DE1936040A1

DE1936040A1 - Syntheseanlage

Info

Publication number: DE1936040A1
Application number: DE19691936040
Authority: DE
Inventors: Meienberg Dipl-Ing Hans
Original assignee: Escher Wyss AG
Current assignee: Sulzer Escher Wyss AG
Priority date: 1968-08-23
Filing date: 1969-07-12
Publication date: 1970-03-12
Also published as: US3568438A; GB1251137A; FR2017177A1; BE737716A; CH500006A; NL6912894A

Description

Edelhofdamm 26 · 1 β Ο β ft 4 ft

Telefon 401 25 68 1*3 0UHU

Escher Wyss Aktiengesellschaft, Zürich (Schweiz)

Syntheseanlage

Die Erfindung betrifft eine Syntheseanlage, vorzugsweise eine solche zur Herstellung von Ammoniak, mit einem Synthesegaskompressor, einem Reaktor, einem Kühler und einem dem Reaktor vorgeschalteten Umwälzturbokompressor, der in einen vom Reaktor und vom Gasteil des Kühlers gebildeten geschlossenen Kreislauf eingeschaltet ist.

Es ist bekannt, in derartigen Anlagen anfallende Prozesswärme zur Erzeugung von Dampf zu" verwenden, der in einer Dampfturbine Arbeit leistet, oder einer Gasturbine zuzuführen, wobei diese Turbinen auch zum Antrieb des Umwälzturbokompressors herangezogen werden können. Bei bekannten Umwälzturbokompressoren sind deren Wellen zur Kupplung mit den Antriebsmaschinen - Elektromotoren oder Turbinen - durch deren Gehäuse hindurch aus dem Arbeitsraum in die Atmosphäre geführt. Dies erfordert Stopfbüchsen, die bei den in solchen Umwälzturboverdichtern herrschenden hohen Drücken besonders gut ausgebildet sein müssen, damit die Verluste im Vergleich zur Nutzmenge nicht unzulässig gross werden. Es sind zwar Stopfbüchsen bekannt, die für eine solche Anwendung eine genügende Dichtigkeit gewährleisten. Doch stellen solche Stopfbüchsen sehr hohe Anforderung

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gen an Werkstoffe und Werkstattausführung und erfordern zahlreiche Hilfsaggregate, was. hohe Kosten ergibt und die betriebliche Ueberwachung verwickelt gestaltet.

Andererseits sind Lösungen bekannt, bei denen der Uirwälzkompressor und Teile des Elektromotors in den Kreislauf eingebaut sind, so dass sich eine Durchführung der Welle nach aussen erübrigt. Diese Lösung hat aber den Nachteil, dass der Umwä'lzturbokompressor mit der Drehzahl des Motors laufen muss, wel-^ ehe für eine zweckmässige Auslegung zu niedrig ist und darum hohe Stufenzahlen des Umwälzkompressors erfordert.

Wenn in solchen Syntheseanlagen wie üblich das Produkt bei einem wesentlich unter dem Prozessdruck liegenden Druck zur Verwendung gelangt, so besteht ein weiterer Nachteil darin, dass die durch den Prozessenddruck gegebene Energie in einer Drosselvorrichtung nutzlos vernichtet wird.

Um diese Nachteile zu überwinden wird gemäss der Erfindung eine Syntheseanlage der eingangs beschriebenen Art vorgeschlagen, welche sich durch folgende Massnahmen auszeichnet:

a) Es ist eine Produktdampfturbine zum Antrieb des Umwälzturbokompressors vorgesehen, der ein vorzugsweise zum mindesten teilweise mit Prozesswärme beheizter Wärmeaustauscher vorgeschaltet ist, dessen Produktteil eingangsseitig mit dem Produktteil des Kühlers verbunden -ist.

b) Die Produktdampfturbine und der Umwälzturbokompressor sind über eine gemeinsame Welle direkt gekuppelt gegen die Atmos phäre stopfbüchsenlos in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet.

c) Die Lager der gemeinsamen Welle der Produktdampfturbine und des Umwälzturbokompressors sind als mit Prozessmedium geschmierte Lager ausgebildet.

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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes vereinfacht dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schema einer Anlage zur Ammoniakhersteilung, bei welcher die Lager der Welle beider Turboiraschinen mit Synthesegas geschmiert sind, und

Fig. 2 ein Schema einer solchen Anlage, in welcher die Lager der Welle der beiden Turbomaschinen mit Ammoniak geschmiert sind, wobei in beiden Figuren gleiche Teile gleiche Bezugszeichen aufweisen.

