Пристрій для мінімізації побічного витоку газу в горілках для окислення аміаку для промислових підприємств і горілка діаметром 2-7 м в бойлерах з атмосферною і примусовою циркуляцією

Реферат: Предметом винаходу є система корзини горілки для горілок для окислення аміаку діаметром 27 м для промислових підприємств у бойлері з атмосферною або примусовою циркуляцією, система придатна для мінімізації витоку газу і мінімізації утворення складок на поверхні наповнювача, який міститься в корзині горілки, а також для мінімізації втрат наповнювача, який міститься в корзині горілки, корзина горілки має стінку (1), яка прикріплена до горілки для окислення аміаку, корзина горілки має проникну для газу нижню тарілку (2), встановлену над внутрішніми компонентами бойлера з атмосферною або примусовою циркуляцією, стінка (1) і проникна для газу нижня тарілка (2) не з'єднані між собою механічно, стінка (1) корзини горілки конусоподібно звужується в напрямку до нижньої тарілки під кутом 5-20° до нормалі, і у всіх робочих умовах горілки для окислення аміаку між стінкою (1) і проникною для газу нижньою тарілкою (2) існує круговий проміжок розміром 5-10 мм. UA 112196 C2 (12) UA 112196 C2 UA 112196 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Предметом винаходу є система корзини горілки для окислення аміаку, система призначена для мінімізації витоку газу і мінімізації утворення складок на поверхні наповнювача, який міститься у корзині горілки, а також для мінімізації втрат наповнювача, який міститься у внутрішній гільзі горілки, і спосіб для мінімізації витоку газу і для мінімізації утворення складок на поверхні наповнювача, який міститься у корзині горілки, а також для мінімізації втрат наповнювача, який міститься у корзині горілки. Це означає, що система корзини горілки згідно винаходу призначена для забезпечення ущільнення, яке запобігає витоку крізь насадку (ущільнюючий матеріал, каталізатор). Додатковою метою винаходу є мінімізація добре відомого явища утворення заглиблень і виступів (складок на поверхні) у периферійній області насадок внаслідок операцій увімкнення і вимкнення, без необхідності встановлення додаткових внутрішніх компонентів в шар насадки. При взаємодії NO2 з водою і киснем (повітрям) утворюється азотна кислота, NO 2 утворюється в результаті окислення NO. Вказаний NO утворюється шляхом окислення NH 3 в горілці для окислення аміаку. В якості каталізаторів використовують, наприклад, металеві сітки з платини/родію. їх використовують всередині горілки, можна разом з системами для вловлювання і встановлюють на насадках, які містяться у корзині горілки. Зазвичай насадками є кільця Рашига або Палла, сідла Берля, Інтерлокс або Торус і/або деталі Інтерпак розміром приблизно 5-200 мм. Вони виготовлені з кераміки, фарфору, скла, матеріалів-каталізаторів або з нержавіючої сталі і розміщені на підтримуючих решітках, які можуть бути виготовлені, наприклад, у вигляді перфорованих тарілок, вільний переріз яких, щонайменше, однаковий або більший, ніж відповідний об'єм порожнин ущільнюючого матеріалу. Ці підтримуючі решітки утворюють проникну для газу нижню тарілку корзини горілки. Зазвичай підтримуючі решітки мають додаткові підтримуючі конструкції для насадок. Для утримання в заданому положенні сіткикаталізатори закріплені разом з додатковими підтримуючими конструкціями в корзині горілки за допомогою затискних пристроїв. Підтримуючі решітки часто встановлюють із зазором над іншими внутрішніми компонентами, також передбачених всередині горілки для окислення аміаку, так, що між зовнішньою стінкою корзини горілки і підтримуючими решітками немає механічного з'єднання. Також передбачені інші внутрішні компоненти такого типу, оскільки на практиці операції здійснюють разом з пристроями для спалювання NH3 і атмосферними бойлерами або бойлерами з примусовою циркуляцією (котли-утилізатори Ла Монта). Це є перевагою, оскільки вдається уникнути розпаду утвореного N0, і