專(zhuān)利名稱(chēng)：硝酸設(shè)備中no壓縮機(jī)和殘余氣體膨脹機(jī)的密封的制作方法
硝酸設(shè)備中NO壓縮機(jī)和殘余氣體膨脹機(jī)的密封本發(fā)明涉及在雙加壓法制造硝酸的設(shè)備中借助于殘余氣體將NO壓縮機(jī)和殘余氣 體膨脹機(jī)密封的方法以及相應(yīng)的裝置。在此，第一密封室分別位于壓縮機(jī)和膨脹機(jī)的進(jìn)氣 渦輪旁邊。在此，一部分殘余氣體在熱交換器之后引出，并分成2股支流，其中第一股支流 被引入NO壓縮機(jī)的第一密封室，而第二股支流被引入殘余氣體膨脹機(jī)的第一密封室。在那 里這兩股支流的絕大部分殘余氣體由于較高的壓力水平，通過(guò)將進(jìn)氣渦輪與第一密封室分 開(kāi)的迷宮式密封裝置，到達(dá)進(jìn)氣渦輪。由于該迷宮的不嚴(yán)密性，第一密封室的殘余氣體可以 到達(dá)第二密封室。殘余氣體分別被引入殘余氣體膨脹機(jī)的廢氣流。硝酸是一種重要的化工原料，并例如用作制造肥料、炸藥的基礎(chǔ)，并在制造染料和 殺菌劑時(shí)用來(lái)硝化有機(jī)材料。從20世紀(jì)初開(kāi)始硝酸根據(jù)所謂的Ostwald法制造，至今大規(guī)模的工業(yè)制造仍 基于此法。該反應(yīng)是氨的催化氧化。所產(chǎn)生的一氧化氮反應(yīng)為二氧化氮，由此通過(guò)與水 反應(yīng)生成硝酸，可以將其在噴灑式洗滌塔中分離。這個(gè)過(guò)程在出版物〃 Anorganische Stickstoffverbindungen“ von Mundo/ffeber, Carl Hanser Verlag Miinchen Wien 1982 以及專(zhuān)利文獻(xiàn)WO 01/68520A1中有所描述。在此，硝酸可以用單加壓法或雙加壓法制造。在單加壓法中，燃燒及吸收在中壓下 (5bar)或高壓(>8bar)下進(jìn)行。這里所述的本發(fā)明基于的雙加壓法不同于單加壓法，其 中燃燒在中壓下進(jìn)行，而吸收在高壓下進(jìn)行。雙加壓法的優(yōu)點(diǎn)在于，壓力等級(jí)與各反應(yīng)相適應(yīng)，因此，既保證了最優(yōu)的燃燒產(chǎn) 出，又保證緊湊的吸收。在此，未被吸收的殘余氣體通過(guò)預(yù)熱級(jí)后被引入殘余氣體膨脹器，以便為了取得 壓縮機(jī)功而卸壓至環(huán)境壓力。DE 102 07 627A1描述了一種方法，其中例如，應(yīng)用至少兩個(gè) 膨脹級(jí)來(lái)獲取來(lái)自殘余氣體膨脹的功，其中在這些膨脹級(jí)之間安排至少一個(gè)裝置，用來(lái)加 熱前面已經(jīng)卸壓的殘余氣體。然后，利用由此獲得的功來(lái)驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)透平壓縮機(jī)。根據(jù)先有技術(shù)，雙加壓法制造硝酸的設(shè)備中，NO壓縮機(jī)和殘余氣體膨脹機(jī)采用這 種密封方法時(shí)，使用二次空氣。所謂二次空氣指的是這樣的壓縮空氣，它取自過(guò)程空氣，用 熱交換器將其冷卻至機(jī)器密封所要求的溫度。在此，將該二次空氣引入要求較少維護(hù)的無(wú)磨損液壓軸密封裝置。反之卻需要對(duì) 機(jī)械的滑環(huán)密封或無(wú)填料盒泵進(jìn)行耗費(fèi)的過(guò)濾。