КОНВЕРТЕР ДЛЯ ПРЕВРАЩЕНИЯ SO2 В SO3
2
3
CONVERTER FOR CONVERTING SO INTO SO

2
3
2
3.
Изобретение относится к сегменту для образования мембранной тарелки контактного аппарата, в частности, для окисления SO в SO, мембранной тарелке, контактному аппарату и применению такого контактного аппарата для превращения SO в SO
2
3
2
3
В технологии производства серной кислоты в настоящее время применяется главным образом, так называемый контактный способ. При этом диоксид серы SO окисляют в присутствии, по меньшей мере, одного катализатора в триоксид серы SO при выделении тепла, который после соединения с водой образует серную кислоту. Превращение SO в SO проводится в так называемом контактном аппарате. Контактный аппарат является основным компонентом установки для производства серно кислоты и называется также конвертером.
2
В контактном аппарате решётки расположены друг над другом, на них находится катализаторная сыпучая масса. Эти решётки называются также сетчатыми полками или конвертерными тарелками. Строго говоря, сетчатая полка в сборе состоит из мембранной тарелки, инертных наполнителей, катализатора, патрубков для впуска и выпуска газа или отверстий для этого, а также тарелки из металлического листа или разделительной тарелки, разделяющей две сетчатых полки. Одна из упомянутых выше решёток является мембранной тарелкой. Между сетчатыми полками или мембранными тарелками могут располагаться зоны охлаждения. Проницаемость контактной поверхности катализатора может достигаться разными путями, например, посредством металлического листа с отверстиями или дырами (мембраны) или решётки. Следовательно, сетчатая полка состоит из наружного ограничения, кожуха, и контактной поверхности для размещения катализатора. Сетчатая полка может также содержать внутреннее ограничение, в частности, центральную трубу. Кроме того сетчатая полка имеет отверстие для подвода содержащего SO газа. Это отверстие может быть выполнено по центру внутри сетчатой полки, например, в виде центральной трубы. Такое отверстие может быть также предусмотрено в наружном ограничении сетчатой полки, например, в виде зева.
Изготовление контактного аппарата является затратоёмким и прямо пропорциональным весу контактного аппарата.
У существующих мембранных сетчатых полок металлический лист непосредственно соединён с центральной трубой и кожухом с тем, чтобы все нагрузки и напряжения передавались на кожух и центральную трубу. Такая мембрана сетчатой полки схематически изображена на фиг. 16. Таким образом, центральная труба и кожух подвержены воздействию не только всей нагрузки, создаваемой контактной массой сетчатой полки в виде катализаторной сыпучей массы, и усилиям, создаваемым разницей давлений вокруг сетчатой полки, но также необходимо выдерживать радиальные растягивающие напряжения и радиальные усилия, воздействующие со стороны листовой сетчатой полки на кожух и центральную трубу. Поэтому для кожуха и центральной трубы необходим так называемый расчёт прочности на продольный изгиб для подтверждения надёжности несущей способности соответствующей конструкции. Таким образом, при изготовлении контактного аппарата применяется повышенная толщина материала для кожуха и центральной трубы, что является недостатком таких контактных аппаратов. Сам металлический лист сетчатой полки имеет вид мембранной тарелки, которая едва ли отличается по толщине материала от листа сетчатой полки в контактном аппарате с подпёртой снизу рамой сетчатой полки, что служит преимуществом такого другого известного контактного аппарата.
Напротив, контактные аппараты с рамой сетчатой полки согласно схематическому изображению на фиг. 17 обладают преимуществом, заключающимся в вертикальном восприятии всех исходящих от сетчатой полки усилий и в их вертикальном направлении на кожух и центральную трубу. Вследствие вертикально воздействующих на кожух и центральную трубу нагрузок не возникает радиальных усилий, что делает излишним расчёт прочности на продольный изгиб контактного аппарата. Благодаря этому для кожуха контактного аппарата и центральной трубы достаточна меньшая толщина материала, что также является преимуществом. Недостатками такой рамы сетчатой полки по сравнению с мембраной сетчатой полки являются дополнительный вес сетчатой полки из-за её рамы, дополнительная монтажная высота сетчатой полки из-за добавляемой рамой высоты и как следствие общая высота контактного аппарата, что приводит к повышенному общему весу контактного аппарата.
