硝酸设备中NO压缩机和残余气体膨胀机的密封

摘要

双加压法制造硝酸的设备中NO压缩机(3)和残余气体膨胀机(11)的密封方法，包括低压部件(1)；NO压缩机(3)，其中NO压缩机的轴(14，15)借助于至少2个密封室对进气部件进行密封；进行氧化和吸收的高压部件(5)；至少一个热交换器(7)；残余气体膨胀机(11)，其中残余气体膨胀机的轴(12，13)用至少2个密封室对进气部件进行密封，而所述密封室全都具有迷宫式密封装置。在该方法中，将氨和压缩空气引进硝酸设备的低压部件(3)，并在那里将氨借助于催化剂氧化为NO和水，并将所产生的NO部分地氧化为NO2。将所产生的含NO和NO2饱和气体(2)引进NO压缩机(3)，将压缩的NO和NO2饱和气体(4)引进硝酸设备的高压部件(5)，其中剩余NO被氧化为NO2，接着二氧化氮被吸收变为硝酸，高压部件的残余气体(6)通过至少一个热交换器(7)引入残余气体膨胀机(11)，其中第一密封室(22)位于压缩机(3)或膨胀机(11)的进气涡轮(27)旁边，一部分残余气体(8)在热交换器(10)之后引出，并被分成两股支流(17，21)，其中第一股支流(21)被引进相应的NO压缩机(3)的第一密封室(14，15)，而其中第二股支流(17)被引入相应的残余气体膨胀机(11)的第一密封室(12，13)，这些支流的绝大部分残余气体由于较高的压力水平，通过将进气涡轮(27)与第一密封室(22)分开的迷宫式密封装置(25)而到达进气涡轮(27)，并由于迷宫式密封装置的不严密性，从相应的第一密封室(22)到达到相应的第二密封室(23)的残余气体(18或19)被引入残余气体膨胀机(11)的废气流(20)。

权利要求

1.双加压法制造硝酸的设备中NO压缩机和残余气体膨胀机的密封方法，所述设备包括●低压部件；

●NO压缩机，其中NO压缩机轴借助于至少2个密封室对进气部件进行密封；

●进行氧化和吸收的高压部件；

●至少一个热交换器；

●残余气体膨胀机，其中残余气体膨胀机的轴借助于至少2个密封室对进气部件进行密封；

●这些密封室全都具有迷宫式密封装置，其中

(a)氨和压缩空气被引入硝酸设备的低压部件，并在那里氨借助于催化剂氧化为NO和水，(b)所产生的NO部分地氧化为NO2，(c)将所产生的NO饱和气体和NO2饱和气体引入NO压缩机，(d)将NO压缩气体和NO2压缩气体引入硝酸设备的高压部件，在其中残余的NO氧化为NO2，接着二氧化氮被吸收变为硝酸，(e)残余气体至少通过一个热交换器引入残余气体膨胀机，其特征在于，

●每种情况下，第一密封室位于压缩机或膨胀机的进气涡轮旁边，●一部分残余气体在热交换器之后引出，分成2股支流，●其中第一股支流被引入NO压缩机的第一密封室，而●其中第二股支流被引入残余气体膨胀机的第一密封室，而●由于较高的压力水平，这两股支流的绝大部分残余气体通过将进气涡轮与第一密封室分开的迷宫式密封装置到达进气涡轮，●由于该迷宫的不严密性，而从相应的第一密封室到达相应的第二密封室的残余气体被引入残余气体膨胀机的废气流。

2.按照权利要求1的方法，其特征在于，密封室所需要的残余气体在热交换器之后以所需的温度和所需的过压从残余气体管路中引出。

3.按照权利要求1的方法，其特征在于，密封室所需要的残余气体从残余气体膨胀机的中间级以所需的温度和所需的过压引出。

4.按照权利要求1至3中任一项的方法，其特征在于，为了密封NO压缩机和/或残余气体膨胀机设置第三密封室，它以空气作为密封气体运行。

5.双加压法制造硝酸的设备，包括●低压部件，

●NO压缩机，其中NO压缩机的轴借助于至少两个密封室对进气部分进行密封，而且这些密封室全都具有迷宫式密封装置，●高压部件，

●至少一个热交换器，

●残余气体膨胀机，其中残余气体膨胀机的轴借助于至少两个密封室对进气部件进行密封，而且这些密封室全都具有迷宫式密封装置，●将所产生的NO气体引入NO压缩机用的装置，●将NO气体引入硝酸设备的高压部件用的装置，●将残余气体通过热交换器引入残余气体膨胀机用的装置，●将一部分残余气体引出并分流为2股支流用的装置，●将两股支流引入残余气体膨胀机和NO压缩机的相应第一密封室，其中该残余气体所引入的相应第一密封室分别位于用迷宫密封的涡轮旁边，●设置从第二密封室至残余气体膨胀机的废气流的引出管线。