裝置密封用的二次空氣對(duì)NO氣體入口壓力的壓力差往往太小，無(wú)法保證該裝置 的可靠密封。因此，由于壓力較高，往往還使用儀表空氣(Instrumentenluft)和相當(dāng)于未 經(jīng)干燥的儀表空氣的設(shè)備空氣(Anlagenluft)。此外還已知一種亞硝酸類(lèi)(nitrose)氣體用的壓縮機(jī)，它具有迷宮式密封裝置以 及引入和引出裝置，并主要用來(lái)排除和防止亞硝酸類(lèi)氣體用的壓縮機(jī)中鹽的結(jié)晶析出，其 中通過(guò)特別注入外部水蒸氣達(dá)到適當(dāng)提高水蒸氣壓力的目的。DE 3014673C2描述了為此所 用的方法和裝置。DE 3835341A1描述了一種帶有迷宮式密封裝置的亞硝酸類(lèi)氣體用的帶有水平分流平面的循環(huán)壓縮機(jī)。其目的在于，保證在壓縮級(jí)之間環(huán)形空間中相同的壓力，防止工作介 質(zhì)溢出并提高運(yùn)行可靠性。DE 102005041003A1公開(kāi)了使傳動(dòng)膨脹機(jī)或傳動(dòng)壓縮機(jī)減少滲漏和減輕腐蝕用的 軸密封的另一個(gè)實(shí)施方案。具體地說(shuō)，這個(gè)軸密封裝置的特征在于，在串接的三個(gè)密封段 中安排迷宮式密封片，各兩個(gè)密封段之間安排一個(gè)環(huán)形室，在面向傳動(dòng)膨脹機(jī)或傳動(dòng)壓縮 機(jī)內(nèi)部空間的環(huán)形室配備密封氣體的輸入裝置，其壓力高于傳動(dòng)膨脹機(jī)或傳動(dòng)壓縮機(jī)內(nèi)部 空間的壓力，而且背離傳動(dòng)膨脹機(jī)或傳動(dòng)壓縮機(jī)內(nèi)部空間的環(huán)形室配置密封氣體的抽吸裝 置。壓縮機(jī)和膨脹機(jī)軸密封的其他示例在GB 1582209A和US 20050058533A1中有所 描述。后者涉及一種雙重的迷宮式密封系統(tǒng)，它具有兩個(gè)嵌套安排的腔室，其中密封作用是 通過(guò)對(duì)抗可能的泄漏氣流的流動(dòng)的高壓密封介質(zhì)達(dá)到的。在GB 1582209中，在壓縮機(jī)中使 用壓縮空氣作為密封介質(zhì)，以便防止壓縮機(jī)中壓縮機(jī)渦輪和壓縮機(jī)的靜止件之間主氣流的 泄漏氣流。然而，即使在上述實(shí)施方式的情況下，也沒(méi)有給出可靠地保證該裝置所要求的密 封的最優(yōu)條件。因而，本發(fā)明的任務(wù)在于，這樣地配置制造硝酸的設(shè)備中NO壓縮機(jī)和殘余氣體膨 脹機(jī)的密封裝置，使得保證裝置的可靠密封。這是通過(guò)雙加壓法制造硝酸的設(shè)備中NO壓縮機(jī)和殘余氣體膨脹機(jī)的密封方法和 設(shè)備達(dá)到的，該設(shè)備包括低壓部件；NO壓縮機(jī)，其中NO壓縮機(jī)軸借助于至少2個(gè)密封室對(duì) 進(jìn)氣部件進(jìn)行密封；進(jìn)行氧化和吸收的高壓部件；至少一個(gè)熱交換器和殘余氣體膨脹機(jī)， 其中殘余氣體膨脹機(jī)的軸借助于至少2個(gè)密封室對(duì)進(jìn)氣部件進(jìn)行密封，并且這些密封室全 都具有迷宮式密封裝置。將氨和壓縮空氣引入硝酸設(shè)備的低壓部件，并在那里借助于催化 劑將氨氧化為NO和水，所產(chǎn)生的NO部分地被氧化為NO2,并將NO和NO2飽和氣體引入NO壓 縮機(jī)。