Поэтому отсюда вытекает задача изобретения, состоящая в уменьшении механической нагрузки на кожух и/или центральную трубу сетчатой полки контактного аппарата. В частности, задача изобретения заключается в обеспечении возможности, с одной стороны, исключить радиальные усилия и радиальные напряжения без отступления от дизайна мембранной сетчатой полки и, с другой стороны, обеспечить по возможности малую общую высоту контактного аппарата, несмотря на сохранение преимуществ дизайна рамы сетчатой полки.
2
3
Данные задачи решаются изобретением неожиданно простым способом, при котором предложен сегмент для образования мембранной тарелки для контактного аппарата, в частности, для окисления SOв SO, причём сегмент имеет при виде сверху поверхность проекции, параллельную продольной оси L и представляющую собой вырез кольца вокруг центра М, при этом продольная ось L проходит через центр М, сегмент содержит обращённую к центру внутреннюю кромку, наружную кромку, расположенную радиально напротив внутренней кромки – если смотреть от центра, а также две боковых кромки, при этом боковые кромки – если смотреть в радиальном направлении от центра – ограничивают сбоку от внутренней кромки до наружной кромки поверхность проекции сегмента.
Такой, так сказать неприкреплённый сегмент согласно изобретению позволяет создать мембранную тарелку или так называемую сетчатую полку таким образом, что воздействующие при работе на мембранную тарелку силы не нагружают по периферии относительно продольной оси и радиально относительно продольной оси поверхность мембранной тарелки, на которой располагается катализатор. Благодаря этому в изобретении обеспечивается возможность снижения механической нагрузки на кожух и/или центральную трубу сетчатой полки контактного аппарата. В результате исключения радиальных сил и напряжений при создании контактного аппарата обеспечивается экономия материала и, следовательно, снижение веса и стоимости.
2
3
Кроме того, в изобретении предусмотрена мембранная тарелка для контактного аппарата, в частности, для окисления SO в SO, содержащая, по меньшей мере, два описанных выше сегмента, причём для образования мембранной тарелки, по меньшей мере, два сегмента расположены в плоскости смежно между собой посредством своих поверхностей проекции и опираются сбоку вдоль своих радиальных боковых кромок на удерживающие поверхности, причём, в частности, они прочно соединены с последними, удерживающие поверхности образованы держателем, имеющим по существу вид тавровой балки, У-образной балки или крестовины, боковые выступы тавровой балки, У-образной балки или крестовины образуют удерживающие поверхности, длина тавровой балки, У-образной балки или крестовины соответствует длине держателя, она равна или предпочтительно превышает длину боковой кромки сегмента.
Если смотреть в направлении основного размера крестовины, то она имеет по существу профиль знака « +».
Благодаря сегментной конструкции листовой сетчатой полки действующие по периферии растягивающие напряжения компенсируются образующимися в смежных сегментах растягивающими напряжениями. Таким образом, простым конструктивным способом достигается положение, при котором в периферийном направлении по существу отсутствуют растягивающие напряжения, действующие на крепёжные устройства, в частности, на тавровую балку или У-образную балку или крестовину.
Согласно предпочтительному варианту развития изобретения предусмотрено, чтобы мембранная тарелка содержало два балочных кольца, из которых одно кольцо выполнено для охвата по внутренней стороне кожуха контактного аппарата, второе кольцо – для охвата по наружной стороне центрального корпуса контактного аппарата, причём оба балочных кольца, в частности, если смотреть в направлении, перпендикулярном продольной оси, располагаются в одной плоскости, при этом, по меньшей мере, один сегмент, предпочтительно более одного сегмента, особо предпочтительно все сегменты, свободно опирается/опираются на оба балочных кольца. При этом сегменты образуют круговое кольцо, причём они закреплены на своей радиальной стороне непосредственно или на крепёжных устройствах, например, приварены или скреплены болтами и свободно опираются на балочные кольца по периферии кожуха или центрального корпуса. При работе они скрыты катализаторной массой.
В частности, при этом балочное кольцо перекрывает зазор между кожухом и сетчатой полкой из листового сегмента и/или другое балочное кольцо перекрывает зазор между центральным корпусом и сетчатой полкой из листового сегмента. При этом с помощью балочных колец создаётся в параллельном продольной оси направлении по существу полностью закрытая мембранная тарелка, обеспечивающая прохождение газа через катализаторную сыпучую массу только через отверстия мембраны, и таким образом достигается заданное обтекание катализаторных частиц в сыпучей массе на мембранной тарелке и одновременно исключается ссыпание катализаторных частиц вниз через кольцевой зазор.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения изобретения предусмотрено, чтобы два смежных сегмента располагались между собой симметрично относительно оси и радиально относительно продольной оси. В результате предупреждаются действующие в периферийном направлении нагрузки.
