (1), закріплену в горілці для окислення аміаку, проникну для газу нижню тарілку (2), розміщену на додаткових внутрішніх елементах горілки для окислення аміаку і оснащену круговим бортиком (8) для розміщення додаткового наповнювача, стінка (1) і проникна для газу нижня тарілка (2) механічно не з'єднані між собою так, що між стінкою (1) і круговим бортиком (8), проникної для газу нижньої тарілки, (2) існує проміжок (7), яка відрізняється тим, що ущільнення бортика (3), виготовлене з окремих сегментів, за допомогою направляючих штифтів (4) встановлене з можливістю переміщення на круговому бортику (8) нижньої тарілки (2), і ущільнення бортика (3) виступає над проміжком (7) між круговим бортиком (8) нижньої тарілки до стінки (1) і контактує зі стінкою (1). 2. Ущільнююча система за п. 1, яка відрізняється тим, що ущільнення бортика (3) встановлене під кутом 2°-60°, краще - під кутом 15°-30° до стінки (1). 3. Ущільнююча система за п. 1 або п. 2, яка відрізняється тим, що ущільнення бортика (3), яке складається з окремих сегментів, виготовлене з металевих листів. 4. Ущільнююча система за будь-яким з попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що ущільнення бортика (3) має отвори (5), в які входять направляючі штифти (4). 5. Ущільнююча система за п. 4, яка відрізняється тим, що отвір (5) ущільнення бортика (3) може мати будь-яку форму, яка дозволяє вертикальне і/або горизонтальне переміщення ущільнення бортика. 6. Ущільнююча система за будь-яким з попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що проникна для газу нижня тарілка є решіткою з чарункою у формі стільника, сітчастою пластиною, ситом, решіткою або перфорованою пластиною. 7. Спосіб ущільнення кошика горілки в горілці для окислення аміаку для запобігання побічному витоку газу і втраті наповнювача, присутнього в кошику горілки, в якому кошик горілки має стінку (1), яка закріплена в горілці для окислення аміаку, і проникну для газу нижню тарілку (2), розміщену на додаткових внутрішніх елементах горілки для окислення аміаку і оснащену круговим бортиком (8) для розміщення додаткового наповнювача, стінка (1) і проникна для газу нижня тарілка (2) механічно не з'єднані між собою так, що між стінкою (1) і круговим бортиком (8), проникної для газу нижньої тарілки, існує проміжок (7), який відрізняється тим, що ущільнення бортика (3),виготовлене з окремих сегментів, за допомогою направляючих штифтів (4) встановлене з можливістю переміщення на круговому бортику (8) нижньої тарілки (2), і ущільнення бортика (3) виступає над проміжком (7) між круговим бортиком (8) нижньої тарілки (2) до стінки (1) і контактує зі стінкою (1), ущільнення бортика (3) встановлене під кутом 2°-60° до стінки (1), і при розширенні кошика кут до стінки змінюється. 8. Спосіб для ущільнення кошика горілки за п. 7, який відрізняється тим, що кут до стінки при розширенні кошика зростає. 9. Спосіб для ущільнення кошика горілки за п. 7 або п. 8, який відрізняється тим, що для виготовлення ущільнення бортика (3), яке складається з окремих сегментів, використовують металеві листи. 4 UA 110536 C2 Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5