WO2023152293A1 - Salpetersäureanlage zur herstellung von salpetersäure - Google Patents
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- WO2023152293A1 WO2023152293A1 PCT/EP2023/053307 EP2023053307W WO2023152293A1 WO 2023152293 A1 WO2023152293 A1 WO 2023152293A1 EP 2023053307 W EP2023053307 W EP 2023053307W WO 2023152293 A1 WO2023152293 A1 WO 2023152293A1
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- C01B21/24—Nitric oxide (NO)
- C01B21/30—Preparation by oxidation of nitrogen
- C01B21/32—Apparatus
Definitions
- the present invention relates to a nitric acid plant for the production of nitric acid according to the preamble of claim 1.
- Plants are used as nitric acid plants which operate, for example, according to the one-pressure (also called mono-pressure) or two-pressure process.
- the nitric acid plant has a similar structure in both cases and essentially comprises a drive device, in particular a steam turbine (or electric motor or possibly a gas turbine), an air compressor, a nitrous gas compressor and a gas expander.
- a steam turbine or electric motor or possibly a gas turbine
- an air compressor a nitrous gas compressor
- a gas expander With the mono-pressure process, the nitrous gas compressor is not required.
- the aforesaid components are coupled to one another by means of rotary transmission means.
- the steam turbine drives the machine train with the resulting process waste heat.
- the air compressor compresses the required air, while the nitrous gas compressor takes over the compression of the NOx gas.
- the gas expander placed at the other end of the machine train uses the residual gases and preferably also provides the necessary drive.
- a nitric acid plant for the production of nitric acid by the one-pressure or the two-pressure process in which an air pre-compression stage, a NOx compression stage and two expansion stages, each having a radial inlet and a radial outlet, in this order arranged on a drive shaft and possibly connected to one another with gears, is known from WO 03/070634 A1.
- the invention described here is based on the invention according to the utility model DE 20 2016 002 126 Ul, since there is now the possibility of variably arranging the individual machines of the turbomachine designed as a single-shaft machine in the nitric acid plant and, through this invention, the To increase the energy efficiency of a nitric acid two-pressure plant.
- a nitric acid plant for the production of nitric acid is known, for example, from DE 10 2016 003 950 A1.
- the essential aspect of the invention according to DE 10 2016 003 950 A1 lies in the fact that the aforementioned components can be operated at a common speed and are therefore coupled to one another without one or more speed-transmission gears in order to transmit a rotational movement.
- the advantage lies in particular in the saving of the gears otherwise used and the associated cost savings and a reduction in maintenance effort, but also in an increase in the efficiency of the machine train and thus the yield of nitric acid, as well as the possibility of the machines in any order within the machine train to be able to arrange.
- a combined air and nitrous gas compressor for the production of nitric acid has also become known from CN 203130565U.
- the impeller of the first stage of the air compressor unit, the impeller of the second stage of the air compressor unit, the impeller of the first stage of the nitrogen oxide unit and the impeller of the second stage of the nitrogen oxide unit should be semi-open impellers with high efficiency and axial air intake.
- a centrifugal compressor with axial intake is used as the air or nitrous gas compressor.
- This is a so-called geared turbo, also known as a multi-shaft machine, in contrast to the single-shaft machines mentioned in this patent.
- a geared turbo for example, the shafts of different machines are driven at different speeds by a central gear.
- a nitric acid plant for the production of nitric acid having the characterizing features of claim 1.
- the air compressor is a compressor for a nitric acid plant according to the If there is a two-pressure process with an axial inlet, which is arranged at the end of the machine train, a further increase in efficiency can be achieved, in particular compared to an air compressor of a single-shaft machine with a radial inlet.
- the arrangement at the end creates the possibility of realizing the axial suction in the simplest possible way.
- the efficiency of the air compressor can be increased by 0.1% to 4%, for example, due to the axial suction and the resulting reduction in flow (deflection) losses and optimization of the inflow profiles. This leads to better energy efficiency of the entire nitric acid plant, making it more environmentally friendly and reducing operating costs.
- the gas expander is designed with an axial inlet or an axial outlet, the gas expander being arranged at the end of the machine train, in particular at the other end relative to the air compressor.
- This measure allows an axial inlet or outlet of the gas expander to be implemented in a simple manner.
- the air compressor can be an axial inlet compressor. It is also possible that the air compressor is an axial discharge compressor instead.
- the air compressor may also be an axial inlet, axial outlet compressor, if desired.
- air compressor, drive device, nitrous gas compressor, gas expander are arranged in the aforementioned order or air compressor, nitrous gas compressor, drive device, gas expander are arranged in the aforementioned order.
- air compressor, drive device, nitrous gas compressor, drive device, gas expander are arranged in the aforementioned order.