2
3
Кроме того, изобретение относится к контактному аппарату, в частности, для окисления SO в SO, который выполнен по существу цилиндрическим вокруг продольной оси, ограничен снаружи расположенным вокруг продольной оси вращательно-симметричным кожухом и внутри расположенным вокруг продольной оси вращательно-симметричным центральным корпусом, а именно центральной трубой или центральной штангой, причём контактный аппарат имеет, по меньшей мере, одну, описанную выше мембранную тарелку между центральным корпусом и кожухом, лежащую в перпендикулярной к продольной оси плоскости, по меньшей мере, два держателя закреплены между центральным корпусом и кожухом с образованием, по меньшей мере, одной крепёжной поверхности таким образом, чтобы через крепёжную поверхность на центральный корпус или кожух передавалась нагрузка по существу только в одном направлении, параллельном продольной оси, которая создаётся нагрузкой сегментов в направлении, перпендикулярном их плоскости проекции. Таким образом, должна снижаться механическая нагрузка на кожух и/или центральный корпус контактного аппарата. В результате исключения радиальных сил и напряжений при монтаже контактного аппарата возможно, с одной стороны, дополнительно снизить расход материала и, следовательно, вес и, с другой стороны, инженерно-технические расходы и связанные с этим затраты.
Согласно предпочтительному варианту развития изобретения предусмотрено, чтобы каждый сегмент посредством, по меньшей мере, одной из удерживающих поверхностей был закреплён, в частности, приварен, закреплён винтами и/или болтами на одной или каждой смежной с ним тавровой балке, У-образной балке или крестовине вдоль одной или каждой радиальной боковой кромки, таким образом можно увеличить жёсткость и стойкость мембранной тарелки.
Согласно предпочтительному варианту развития изобретения предусмотрено, чтобы, по меньшей мере, один держатель при работе контактного аппарата располагался в катализаторной массе. Как подробнее будет ниже пояснено, такая конструкция, при которой тавровая балка и/или У-образная балка и/или крестовина полностью находится в катализаторной массе, обеспечивает более короткую, т. е. менее высокую конструкцию контактного аппарата.
Изобретением обеспечиваются разные возможности для конструктивного выполнения мембранной тарелки. Особенно просто эти возможности могут быть реализованы путём соответствующего выполнения отдельных сегментов. В зависимости от того, какое количество катализатора необходимо предусмотреть на мембранной тарелке и какую форму и размер будут иметь частицы катализатора, например, каждый листовой сегмент сетчатой полки может быть выполнен по существу плоским. Однако каждый листовой сегмент сетчатой полки может иметь также выпуклость.
С учётом монтажной ситуации контактного аппарата по месту могут быть предусмотрены в рамках изобретения подключения для впуска и выпуска газа, проходящего во время работы через контактный аппарат. Так, согласно варианту выполнения изобретения предусмотрено, чтобы контактный аппарат содержал сбоку, по меньшей мере, один патрубок для впуска газа и, по меньшей мере, один патрубок для выпуска газа при работе контактного аппарата, при этом патрубок или патрубки врезаны, в частности, сбоку в кожух контактного аппарата.
Однако также возможно, чтобы контактный аппарат имел, по меньшей мере, одно отверстие в центральной трубе или кожухе, через которое при работе контактного аппарата может поступать газ, и/или чтобы контактный аппарат имел, по меньшей мере, одно отверстие в центральной трубе или кожухе, через которое при работе аппарата происходит выход газа. Тогда вход или выход газа происходит через впускное или выпускное отверстия, выполненные в центральной трубе, газовый поток может радиально поступать в контактный аппарат или выходить из него. В результате снаружи на контактном аппарате высвобождается место, так как отпадает необходимость в выступающих наружу патрубках. Таким образом, достигается особо компактная конструкция.