Die in Fig. 1 dargestellte Anlage weist hintereinandergeschaltete Synthesegaskorcpressoren 1, 2, 3 auf, von denen eine Synthesegasleitung 4 mit einer von einem Reaktor 5 kommenden Reaktorleitung 6 zusammenmündet; von hier geht eine Synthesegas aus der Synthesegasleitung 4 und Amir.oniakdarjf sowie Synthesegasreste aus dem Reaktor 5 führende Geir.ischleitung 7 zu .einem als Kondensator ausgebildeten Kühler 8 r.it Gasteil 9 und Produktteil 10. Vom Produktteil 10 des Kühlers 8 führt eine Ammoniakleitung 11, in welche Druckreruüerventile 12, 13 eingeschaltet sind, zu einem nicht.dargestellten- Speicher und/oder Verbraucher. Vom Gasteil 9 des Kühlers führt eine Produktgas, im vorliegenden Fall Ammoniakgas und Reste von Synthesegas führende Rückführleitung 14, in welche ein Turboumwälzkompressor 15- eingeschaltet ist, zum Eingang des Reaktors 5· Der Reaktor 5, der Gasteil 9 des Kühlers 8 und der Umwälzturbokompressor 15 bilden einen geschlossenen Kreislauf 5, 9, 15-

Einer als Ammoniakdampfturbine ausgebildeten Produktdampfturbine 16 ist ein Wärmeaustauscher 17 vorgeschaltet, dessen Ammoniak führender Produktteil 18 eingangsseitig mit dem Produktteil 10 des Kühlers 8 verbunden ist. Heizseitig ist

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der Wärmeaustauscher 17 in die Reaktorleitung 6 eingeschaltet. In die vom. Kühler zur Produktdampfturbine 16 führende Turbinenleitung 19 ist zwischen dem Wärmeaustauscher 17 und der" Produktdampfturbine 16 ein Druckregulierventil 20 eingeschaltet. Vom Ausgang der Produktdampfturbine 16 mündet eine Abdampfleitung 21, in welche ein Kondensator 22 eingeschaltet ist, zwischen den Druckregulierventilen 12, 13 in die Ammoniakleitung 11.

Die Produktdampfturbine 16 und der Umwälzturbokoinpressor 15 sind über eine gemeinsame Welle 23 direkt gekuppelt gegenüber der Atmoshäre stopfbüchsenlos in einem gemeinsamen Gehäuse 24 angeordnet.

Die Welle 23 ist in Radiallagern 25, 26 und in einem Axiallager 27 gelagert. Kompressorseitig des Radiallagers 25 ist eine Absaugkammer 28 angeordnet, die gegen den Umwälzkompressor 15 durch eine Spaltdichtung 29 abgedichtet ist. Turblnenseitig des Radiallagers 26 ist eine Absaugkammer 30 angeordnet, die gegen die Produktdampfturbine 16 durch eine Labyrinthdichtung 31 abgedichtet ist. Zwischen den Radiallagern 25 bzw. 26 und dem Axiallager 27 sind Absaugkammern 32 bzw. 33 angeordnet. Eine Schmierleitung34 zweigt von der Synthesegasleitung .4 ab und führt zu den Lagern 25» 26, 27, welche mit Synthesegas geschmiert sind. Alle Absaugkammern sind über Absaugleitungen mit dem Eingang des Synthesegaskompressers 3verbunden.

Das !Funktionieren der Anlage ist aufgrund der in der Zeichnung enthaltenen, ausschliesslich beispielsweisen Temperatur— und Druckdaten für das Prozessmedium ohne weiteres verständlich. Zum mindesten ein Teilstrom des unter Prozessenddruck stehenden Produktes, im vorliegenden Falle flüssigen Ammoniaks, das

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aus dem !Flüssigkeitsteil 10 des Kühlers 8 anfällt, wird im Wärmeaustauscher 17 mittels Prozesswärme verdampft, und der . Produktdampf wird im Druckregulierventil 20, das auch als Betriebs- und Notschlussventil arbeitet, auf den für die Leistungsaufnahme der Produktdampfturbine 16 erforderlichen Druck reduziert und treibt diese Turbine an, welche ihre Leistung an den Umwälzturbokompressor 15 abgibt. Der Abdampf der Produktdampfturbine wird im Kondensator 22 bei dem austrittsseitig herrschenden Druck kondensiert. λ

Leckverluste der beiden Turbomaschinen 15, 16 sind bei ihrer gegen die Atmosphäre stopfbüchsenlosen Anordnung im gemeinsamen Gehäuse 24 nicht möglich. Die für das Verständnis des Schmiermittelkreislaufes erforderlichen Druckdaten sind aus der Zeichnung ersichtlich. Ein Uebertritt von Ammoniak in den Synthesegaskreislauf ist in jedem Tall unschädlich, und die Druckdifferenz zwischen den einzelnen gegeneinander abzudichtenden Räumen im gemeinsamen Gehäuse 24 der beiden Turbomaschinen 15, 16 sind so gering, dass für die Dichtungen 29, kein grosser Aufwand erforderlich ist.