6.按照权利要求5的设备，其特征在于，为了密封NO压缩机设置第三密封室。

7.按照权利要求5的设备，其特征在于，为了密封残余气体膨胀机设置第三密封室。

说明书

硝酸设备中NO压缩机和残余气体膨胀机的密封

[0001] 本发明涉及在双加压法制造硝酸的设备中借助于残余气体将NO压缩机和残余气体膨胀机密封的方法以及相应的装置。在此，第一密封室分别位于压缩机和膨胀机的进气涡轮旁边。在此，一部分残余气体在热交换器之后引出，并分成2股支流，其中第一股支流被引入NO压缩机的第一密封室，而第二股支流被引入残余气体膨胀机的第一密封室。在那里这两股支流的绝大部分残余气体由于较高的压力水平，通过将进气涡轮与第一密封室分开的迷宫式密封装置，到达进气涡轮。由于该迷宫的不严密性，第一密封室的残余气体可以到达第二密封室。残余气体分别被引入残余气体膨胀机的废气流。

[0002] 硝酸是一种重要的化工原料，并例如用作制造肥料、炸药的基础，并在制造染料和杀菌剂时用来硝化有机材料。

[0003] 从20世纪初开始硝酸根据所谓的Ostwald法制造，至今大规模的工业制造仍基于此法。该反应是氨的催化氧化。所产生的一氧化氮反应为二氧化氮，由此通过与水反应生成硝酸，可以将其在喷洒式洗涤塔中分离。这个过程在出版物″Anorganische Stickstoffverbindungen″von Mundo/Weber，Carl Hanser Verlag München Wien 1982以及专利文献WO 01/68520A1中有所描述。

[0004] 在此，硝酸可以用单加压法或双加压法制造。在单加压法中，燃烧及吸收在中压下(5bar)或高压(＞8bar)下进行。这里所述的本发明基于的双加压法不同于单加压法，其中燃烧在中压下进行，而吸收在高压下进行。

[0005] 双加压法的优点在于，压力等级与各反应相适应，因此，既保证了最优的燃烧产出，又保证紧凑的吸收。

[0006] 在此，未被吸收的残余气体通过预热级后被引入残余气体膨胀器，以便为了取得压缩机功而卸压至环境压力。DE 102 07 627A1描述了一种方法，其中例如，应用至少两个膨胀级来获取来自残余气体膨胀的功，其中在这些膨胀级之间安排至少一个装置，用来加热前面已经卸压的残余气体。然后，利用由此获得的功来驱动一个或多个透平压缩机。

[0007] 根据先有技术，双加压法制造硝酸的设备中，NO压缩机和残余气体膨胀机采用这种密封方法时，使用二次空气。所谓二次空气指的是这样的压缩空气，它取自过程空气，用热交换器将其冷却至机器密封所要求的温度。

[0008] 在此，将该二次空气引入要求较少维护的无磨损液压轴密封装置。反之却需要对机械的滑环密封或无填料盒泵进行耗费的过滤。

[0009] 装置密封用的二次空气对NO气体入口压力的压力差往往太小，无法保证该装置的可靠密封。因此，由于压力较高，往往还使用仪表空气(Instrumentenluft)和相当于未经干燥的仪表空气的设备空气(Anlagenluft)。

[0010] 此外还已知一种亚硝酸类(nitrose)气体用的压缩机，它具有迷宫式密封装置以及引入和引出装置，并主要用来排除和防止亚硝酸类气体用的压缩机中盐的结晶析出，其中通过特别注入外部水蒸气达到适当提高水蒸气压力的目的。DE 3014673C2描述了为此所用的方法和装置。

[0011] DE 3835341A1描述了一种带有迷宫式密封装置的亚硝酸类气体用的带有水平分流平面的循环压缩机。其目的在于，保证在压缩级之间环形空间中相同的压力，防止工作介质溢出并提高运行可靠性。