- the nitrous gas compressor is designed with an axial inlet or an axial outlet, with the nitrous gas compressor being arranged at the end of the machine train.
- An axial inlet or outlet of the nitrous gas compressor can easily be implemented as a measure (this can also include a combination of axial inlet and axial outlet).
- the drive device, the air compressor, the nitrous gas compressor and the gas expander have a common drive shaft (the drive shafts of the individual machines are preferably connected by clutches) and thus have a common speed.
- the machine train refers to machines such as air compressors, steam turbines (or electric motors or gas turbines), nitrous gas compressors and gas expanders, which, for example, run at a common speed and are connected by clutches, also known to those skilled in the art as “single-shaft machines” or “ Inline machines”.
- the drive device in particular the steam turbine or electric motor or possibly gas turbine, the air compressor, the nitrous gas compressor and the gas expander are set up to run at the same speed, with the speed value being varied during operation can.
- the air compressor in particular the inlet of the air compressor, is preceded by an air filter. In this way, it can advantageously be avoided that undesired suspended matter is sucked into the air compressor.
- the air filter is aligned, in particular on a stand, in alignment with the air compressor, in particular the inlet of the air compressor.
- a supply pipe is arranged between the air compressor and air filter, in particular between the inlet of the air compressor and the air filter.
- the air flow can be influenced by the design of a supply pipe.
- FIG. 1 shows a machine train of a nitric acid plant according to the invention for the production of nitric acid in a schematic representation with the sequence air compressor, drive device, nitrous gas compressor, gas expander;
- FIG. 2 shows a machine train of a nitric acid plant according to the invention for the production of nitric acid in a schematic representation with the sequence air compressor, nitrous gas compressor, drive device, gas expander;
- FIG. 3 shows a schematic representation of a nitric acid plant according to the invention with a machine train.
- a nitric acid plant S essentially comprises a machine train M.
- a machine train M of a nitric acid plant S for the production of nitric acid essentially comprises a drive device 2, in particular a steam turbine (electric motor or gas turbine), an air compressor 1, a nitrous gas compressor 3 and a gas expander 4.
- a drive device 2 in particular a steam turbine (electric motor or gas turbine), an air compressor 1, a nitrous gas compressor 3 and a gas expander 4.
- the aforementioned components are connected to one another for the transmission of a rotational movement by means of input and output shafts 5 connected to one another by couplings.
- the individual input and output shafts of the individual machines are summarized as "drive shaft”.
- a common rotational speed of the drive shafts 5 is preferably considered here.
- the input and output shafts 5, which are connected by couplings, preferably rotate at the same speed.
- the speed should be variable. In principle, however, it can also be provided that one or more transmissions is/are interposed, in particular where a gradation of the speeds is required.
- the drive device 2 preferably designed as a steam turbine, drives the machine train M accordingly.
- the air compressor 1 and/or the nitrous gas compressor 3 is preferably designed as a single-stage or multi-stage compressor.
- the air compressor 1 and/or the nitrous gas compressor 3 can also be addressed as an air compressor and/or nitrous gas compressor.
- the gas expander 4 is essentially a turbine in which a pressurized gas expands and does work in the process.
- the gas expander 4 can also drive the input and output shaft 5, which is connected to clutches.
- the gas expander is preferably designed as a single-stage or multi-stage turbine.
- the machine train M is part of a nitric acid plant S, which includes other components, such as condensers, reactors, pipelines, etc.
- other components such as condensers, reactors, pipelines, etc.
- the person skilled in the relationships and other components are known and do not need to be explained in detail.
- the air compressor 1 is a compressor with an axial inlet 11 or axial outlet 12, which is arranged at the end of the machine train M, in particular that the air compressor 1 is arranged at the end of the machine train M and that the air compressor is 1 is a compressor of a single-shaft machine with an axial inlet 11 in a nitric acid plant S according to the dual-pressure process (this may also include a combination of axial inlet and axial outlet).
- a single-stage or multi-stage centrifugal compressor with an axial inlet can also be used. This measure makes it possible for the sucked-in air to enter the air compressor 1 with fewer flow losses.
- the gas to be compressed flows through the compressor in a substantially parallel direction, in particular parallel to the drive shaft.
- the air compressor has the above-mentioned inlet 11 for air, which can also be referred to as intake, and an outlet 12 for the compressed air.
- the inlet 11 is aligned axially accordingly, while the outlet 12 can be aligned radially, but also axially.
- the gas expander 4 is a gas expander of a single-shaft machine with axial suction in a nitric acid plant S according to the dual-pressure process.
- the gas to be decompressed flows through the expander in a substantially parallel direction, in particular parallel direction, to the drive shaft.
- the gas expander has an inlet 41 and an outlet 42 . Inlet or outlet are preferably also aligned axially.
