Спосіб ущільнення no-компресора і розширювача залишкового газу в установці для одержання азотної кислоти та установка для одержання азотної кислоти

Реферат: Спосіб ущільнення NO-компресора (3) і розширювача (11) залишкового газу в установці для одержання азотної кислоти по технології подвійного тиску, що включає ступінь (1) низького тиску, NO-компресор (3), причому вали (14, 15) NO-компресора ущільнені за допомогою щонайменше 2 ущільнюючих камер відносно підданих впливу газу деталей, ступінь (5) високого тиску з окисненням і абсорбцією, щонайменше один теплообмінник (7), розширювач залишкового газу (11), причому вали (12, 13) розширювача залишкового газу ущільнені за допомогою щонайменше 2 ущільнюючих камер відносно підданих впливу газу деталей, і всі ущільнюючі камери мають лабіринтні ущільнення. У цьому способі в ступінь (3) низького тиску установки для одержання азотної кислоти вводять аміак і стиснуте повітря, і там аміак окиснюється за допомогою каталізатора до NO і води, і утворюваний NO частково окиснюється до NO2. Утворений газ (2) насичений оксидами NO і NO2, спрямовують в NO-компресор (З), стиснутий газ (4), насичений оксидами NO і NO2, спрямовують в ступінь (5) високого тиску установки для одержання азотної кислоти, де відбувається окиснення залишкового NO до NO2, з подальшою абсорбцією діоксиду азоту з утворенням азотної кислоти, залишковий газ (6) з ступеня високого тиску, щонайменше через один теплообмінник (7), вводять в розширювач (11) UA 100424 C2 (12) UA 100424 C2 залишкового газу, причому перша ущільнююча камера (22) в кожному випадку знаходиться поруч з підданим впливу газу ротором (27) компресора (3) і, відповідно, розширювача (11), частину (10) залишкового газу (8) після теплообмінника відводять і розділяють на 2 часткових потоки (17, 21), з яких перший частковий потік (21) спрямовують у відповідні перші ущільнюючі камери (14, 15) NO-компресора (3), і з яких другий частковий потік (17) спрямовують у відповідні перші ущільнюючі камери (12, 13) розширювача (11) залишкового газу, і велика частина залишкового газу обох часткових потоків в результаті вищого ступеня тиску надходить до підданого впливу газу ротора (27) через лабіринтне ущільнення (25), що відділяє підданий впливу газу ротор (27) від першої ущільнюючої камери (22), і залишковий газ (18 або 19), що потрапив з відповідної першої ущільнюючої камери (22) у відповідну другу ущільнюючу камеру (23) через нещільність в лабіринтному ущільненні, надходить в потік (20) газів розширювача (11) залишкових відхідних газів. UA 100424 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід стосується способу, а також відповідного пристрою для ущільнення NO-компресора і розширювача залишкового газу за допомогою залишкового газу в установці для одержання азотної кислоти по технології подвійного тиску. При цьому перша ущільнююча камера в кожному випадку знаходиться поруч з підданим впливу газом ротором компресора і розширювача. При цьому частину залишкового газу після теплообмінника відводять і розділяють на 2 часткових потоки, з яких перший частковий потік спрямовують в першу ущільнюючу камеру NOкомпресора, і другий частковий потік спрямовують в першу ущільнюючу камеру розширювача залишкового газу. Там більша частина залишкового газу обох часткових потоків в результаті вищого ступеню тиску надходить до підданого впливу газу ротору через лабіринтне ущільнення, що відділяє підданий впливу газу ротор від першої ущільнюючої камери. В результаті нещільності в лабіринті залишковий газ з першої ущільнюючої камери надходить у другу ущільнюючу камеру. Цей залишковий газ в кожному випадку виводять в потік газів розширювача залишкових відхідних газів. Азотна кислота є найважливішою сировинною речовиною в хімічній промисловості і служить, наприклад, як основа для одержання добрив, вибухових речовин, а також для нітрування органічних речовин при одержанні барвників і дезінфікуючих засобів. З початку 20-ого сторіччя азотну кислоту одержують за так званим способом Оствальда, на якому досі основується промислове великомасштабне