將壓縮的NO和NO2飽和氣體引入硝酸設(shè)備的高壓部件，其中剩余NO被氧化為NO2, 二 氧化氮被吸收變?yōu)橄跛?。殘余氣體至少通過(guò)一個(gè)熱交換器引入殘余氣體膨脹機(jī)。每種情況 下，第一密封室位于壓縮機(jī)或膨脹機(jī)進(jìn)氣渦輪旁邊，而一部分殘余氣體在熱交換器之后引 出，并分成2股支流，其中第一股支流被引入NO壓縮機(jī)的第一密封室，而其中第二股支流被 引入殘余氣體膨脹機(jī)的第一密封室，兩股支流的絕大部分殘余氣體由于較高的壓力水平， 通過(guò)將第一密封室與進(jìn)氣渦輪分開(kāi)的迷宮式密封裝置到達(dá)進(jìn)氣渦輪，并由于該迷宮的不嚴(yán) 密性從相應(yīng)的第一密封室到達(dá)相應(yīng)的第二密封室的殘余氣體被引入殘余氣體膨脹機(jī)的廢 氣流。在該方法的一個(gè)實(shí)施方案中，該密封室所需要的殘余氣體在熱交換器后從殘余氣 體管路或從殘余氣體膨脹機(jī)的中間級(jí)以所需的溫度和所需的超壓引出。作為示例可以在熱交換器后，或者從殘余氣體膨脹機(jī)的中間級(jí)在3. 3barg的壓力 下抽出約1200Nm3/h殘余氣體。這個(gè)數(shù)據(jù)涉及700-1500噸/日(以100%的硝酸計(jì))規(guī)模 的生產(chǎn)裝置。在該方法的另一個(gè)實(shí)施方案中規(guī)定，為了密封NO壓縮機(jī)和/或殘余氣體膨脹機(jī)， 使用第三密封室，它用空氣作為密封氣體運(yùn)行，并起附加的密封作用。雙加壓法制造硝酸的設(shè)備中的NO壓縮機(jī)和殘余氣體膨脹機(jī)相應(yīng)的密封裝置包括，低壓部件；NO壓縮機(jī)，其中NO壓縮機(jī)的軸借助于至少兩個(gè)密封室對(duì)進(jìn)氣部件進(jìn)行密封， 而且這些密封室全都具有迷宮式密封裝置；高壓部件，至少一個(gè)熱交換器，殘余氣體膨脹 機(jī)，其中殘余氣體膨脹機(jī)的軸借助于至少兩個(gè)密封室對(duì)進(jìn)氣部件進(jìn)行密封，并且這些密封 室全都具有迷宮式密封裝置；將所產(chǎn)生的NO氣體引入NO壓縮機(jī)的裝置；將NO氣體輸送到 硝酸設(shè)備的高壓部件的引入裝置；將殘余氣體通過(guò)熱交換器引入殘余氣體膨脹機(jī)的裝置； 將一部分殘余氣體引出并分流為2股支流的裝置；將該兩股支流分別引入殘余氣體膨脹機(jī) 和NO壓縮機(jī)第一密封室的裝置，其中殘余氣體所引入的相應(yīng)的第一密封室每種情況下位 于用迷宮密封的渦輪旁邊；并設(shè)置從第二密封室引到殘余氣體膨脹機(jī)的生產(chǎn)氣流的裝置。此外，本發(fā)明的主題可以這樣設(shè)計(jì)，為了 NO壓縮機(jī)的密封和/或殘余氣體膨脹機(jī) 的密封，設(shè)置第三密封室。下面將參照2個(gè)附圖作為示例對(duì)本發(fā)明作較詳細(xì)的說(shuō)明圖1 按照本發(fā)明的制造硝酸過(guò)程的工藝流程簡(jiǎn)圖；而圖2 按照本發(fā)明的密封裝置的實(shí)施方案。圖1表示制造硝酸的設(shè)備的低壓部件(1)，其中借助于催化劑和空氣將氨氧化為 NO和水，并使所產(chǎn)生的NO部分地氧化為N02。由此得到NO氣體O)，其被引入NO壓縮機(jī) ⑶。從那里被壓縮的NO氣體⑷被輸送到高壓部件(5)。在那里NO氧化為NO2,并且NO2 被吸收變?yōu)棣Е?3。