氨回收專用能量轉換器的製作方法
2023-08-13 09:39:56 2
專利名稱：氨回收專用能量轉換器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及化工尾氣分離回收領域，具體涉及一種氨回收裝置中的能量轉換器構造，它專用於分離和回收合成氨馳放氣中的氨。
背景技術：
合成氨的生產會產生大量的馳放氣(或稱放空氣、尾氣)，如梅安華主編的《合成氨廠工藝技術與設計手冊》第301頁中記載每生產1噸合成氨貯槽馳放氣產出量為108.321m3(標)。合成氨的生產所產生的馳放氣為高壓氣體，一般壓力在2.0～2.2MPa，溫度在10～20℃，其中主要成分有氨、氫、甲烷和氮等，氨和甲烷為危險氣體，若直接排放對環境有害，故均要對馳放氣進行處理。為了提高經濟效益增加附加值，人們通常在馳放氣的處理中將馳放氣中的氨提取出來製成氨產品出售或回用至合成氨生產中。
目前，馳放氣中氨回收工藝仍採取的是水洗的方法，是先將馳放氣中的氨經水洗法轉化為氨水，然後再經蒸氨、吸收製冷法提取出其中的氨，製成液氨回用至合成氨生產中。這種方法需耗費大量的水、電和蒸汽，能耗很大，還會產生大量的難於處理的稀氨水，對環保也不利。
發明內容
本實用新型提供一種新型的氨回收專用能量轉換器，目的是在節能和環保的前提下分離和回收馳放氣中的氨，大大提高合成氨的附加值，給合成氨廠帶來較高的經濟效益和環保效益。
為達到上述目的，本實用新型採用的技術方案是一種氨回收專用能量轉換器，包括殼體和轉子，殼體內沿軸向依次分隔為工作端、氣浮腔和制動端，轉子由主軸和分別固設於主軸兩端的工作葉輪和離心風機輪構成；轉子穿設在殼體中，通過氣浮腔中的兩個軸承體支撐，轉子的工作葉輪伸入工作端，離心風機輪伸入制動端；所述氣浮腔中，兩軸承體的外緣中部周向開設有一圈通氣槽，軸承體位於通氣槽兩側的外緣與殼體間密封連接，軸承體的內緣與主軸間隙配合；主軸對應於兩個軸承體在內側各設置一個止擋軸肩；所述氣浮腔上設有軸承氣入口和軸承氣出口，軸承氣入口經入氣通道分別接通兩軸承體上的通氣槽，每個通氣槽均一路經徑向通氣孔接通軸承體內緣與主軸之間的間隙，另一路經軸向通氣孔接通軸承體端面與止擋軸肩之間的間隙，所述兩間隙匯聚至軸承氣出口，以此構成一在徑向和軸向上懸浮支承主軸的氣浮軸承；所述工作端上對應於工作葉輪的徑向設有原氣入口，該原氣入口經導流通道指向工作葉輪，工作端上對應於工作葉輪的軸向設有氣液混合出口；所述制動端上對應於離心風機輪的徑向設有制動出風口，並對應於離心風機輪的軸向設有制動吸風口。
上述技術方案中的有關內容解釋如下1、上述方案中，所述工作端、氣浮腔和制動端間相互密封分隔。具體來說，是指在工作端與氣浮腔間的分隔殼體斷面、氣浮腔與制動端間的分隔殼體斷面與主軸之間均應是微間隙的，以不接觸式密封方式密封，如迷宮密封。
2、上述方案中，所述殼體上對應於工作葉輪外周設有一導流器，該導流器上分布有導流通道，原氣入口經其上的導流通道指向工作葉輪。設置導流器的目的是以導流器上對應工作葉輪的葉片設置的導流通道導向原氣入口中通入的原氣，使高壓的原氣推動工作葉輪均勻、穩定地旋轉。
3、上述方案中，所述軸承體上設有2～4排沿軸承體周向均布的軸向通氣孔，這些軸向通氣孔的穿孔方向與主軸中心線相平行。近一步具體方案為所述軸承體上設有2排軸向通氣孔，其中一排從通氣槽直接指向軸承體端面與止擋軸肩之間的間隙，另一排與徑向通氣孔相連通，經徑向通氣孔從通氣槽指向軸承體端面與止擋軸肩之間的間隙。
所述軸承體上設有2～4排沿軸承體周向均布的徑向通氣孔，這些徑向通氣孔的穿孔方向與主軸的中心線相垂直。
本裝置工作時，轉子高速運轉(一般要達到12萬轉/分鐘)，完全靠氣浮軸承中的軸承氣的推力而起浮的，其軸承力推力的大小和均勻性對轉子運行的平穩、很靠性至關重要，因此我們設計了2～4排的均布的軸向通氣孔和徑向通氣孔，來保證其推力的均勻，並且，當其中某一孔因進入雜質而阻塞時，在軸承周向上推力仍較均勻，不會發生卡機故事。