- the gas expander 4 is provided at the other end of the machine train M, ie on the opposite side of the air compressor 1 .
- air compressor 1, drive device 2, nitrous gas compressor 3, gas expander 4 Such an arrangement is shown in FIG. 1, for example.
- An interchanged arrangement of nitrous gas compressor 3 and drive device 2, ie air compressor 1, nitrous gas compressor 3, drive device 2, gas expander 4, is also conceivable.
- Such an arrangement is shown in FIG. 2, for example.
- FIG. 1 A nitric acid plant S with a machine train M is shown in FIG.
- a feed pipe 14 with a defined dimension is preferably provided between the air filter 13 and the air compressor 1 , in particular the inlet 11 of the air compressor 1 .
- the flow characteristics of the intake air can be influenced via the dimensions of the feed pipe 14, in particular its length.
- the arrangement of the air filter 13 and the air compressor 1 and in particular the feed pipe 14 is preferably also arranged one behind the other in an axial direction and in particular horizontally or in alignment with one another.
- the air filter 13 is attached to a corresponding pedestal 15, so that the air filter 13 and the air compressor 1, in particular its inlet 11, form an alignment.
- It is particularly intended to provide a supply pipe 14 that is as straight as possible in order to reduce flow losses minimize and increase efficiency.
- the elevation of the air filter 13 far from the floor has the advantage that air is not sucked in close to the floor, even in the case of dirt and dust-laden floors.
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Salpetersäureanlage (S) zur Herstellung von Salpetersäure, umfassend einen Maschinenstrang (M) mit einer Antriebseinrichtung (2), insbesondere Dampfturbine oder Elektromotor oder ggf. Gasturbine, einem Luftkompressor (1), einem Nitrosegaskompressor (3), einem Gasexpander (4), wobei es sich bei dem Maschinenstrang um eine Einwellenmaschine handelt, wobei es sich bei dem Luftkompressor (1) um einen Verdichter mit axialem Einlass (11) oder axialem Auslass (12) handelt, der endseitig des Maschinenstrangs (M) angeordnet ist und/oder dass der Gasexpander (4) mit einem axialen Einlass (41) oder einem axialen Auslass (42) ausgeführt ist und/oder dass der Nitrosegaskompressor (3) mit einem axialen Einlass oder einem axialen Auslass ausgeführt ist.
Description
Salpetersäureanlage zur Herstellung von Salpetersäure
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Salpetersäureanlage zur Herstellung von Salpetersäure gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Als Salpetersäureanlagen kommen Anlagen zum Einsatz, die beispielsweise nach dem Ein- Druck-, (auch Monodruckverfahren genannt) oder Zwei-Druck-Verfahren arbeiten. Für nähere Details kann auf die EP 0 945 400 Bl verwiesen werden. Die Salpetersäureanlage ist jedoch in beiden Fällen ähnlich aufgebaut und umfasst im Wesentlichen eine Antriebseinrichtung, insbesondere Dampfturbine (oder Elektromotor oder ggf. Gasturbine), einen Luftkompressor, einen Nitrosegaskompressor und einen Gasexpander. Bei den Monodruckverfahren entfällt der Nitrosegaskompressor.
Die vorgenannten Komponenten sind mittels Drehübertragungsmittel miteinander gekoppelt. Hierbei ist vorgesehen, dass die Dampfturbine mit der entstehenden Prozessabwärme den Maschinenstrang antreibt. Der Luftkompressor komprimiert die benötigte Luft, während der Nitrosegaskompressor die Verdichtung des NOx-Gases übernimmt. Der ans andere Maschinenstrangende gesetzte Gasexpander nutzt die Restgase und sorgt vorzugsweise ebenso für den nötigen Antrieb. Die Zusammenhänge, insbesondere die chemischen und verfahrenstechnischen Prozesse zur Herstellung von Salpetersäure sind dem Fachmann hinreichend bekannt. Hier kann unter anderem auch auf die EP 0 945 400 Bl verwiesen werden.
