CN107265421A - 用于生产硝酸的机械机组 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于生产硝酸的机械机组，包括蒸汽轮机，其具有轮机转子；第一压缩机，其具第一压缩机转子；第二压缩机，其具有第二压缩机转子；膨胀器，其具有膨胀器转子；其中，蒸汽轮机设计成用于第一压缩机的驱动单元，且其转子经由第一联接器在操作上连接至第一压缩机的转子；其中，第一压缩机的转子经由第二联接器在操作上连接至第二压缩机的转子并驱动第二压缩机；其中膨胀器设计成用于第二压缩机的驱动单元，且其转子经由第三联接器在操作上连接至第二压缩机的转子；其特征在于，第二压缩机关于其效率优化的转速来设计，从而在机械机组运行期间，蒸汽轮机的转速，第一压缩机的转速，第二压缩机的转速以及膨胀器的转速相等。

Description

用于生产硝酸的机械机组
技术领域
本发明涉及一种根据双压法生产硝酸的机械机组(machine train)，在其中所使用的氨的燃烧通过压缩的工艺空气在第一低压下进行，并且通过燃烧形成的亚硝气在比第一压力相对更高的第二压力下至少部分被水吸收，结果产生硝酸，而未被吸收的残余气体则在残余气体膨胀器中从第二压力膨胀至环境压力，以用于提取压缩机的功。
背景技术
EP 0 945 400 B1中描述了用于生产硝酸的物质和物质混合物以及反应方程。该方法的基本步骤是提供化学反应所需的空气氧。为此，工艺空气被压缩并提升至高压。为了生产硝酸，除其它外，需要二氧化氮(NO2)与水(H2O)和氧气(O2)发生化学反应。为了使这种化学反应有效，二氧化氮应该在更高的压力下可用。优选地，该压力应在4与14巴之间。
单机组硝酸装置是已知的，其具有在日产硝酸100与1000吨之间的生产能力。按照双压法运行的单列硝酸装置如下所述来设计。单机组由单转子机组形成，其中，在一侧上的蒸汽轮机驱动该机组，并且部分气体膨胀器(轴流式膨胀器)布置在机组的另一侧，其同样设计成用于驱动整个机械机组。
NO压缩机或氮气压缩机(离心式压缩机)以旋转固定的方式在一侧上连接至蒸汽轮机且在另一侧上连接至空气压缩机(轴流式压缩机)，而空气压缩机(轴流式压缩机)在另一侧以旋转固定的方式连接至部分气体膨胀器(轴流式膨胀器)。
这些单机组设计的硝酸生产装置所具有的缺点是，过去这种机组组件所使用的亚硝气和空气压缩机具有用于其最佳运行的不同转速，从而使得在氮气压缩机与空气压缩机之间必须布置带有联接器的齿轮，且因此轴向长度相对较大。此外，齿轮本身造成损失，这进一步降低了机组的整体效率。
在现有技术中，需要在快速运行的机组部件(蒸汽轮机和亚硝气体压缩机)与慢速运行机组部件(空气压缩机和膨胀器)之间布置齿轮，因为由于该设计，空气压缩机(轴流式压缩机)不能实现对于蒸汽涡轮机和亚硝气体压缩机(离心式压缩机)来说被认为是最佳的高转速。
EP 0 945 400 B1中描述了根本上区别于上述机械机组的用于生产硝酸的装置的设计，其中，该硝酸装置也根据双压法运行。该硝酸装置的一个实质特征是空气压缩机，氮气压缩机和部分气体膨胀器组合在齿轮传动的机械中且由此形成多轴离心式涡轮压缩机。然而，根据这样的构造原理的装置所具有的缺点是，一方面存在又是受损耗影响的齿轮，且另一方面，由于大的机轮，齿轮传动的机械的结构高度相对较高。
因此，存在对如下用于生产硝酸的机械机组的需求，即其可更有效地运行并因此带有较低损耗。此外，存在对减少这种机械机组的安装空间要求的需求，以便能够将其安置在减小了长度和高度的较小尺寸的建筑中。
发明内容
由此出发，本发明是所基于的目的是制造用于生产硝酸的新型机械机组。
该目的通过根据权利要求1的机械机组来实现。
根据本发明的用于生产硝酸的机械机组包括蒸汽轮机，其具有设计成以转速n10旋转的蒸汽轮机转子；第一压缩机，其具有设计成以转速n20旋转的第一压缩机转子；第二压缩机，其具有设计成以转速n30旋转的第二压缩机转子；以及膨胀器，其具有设计成以转速n40旋转的膨胀器转子。
蒸汽轮机设计成用于第一压缩机的驱动单元，并且其转子经由第一联接器在操作上连接至第一压缩机的转子。
第一压缩机的转子经由第二联接器在操作上连接至第二压缩机的转子，并驱动第二压缩机。
膨胀器设计成用于第二压缩机的驱动单元，并且其转子经由第三联接器在操作上连接至第二压缩机的转子。
在装置运行期间，蒸汽轮机的转速n10、第一压缩机的转速n20、第二压缩机的转速n30和膨胀器的转速n40总是相等的，因为在机械机组的任意上述机械之间没有布置用于各个转速的降档或升档传动的齿轮。
第一压缩机可设计成离心式压缩机(单级或多级)，而第二压缩机可设计成多级轴流式压缩机。
根据本发明的机械机组的机械部件仅具有一个机组公共转速，没有齿轮，以及与现有技术已知的组件相比还要更少的联接部，其中特别是用于实现本发明的空气压缩机(第二压缩机)对于实现机组的公共转速具有重要的影响。与现有技术的空气压缩机相比，该空气压缩机的设计可以将转速提高30-40%，由此，与本发明一起使用的膨胀器的设计也受到积极影响，因为由于更高的转速，甚至更小的膨胀器类型都足以实现所期望的膨胀器的驱动输出。
在考虑用于生产硝酸的机械机组的新概念的进程中，现在已经发现，根据过去的布置原理，不能获得整个机械机组和其各个机械部件的、特别是关于它们的效率以及整个安装空间和成本的最佳化。
特别是通过分析各个机器部件，已经发现，一方面通过省略第一和第二压缩机之间的齿轮(根据现有技术的布置)，齿轮的成本不再适用，而另一方面，安装空间可以显着地减少，且因此可本质上更有效地配置机组。
在分析的进程中，已经发现，在没有关于机械机组的各个机器部件的配置作进一步测量的情况下不能实现齿轮的省略，因为过去所使用的机械机组的机械部件不具有任何统一的最佳转速范围，而这是省去齿轮所需要的。
根据本发明，优选地设计成空气压缩机的第二压缩机现在关于其优化的转速来设计，从而在机械机组的运行期间，蒸汽轮机的转速n10，第一压缩机的转速n20，第二压缩机的转速n30，以及膨胀器的转速n40相等。
附图说明
本发明的示例性实施方案通过说明书和附图来说明。标有相同附图标记的部件具有相同的功能性。
图1显示了根据现有技术用于生产硝酸的机械机组的示意图。
图2显示了用于生产硝酸的本发明机械机组的示意图。
附图标记清单
1 机械机组
10 蒸汽轮机
11 蒸汽轮机的转子
20 第一压缩机
21 第一压缩机的转子
30 第二压缩机
31 第二压缩机的转子
40 膨胀器
41 膨胀器的转子
K1 第一联接器
K2 第二联接器
K3 第三联接器
n10 蒸汽轮机的转速
n20 第一压缩机转速
n30 第二压缩机转速
n40 膨胀器转速。
具体实施方式
在EP 0 945 400 B1中描述了生产硝酸的方法。此外，在该专利公开中描述了用于生产一氧化氮的装置，并且除此之外还示出了在硝酸生产过程期间应用的大量化学反应方程式。
专利公开EP 0 945 400 B1的全部内容因此并入本申请中。
附图说明尤其涉及所需的压缩机单元。关于各个工艺顺序，参考EP 0 945 400B1。
本发明的用于生产硝酸的机械机组在图2中示意性地示出。用于生产硝酸的机械机组(1)包括蒸汽轮机(10)，其具有设计成以转速n10旋转的蒸汽轮机转子(11)；第一压缩机(20)，其具有设计成以转速n20旋转的第一压缩机转子(21)；第二压缩机(30)，其具有设计成以转速n30旋转的第二压缩机转子(31)；膨胀器(40)，其具有设计成以转速n40旋转的膨胀器转子(41)。
蒸汽轮机(10)设计成用于第一压缩机(20)的驱动单元，且其转子(11)经由第一联接器(K1)在操作上连接至第一压缩机(20)的转子(21)。
第一压缩机(20)的转子(21)经由第二联接器(K2)在操作上连接至所述第二压缩机(30)的转子(31)并驱动第二压缩机(30)。
膨胀器(40)设计成用于第二压缩机(30)的驱动单元，其转子(41)经由第三联接器(K3)在操作上连接至第二压缩机的转子(31)。
第二压缩机(30)关于其效率优化的转速n30来设计，从而在机组(1)运行期间，蒸汽轮机(10)的转速n10，第一压缩机(20)的转速n20，第二压缩机(20)的转速n30，以及膨胀器(40)的转速n40相等。
在本发明的优选进一步改进方案中，第一压缩机设计成离心式压缩机，第二压缩机设计成轴流式压缩机。