[0012] DE 102005041003A1公开了使传动膨胀机或传动压缩机减少渗漏和减轻腐蚀用的轴密封的另一个实施方案。具体地说，这个轴密封装置的特征在于，在串接的三个密封段中安排迷宫式密封片，各两个密封段之间安排一个环形室，在面向传动膨胀机或传动压缩机内部空间的环形室配备密封气体的输入装置，其压力高于传动膨胀机或传动压缩机内部空间的压力，而且背离传动膨胀机或传动压缩机内部空间的环形室配置密封气体的抽吸装置。

[0013] 压缩机和膨胀机轴密封的其他示例在GB 1582209A和US 20050058533A1中有所描述。后者涉及一种双重的迷宫式密封系统，它具有两个嵌套安排的腔室，其中密封作用是通过对抗可能的泄漏气流的流动的高压密封介质达到的。在GB 1582209中，在压缩机中使用压缩空气作为密封介质，以便防止压缩机中压缩机涡轮和压缩机的静止件之间主气流的泄漏气流。

[0014] 然而，即使在上述实施方式的情况下，也没有给出可靠地保证该装置所要求的密封的最优条件。

[0015] 因而，本发明的任务在于，这样地配置制造硝酸的设备中NO压缩机和残余气体膨胀机的密封装置，使得保证装置的可靠密封。

[0016] 这是通过双加压法制造硝酸的设备中NO压缩机和残余气体膨胀机的密封方法和设备达到的，该设备包括低压部件；NO压缩机，其中NO压缩机轴借助于至少2个密封室对进气部件进行密封；进行氧化和吸收的高压部件；至少一个热交换器和残余气体膨胀机，其中残余气体膨胀机的轴借助于至少2个密封室对进气部件进行密封，并且这些密封室全都具有迷宫式密封装置。将氨和压缩空气引入硝酸设备的低压部件，并在那里借助于催化剂将氨氧化为NO和水，所产生的NO部分地被氧化为NO2，并将NO和NO2饱和气体引入NO压缩机。将压缩的NO和NO2饱和气体引入硝酸设备的高压部件，其中剩余NO被氧化为NO2，二氧化氮被吸收变为硝酸。残余气体至少通过一个热交换器引入残余气体膨胀机。每种情况下，第一密封室位于压缩机或膨胀机进气涡轮旁边，而一部分残余气体在热交换器之后引出，并分成2股支流，其中第一股支流被引入NO压缩机的第一密封室，而其中第二股支流被引入残余气体膨胀机的第一密封室，两股支流的绝大部分残余气体由于较高的压力水平，通过将第一密封室与进气涡轮分开的迷宫式密封装置到达进气涡轮，并由于该迷宫的不严密性从相应的第一密封室到达相应的第二密封室的残余气体被引入残余气体膨胀机的废气流。

[0017] 在该方法的一个实施方案中，该密封室所需要的残余气体在热交换器后从残余气体管路或从残余气体膨胀机的中间级以所需的温度和所需的超压引出。

[0018] 作为示例可以在热交换器后，或者从残余气体膨胀机的中间级在3.3barg的压力3
下抽出约1200Nm/h残余气体。这个数据涉及700-1500吨/日(以100％的硝酸计)规模的生产装置。

[0019] 在该方法的另一个实施方案中规定，为了密封NO压缩机和/或残余气体膨胀机，使用第三密封室，它用空气作为密封气体运行，并起附加的密封作用。

[0020] 双加压法制造硝酸的设备中的NO压缩机和残余气体膨胀机相应的密封装置包括，低压部件；NO压缩机，其中NO压缩机的轴借助于至少两个密封室对进气部件进行密封，而且这些密封室全都具有迷宫式密封装置；高压部件，至少一个热交换器，残余气体膨胀机，其中残余气体膨胀机的轴借助于至少两个密封室对进气部件进行密封，并且这些密封室全都具有迷宫式密封装置；将所产生的NO气体引入NO压缩机的装置；将NO气体输送到硝酸设备的高压部件的引入装置；将残余气体通过热交换器引入残余气体膨胀机的装置；将一部分残余气体引出并分流为2股支流的装置；将该两股支流分别引入残余气体膨胀机和NO压缩机第一密封室的装置，其中残余气体所引入的相应的第一密封室每种情况下位于用迷宫密封的涡轮旁边；并设置从第二密封室引到残余气体膨胀机的生产气流的装置。