2
3
2
3
В рамках изобретения контактный аппарат может состоять, в частности, из одной мембранной тарелки с кожухом и центральным корпусом. При этом контактный аппарат посредством нескольких мембранных тарелок может гибко приводиться в соответствие с поставленной задачей во время применения. Для этого предусмотрено, чтобы контактный аппарат содержал, по меньшей мере, одну мембранную тарелку, в частности, по меньшей мере, две мембранных тарелки, в частности, состоял из 1 – 6 мембранных тарелок, вертикально расположенных друг над другом. Согласно предпочтительному варианту выполнения предусмотрено, чтобы контактный аппарат содержал четыре или пять мембранных тарелок и был предназначен, в частности, для применения с целью конверсии SO в SO способом двойного контакта, или чтобы контактный аппарат содержал от двух до четырёх мембранных тарелок и был предназначен, в частности, для применения с целью конверсии SO в SO способом одноразового контакта.
3
2
3
Способ одноразового контакта называется также контактным способом. Способ двойного контакта для производства серной кислоты является усовершенствованием способа одноразового контакта, причём из газа после прохождения через несколько мембранных тарелок SO удаляется от частичного до почти полного количества, а оставшийся SO поступает на следующую мембранную тарелку. Здесь происходит последующее преобразование в SO .
Контактный аппарат рассчитан в рамках изобретения предпочтительно на применение в температурном диапазоне от температуры окружающей среды до 650ºС и таким образом позволяет применять катализаторы с диапазоном действия свыше 600ºС, например, пятиоксид ванадия.
2
3
Изобретение относится также к применению контактного аппарата по любому из пунктов 5 – 13 для превращения SO в SO, в частности, на фазе нагрева температура составляет от температуры окружающей среды до 500ºС, во время работы - от 350 до 650ºС.
Ниже изобретение подробнее поясняется с помощью примеров выполнения со ссылкой на приложенные чертежи. При этом одинаковые и схожие детали обозначены одинаковыми позициями, причём признаки разных примеров выполнения могут комбинироваться между собой. При этом изображено:
фиг. 1 – схематическое трёхмерное изображение первого варианта выполнения изобретения, сетчатая полка с радиально-симметричными листовыми мембранными сегментами,
фиг. 2 – схематическое изображение сетчатой полки согласно изобретению в перспективе, выполненной в виде листового мембранного сегмента,
фиг. 3 – схематическое изображение расположения листового сегмента сетчатой полки на балке на кожухе и на центральной трубе,
фиг. 4 – схематическое изображение конвертора без кожуха, вид сбоку,
фиг. 5 – схематическое изображение в перспективе места соединения балок на кожухе и свободно опирающегося опорного основания сегмента мембранной тарелки,
фиг. 6 – схематическое изображение в перспективе места соединения между опорным основанием сегмента мембранной тарелки и тавровой балкой, места соединения между тавровой балкой и кожухом, а также места соединения между балками на центральном корпусе и свободно расположенным на нём опорным основанием сегмента мембранной тарелки,
фиг. 7 – схематическое изображение в перспективе места соединения между тавровой балкой и опорным основанием двух сегментов мембранной тарелки,
фиг. 8 - схематическое изображение в перспективе опорного основания сегмента с округлым опорным основанием и тавровой балкой,
фиг. 9 – схематическое изображение в перспективе альтернативного варианта выполнения опорного основания сегмента с У-образной балкой,
фиг. 10 – схематическое изображение в перспективе сетчатой полки с впуском газа через радиальные отверстия в центральной трубе и с выпуском газа на кожухе,
фиг. 11 – схематическое изображение в перспективе другого варианта выполнения сетчатой полки с впуском газа на кожухе и выпуском газа через отверстия в центральной трубе,
фиг. 12 - схематическое изображение в перспективе другого варианта выполнения сетчатой полки с впуском и выпуском газа на кожухе с округлыми зевами,
фиг. 13 - схематическое изображение предотвращения направленных к периферии усилий и напряжений растяжения посредством радиально-симметричной конструкции согласно изобретению,
фиг. 14 – схематическое изображение в качестве примера первого варианта выполнения контактного аппарата с четырьмя решётчатыми полками,
фиг. 15 – схематическое изображение в качестве примера другого варианта выполнения контактного аппарата с четырьмя решётчатыми полками и встроенным газо-газовым теплообменником в центральной трубе,
фиг. 16 – схематическое изображение в перспективе известной мембраны решётчатой полки,
фиг. 17 – в качестве примера схематическое изображение выреза из известной рамы сетчатой полки и покоящаяся на нём тарелка сетчатой полки,
фиг. 18 – в качестве примера схематическое изображение сегмента рамы известной сетчатой полки,
фиг. 19 – схематическое изображение варианта выполнения держателя согласно изобретению в виде тавровой балки,
фиг. 20 – два схематических изображения вариантов выполнения места соединения между крестовинами и сегментами мембранной тарелки.