Nach aktuellem Stand der Technik war die Reihenfolge der einzelnen Maschinen in einer als Einwellenmaschine ausgestalteten Turbomaschine in einer Salpetersäureanlage, auch Inline - Maschine genannt, für Salpetersäurezweidruckanlagen, aufgrund der unterschiedlichen Drehzahlen fest vorgegeben. Hierbei war z.B. folgende Reihenfolge einzuhalten: Dampfturbine, Nitrosegaskompressor, Luftkompressor, Gasexpander. Eine Salpetersäureanlage zur Herstellung von Salpetersäure nach dem Ein-Druck- oder dem Zwei-Druck-Verfahren, in welcher eine Luft- Vorverdichtungsstufe, eine NOx-Verdichtungsstufe sowie zwei Expansionsstufen, die jeweils einen radialen Einlass und einen radialen Auslass aufweisen, in dieser Reihenfolge auf einer Antriebswelle angeordnet und gegebenenfalls mit Getrieben miteinander verbunden sein können, ist aus WO 03/070634 Al bekannt. Die nun hier beschriebene Erfindung baut auf der Erfindung nach der Gebrauchsmusterschrift DE 20 2016 002 126 Ul auf, da sich nun die Möglichkeit bietet, die einzelnen Maschinen der als Einwellenmaschine ausgestalteten Turbomaschine in der Salpetersäureanlage variabel anzuordnen und durch diese Erfindung die
Energieeffizienz einer Salpetersäurezweidruckanlage zu steigern. Eine Salpetersäureanlage zur Herstellung von Salpetersäure ist beispielsweise aus der DE 10 2016 003 950 Al bekannt geworden. Der wesentliche Aspekt der Erfindung gemäß DE 10 2016 003 950 Al liegt darin, dass die vorgenannten Komponenten mit einer gemeinsamen Drehzahl betrieben werden können und somit ohne ein oder mehrere Drehzahl-Übersetzungs-Getriebe, zur Übertragung einer Drehbewegung miteinander gekoppelt sind. Der Vorteil liegt insbesondere an der Ersparnis der ansonsten verwendeten Getriebe und der damit einhergehenden Kostenersparnis und einer Reduktion des Wartungsaufwandes, aber auch in einer Steigerung des Wirkungsgrades des Maschinenstranges und damit der Ausbeute an Salpetersäure, sowie der Möglichkeit, die Maschinen in beliebiger Reihenfolge innerhalb des Maschinenstranges anordnen zu können.
Aus der CN 203130565U ist ferner ein kombinierter Luft- und Nitrosegaskompressor für die Salpetersäureherstellung bekannt geworden. Hier ist unter anderem beschrieben, dass das Laufrad der ersten Stufe der Luftverdichtereinheit, das Laufrad der zweiten Stufe der Luftverdichtereinheit, das Laufrad der ersten Stufe der Stickoxideinheit und das Laufrad der zweiten Stufe der Stickoxideinheit halboffene Laufräder mit hohem Wirkungsgrad und axialem Lufteinlass sein sollen. Als Luft- bzw. Nitrosegaskompressor wird hier ein Radialkompressor mit axialer Ansaugung verwendet. Hierbei handelt es sich um einen sogenannten Getriebeturbo, auch Mehrwellenmaschine genannt, im Gegensatz zu den in diesem Patent genannten Einwellenmaschinen. Bei einem Getriebeturbo werden beispielsweise Wellen unterschiedlicher Maschinen mit unterschiedlichen Drehzahlen durch ein zentrales Getriebe angetrieben.
Wenngleich im Stand der Technik bereits brauchbare Salpetersäureanlagen zur Herstellung von Salpetersäure nach dem Zweidruckverfahren, umfassend einen Maschinenstrang beschrieben sind, so besteht dennoch Verbesserungsbedarf, insbesondere hinsichtlich einer weiteren Steigerung des Wirkungsgrades.
Hier setzt die vorliegende Erfindung an und macht es sich zur Aufgabe eine verbesserte Salpetersäureanlage, insbesondere einen verbesserten Maschinenstrang, ausgeführt als Einwellenmaschine in einer Salpetersäureanlage nach dem Zweidruckprozess, vorzuschlagen, bei dem Vorteile hinsichtlich seines Wirkungsgrades erzielt werden können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Salpetersäureanlage zur Herstellung von Salpetersäure mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, dass es sich bei dem Luftkompressor um einen Verdichter für eine Salpetersäureanlage nach dem
Zweidruckprozess mit axialem Einlass handelt, der endseitig des Maschinenstrangs angeordnet ist, kann eine weitere Steigerung des Wirkungsgrades erreicht werden, insbesondere gegenüber einem Luftkompressor einer Einwellenmaschine mit einem radialen Einlass. Durch die endseitige Anordnung wird die Möglichkeit geschaffen, die axiale Ansaugung auf möglichst einfache Art und Weise zu realisieren. Durch die axiale Ansaugung und die dadurch erzielte Reduzierung von Strömungs(umlenkungs)verlusten und Optimierung der Anströmprofile kann der Wirkungsgrad des Luftkompressors beispielsweise um 0,1 % bis zu 4 % erhöht werden. Dies führt zu einer besseren Energieeffizienz der gesamten Salpetersäureanlage, wodurch diese umweltschonender wird und die Betriebskosten gesenkt werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Merkmalen der Unteransprüche. Die Gegenstände und Merkmale der verschiedenen Ansprüche können grundsätzlich beliebig miteinander kombiniert werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Gasexpander mit einem axialen Einlass oder einem axialen Auslass ausgeführt ist, wobei der Gasexpander endseitig des Maschinenstranges, insbesondere am anderen Ende bezogen auf den Luftkompressor, angeordnet ist. Durch diese Maßnahme kann auf einfache Art und Weise ein axialer Einlass oder Auslass des Gasexpanders realisiert werden. Dies bedeutet insbesondere, dass es sich bei dem Luftkompressor um einen Verdichter mit axialem Einlass handeln kann. Es ist ebenfalls möglich, dass es sich bei dem Luftkompressor stattdessen um einen Verdichter mit axialem Auslass handelt. Bei dem Luftkompressor kann es sich gegebenenfalls auch um einen Verdichter mit axialem Einlass und mit axialem Auslass handeln.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass Luftkompressor, Antriebseinrichtung, Nitrosegaskompressor, Gasexpander in der vorgenannten Reihenfolge oder Luftkompressor, Nitrosegaskompressor, Antriebseinrichtung, Gasexpander in der vorgenannten Reihenfolge angeordnet sind. Eine derartige Anordnung der vorgenannten Komponenten ermöglicht auf vorteilhafte Art und Weise einen axialen Einlass oder Auslass von Luftkompressor und/oder Gasexpander (dies kann gegebenenfalls auch eine Kombination von axialem Einlass und axialem Auslass beinhalten).