在此，由此產(chǎn)生的殘余氣體(6)引經(jīng)熱交換器(7)。由熱交換器(7)獲 得的殘余氣體(8)在到達(dá)殘余氣體膨脹機(jī)(11)之前被分成兩股殘余氣體支流(9)和(10)。 在此，支流(9)被引入殘余氣體膨脹機(jī)，而支流(10)再分成兩股支流。其第一股支流(17) 被引入殘余氣體膨脹機(jī)(11)進(jìn)氣軸(12，1 的相應(yīng)的第一密封室(22)，而從支流(10)被 分流而產(chǎn)生的第二股支流被引入NO壓縮機(jī)C3)進(jìn)氣軸(14,1 相應(yīng)的第一密封室 (22)。作為可替代的方案，被分流為兩股支流的殘余氣體也可以從殘余氣體膨脹機(jī)的中間 級(jí)引出(16)。由殘余氣體流(16)分流形成到達(dá)NO壓縮機(jī)(3)進(jìn)氣軸(14，15)相應(yīng)的第一 密封室0 的殘余氣體流(21)，以及被引入殘余氣體膨脹機(jī)(11)進(jìn)氣軸(12，1 的第一 密封室0 的殘余氣體流(17)。由于不嚴(yán)密性而由相應(yīng)的第一密封室0 到達(dá)相應(yīng)的第 二密封室03)的NO壓縮機(jī)(3)的殘余氣體(18)，和從相應(yīng)的第一密封室02)到達(dá)相應(yīng)的 第二密封室的殘余氣體膨脹機(jī)(11)的殘余氣體(19)，被引入廢氣膨脹機(jī)(11)的產(chǎn)物 氣流(20)。圖2表示每種情況下NO壓縮機(jī)(14，15)或者殘余氣體膨脹機(jī)(12，13)的進(jìn)氣入 口和出口的軸，作為示例帶有3個(gè)密封室(22，23，M)，它們各用迷宮式密封裝置0 與其 環(huán)境隔開(kāi)。由支流組成的殘余氣體被引入NO壓縮機(jī)(3)的相應(yīng)的第一密封室(22)。 由支流(17)組成的殘余氣體被引入殘余氣體膨脹機(jī)(11)相應(yīng)的第一密封室0幻。由于壓 力高，絕大部分密封氣體流過(guò)位于渦輪(XT)和每種情況下的第一密封室0 之間的迷宮 式密封裝置0 。小部分密封氣體流過(guò)將第一密封室0 與第二密封室彼此在空 間上分開(kāi)的迷宮式密封裝置(25)，并作為廢氣流(18或19)排出。在此，(18)表示來(lái)自NO 壓縮機(jī)第二密封室的廢氣流，而(19)表示來(lái)自殘余氣體膨脹機(jī)第二密封室的廢氣流。通過(guò)增加第三個(gè)密封室達(dá)到附加的密封作用。它同樣用迷宮式密封裝置與周?chē)h(huán) 境隔離，并用空氣運(yùn)行。從本發(fā)明提供的優(yōu)點(diǎn)是6
引出的殘余氣體已經(jīng)具有NO壓縮機(jī)和/或殘余氣體膨脹機(jī)最優(yōu)密封所要求的 溫度； 引出的殘余氣體已經(jīng)具有NO壓縮機(jī)和/或殘余氣體膨脹機(jī)最優(yōu)密封所要求的 壓力； 通過(guò)保持裝置密封用的殘余氣體的最優(yōu)溫度和最優(yōu)壓力，可以確保裝置的可靠 密封； 為了使裝置密封無(wú)需提供附加的氣體，以此可能實(shí)現(xiàn)設(shè)備的經(jīng)濟(jì)的操作方式。