4、上述方案中，所述每排軸向通氣孔和徑向通氣孔的個數、尺寸以如下方案最佳每排周向上均布的軸向通氣孔和徑向通氣孔的個數為8～14個，孔徑為0.1～0.4mm。
5、上述方案中，以本裝置處理馳放氣時，因馳放氣中含氨、甲烷不可外排，所述原氣入口、氣液混合出口、軸承氣入口、軸承氣出口、制動出風口和制動吸風口均應接入外配的處理輸送馳放氣的密閉管路中。
6、上述方案中，使用時，從工藝設計上，制動吸風口處需接氣體的壓力與軸承出氣口處排出氣體的壓力相等，故可將軸承氣出口經管路接至制動吸風口上。
7、上述方案中，所述制動端中朝向主軸端部設置有一轉速傳感器，以轉速傳感器檢測主軸的轉速，並外接轉速表，以便於人們監測情況。
8、上述方案中，所述氣液混合出口上接有喇叭型擴壓器，以增加降壓效果，使氨更多地液化。
9、上述方案中，所述軸承體採用非金屬石磨材料最佳，不僅防腐蝕性好，同時潤滑性能也很好。
10、上述方案中，所述原氣入口接待處理分離的馳放氣，氣液混合出口排出焓值、溫度、壓力均已降低了的已處理好了的馳放氣和液氨混合氣；而軸承氣入口和出口則分別另外接入一定壓力(一般為5kg/cm2)的提供氣浮推力的馳放氣，而制動吸風口和出風口則接另一路馳放氣(一般為0.5kg/cm2)。
本實用新型工作原理是參見附圖書1所示，本裝置具體是利用馳放氣中各組份沸點不同的特點，應用透平膨脹原理，將純淨的馳放氣從原氣入口17引入，高壓的馳放氣推動工作葉輪7作高速轉動，馳放氣的壓力能就被轉化成為轉子2轉動的機械能和熱能，而轉子2上另一端的制動離心風機輪8也隨之快速轉動吸風，消耗機械能從而達到平衡，降低了原馳放氣的焓值，產生冷量。因此氣液混合出口中輸送出的已是溫度接近於氨的沸點左右的馳放氣和液氨混合氣，然後將其輸送至後續的汽液分離設備中，就可將其液氨分離回收出來。
因馳放氣帶動工作葉輪轉動地速度非常快(一般要達到12萬轉/分鐘)，其轉子的支撐必須解決磨擦發熱問題，故我們以氣浮軸承支撐；在向原氣入口17通入馳放氣之前，需先向軸承氣入口12中通入壓縮氣體(一般為5kg/cm2的馳放氣)，這些施放氣經通氣槽10、軸向通氣孔16和徑向通氣孔15進入軸承體9內緣與主軸6之間的間隙、軸承體9端面與止擋軸肩11之間的間隙中，形成氣膜，將主軸6在徑向和軸向上均平穩地上浮固定住，以保證轉子2能高速地轉動。
設計中，是按所需馳放氣焓值下降的量的大小來設計離心風機輪8的大小，其離心風機輪8大，其機械能消耗越大，焓值下降的越多，反之相反。
由於上述技術方案運用，本實用新型與現有技術相比具有下列優點
1、由於本實用新型的新型結構，直接用馳放氣本身的壓力能驅動，以透平膨脹原理降低了馳放氣的焓量，使馳放氣中的氨低溫分離出，不僅運行時無動力無能耗，並且也無汙染，是理想的氨回收的環保節能裝置，為氨回收新工藝創造了新價值和新觀念。
2、本實用新型處理後的馳放氣，再經汽液分離設備即可提純至99％，可直接回用於生產，給合成氨生產帶來極好的附加值和經濟價值。
3、由於本實用新型的氣浮軸承中的多排的軸向通氣孔和徑向通氣孔的設置，增加了軸承的氣浮力和止推力，降低了故障率；經山東海化盛興化工有限公司一年多的使用，實踐證明安全可靠、無故障。
附圖1為實施例的結構示意圖；附圖2為實施例軸承體的結構主視圖；附圖3為附圖2的A-A向剖視圖；附圖4為實施例應用時的馳放氣氨分離的整個流程示意圖。
以上附圖中1、殼體；2、轉子；3、工作端；4、制動端；5、氣浮腔；6、主軸；7、工作葉輪；8、離心風機輪；9、軸承體；10、通氣槽；11、止擋軸肩；12、軸承氣入口；13、軸承氣出口；14、入氣通道；15、徑向通氣孔；16、軸向通氣孔；17、原氣入口；18、氣液混合出口；19、制動出風口；20、制動吸風口；21、導流器；22、轉速傳感器；23、喇叭型擴壓器；24、氨回收專用能量轉換器；25、汽液分離器；26、換熱器。
具體實施方式