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Nitrosegaskompressor mit einem axialen Einlass oder einem axialen Auslass ausgeführt ist, wobei der Nitrosegaskompressor endseitig des Maschinenstranges angeordnet ist. Durch diese
Maßnahme kann auf einfache Art und Weise ein axialer Einlass oder Auslass des Nitrosegaskompressors realisiert werden (dies kann gegebenenfalls auch eine Kombination von axialem Einlass und axialem Auslass beinhalten).
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Antriebseinrichtung, der Luftkompressor, der Nitrosegaskompressor und der Gasexpander eine gemeinsame Antriebswelle (die Antriebswellen der einzelnen Maschinen sind vorzugsweise durch Kupplungen verbunden) und somit eine gemeinsame Drehzahl aufweisen. In einer derartigen Anordnung sind grundsätzlich keine Getriebe vorgesehen, so dass beispielsweise Wirkungsgradverluste durch Getriebe wegfallen können. Beim Maschinenstrang handelt es sich in diesem Fall um Maschinen, wie z.B. Luftkompressor, Dampfturbine (oder Elektromotor oder Gasturbine), Nitrosegaskompressor und Gasexpander, die beispielsweise auf einer gemeinsamen Drehzahl laufen und durch Kupplungen verbunden sind, dem Fachmann auch als „Einwellenmaschinen“ oder auch „Inline-Maschinen“ bekannt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Antriebseinrichtung, insbesondere Dampfturbine oder Elektromotor oder ggf. Gasturbine, der Luftkompressor, der Nitrosegaskompressor und der Gasexpander dazu eingerichtet sind, mit derselben Drehzahl zu laufen, wobei der Drehzahlwert während des Betriebes variiert werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass dem Luftkompressor, insbesondere dem Einlass des Luftkompressors, ein Luftfilter vorgeschaltet ist. Hierdurch kann vorteilhaft vermieden werden, dass unerwünschte Schwebstoffe in den Luftkompressor eingesaugt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Luftfilter in einer Flucht mit dem Luftkompressor, insbesondere dem Einlass des Luftkompressors, ausgerichtet, insbesondere aufgeständert, ist. Hierdurch kann eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrades erreicht werden, insbesondere da der Luftansaugweg begradigt und unerwünschte Umlenkungen vermieden werden können.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zwischen Luftkompressor und Luftfilter, insbesondere zwischen dem Einlass des Luftkompressors und
dem Luftfilter, ein Zuleitungsrohr angeordnet ist. Über die Ausgestaltung eines Zuleitungsrohres kann Einfluss auf die Luftströmung genommen werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen
Fig. 1 ein Maschinenstrang einer erfindungsgemäßen Salpetersäureanlage zur Herstellung von Salpetersäure in einer schematischen Darstellung mit der Abfolge Luftkompressor, Antriebseinrichtung, Nitrosegaskompressor, Gasexpander;
Fig. 2 ein Maschinenstrang einer erfindungsgemäßen Salpetersäureanlage zur Herstellung von Salpetersäure in einer schematischen Darstellung mit der Abfolge Luftkompressor, Nitrosegaskompressor, Antriebseinrichtung, Gasexpander;
Fig. 3 eine erfindungsgemäße Salpetersäureanlage mit einem Maschinenstrang in einer schematischen Darstellung.