досягти швидкого охолодження отриманої газової суміші. Для цього зазвичай під корзиною горілки передбачені змійовики для охолодження газової суміші в горілці для окислення аміаку, у верхній частині якої можуть бути встановлені гнучкі підтримуючі решітки. Температура реакції в ході перетворення аміаку з повітрям в окис азоту і водяну пару досягає 950 °C, а значення тиску досягає 10 бар. В результаті цього корзина горілки відповідно розширюється. Це розширення відбувається в місцях, покритих насадками, тобто, наприклад, на проникній для газу нижній тарілці з невеликою затримкою після зростання температури. Конструкція корзин горілок, виготовлених як одна деталь, тобто так, що її зовнішня стінка, механічно з'єднана з проникною для газу нижньою тарілкою, піддається значному зносу, оскільки матеріал корзини горілки піддається значним навантаженням, особливо в ході процедур запуску і зупинки газової горілки. Це є причиною того, щоб намагатись уникати конструкцій таких типів і встановити проникну для газу нижню тарілку із зазором над структурними елементами, наявними в всередині горілки для окислення аміаку. Одначе, встановлення проникної для газу нижньої тарілки без контакту над наявними всередині реактора внутрішніми компонентами призводить до виникнення кругового проміжку між периметром стінки корзини горілки, яка зазвичай має циліндричну форму, і проникною для газу нижньою тарілкою. Цей проміжок виникає, оскільки циліндрична стінка корзини горілки і проникна для газу нижня тарілка починають розширюватись на різні величини. Невідворотне наступне осідання насадок викликає витік газу так, що подальше охолодження в котліутилізаторі не може бути ефективним одразу, і утворений NO, дуже імовірно, розпадеться. Крім того, існує ризик того, що насадка для сіток-каталізаторів впаде крізь проміжки, і таким чином не буде більше виконувати свої функції з рівномірного підтримання сіток-каталізаторів. Ущільнююча структура насадки руйнується і на ущільненні з'являються тріщини і канавки. Відомо, що таке явище відбувається разом зі втратою ефективності окислення і витоку аміаку. Необхідно уникати витоку аміаку з міркувань охорони навколишнього середовища, а зниження ефективності окислення впливає на весь процес, оскільки зменшується кількість виробленої азотної кислоти. Нижче описані деякі варіанти оптимізації існуючих горілок окислення аміаку. 1 UA 112196 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 В DE 102008059930A1 описаний реактор для каталітичних екзотермічних газових фазових реакцій, які включають в себе, щонайменше, один каталізатор, який замінює сітки з Pt/Rh. На фіг. 8 показана термостійка підкладка, в яку вставлений каталізатор. Використання такої підкладки для проникної для газу нижньої тарілки над рівнем окислення неможливе з точки зору конструкції, якщо використовуються платинові сітки. Крім того, це неможливо здійснити з точки зору процесу, оскільки попереднє запалювання суміші аміаку з повітрям небажане через продукти, які б були отримані на гарячих металевих підкладках, що знизило б ефективність виробництва NO. У WO 00/40329 А описана каталітична підкладка з конусоподібною стінкою корзини горілки, яка звужується до нижньої тарілки, яка жорстко прикріплено до цієї стінки. Така підкладка відповідних розмірів неминуче збільшила б втрати тиску і була б непридатною для застосування згідно винаходу. Таким чином, існує необхідність оптимізації існуючих корзин горілок, щоб уникнути вказаних вище недоліків горілок для окислення аміаку. Метою винаходу є горілка для окислення аміаку з системою корзини горілки, в якій стінка корзини горілки механічно не з'єднана з проникною для газу нижньою тарілкою, і яка зменшує витік газу і також мінімізує втрати насадок, таких як кільця Рашига, які містяться в корзині горілки. Іншою метою винаходу є запобігання утворення складок на поверхні матеріалу, який міститься в корзині горілки. Додатковою метою винаходу є