виробництво. Відносно цієї реакції мова йде про каталітичне окиснення аміаку. Утворюваний монооксид азоту реагує до діоксиду азоту, з якого реакцією з водою одержують азотну кислоту, яка може бути відділена в промивних колонах. Цей спосіб описаний в публікації “Anorganische Stickstoffverbindungen" («Неорганічні сполуки азоту») авторів Mundo і Weber, видавництво Carl Hаnser Verlag, Мюнхен, Вена, 1982, а також в патентному документі WO 01/68520 А1. При цьому одержання азотної кислоти може бути проведене по технології єдиного тиску або подвійного тиску. У способі одержання під єдиним тиском як окиснення, так і абсорбцію проводять при помірному тиску (5 бар (0,5 МПа)) або при високому тиску (>8 бар (0,8 МПа)). Технологія подвійного тиску, яка лежить в основі описуваного тут винаходу, відрізняється від способу одержання при єдиному тиску тим, що в ній окиснення проводять при помірному тиску, і абсорбцію виконують при високому тиску. Перевага технології подвійного тиску полягає в тому, що ступені тиску пристосовані до кожної конкретної реакції, і тим самим забезпечується як оптимальний вихід окиснення, так і компактне поглинальне обладнання. При цьому неабсорбований залишковий газ після проходження через стадію попереднього нагрівання спрямовують в перший розширювач залишкового газу, щоб знизити тиск до тиску навколишнього середовища з витягуванням енергії для приведення в дію компресора. Патентний документ DE 10207627 А1 описує спосіб, в якому, наприклад, енергію для виконання роботи одержують при розширенні залишкового газу, для чого використовують щонайменше два ступені розширення, причому між ступенями розширення розміщують щонайменше один пристрій для нагрівання залишкового газу, що розширився перед цим. Одержану цим шляхом енергію потім використовують для приводу одного або більше турбокомпресорів. Згідно з прототипом, в цьому способі для ущільнення NO-компресора і розширювача залишкового газу в установці для одержання азотної кислоти по технології подвійного тиску застосовують вторинне повітря. Відносно вторинного повітря мова йде про стиснуте повітря, яке відбирають з технологічного повітря і охолоджують в теплообміннику до температури, необхідної для ущільнення машини. При цьому вторинне повітря спрямовують на беззношувані гідравлічні кільцеві ущільнення вала, які вимагають мінімального технічного обслуговування. Навпаки, механічні контактні ущільнюючі кільця або безсальникові насоси потребують фільтрування, що дорого коштує. Часто різниця тиску між вторинним повітрям, що використовується для ущільнення пристрою, і тиском газоподібного NO, що надходить, дуже мала, в результаті чого надійне ущільнення пристрою не забезпечується. З цих міркувань в результаті вищого тиску часто застосовують також повітря для КВП або технологічне повітря, яке відповідає невисушеному повітрю для КВП. Крім того, відомий компресор для нітрозних газів, який має лабіринтні ущільнення, а також підвідні та відвідні трубопроводи і головним чином призначений для видалення і запобігання утворенню кристалічного сольового відкладення, виникаючого в ущільненнях для нітрозних газів, в якому шляхом спеціального нагнітання зовні водяної пари досягають належного підвищення тиску водяної пари. Спосіб і пристрій для цього описані в патентному документі DE 3014673 С2. 1 UA 100424 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 У патентному документі DE 3835341 А1 описаний відцентровий компресор з горизонтальною площиною розніму для нітрозних газів з лабіринтними ущільненнями. Мета полягає в тому, щоб забезпечити однаковий тиск в кільцевих камерах між ступенями ущільнення і уникнути перетікання робочого середовища, і при цьому підвищити експлуатаційну надійність. Ще один варіант виконання ущільнення вала з метою зменшення витоків і скорочення корозії в турборозширювачі або турбокомпресорі представлений в патентному документі DE 102005041003 А1. Зокрема, це ущільнення вала відрізняється тим, що ущільнюючі манжети розміщують в трьох розташованих послідовно одна за одною ущільнюючих ділянках так, що між кожними двома