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述實施例參見附圖1所示，一種氨回收專用能量轉換器，包括殼體1和轉子2，殼體1內沿軸向依次分隔為工作端3、氣浮腔5和制動端4；轉子2由主軸6和分別固設於主軸6兩端的工作葉輪7和離心風機輪8構成；轉子2穿設在殼體1中，通過氣浮腔5中的兩個軸承體9支撐，轉子2的工作葉輪7伸入工作端3，離心風機輪8伸入制動端4；所述工作端3上對應於工作葉輪7的徑向設有原氣入口17，並且，對應於工作葉輪7外周設有一導流器21，該導流器21上分布有導流通道，原氣入口17經導流通道指向工作葉輪7，工作端3上對應於工作葉輪7的軸向設有氣液混合出口18；制動端4上對應於離心風機輪8的徑向設有制動出風口19，並對應於離心風機輪8的軸向設有制動吸風口20；所述氣液混合出口18上接有喇叭型擴壓器23；所述制動端4中朝向主軸6端部還設置有一轉速傳感器22，以該轉速傳感器22檢測主軸的轉速，並將信號傳至外接的轉速表，顯示轉數，以便人們監測工作狀況。
參見附圖2、附圖3所示，所述氣浮腔5中，兩軸承體9的外緣中部周向開設有一圈通氣槽10，軸承體9位於通氣槽10兩側的外緣與殼體1間密封連接，軸承體9的內緣與主軸6間隙配合；主軸6上對應於兩個軸承體9在內側各設置一個止擋軸肩11；所述氣浮腔5上設置有軸承氣入口12和軸承氣出口13，軸承氣入口12經入氣通道14分別接通兩軸承體9上的通氣槽10，每個通氣槽10均一路經徑向通氣孔15接通軸承體9內緣與主軸6之間的間隙，另一路經軸向通氣孔16接通軸承體9端面與止擋軸肩11之間的間隙，所述兩間隙再匯聚至軸承氣出口13，以此構成一在徑向和軸向上懸浮支承主軸6的氣浮軸承。徑向通氣孔15的穿孔方向與主軸6的中心線相垂直，它的具體設置個數和大小為兩排，每排12個周向均布的孔徑為0.35mm的孔；軸向通氣孔16的穿孔方向與主軸6的中心線相平行，它的具體設置個數和大小為兩排，每排12個周向均布的孔徑為0.35mm的孔，其中一排從通氣槽10直接指向軸承體9端面與止擋軸肩11之間的間隙，另一排與徑向通氣孔15相連通，經徑向通氣孔15從通氣槽10指向軸承體9端面與止擋軸肩11之間的間隙。所述軸承體採用非金屬石磨材料最佳，不僅防腐蝕性好，同時潤滑性能也很好。
應用時將本實施例24與汽液分離器25、換熱器26相連接組合構成一整套的馳放氣氨分離系統，其處理工藝流程圖如附圖4所示。
本實施例設計技術參數具體為1、待處理的馳放氣成分為氫55-65％、氮18-22％、甲烷9-15％，氨2-3％、氬3-6％；流量為400km3/h；壓力為2.0MPa；溫度為15-20℃。
2、本裝置各氣出入口處的參數情況原氣入口處通入溫度為-15--20℃，壓力為2.0MPa的馳放氣；氣液混合出口處排出溫度為-65℃左右，壓力為0.2MPa的馳放氣和液氨的混合氣(因氨沸點為-75℃，在-65℃左右馳放氣中的氨已處於飽和狀態)；軸承氣入口通入壓力為0.5MPa的馳放氣，軸承氣出口則排出0.05MPa的馳放氣；軸承氣出口則排出0.05MPa的馳放氣直接經管路接至制動吸風口上，制動出風口上則排出0.2MPa的馳放氣。
所有的原氣入口17、氣液混合出口18、軸承氣入口12、軸承氣出口13、制動出風口19和制動吸風口20均接入馳放氣氨分離系統的管路中封閉循環。
上述實施例只為說明本實用新型的技術構思及特點，其目的在於讓熟悉此項技術的人士能夠了解本實用新型的內容並據以實施，並不能以此限制本實用新型的保護範圍。