На фигурах 8 и 9 показаны варианты выполнения сегмента 1 согласно изобретению для мембранной тарелки 2. Ниже на фигурах 1 – 7 и 10 – 13 показана конструкция мембранной тарелки 2 согласно изобретению. Иногда она обозначается также как «сетчатая полка». Контактный аппарат 6 образован, в частности, несколькими такими штабелированными сетчатыми полками 2. Примеры, касающиеся контактного аппарата 1 , описаны ниже со ссылкой на фигуры 14 и 15. На фигурах 10 – 12 изображены мембранные тарелки 2 или сетчатые полки, содержащие отверстия 63, 64 для впуска газа или его выхода при работе контактного аппарата 6 с наличием, по меньшей мере, одной такой сетчатой полки 2. Такие отверстия могут называться также «зевами».
2
3
.
На фигурах 8 и 9 схематически изображён сегмент 1 для образования мембранной тарелки для контактного аппарата 6, в частности, для окисления SO в SO.При этому сегмента 1, при виде сверху, имеется параллельная продольной оси L (см., например, фиг. 1) поверхность проекции, представляющая собой вырез из кругового кольца вокруг центра М (см., например, фиг. 2), причём продольная ось L проходит через центр М, Сегмент 1 имеет обращённую к центру М внутреннюю кромку 12, радиальную – если смотреть от центра – расположенную напротив внутренней кромки 12 наружную кромку 13 и две боковых кромки 14, при этом боковые кромки 14 ограничивают сбоку поверхность проекции в радиальном направлении – если смотреть от центра – от внутренней кромки 12 до наружной кромки 13.
2
3
Кроме того на фигурах показана мембранная тарелка 2 для контактного аппарата 6, в частности, для окисления SO в SO, содержащая, по меньшей мере, два таких сегмента 1 (см., например, фиг. 2). Для образования мембранной тарелки 2, по меньшей мере, два сегмента 1 располагают в одной плоскости со смежным расположением их поверхностей проекции, они располагаются сбоку вдоль своих радиальных кромок 14 и опираются на удерживающие поверхности 31, в частности, не будучи с ними прочно связанными. Удерживающие поверхности 31 образованы держателем 3. Держатель 3, как показано на фигурах 8 и 9, по существу имеет вид тавровой балки или У-образной балки, причём боковые выступы тавровой балки или У-образной балки образуют удерживающие поверхности 31, длина тавровой балки или У-образной балки соответствует длине держателя 3, одинакова или предпочтительно превышает длину боковой кромки 14 сегмента 1.
2
3
При использовании такой мембранной тарелки 2, содержащей, по меньшей мере, два описанных выше сегмента 1, может быть собран контактный аппарат 6, в частности, для окисления SO в SO. На фигурах 14 и 15 показаны примеры выполнения для подобного контактного аппарата 6. Контактный аппарат 6 выполнен по существу цилиндрической формы относительно продольной оси L и ограничен снаружи вращательно-симметричным, расположенным вокруг продольной оси L кожухом 4, внутри вращательно-симметричным, расположенным вокруг продольной оси L центральным корпусом 5, а именно центральной трубой или центральной штангой. Контактный аппарат содержит, по меньшей мере, одну, описанную выше мембранную тарелку 2, расположенную между центральным корпусом 5 и кожухом 4 в плоскости перпендикулярно продольной оси L. По меньшей мере два держателя 3 закреплены между центральным корпусом 5 и кожухом 4 с образованием, по меньшей мере, одной крепёжной поверхности 32 (см. фиг. 6) таким образом, что через крепёжную поверхность 32 передаются на центральный корпус 5 или кожух 4 по существу только в параллельном продольной оси L направлении усилие и напряжение, вызываемые нагрузкой сегментов 1 в направлении, перпендикулярном их поверхности проекции.
Видимые на фиг. 6, контактирующие с кожухом 4 крепёжные поверхности 32 являются сварными швами, связывающими крепёжные устройства 3 с кожухом. Таким же образом крепёжные устройства 3 могут быть соединены с центральным корпусом 5.