Man erhält durch die erfindungsgemässen Kassnahmen eine Um- . ( wälzgruppe in einer Syntheseanlage, bei welcher die Abdichtung der Welle des Umwälzturbokompressors gegen die Atmosphäre und auch die Schmierung der Lager dieser Welle mit einfachsten Mitteln zuverlässig gelöst ist, und bei welcher auch die Prozesswärme zum Antrieb des Umwälzturbokompressors herangezogen wird. Ein weiterer Vorteil der Anlage besteht darin, dass die durch den Prozessenddruck, gegebene Energie zusätzlich zum Antrieb des Turboumwälzkompressors herangezogen werden kann, weil in der Regel das Produkt bei einem wesentlich unter dem Prozessenddruck liegenden Druck zur Verwendung gelängt.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird das der Produktdampfturbine 16 zugeführte Produkt ausschliesslich mit im Wärmeaustauscher 17 dem Prozess entnommener Prozesswärme beheizt. Selbstverständlich könnte das Produkt in der Turbinenleitung 14 aber auch teilweise oder ganz mit Fremdwärme beheizt werden, oder aber es könnte die dem Produkt in der Turbinenleitung zuzuführende Wärme ganz oder teilweise an anderen Stellen der Anlage entnommen werden. In den Fällen, wo mehr Prozesswärme anfällt als der Leistungsabgabe der Produktdampfturbine 16 entspricht, muss die überschüssige Wärme einem anderen Verbraucher zugeführt oder durch einen Kühler abgeführt werden. In der Praxis weist die Anlage noch zahlreiche, im Ausführungsbeispiel nicht dargestellte Druckregul-ierventile auf, was selbstverständlich und dem Fachmann geläufig ist.

Die in Fig. 2 dargestellte Anlage weist mit Produkt, im vorliegenden Fall mit Ammoniak geschmierte Lager 225, 226,227 auf. Die Schmierleitung 234 zweigtvon der Ammoniakleitung ab. Die Absaugleitung der Absaugkammer 228 führt zum Eingang des Synthesegaskompressors 3, und die Absaugleitungen der Absaugkammern 230, 232, 233 münden in die Abdampf leitung 21. ' '. In die Schmierleitung 23 isteine regulierbare Drossel 235 eingeschaltet, mittels welcher der Schmiermitteldruck auf den · gewünschten Wert herabgesetzt wird»

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Claims

Pa t e η t a n 3 prüch e

1. Syntheseanlage, vorzugsweise zur Herstellung von Ammoniak mit einein Synthesegaskompressor, einem Reaktor, einem Kühler und einem vom Reaktor und vom Gasteil des Kühlers gebildeten geschlossenen Kreislauf eingeschaltet ist,
gekennzeichnet durch folgende I.'erkmale:

a) Es ist eine Produktdampfturbine (16) zum Antrieb des Umwälzturbokompressors (15) vorgesehen, der ein vorzugsweise zum mindesten.teilweise mit Prozesewärme beheizter Wärmeaustauscher (17J vorgeschaltet ist, dessen Produktteil (18) eingang86eitig mit dem Produktteil (Ip) des Kühlers (8) verbunden ist.

b).Pie Produktdampfturbine (16) und der Umwälzturbökompressor (15) sind über eine gemeinsame Welle (23) direkt gekuppelt gegen die Atmosphäre stopfbüchsenlos in einem gemeinsamen Gehäuse (24) angeordnet.

c) Die Lager (25,26,27 bzw. 225,226,227) der gemeinsamen Welle -.(23) der Produktdampfturbine (16) und des Umwälzturbokoicpressors (15) sind als mit Prozessmedium geschmierte Lager ausgebildet.

2. Syntheseanlage nach Anspruch 1, dadurch g e k e η nzeichnet, dass die Lager (2-5.,26,27) der gemeinsamen Welle ( 23) der Produktdampfturbine (16) und des Umwälzturbokompressors (15) als mit Synthesegas geschmierte Lager ausgebildet sind.

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3. Syntheseanlage nach Anspruch 1, dadurch g e k e η nzeichnet, dass die Lager (225,226,227) der gemeinsamen Welle (23) der Produktdampfturbine (16) und des Umwälzturbokoinpressors (15) als mit Produkt geschmierte Lager ausgebildet sind.

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L e e r s e i t e