ущільнюючими ділянками утворюється кільцева камера, що повернута до внутрішнього простору турборозширювача або турбокомпресора кільцева камера забезпечена впускним каналом для ущільнюючого газу, тиск якого є вищим, ніж тиск у внутрішньому просторі турборозширювача або турбокомпресора, і що повернута в бік від внутрішнього простору турборозширювача або турбокомпресора кільцева камера забезпечена пристроєм для відкачування ущільнюючого газу. Додаткові приклади ущільнень вала в компресорах і розширювачах представлені в патентних документах GB 1582209 А і US 20050058533 А1. Останній з них стосується подвійної системи лабіринтного ущільнення, яка має дві розміщених одна в іншій камери, причому ущільнююча дія досягається за допомогою ущільнюючого середовища під високим тиском, яке протікає назустріч можливим протіканням. У патентному документі GB 1582209 як ущільнююче середовище в компресорі використовують стиснуте повітря, щоб запобігти протіканню витоку основного газу в компресорі між ротором компресора і нерухомими частинами компресора. Правда, у вказаних варіантах виконання також не наведені оптимальні умови для надійного забезпечення необхідного ущільнення пристрою. Тому задача винаходу полягає в тому, щоб скомпонувати ущільнення NO-компресора і розширювача залишкового газу в установці для одержання азотної кислоти таким чином, що забезпечується надійне ущільнення пристрою. Це досягнуто за допомогою способу і пристрою для ущільнення NO-компресора і розширювача залишкового газу в установці для одержання азотної кислоти по технології подвійного тиску, що включає ступінь низького тиску, NO-компресор, причому вали NOкомпресора ущільнені за допомогою щонайменше 2 ущільнюючих камер відносно підданих впливу газу деталей, ступінь високого тиску з окисненням і абсорбцією, щонайменше один теплообмінник і розширювач залишкового газу, причому вали розширювача залишкового газу ущільнені за допомогою щонайменше 2 ущільнюючих камер відносно підданих впливу газу деталей, і всі ущільнюючі камери мають лабіринтні ущільнення. У ступінь низького тиску установки для одержання азотної кислоти вводять аміак і стиснуте повітря, і там аміак окиснюється за допомогою каталізатора до NO і води, утворюваний NO частково окиснюється до NO2, і насичений оксидами NO і NO2 газ спрямовують в NO-компресор. Стиснутий газ, насичений оксидами NO і NO2, спрямовують в ступінь високого тиску установки для одержання азотної кислоти, де відбувається окиснення залишкового NO до NO 2, з подальшою абсорбцією діоксиду азоту з утворенням азотної кислоти. Залишковий газ, щонайменше через один теплообмінник, вводять в розширювач залишкового газу. Перша ущільнююча камера в кожному випадку знаходиться поруч з підданим впливу газу ротором компресора і, відповідно, розширювача, і частину залишкового газу після теплообмінника відводять і розділяють на 2 часткових потоки, з яких перший частковий потік спрямовують в першу ущільнюючу камеру NOкомпресора, і з яких другий частковий потік спрямовують в першу ущільнюючу камеру розширювача залишкового газу, і велика частина залишкового газу обох часткових потоків в результаті вищого ступеню тиску надходить до підданого впливу газу ротору через лабіринтне ущільнення, яке відділяє підданий впливу газу ротор від першої ущільнюючої камери, і залишковий газ, що потрапив з відповідної першої ущільнюючої камери у відповідну другу ущільнюючу камеру через нещільність в лабіринті, надходить в потік газів розширювача залишкових відхідних газів. У варіанті виконання способу залишковий газ, необхідний для ущільнюючих камер, відбирають таким, що має необхідну температуру і необхідний манометричний тиск після теплообмінника з трубопроводу для залишкового газу або з проміжного ступеню розширювача залишкового газу. Наприклад, залишковий газ після теплообмінника або з проміжного ступеню розширювача 3 залишкового газу може бути відведений з величиною витрати приблизно 1200 Н·м /година при тиску 3,3 бар (манометричних) (0,33 МПа). Ці дані застосовні до установки з продуктивністю 700-1500 тонн на день, з розрахунку на 100%-ну азотну кислоту. 