凡根據本實用新型精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種氨回收專用能量轉換器，其特徵在於包括殼體[1]和轉子[2]，殼體[1]內沿軸向依次分隔為工作端[3]、氣浮腔[5]和制動端[4]，轉子[2]由主軸[6]和分別固設於主軸[6]兩端的工作葉輪[7]和離心風機輪[8]構成；轉子[2]穿設在殼體[1]中，通過氣浮腔[5]中的兩個軸承體[9]支撐，轉子[2]的工作葉輪[7]伸入工作端[3]，離心風機輪[8]伸入制動端[4]；所述氣浮腔[5]中，兩軸承體[9]的外緣中部周向開設有一圈通氣槽[10]，軸承體[9]位於通氣槽[10]兩側的外緣與殼體[1]間密封連接，軸承體[9]的內緣與主軸[6]間隙配合；主軸[6]對應於兩個軸承體[9]在內側各設置一個止擋軸肩[11]；所述氣浮腔[5]上設有軸承氣入口[12]和軸承氣出口[13]，軸承氣入口[12]經入氣通道[14]分別接通兩軸承體[9]上的通氣槽[10]，每個通氣槽[10]均一路經徑向通氣孔[15]接通軸承體[9]內緣與主軸[6]之間的間隙，另一路經軸向通氣孔[16]接通軸承體[9]端面與止擋軸肩[11]之間的間隙，所述兩間隙匯聚至軸承氣出口[13]，以此構成一在徑向和軸向上懸浮支承主軸[6]的氣浮軸承；所述工作端[3]上對應於工作葉輪[7]的徑向設有原氣入口[17]，該原氣入口[17]經導流通道指向工作葉輪[7]，工作端[3]上對應於工作葉輪[7]的軸向設有氣液混合出口[18]；所述制動端[4]上對應於離心風機輪[8]的徑向設有制動出風口[19]，並對應於離心風機輪[8]的軸向設有制動吸風口[20]。
2.根據權利要求1所述的氨回收專用能量轉換器，其特徵在於所述殼體[1]上對應於工作葉輪[7]外周設有一導流器[21]，該導流器[21]上分布有導流通道，原氣入口[17]經其上的導流通道指向工作葉輪[7]。
3.根據權利要求1所述的氨回收專用能量轉換器，其特徵在於所述軸承體[9]上設有2～4排沿軸承體[9]周向均布的軸向通氣孔[16]，這些軸向通氣孔[16]的穿孔方向與主軸[6]中心線相平行。
4.根據權利要求3所述的氨回收專用能量轉換器，其特徵在於所述軸承體[9]上設有2排軸向通氣孔[16]，其中一排從通氣槽[10]直接指向軸承體[9]端面與止擋軸肩[11]之間的間隙，另一排與徑向通氣孔[15]相連通，經徑向通氣孔[15]從通氣槽[10]指向軸承體[9]端面與止擋軸肩[11]之間的間隙。
5.根據權利要求1所述的氨回收專用能量轉換器，其特徵在於所述軸承體[9]上設有2～4排沿軸承體[9]周向均布的徑向通氣孔[15]，這些徑向通氣孔[15]的穿孔方向與主軸[6]的中心線相垂直。
6.根據權利要求1所述的氨回收專用能量轉換器，其特徵在於所述原氣入口[17]、氣液混合出口[18]、軸承氣入口[12]、軸承氣出口[13]、制動出風口[19]和制動吸風口[20]均接入外配的處理輸送馳放氣的密閉管路中。
7.根據權利要求1所述的氨回收專用能量轉換器，其特徵在於所述軸承氣出口[13]經管路接至制動吸風口[20]。
8.根據權利要求1所述的氨回收專用能量轉換器，其特徵在於所述制動端[4]中朝向主軸[6]端部設置有一轉速傳感器[22]。
9.根據權利要求1所述的氨回收專用能量轉換器，其特徵在於所述氣液混合出口[18]上接有喇叭型擴壓器[23]。
專利摘要一種氨回收專用能量轉換器，其特徵在於包括殼體和轉子，殼體內分隔為工作端、氣浮腔和制動端，轉子由主軸、工作葉輪和離心風機輪構成；轉子穿於殼體中，工作葉輪伸入工作端，離心風機輪伸入制動端；所述兩軸承體的外緣上設有通氣槽，其外緣與殼體連接，內緣與主軸間隙配合；主軸在兩個軸承體內側各設置一個止擋軸肩；所述氣浮腔上設有軸承氣入口和軸承氣出口，軸承氣入口接通通氣槽，通氣槽一路經徑向通氣孔接通軸承體與主軸之間的間隙，另一路經軸向通氣孔接通軸承體與止擋軸肩之間的間隙，這兩間隙匯聚至軸承氣出口；工作端上設有原氣入口和氣液混合出口；制動端上設有制動出風口和制動吸風口。本實用新型運行無需動力和能耗，既節能又環保。
文檔編號B01D53/18GK2860602SQ20062006926
公開日2007年1月24日 申請日期2006年2月8日 優先權日2006年2月8日
發明者沈銘鈞 申請人:蘇州申華低溫成套設備有限公司