[0021] 此外，本发明的主题可以这样设计，为了NO压缩机的密封和/或残余气体膨胀机的密封，设置第三密封室。

[0022] 下面将参照2个附图作为示例对本发明作较详细的说明：

[0023] 图1：按照本发明的制造硝酸过程的工艺流程简图；而

[0024] 图2：按照本发明的密封装置的实施方案。

[0025] 图1表示制造硝酸的设备的低压部件(1)，其中借助于催化剂和空气将氨氧化为NO和水，并使所产生的NO部分地氧化为NO2。由此得到NO气体(2)，其被引入NO压缩机(3)。从那里被压缩的NO气体(4)被输送到高压部件(5)。在那里NO氧化为NO2，并且NO2被吸收变为HNO3。在此，由此产生的残余气体(6)引经热交换器(7)。由热交换器(7)获得的残余气体(8)在到达残余气体膨胀机(11)之前被分成两股残余气体支流(9)和(10)。在此，支流(9)被引入残余气体膨胀机，而支流(10)再分成两股支流。其第一股支流(17)被引入残余气体膨胀机(11)进气轴(12，13)的相应的第一密封室(22)，而从支流(10)被分流而产生的第二股支流(21)被引入NO压缩机(3)进气轴(14，15)相应的第一密封室(22)。作为可替代的方案，被分流为两股支流的残余气体也可以从残余气体膨胀机的中间级引出(16)。由残余气体流(16)分流形成到达NO压缩机(3)进气轴(14，15)相应的第一密封室(22)的残余气体流(21)，以及被引入残余气体膨胀机(11)进气轴(12，13)的第一密封室(22)的残余气体流(17)。由于不严密性而由相应的第一密封室(22)到达相应的第二密封室(23)的NO压缩机(3)的残余气体(18)，和从相应的第一密封室(22)到达相应的第二密封室(23)的残余气体膨胀机(11)的残余气体(19)，被引入废气膨胀机(11)的产物气流(20)。

[0026] 图2表示每种情况下NO压缩机(14，15)或者残余气体膨胀机(12，13)的进气入口和出口的轴，作为示例带有3个密封室(22，23，24)，它们各用迷宫式密封装置(25)与其环境隔开。由支流(21)组成的残余气体被引入NO压缩机(3)的相应的第一密封室(22)。由支流(17)组成的残余气体被引入残余气体膨胀机(11)相应的第一密封室(22)。由于压力高，绝大部分密封气体流过位于涡轮(27)和每种情况下的第一密封室(22)之间的迷宫式密封装置(25)。小部分密封气体流过将第一密封室(22)与第二密封室(23)彼此在空间上分开的迷宫式密封装置(25)，并作为废气流(18或19)排出。在此，(18)表示来自NO压缩机第二密封室的废气流，而(19)表示来自残余气体膨胀机第二密封室的废气流。

[0027] 通过增加第三个密封室达到附加的密封作用。它同样用迷宫式密封装置与周围环境隔离，并用空气运行。

[0028] 从本发明提供的优点是：

[0029] ●引出的残余气体已经具有NO压缩机和/或残余气体膨胀机最优密封所要求的温度；

[0030] ●引出的残余气体已经具有NO压缩机和/或残余气体膨胀机最优密封所要求的压力；

[0031] ●通过保持装置密封用的残余气体的最优温度和最优压力，可以确保装置的可靠密封；

[0032] ●为了使装置密封无需提供附加的气体，以此可能实现设备的经济的操作方式。

附图说明

[0033] 1 低压部件

[0034] 2 NO气体

[0035] 3 NO压缩机

[0036] 4 压缩的NO气体

[0037] 5 高压部件

[0038] 6 高压部件的残余气体

[0039] 7 热交换器

[0040] 8 热交换器的残余气体

[0041] 9 来自热交换器的支流1

[0042] 10 来自热交换器的支流2

[0043] 11 残余气体膨胀机

[0044] 12 残余气体膨胀机输入端的设有密封室的进气轴

[0045] 13 残余气体膨胀机输出端的设有密封室的进气轴

[0046] 14 NO压缩机输入端的设有密封室的进气轴

[0047] 15 NO压缩机输出端的设有密封室的进气轴

[0048] 16 残余气体膨胀机中间级的残余气体流

[0049] 17 由残余气体流10或16分流的支流

[0050] 18 来自NO压缩机第二密封室的废气流

[0051] 19 来自残余气体膨胀机第二密封室的废气流

[0052] 20 残余气体膨胀机的废气流

[0053] 21 由残余气体流10或16分流的支流

[0054] 22 第一密封室

[0055] 23 第二密封室

[0056] 24 第三密封室

[0057] 25 迷宫式密封装置

[0058] 26 空气

[0059] 27 涡轮