Folgende Bezugszeichen werden in den Abbildungen verwendet:
M Maschinenstrang
S Salpetersäureanlage
1 Luftkompressor
2 Antriebseinrichtung, insbesondere Dampfturbine, alternativ elektrischer Motor oder Gasturbine
3 Nitrosegaskompressor
4 Gasexpander
5 An- und Abtriebswellen mit Kupplungen
6 Vorrichtung für Salpetersäureprozess, insbesondere Ammoniak-Oxidation
7 Vorrichtung für Salpetersäureprozess, insbesondere Absorption und Restgasreinigung
11 Einlass (Ansaugung) des Luftkompressors
12 Auslass des Luftkompressors
13 Luftfilter
14 Zuleitungsrohr
15 Luftfilterpodest
41 Einlass des Gasexpanders
42 Auslass des Gasexpanders
Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben sind selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird oder werden kann. Außerdem kann ein ggf. beschriebenes erfindungsgemäßes Verfahren mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt werden. Hierbei spielt es keine Rolle wie die Reihenfolge (Fig. 1 bis Fig. 3) der Ein- und Auslässe der Dampfturbine und des Nitrosegaskompressors angeordnet sind.
Die hierin verwendete Terminologie dient nur zum Zweck des Beschreibens bestimmter Ausführungsformen und soll die Offenbarung nicht beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein/eine" und „der/die/das" auch die Pluralformen enthalten, sofern der Kontext dies nicht anderweitig klar erkennen lässt. Es wird zudem klar sein, dass die Ausdrücke „weist auf" und/oder „aufweisend", wenn in dieser Beschreibung verwendet, das Vorhandensein der genannten Merkmale, ganzen Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Bauteile spezifizieren, aber nicht das Vorhandensein oder den Zusatz von einem/einer oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Bauteilen und/oder Gruppen derselben ausschließen. Wie hierin verwendet, enthält der Ausdruck „und/oder" jedes beliebige und alle Kombinationen von einem oder mehreren der assoziierten, aufgelisteten Elemente.
Eine Salpetersäureanlage S umfasst im Wesentlichen einen Maschinenstrang M.
Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich im Wesentlichen auf den eigentlichen Maschinenstrang M und die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Komponenten. Dem Fachmann sind die sonstigen Einrichtungen einer Salpetersäureanlage S, insbesondere deren fluidischen Verbindungen und weiteren Komponenten, hinreichend bekannt. Für weitere Details kann beispielsweise auf die EP 0 945 400 Bl verwiesen werden.
Zunächst wird auf Fig. 1 Bezug genommen.
Ein Maschinenstrang M einer Salpetersäureanlage S zur Herstellung von Salpetersäure umfasst im Wesentlichen eine Antriebseinrichtung 2, insbesondere Dampfturbine (Elektromotor oder Gasturbine), einen Luftkompressor 1, einen Nitrosegaskompressor 3, sowie einen Gasexpander 4.
Die vorgenannten Komponenten sind zur Übertragung einer Drehbewegung mittels durch Kupplungen miteinander verbundene An- und Abtriebswellen 5 miteinander verbunden. Hierbei werden in diesem Patent die einzelnen An- und Abtriebswellen der einzelnen Maschinen als „Antriebswelle“ zusammengefasst. Vorzugsweise kommt hier eine gemeinsame Drehzahl der Antriebswellen 5 in Betracht. Hier kann beispielsweise auf die DE 10 2016 003 950 Al, insbesondere auf die sich hieraus ergebenden Vorteile, verwiesen werden.
Die durch Kupplungen verbundenen An- und Abtriebswellen 5 drehen vorzugsweise mit der gleichen Drehzahl. Im Wesentlichen sollte die Drehzahl variierbar sein. Grundsätzlich kann aber auch vorgesehen sein, dass ein oder mehrere Getriebe zwischengeschaltet ist/sind, insbesondere dort, wo es einer Abstufung der Drehzahlen bedarf.
Die Antriebseinrichtung 2, vorzugsweise als Dampfturbine ausgestaltet, treibt entsprechend den Maschinenstrang M an.
Der Luftkompressor 1 und/oder der Nitrosegaskompressor 3 ist vorzugsweise als ein- oder mehrstufiger Kompressor ausgestaltet. Der Luftkompressor 1 und/oder der Nitrosegaskompressor 3 kann auch als Luftverdichter und/oder Nitrosegasverdichter angesprochen werden.
Bei dem Gasexpander 4 handelt es sich im Wesentlichen um eine Turbine, in der ein unter Druck stehendes Gas expandiert und dabei Arbeit leistet. Der Gasexpander 4 kann zusätzlich die mit Kupplungen verbundene An- und Abtriebswelle 5 antreiben. Der Gasexpander ist vorzugsweise als ein- oder mehrstufige Turbine ausgestaltet.