2 UA 100424 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 У додатковому варіанті виконання способу передбачено, що для ущільнення NOкомпресора і/або розширювача залишкового газу використовують третю ущільнюючу камеру, яка діє з повітрям як ущільнюючий газ і забезпечує додаткове ущільнення. Відповідний пристрій для ущільнення NO-компресора і розширювача залишкового газу в установці для одержання азотної кислоти по технології подвійного тиску включає ступінь низького тиску, NO-компресор, причому вали NO-компресора ущільнені за допомогою щонайменше двох ущільнюючих камер відносно підданих впливу газу деталей, і всі ущільнюючі камери мають лабіринтні ущільнення, ступінь високого тиску, щонайменше один теплообмінник, розширювач залишкового газу, причому вали розширювача залишкового газу ущільнені за допомогою щонайменше двох ущільнюючих камер відносно підданих впливу газу деталей, і всі ущільнюючі камери мають лабіринтні ущільнення, пристрій для введення утвореного NO-газу в NO-компресор, пристрій для введення, за допомогою якого NO-газ надходить в ступінь високого тиску установки для одержання азотної кислоти, пристрій, за допомогою якого залишковий газ пропускають через теплообмінник в розширювач залишкового газу, пристрій для виведення і для розподілу частини залишкового газу на 2 часткових потоки, підвідні трубопроводи для обох часткових потоків до відповідних перших ущільнюючим камер розширювача залишкового газу і NO-компресора, причому відповідна перша ущільнююча камера, в яку вводять залишковий газ, в кожному випадку знаходиться поруч з ротором, який ущільнений за допомогою лабіринтних ущільнень, і передбачені відвідні трубопроводи від других ущільнюючих камер в потік технологічного газу розширювача остаточного газу. Додатково предмет винаходу може бути розрахований на те, що для ущільнення NOкомпресора і/або для ущільнення розширювача залишкового газу передбачають третю ущільнюючу камеру. Нижче винахід детальніше роз'яснений на прикладі з залученням 2 фігур: Фіг. 1: представляє блок-схему способу одержання азотної кислоти згідно з винаходом. Фіг. 2: представляє відповідний винаходу варіант виконання пристрою ущільнюючої камери. Фіг. 1 показує ступінь (1) низького тиску установки для одержання азотної кислоти, в якому за допомогою каталізатора і повітря аміак окиснюється до NO і води, і утворений NO частково окиснюється до NO2. Цим шляхом утворюється NO-газ (2), який спрямовують в NO-компресор (3). Звідти стиснутий NO-газ (4) переводять в ступінь (5) високого тиску. Там відбуваються окиснення NO до NO2 і абсорбція NO2 з утворенням HNO3. Виникаючий при цьому залишковий газ (6) пропускають через теплообмінник (7). Відхідний залишковий газ (8) з теплообмінника (7) перед надходженням в розширювач (11) залишкового газу розділяють на два часткових потоки (9) і (10) залишкового газу. При цьому частковий потік (9) спрямовують в розширювач залишкового газу, і частковий потік (10) знову розділяють на два часткових потоки. З них перший частковий потік (17) вводять у відповідні перші ущільнюючі камери (22) піддані впливу газу валів (12, 13) розширювача залишкового газу (11), тоді як другий частковий потік (21), який одержаний в результаті розділення часткового потоку (10), спрямовують у відповідні перші ущільнюючі камери (22) піддані впливу газу валів (14, 15) NO-компресора (3). Альтернативно, залишковий газ для розподілу на обидва часткових потоки може бути відібраний також з проміжного ступеню (16) розширювача залишкового газу. В результаті розділення потоку (16) залишкового газу утворюється потік (21) залишкового газу, який надходить у відповідні перші ущільнюючі камери (22) піддані впливу газу валів (14, 15) NO-компресора (3), а також потік (17) залишкового газу, який спрямовують в перші ущільнюючі камери (22) піддані впливу газу валів (12, 13) розширювача (11) залишкового газу. Залишковий газ (18), який потрапляє через нещільність з відповідної першої ущільнюючої камери (22) у відповідну другу ущільнюючу камеру (23) NO-компресора (3), виводять в потік (20) технологічного газу розширювача (11) відхідних газів із залишковим газом (19), який потрапляє з відповідної першої ущільнюючої камери (22) у відповідну другу ущільнюючу камеру (23) розширювача (11) залишкового газу. Фіг. 2 показує вал відповідного підданого впливу газу на вході або на виході NO-компресора (14, 15) або розширювача (12, 13) залишкового газу, наприклад, з 3 ущільнюючими камерами (22, 23, 24), простори яких в кожному випадку розмежовані лабіринтними ущільненнями (25). Залишковий газ, що складається з часткового потоку (21), вводять у відповідну першу ущільнюючу камеру (22) NO-компресора (3). Залишковий газ, що складається з часткового потоку (17), спрямовують у відповідну першу ущільнюючу камеру (22) розширювача (11) залишкового газу. В результаті вищого тиску велика частина ущільнюючого газу протікає через лабіринтне ущільнення (25), розміщене між ротором (27) і відповідною першою ущільнюючої камерою (22). Менша частина ущільнюючого газу протікає через лабіринтне ущільнення (25), яке просторово відділяє першу ущільнюючу камеру (22) від другої ущільнюючої камери (23), і виводиться як потік (18 або 19) відхідних газів. При цьому номером позиції (18) позначений потік 3 UA 100424 C2 5 10 відхідних газів з другої ущільнюючої камери NO-компресора, і номером позиції (19) потік відхідних газів з другої ущільнюючої камери розширювача залишкового газу. Додаткова ущільнююча дія досягається шляхом розширення за допомогою третьої ущільнюючої камери. Така також відділена лабіринтним ущільненням від навколишнього середовища і діє при подачі повітря. Переваги, які надаються винаходом: - залишковий газ, що відбирається, вже має температуру, необхідну для оптимального ущільнення NO-компресора і/або розширювача залишкового газу; - залишковий газ, що відбирається, вже має тиск, необхідний для оптимального ущільнення NO-компресора і/або розширювача залишкового газу; - додержанням оптимальної температури і оптимального тиску залишкового газу, який використовують для ущільнення пристрою, може бути забезпечене надійне ущільнення; - для ущільнення пристрою не необхідно подавати жодного додаткового газу, завдяки чому можлива економічна експлуатація установки. 15 Список кодових номерів позицій 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 Ступінь низького тиску NO-газ NO-компресор Стиснутий NO-газ Ступінь високого тиску Залишковий газ з ступеню високого тиску Теплообмінник Залишковий газ з теплообмінника Частковий потік 1 з теплообмінника Частковий потік 2 з теплообмінника Розширювач залишкового газу Підданий впливу газу вал, забезпечений ущільнюючими камерами, на вході в розширювач залишкового газу Підданий впливу газу вал, забезпечений ущільнюючими камерами, на виході з розширювача залишкового газу Підданий впливу газу вал, забезпечений ущільнюючими камерами, на вході в NOкомпресор Підданий впливу газу вал, забезпечений ущільнюючими камерами, на виході з NOкомпресора Потік залишкового газу з проміжного ступеню розширювача залишкового газу Частковий потік після розділення потоку залишкового газу 10 або 16 Потік відхідних газів з другої ущільнюючої камери NO-компресора Потік відхідних газів з другої ущільнюючої камери розширювача залишкового газу Потік відхідних газів з розширювача залишкового газу Частковий потік після розділення потоку залишкового газу 10 або 16 Перша ущільнююча камера Друга ущільнююча камера Третя ущільнююча камера Лабіринтні ущільнення Повітря Ротор 20 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 1. Спосіб ущільнення NO-компресора і розширювача залишкового газу в установці для одержання азотної кислоти по технології подвійного тиску, яка включає: - ступінь низького тиску, - NO-компресор, де вали NO-компресора ущільнені за допомогою щонайменше 2 ущільнюючих камер відносно підданих впливу газу деталей, - ступінь високого тиску з окисненням і абсорбцією, - щонайменше один теплообмінник, 4 UA 100424 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 - розширювач залишкового газу, причому вали розширювача залишкового газу ущільнені за допомогою щонайменше 2 