Claims (3)

1.一种用于生产硝酸的机械机组(1)，包括蒸汽轮机(10)，其具有设计成以转速n10旋转的蒸汽轮机转子(11)；第一压缩机(20)，其具有设计成以转速n20旋转的第一压缩机转子(21)；第二压缩机(30)，其具有设计成以转速n30旋转的第二压缩机转子(31)；膨胀器(40)，其具有设计成以转速n40旋转的膨胀器转子(41)；其中，所述蒸汽轮机(10)设计成用于所述第一压缩机(20)的驱动单元，且其转子(11)经由第一联接器(K1)在操作上连接至所述第一压缩机(20)的转子(21)；其中所述第一压缩机(20)的转子(21)经由第二联接器(K2)在操作上连接至所述第二压缩机(30)的转子(31)并驱动第二压缩机(30)；其中，所述膨胀器(40)设计成用于所述第二压缩机(30)的驱动单元，且其转子(41)经由第三联接器(K3)在操作上连接至所述第二压缩机的转子(31)；其特征在于，所述第二压缩机(30)关于其效率优化的转速n30来设计，从而在所述机械机组(1)运行期间，所述蒸汽轮机(10)的转速n10，所述第一压缩机(20)的转速n20，所述第二压缩机(30)的转速n30，以及所述膨胀器(40)的转速n40相等。
2.根据权利要求1所述的机械机组，其特征在于，所述第一压缩机(20)是离心式压缩机。
3.根据权利要求1所述的机械机组，其特征在于，所述第二压缩机(30)是轴流式压缩机。
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