Wie bereits oben ausgeführt, ist der Maschinenstrang M Teil einer Salpetersäureanlage S, die weiteren Komponenten, wie beispielsweise Kondensatoren, Reaktoren, Rohrleitungen etc., umfasst. Dem Fachmann sind die Zusammenhänge und weiteren Komponenten bekannt und
müssen nicht näher erläutert werden. Für weitere Details kann beispielsweise auf die EP 0 945 400 Bl verwiesen werden.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass es sich bei dem Luftkompressor 1 um einen Verdichter mit axialem Einlass 11 oder axialem Auslass 12 handelt, der endseitig des Maschinenstrangs M angeordnet ist, insbesondere, dass der Luftkompressor 1 endseitig des Maschinenstrangs M angeordnet ist und es sich bei dem Luftkompressor 1 um einen Verdichter einer Einwellenmaschine mit axialem Einlass 11 in einer Salpetersäureanlage S nach dem Zweidruckverfahren handelt (dies kann gegebenenfalls auch eine Kombination von axialem Einlass und axialem Auslass beinhalten). Es kommt auch ein ein- oder mehrstufiger Radialkompressor mit axialem Einlass in Frage. Durch diese Maßnahme wird es ermöglicht, dass die angesaugte Luft mit geringeren Strömungsverlusten in den Luftkompressor 1 eintreten kann.
Bei einem Verdichter einer Einwellenmaschine mit axialer Ansaugung in einer Salpetersäureanlage S nach dem Zweidruckverfahren, auch axialer Turbokompressor genannt, strömt das zu komprimierende Gas in im Wesentlichen paralleler Richtung, insbesondere paralleler Richtung, zur Antriebswelle durch den Verdichter. Der Luftkompressor weist entsprechend den oben genannten Einlass 11 für Luft, der auch als Ansaugung bezeichnet werden kann, sowie einen Auslass 12 für die verdichtete Luft auf. Der Einlass 11 ist entsprechend axial ausgerichtet, während der Auslass 12 radial, aber auch axial ausgerichtet sein kann.
Es kann ferner vorzugsweise vorgesehen sein, dass es sich bei dem Gasexpander 4 um einen Gasexpander einer Einwellenmaschine mit axialer Ansaugung in einer Salpetersäureanlage S nach dem Zweidruckverfahren handelt. Bei einem Gasexpander einer Einwellenmaschine einer Salpetersäureanlage nach dem Zweidruckverfahren strömt das zu dekomprimierende Gas in im Wesentlichen paralleler Richtung, insbesondere paralleler Richtung, zur Antriebswelle durch den Expander. Der Gasexpander weist einen Einlass 41 und einen Auslass 42 auf. Einlass oder Auslass sind bevorzugt ebenfalls axial ausgerichtet.
In diesem Zusammenhang ist ferner vorzugsweise vorgesehen, dass der Gasexpander 4 am anderen Ende des Maschinenstrangs M, also auf der gegenüberliegenden Seite des Luftkompressors 1, vorgesehen ist.
Hieraus ergibt sich folgende bevorzugte Abfolge der Komponenten des Maschinenstrangs in axialer Richtung, nämlich Luftkompressor 1, Antriebseinrichtung 2, Nitrosegaskompressor 3, Gasexpander 4. Eine derartige Anordnung ist beispielsweise in der Fig. 1 dargestellt. Denkbar ist auch eine vertauschte Anordnung von Nitrosegaskompressor 3 und Antriebseinrichtung 2, also Luftkompressor 1, Nitrosegaskompressor 3, Antriebseinrichtung 2, Gasexpander 4. Eine derartige Anordnung ist beispielsweise in Fig. 2 dargestellt.
In Bezug auf die Fig. 1 und 2 kann angemerkt werden, dass grundsätzlich die Maschinen wie, z.B. Dampfturbine oder NO-Kompressor gespiegelt werden könnten. D.h. dass die Ein- und Auslässe seitenvertauscht wären. Grundsätzlich sind zahlreiche Anordnungsmöglichkeiten denkbar, so wie insbesondere dass der Gasexpander 4 mit einem axialen Einlass 41 oder einem axialen Auslass 42 ausgeführt ist, wobei der Gasexpander 4 endseitig des Maschinenstranges M, insbesondere am anderen Ende bezogen auf den Luftkompressor 1, angeordnet ist, wobei insbesondere Luftkompressor 1, Antriebseinrichtung 2, Nitrosegaskompressor 3, Gasexpander 4 in der vorgenannten Reihenfolge oder Luftkompressor 1, Nitrosegaskompressor 3, Antriebseinrichtung 2, Gasexpander 4 in der vorgenannten Reihenfolge angeordnet sind. Es kann beispielsweise ebenso vorgesehen sein, dass der Nitrosegaskompressor 3 mit einem axialen Einlass oder einem axialen Auslass ausgeführt ist, wobei der Nitrosegaskompressor 3 endseitig des Maschinenstranges angeordnet ist.