спосіб, придатний для цього. Мета винаходу досягається системою корзини горілки для окислення аміаку для промислових підприємств з горілками діаметром 2-7 м в бойлері з атмосферною або примусовою циркуляцією, система підходить для мінімізації витоку газу і мінімізації утворення складок на поверхні наповнювача, який міститься в корзині горілки, а також для мінімізації втрати наповнювача, який міститься в корзині горілки, при цьому корзина горілки має стінку (1), прикріплену до горілки для окислення аміаку і оснащену проникною для газу нижньою тарілкою (2), встановленою над додатковими внутрішніми компонентами бойлера з атмосферною або примусовою циркуляцією, стінка (1) і проникна для газу нижня тарілка (2) механічно не з'єднані між собою, і стінка (1) корзини горілки має конічну форму і звужується до нижньої тарілки під кутом 5-20° до нормалі, і між стінкою (1) і проникною для газу нижньою тарілкою (2) в ході роботи горілки для окислення аміаку існує проміжок розміром 5-10 мм. Ця система корзини горілки призначена для досягнення такого невеликого кругового проміжку між проникною для газу нижньою тарілкою (2) і стінкою корзини горілки у всіх виробничих умовах, щоб запобігти проходженню крізь нього насадок і каталізатора. Утворення складок на поверхні насадок мінімізується в результаті конічної форми стінки корзини горілки. Коли реактор охолоджений, насадки і/або каталізатор завдяки конічній формі стінки корзини горілки легше витискаються вгору у вихідне положення. Сили, які діють на внутрішні компоненти внаслідок обмеженого теплового розширення, обмежені конічною формою стінки так, що пошкодження системи корзини горілки зменшується до прийнятної межі. Кріплення стінки корзини горілки в горілці для окислення аміаку може бути здійснене так, що корзина горілки підвішена у горілці для окислення аміаку на відповідних пристроях або, наприклад, за допомогою кріплення стінки корзини горілки до горілки для окислення аміаку за допомогою фланцевого з'єднання. Крім того, стінка корзини горілки може бути приварена до горілки для окислення аміаку. Додатковими внутрішніми компонентами можуть бути, як описано вище, змієвики котлаутилізатора. Одначе, для утримання проникної для газу нижньої тарілки можна використати внутрішні компоненти будь-якого типу, такі як додаткові утримуючі конструкції. У цьому випадку нижня тарілка механічно не з'єднане з іншими внутрішніми компонентами, а розміщена із зазором відносно них. Внаслідок конічної форми стінки (1) корзини горілки проміжок, утворений між проникною для газу нижньою тарілкою і стінкою, при заданому діаметрі проникної для газу нижньої тарілки може бути мінімізований від дуже малого, і може бути забезпечене достатнє ущільнення, щоб запобігти проходженню крізь нього насадок або каталізатора. Крім того, корзина горілки може бути оснащена додатковими внутрішніми компонентами для додаткової оптимізації ущільнення, як показано нижче. Одначе, порівняно зі звичайними корзинами горілок з циліндричними стінками ущільнюючий ефект, досягнутий без додаткових внутрішніх компонентів, вже є значним. Краще встановити додаткову проникну для газу конструкцію (3) над проникною для газу нижньою тарілкою (2). У цьому випадку додаткова проникна для газу конструкція (3) проходить над проміжком між стінкою (1) і проникною для газу тарілкою (2). У кращому варіанті втілення 2 UA 112196 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 винаходу додаткова проникна для газу конструкція (3) має менший розмір чарунок, ніж проникна для газу тарілка (2). Додаткова проникна для газу конструкція може бути, наприклад, сіткою. Краще, щоб проникна для газу тарілка було решіткою з шестикутними чарунками, сіткою, ситовидною пластиною, решітчастою пластиною або перфорованою пластиною. Як показує досвід, особливо бажано застосувати решітку з шестикутними чарунками, оскільки цей тип конструкції нижньої тарілки найкраще відповідає вимогам до горілки для окислення