1低壓部件2NO 氣體3NO壓縮機(jī)4壓縮的NO氣體5高壓部件6高壓部件的殘余氣體7熱交換器8熱交換器的殘余氣體9來(lái)自熱交換器的支流110來(lái)自熱交換器的支流211殘余氣體膨脹機(jī)12殘余氣體膨脹機(jī)輸入端的設(shè)有密封室的進(jìn)氣軸13殘余氣體膨脹機(jī)輸出端的設(shè)有密封室的進(jìn)氣軸14NO壓縮機(jī)輸入端的設(shè)有密封室的進(jìn)氣軸15NO壓縮機(jī)輸出端的設(shè)有密封室的進(jìn)氣軸16殘余氣體膨脹機(jī)中間級(jí)的殘余氣體流17由殘余氣體流10或16分流的支流18來(lái)自NO壓縮機(jī)第二密封室的廢氣流19來(lái)自殘余氣體膨脹機(jī)第二密封室的廢氣流20殘余氣體膨脹機(jī)的廢氣流21由殘余氣體流10或16分流的支流22第一密封室23第二密封室24第三密封室25迷宮式密封裝置26空氣27渦輪權(quán)利要求
1.雙加壓法制造硝酸的設(shè)備中NO壓縮機(jī)和殘余氣體膨脹機(jī)的密封方法，所述設(shè)備包括 低壓部件； NO壓縮機(jī)，其中NO壓縮機(jī)軸借助于至少2個(gè)密封室對(duì)進(jìn)氣部件進(jìn)行密封； 進(jìn)行氧化和吸收的高壓部件； 至少一個(gè)熱交換器； 殘余氣體膨脹機(jī)，其中殘余氣體膨脹機(jī)的軸借助于至少2個(gè)密封室對(duì)進(jìn)氣部件進(jìn)行 密封； 這些密封室全都具有迷宮式密封裝置， 其中(a)氨和壓縮空氣被引入硝酸設(shè)備的低壓部件，并在那里氨借助于催化劑氧化為NO和水，(b)所產(chǎn)生的NO部分地氧化為NO2,(c)將所產(chǎn)生的NO和NO2飽和氣體引入NO壓縮機(jī)，(d)將NO-和NO2-的壓縮氣體引入硝酸設(shè)備的高壓部件，在其中殘余的NO氧化為NO2, 接著二氧化氮被吸收變?yōu)橄跛幔?e)殘余氣體至少通過(guò)一個(gè)熱交換器引入殘余氣體膨脹機(jī)， 其特征在于， 每種情況下，第一密封室位于壓縮機(jī)/膨脹機(jī)的進(jìn)氣渦輪旁邊， 一部分殘余氣體在熱交換器之后引出，分成2股支流， 其中第一股支流被引入NO壓縮機(jī)的第一密封室，而 眷其中第二股支流被引入殘余氣體膨脹機(jī)的第一密封室，而 由于較高的壓力水平，這兩股支流的絕大部分殘余氣體通過(guò)將進(jìn)氣渦輪與第一密封 室分開(kāi)的迷宮式密封裝置到達(dá)進(jìn)氣渦輪， 由于該迷宮的不嚴(yán)密性，而從相應(yīng)的第一密封室到達(dá)相應(yīng)的第二密封室的殘余氣體 被引入殘余氣體膨脹機(jī)的廢氣流。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，密封室所需要的殘余氣體在熱交換器之后以 所需的溫度和所需的過(guò)壓從殘余氣體管路中引出。
3.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，密封室所需要的殘余氣體從殘余氣體膨脹機(jī) 的中間級(jí)以所需的溫度和所需的過(guò)壓引出。
4.按照權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，為了密封NO壓縮機(jī)和/或殘余 氣體膨脹機(jī)設(shè)置第三密封室，它以空氣作為密封氣體運(yùn)行。