Eine Salpetersäureanlage S mit einem Maschinenstrang M ist in der Fig. 3 dargestellt.
Es kann bevorzugt vorgesehen sein, dass dem Luftkompressor 1, insbesondere dem Lufteinlass 11, ein Luftfilter 13 vorgeschaltet ist. Bevorzugt ist ein Zuleitungsrohr 14 mit einer definierten Abmessung zwischen dem Luftfilter 13 und dem Luftkompressor 1, insbesondere dem Einlass 11 des Luftkompressors 1 vorgesehen. Über die Abmessung des Zuleitungsrohrs 14, insbesondere dessen Länge, kann Einfluss auf die Strömungscharakteristik der angesaugten Luft genommen werden.
Vorzugsweise ist auch die Anordnung aus Luftfilter 13 und Luftkompressor 1 und insbesondere Zuleitungsrohr 14 in einer axialen Richtung hintereinander und insbesondere horizontal oder in einer Flucht zueinander angeordnet. Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Luftfilter 13 auf einem entsprechenden Podest 15 angebracht ist, so dass Luftfilter 13 und Luftkompressor 1, insbesondere dessen Einlass 11, eine Flucht bilden. Es ist insbesondere vorgesehen, ein möglichst gerades Zuleitungsrohr 14 bereitzustellen, um Strömungsverluste zu
minimieren und den Wirkungsgrad zu steigern. Die Aufständerung des Luftfilters 13 fern des Bodens hat aber auch bei schmutz- und staubbelasteten Böden den Vorteil, dass nicht noch nahe des Bodens Luft eingesaugt wird. Es ist ferner bevorzugt vorgesehen, dass die Salpetersäureanlage S eine Vorrichtung 6 für den Salpetersäureprozess, insbesondere Ammoniak-Oxidation, sowie eine Vorrichtung 7 für den Salpetersäureprozess, insbesondere Absorption und Restgasreinigung, umfasst.
Claims
1. Salpetersäureanlage (S) zur Herstellung von Salpetersäure nach dem Zweidruckverfahren, umfassend einen Maschinenstrang (M) mit
- einer Antriebseinrichtung (2), insbesondere Dampfturbine oder Elektromotor oder ggf. Gasturbine,
- einem Luftkompressor (1),
- einem Nitrosegaskompressor (3),
- einem Gasexpander (4), wobei
- es sich bei dem Maschinenstrang um eine Einwellenmaschine handelt, dadurch gekennzeichnet, dass
- es sich bei dem Luftkompressor (1) um einen Verdichter mit axialem Einlass (11) oder axialem Auslass (12) handelt, der endseitig des Maschinenstrangs (M) angeordnet ist.
2. Salpetersäureanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasexpander (4) mit einem axialen Einlass (41) oder einem axialen Auslass (42) ausgeführt ist, wobei der Gasexpander (4) endseitig des Maschinenstranges (M), insbesondere am anderen Ende bezogen auf den Luftkompressor (1), angeordnet ist.
3. Salpetersäureanlage nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Luftkompressor (1), Antriebseinrichtung (2), Nitrosegaskompressor (3), Gasexpander (4) in der vorgenannten Reihenfolge oder Luftkompressor (1), Nitrosegaskompressor (3), Antriebseinrichtung (2), Gasexpander (4) in der vorgenannten Reihenfolge angeordnet sind.
4. Salpetersäureanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Nitrosegaskompressor (3) mit einem axialen Einlass oder einem axialen Auslass ausgeführt ist, wobei der Nitrosegaskompressor (3) endseitig des Maschinenstranges angeordnet ist.
5. Salpetersäureanlage nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (2), der Luftkompressor (1), der Nitrosegaskompressor (3) und der Gasexpander (4) Einwellenmaschinen sind.
Salpetersäureanlage nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (2), insbesondere Dampfturbine oder Elektromotor oder ggf. Gasturbine, der Luftkompressor (1), der Nitrosegaskompressor (3) und der Gasexpander (4) dazu eingerichtet sind, mit derselben Drehzahl zu laufen, wobei der Drehzahlwert während des Betriebes variiert werden kann. Salpetersäureanlage nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Luftkompressor (1), insbesondere dem Einlass (11) des Luftkompressors (1), ein Luftfilter (13) vorgeschaltet ist. Salpetersäureanlage nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein/der Luftfilter (13) in einer Flucht mit dem Luftkompressor (1), insbesondere dem Einlass (11), ausgerichtet, insbesondere aufgeständert, ist. Salpetersäureanlage nach mindestens einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Luftkompressor (1) und Luftfilter (13), insbesondere zwischen Luftfilter (13) und dem Einlass (11) des Luftkompressors (1), ein Zuleitungsrohr (14) angeordnet ist.
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