ущільнюючих камер відносно підданих впливу газу деталей, причому всі ущільнюючі камери мають лабіринтні ущільнення, в якому: (a) аміак і стиснуте повітря вводять в ступінь низького тиску установки для одержання азотної кислоти, і там аміак окиснюється за допомогою каталізатора до NO і води, (b) утворений NO частково окиснюється до NO2, (c) утворений газ, насичений оксидами NO і NO2, спрямовують в NO-компресор, (d) стиснутий газ, що містить оксиди NO і NO2, вводять в ступінь високого тиску установки для одержання азотної кислоти, де відбувається окиснення залишкового NO до NO2, з подальшою абсорбцією діоксиду азоту з утворенням азотної кислоти, (e) залишковий газ, щонайменше через один теплообмінник, спрямовують в розширювач залишкового газу, який характеризується тим, що - першу ущільнюючу камеру в кожному випадку розташовують поруч з підданим впливу газом ротором компресора/розширювача, - частину залишкового газу після теплообмінника відводять і розділяють на 2 часткових потоки, - з них перший частковий потік спрямовують в першу ущільнюючу камеру NO-компресора, і - з них другий частковий потік спрямовують в першу ущільнюючу камеру розширювача залишкового газу, і - більша частина залишкового газу обох часткових потоків в результаті вищого ступеня тиску надходить до підданого впливу газу ротора через лабіринтне ущільнення, що відділяє підданий впливу газу ротор від першої ущільнюючої камери, - залишковий газ, що потрапив з відповідної першої ущільнюючої камери у відповідну другу ущільнюючу камеру через нещільність в лабіринті, надходить в потік відхідних газів розширювача залишкових газів. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що залишковий газ, необхідний для ущільнюючих камер, відбирають таким, що він має необхідну температуру і необхідний манометричний тиск після теплообмінника, з трубопроводу для залишкового газу. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що залишковий газ, необхідний для ущільнюючих камер, відбирають таким, що він має необхідну температуру і необхідний манометричний тиск, з проміжного ступеня розширювача залишкового газу. 4. Спосіб за будь-яким з пп. 1-3, який відрізняється тим, що для ущільнення NO-компресора і/або розширювача залишкового газу застосовують третю ущільнюючу камеру, яка взаємодіє з повітрям як ущільнюючим газом. 5. Установка для одержання азотної кислоти по технології подвійного тиску, що включає: - ступінь низького тиску, - NO-компресор, причому вали NO-компресора ущільнені за допомогою щонайменше двох ущільнюючих камер відносно підданих впливу газу деталей, і всі ущільнюючі камери мають лабіринтні ущільнення, - ступінь високого тиску, - щонайменше один теплообмінник, - розширювач залишкового газу, причому вали розширювача залишкового газу ущільнені за допомогою щонайменше двох ущільнюючих камер відносно підданих впливу газу деталей, і всі ущільнюючі камери мають лабіринтні ущільнення, - пристрій для введення утвореного NO-газу в NO-компресор, - пристрій для введення, за допомогою якого NO-газ надходить в ступінь високого тиску установки для одержання азотної кислоти, - пристрій, за допомогою якого залишковий газ пропускають через теплообмінник в розширювач залишкового газу, - пристрій для виведення і для розподілу частини залишкового газу на 2 часткових потоки, - підвідні трубопроводи для обох часткових потоків до відповідних перших ущільнюючих камер розширювача залишкового газу і NO-компресора, причому відповідна перша ущільнююча камера, в яку вводять залишковий газ, в кожному випадку розташована поруч з ротором, який ущільнений за допомогою лабіринтних ущільнень, і - відвідні трубопроводи від других ущільнюючих камер в потік технологічного газу розширювача залишкового газу. 6. Установка за п. 5, яка відрізняється тим, що включає третю ущільнюючу камеру для ущільнення NO-компресора. 5 UA 100424 C2 7. Установка за п. 5, яка відрізняється тим, що включає третю ущільнюючу камеру для ущільнення розширювача залишкового газу. 6 UA 100424 C2 Комп’ютерна верстка Шеверун Д.М. 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 7