5.雙加壓法制造硝酸的設(shè)備，包括 低壓部件， NO壓縮機(jī)，其中NO壓縮機(jī)的軸借助于至少兩個(gè)密封室對(duì)進(jìn)氣部分進(jìn)行密封，而且這 些密封室全都具有迷宮式密封裝置， 高壓部件， 至少一個(gè)熱交換器， 殘余氣體膨脹機(jī)，其中殘余氣體膨脹機(jī)的軸借助于至少兩個(gè)密封室對(duì)進(jìn)氣部件進(jìn)行2/2頁(yè)密封，而且這些密封室全都具有迷宮式密封裝置， 將所產(chǎn)生的NO氣體引入NO壓縮機(jī)用的裝置， 將NO氣體引入硝酸設(shè)備的高壓部件用的裝置， 將殘余氣體通過(guò)熱交換器引入殘余氣體膨脹機(jī)用的裝置， 將一部分殘余氣體引出并分流為2股支流用的裝置， 將兩股支流引入殘余氣體膨脹機(jī)和NO壓縮機(jī)的相應(yīng)第一密封室，其中該殘余氣體 所引入的相應(yīng)第一密封室分別位于用迷宮密封的渦輪旁邊， 設(shè)置從第二密封室至殘余氣體膨脹機(jī)的廢氣流的引出管線。
6.按照權(quán)利要求5的設(shè)備，其特征在于，為了密封NO壓縮機(jī)設(shè)置第三密封室。
7.按照權(quán)利要求5的設(shè)備，其特征在于，為了密封殘余氣體膨脹機(jī)設(shè)置第三密封室。
全文摘要
雙加壓法制造硝酸的設(shè)備中NO壓縮機(jī)(3)和殘余氣體膨脹機(jī)(11)的密封方法，包括低壓部件(1)；NO壓縮機(jī)(3)，其中NO壓縮機(jī)的軸(14，15)借助于至少2個(gè)密封室對(duì)進(jìn)氣部件進(jìn)行密封；進(jìn)行氧化和吸收的高壓部件(5)；至少一個(gè)熱交換器(7)；殘余氣體膨脹機(jī)(11)，其中殘余氣體膨脹機(jī)的軸(12，13)用至少2個(gè)密封室對(duì)進(jìn)氣部件進(jìn)行密封，而所述密封室全都具有迷宮式密封裝置。在該方法中，將氨和壓縮空氣引進(jìn)硝酸設(shè)備的低壓部件(3)，并在那里將氨借助于催化劑氧化為NO和水，并將所產(chǎn)生的NO部分地氧化為NO2。將所產(chǎn)生的含NO和NO2飽和氣體(2)引進(jìn)NO壓縮機(jī)(3)，將壓縮的NO和NO2飽和氣體(4)引進(jìn)硝酸設(shè)備的高壓部件(5)，其中剩余NO被氧化為NO2，接著二氧化氮被吸收變?yōu)橄跛?，高壓部件的殘余氣體(6)通過(guò)至少一個(gè)熱交換器(7)引入殘余氣體膨脹機(jī)(11)，其中第一密封室(22)位于壓縮機(jī)(3)或膨脹機(jī)(11)的進(jìn)氣渦輪(27)旁邊，一部分殘余氣體(8)在熱交換器(10)之后引出，并被分成兩股支流(17，21)，其中第一股支流(21)被引進(jìn)相應(yīng)的NO壓縮機(jī)(3)的第一密封室(14，15)，而其中第二股支流(17)被引入相應(yīng)的殘余氣體膨脹機(jī)(11)的第一密封室(12，13)，這些支流的絕大部分殘余氣體由于較高的壓力水平，通過(guò)將進(jìn)氣渦輪(27)與第一密封室(22)分開(kāi)的迷宮式密封裝置(25)而到達(dá)進(jìn)氣渦輪(27)，并由于迷宮式密封裝置的不嚴(yán)密性，從相應(yīng)的第一密封室(22)到達(dá)到相應(yīng)的第二密封室(23)的殘余氣體(18或19)被引入殘余氣體膨脹機(jī)(11)的廢氣流(20)。
文檔編號(hào)C01B21/28GK102056841SQ200980121016
公開(kāi)日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2009年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月6日
發(fā)明者D·比爾克, E·約赫曼, R·毛雷爾 申請(qǐng)人:猶德有限公司