аміаку. Додатково предметом винаходу є спосіб для мінімізації витоку газу і для мінімізації утворення складок на поверхні насадок, які містяться в корзині горілки, а також для мінімізації втрат насадок, які містяться в корзині горілки для окислення аміаку на промислових підприємствах з горілками діаметром 2-7 м в бойлері з атмосферною або примусовою циркуляцією, корзина горілки має стінку (1), прикріплену до горілки для окислення аміаку, і корзина горілки має проникну для газу нижню тарілку (2), встановлену над додатковими внутрішніми компонентами бойлера з атмосферною або примусовою циркуляцією, стінка (1) і проникна для газу нижня тарілка (2) не з'єднані між собою механічно, і між проникною для газу нижньою тарілкою (2) і стінкою (1) утворений круговий проміжок (4), стінка (1) корзини горілки конусоподібно звужується в напрямку до нижньої тарілки під кутом 5-20° до нормалі, при розширенні горілки для окислення аміаку в ході роботи ширина проміжку максимально досягає 10 мм. Згідно варіанту втілення способу за винаходом для покращення ущільнення над проникною для газу нижньою тарілкою (2) встановлюють додаткову проникну для газу конструкцію (3), конструкція проходить над проміжком і має отвори, менші, ніж в проникній для газу нижній тарілці (2). Детальніше винахід буде описаний за допомогою рисунків фіг.1а-1с. Фіг. 1а - конструкція звичайної корзини горілки, відомої до винаходу. Фіг. 1b - конструкція корзини горілки згідно винаходу з конічними стінками. Фіг. 1с - конструкція корзини горілки згідно винаходу з конічними стінками і додатковою проникною для газу конструкцією. На фіг. 1а показана корзина горілки, відомої до винаходу. Між проникною для газу тарілкою (2) і стінкою (1) утворений проміжок (4), крізь який може проходити газ. В такій конструкції існує проблема в тому, що насадка (не показана), наприклад, кільця Рашига, яку утримує проникна для газу нижня тарілка (2), може випадати крізь проміжок (4), що руйнує ущільнюючу структуру насадки і викликає утворення тріщин і канавок. Для досягнення ефективної реакції в горілці для окислення аміаку цього слід уникати. Розмір проміжку (4) зменшують за допомогою використання замість циліндричних стінок, показаних на фіг. 1а, стінок 1 конічної форми згідно винаходу. Як показано на фіг. 1b, стінки 1 корзини горілки звужуються в напрямку нижньої тарілки під кутом 5-20° до нормалі. Конструкція згідно винаходу забезпечує між стінкою 1 і проникною для газу нижньою тарілкою 2 проміжок розміром 5-10 мм. Це само по собі дозволяє суттєво покращити ущільнення порівняно з конструкцією з циліндричними стінками 1 корзини горілки. На фіг. 1с показано додаткове покращення системи корзини горілки згідно винаходу за допомогою встановлення додаткової проникної для газу конструкції над нижньою тарілкою 2. Ця проникна для газу конструкція, яка у більшості випадків виготовлена у вигляді дротяної сітки, проходить, наприклад, над проміжком 4 і, бажано, має менший розмір чарунки, ніж проникна для газу нижня тарілка 2. Це дозволяє досягти кращого ущільнення для матеріалу (не показаний), який може міститись в корзині горілки. На всіх показаних рисунках проникна для газу нижня тарілка 2 вільно встановлена над внутрішніми компонентами, такими як змієвики котла утилізатора. Ці внутрішні компоненти також можуть бути використані для додаткової підтримки конструкцій, які утримують проникну для газу нижню тарілку 2. Перевагами винаходу є: - з точки зору промислового застосування низьковитратна мінімізація побічного витоку у вигляді витоку газоподібних продуктів NO, які таким чином можуть бути безпосередньо охолоджені крізь проникну для газу нижню тарілку, розпад NO припиняється майже повністю. - мінімізація побічного висипання насадок каталітичних сіток, які лежать на газопроникній нижній тарілці. У цьому випадку забезпечується утримання ущільнюючої структури насадок і, таким чином, відбувається запобігання утворенню тріщин і канавок, крізь які також може відбуватись витік газу, наприклад, аміаку. - завдяки конічній формі корзини мінімізація зусиль, які діють на компоненти корзини внаслідок обмеженого термічного розширення в ході операцій початку і завершення роботи, порівняно з циліндричною конструкцією. 3 UA 112196 C2 5 Список позначень на рисунках: 1 Стінка 2 Проникна для газу нижня тарілка 3 Проникна для газу конструкція 4 Проміжок. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 20 25 30 35 40 45 1. Система корзини горілки для горілок для окислення аміаку діаметром 2-7 м для промислових підприємств у бойлері з атмосферною або примусовою циркуляцією, система придатна для мінімізації витоку газу і мінімізації утворення складок на поверхні наповнювача, який міститься в корзині горілки, а також для мінімізації втрат наповнювача, який міститься в корзині горілки, яка має стінку (1), прикріплену до горілки для окислення аміаку, корзина горілки має проникну для газу нижню тарілку (2), встановлену над внутрішніми компонентами бойлера з атмосферною або примусовою циркуляцією, стінка (1) і проникна для газу нижня тарілка (2) не з'єднані між собою механічно, стінка (1) корзини горілки конусоподібно звужується в напрямку до нижньої тарілки під кутом 5-20° до нормалі, і між стінкою (1) і проникною для газу нижньою тарілкою (2) у всіх робочих умовах горілки для окислення аміаку утворений круговий проміжок розміром 5-10 мм. 2. Система корзини горілки для горілок для окислення аміаку діаметром 2-7 м для промислових підприємств у бойлері з атмосферною або примусовою циркуляцією за п. 1, яка відрізняється тим, що над проникною для газу тарілкою (2) є додаткова проникна для газу конструкція (3). 3. Система корзини горілки для горілок для окислення аміаку діаметром 2-7 м для промислових підприємств у бойлері з атмосферною або примусовою циркуляцією за п. 2, яка відрізняється тим, що над проміжком між стінкою (1) і проникною для газу нижньою тарілкою (2) проходить додаткова проникна для газу конструкція (3). 4. Система корзини горілки для горілок для окислення аміаку діаметром 2-7 м для промислових підприємств у бойлері з атмосферною або примусовою циркуляцією за п. 2 або 3, яка відрізняється тим, що додаткова проникна для газу конструкція (3) має розмір чарунки менший, ніж проникна для газу нижня тарілка (2). 5. Система корзини горілки для горілок для окислення аміаку діаметром 2-7 м для промислових підприємств у бойлері з атмосферною або примусовою циркуляцією за одним з попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що проникна для газу нижня тарілка є решіткою з шестикутними чарунками, сіткою, ситом, решетом або перфорованою пластиною. 6. Спосіб для мінімізації витоку газу і для мінімізації утворення складок на поверхні наповнювача, який міститься в корзині горілки, а також для мінімізації втрат наповнювача, який міститься в корзині горілки для окислення аміаку діаметром 2-7 м для промислових підприємств, для бойлера з атмосферною або примусовою циркуляцією з корзиною горілки, яка має стінку (1), яка прикріплена до горілки для окислення аміаку, корзина горілки має проникну для газу нижню тарілку (2), встановлену над внутрішніми компонентами бойлера з атмосферною або примусовою циркуляцією, стінка (1) і проникна для газу нижня тарілка (2) механічно не з'єднані між собою, і між ними утворений круговий проміжок (4), стінка (1) корзини горілки конусоподібно звужується в напрямку до нижньої тарілки під кутом 5-20° до нормалі, ширина проміжку в ході роботи горілки для окислення аміаку досягає максимум 10 мм. 7. Спосіб за п. 6, який відрізняється тим, що додаткова проникна для газу конструкція (3) встановлена над проникною для газу нижньою тарілкою (2) для покращення ущільнення, конструкція проходить над проміжком і має розмір чарунки менший, ніж проникна для газу нижня тарілка (2). 4 UA 112196 C2 Комп’ютерна верстка В. Мацело 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