Для того чтобы радиальные усилия и напряжения не передавались на кожух и центральную трубу 5 контактного аппарата 6, новая листовая сетчатая полка 2 согласно изобретению выполнена в виде радиально-симметричных мембранных сегментов 1. Каждый листовой сегмент 1 закреплён только на двух радиальных сторонах 14 сегмента 1, на двух опорных поверхностях 31, соединённых с двумя тавровыми балками 3 (см. фиг. 3). Широкая часть F полки тавровой балки 3 расположена внизу горизонтально, а верхняя часть Р профиля тавровой балки 3 направлена вертикально вверх, при этом размах S тавровой балки 3 приходится на радиальное направление и достигает кожуха 4 и центральной трубы 5.
В результате на обеих сторонах тавровой балки образуется так сказать балкон, на который опирается радиальная сторона 14 листовой сегментной сетчатой полки 1 и связана с ней (см. фигуры 8, 9 в сочетании с фиг. 7).
Таким образом, все нагрузки и напряжения, а также образованные разницей давлений силы передаются только через контактные места тавровой балки на кожух 4 и центральный корпус 5. Такое прекращение действия сил согласно изобретению – если смотреть в периферийном направлении относительно продольной оси L – и обусловленное этим направление сил на кожух и центральный корпус также реализуемо в рамках изобретения в том случае, когда применяется тавровая балка или крестовина в качестве крепёжного устройства 3. На фиг. 20 показаны, например, два варианта выполнения крестовин. На фиг. 20А крестовина 3 – если смотреть в направлении её главного размера - имеет профиль знака «+». На фиг. 20В крепёжные поверхности 31 крестовины могут также образовывать с проходящим параллельно продольной оси L вертикальным гребнем угол менее 90º, что сопоставимо с У-образной балкой по отношению к двутавровой балке.
На фиг. 2 показан вид сверху на мембранную тарелку 2 согласно изобретению, расположенную между кожухом 4 (снаружи) и центральной трубой 5 (внутри), Кожух и центральную трубу можно определить по поперечному сечению. Через центр М кожуха и центральной трубы проходит продольная ось L. На кожухе 4 и центральной трубе 5 закреплены держатели 3 в виде тавровых балок. На виде сверху последние прослеживаются вдоль их боковой кромки от кожуха до центральной трубы. На образованные полками соответствующего держателя опорные поверхности 31 в виде «балконов» опираются мембранные сегменты 1 (показано точками). Мембранные сегменты 1 проходят в радиальном направлении – если смотреть от продольной оси L - не через всё промежуточное пространство, заключённое между кожухом 4 и центральной трубой 5, вследствие чего между мембранным сегментом 1 и кожухом 4, а также между мембранным сегментом 1 и центральной трубой 5 сохраняется зазор. Для того, чтобы во время работы предупредить попадание катализатора в этот зазор, снаружи вокруг центральной трубы и внутри вдоль кожуха закреплена круговая балка 24, 25.
На продольном разрезе участка левее продольной оси L на изображении, фиг. 3 , можно видеть эти балки 24, 25 слева и справа в виде выступов на кожухе 4 (слева) и центральной трубе 5 (справа). Сегмент 1 образует вместе с балками 24, 25 газопроницаемые зазоры, в которые, однако, не могут попадать частицы находящейся на мембранной тарелке 2 катализаторной сыпучей массы. Те же балки видны и на фигурах 5 и 6.
Держатель 3 в виде тавровой балки соединён с мембранными сегментами посредством крепления, проходящего между боковой кромкой 14 смежного мембранного сегмента 1 и обращённой к этому сегменту стороной профиля держателя 3 вдоль его размаха (см. фиг. 6). Мембранные сегменты 1 не соединены с кожухом 4. Они также не соединены с центральной трубой 5. Держатели 3 в виде тавровой балки соединены на стороне в направлении верхней части профиля с кожухом 4 (см. фиг. 6, левая сторона, выделенные жирно чёрным цветом крепления в продольном направлении) и на противоположной стороне с центральной трубой 5 (на фиг. 6 не показано). По существу эти соединения передают всю нагрузку на кожух 4 и центральную трубу 5 в вертикальном направлении, т. е. параллельно продольной оси. Видимым на фиг. 6 креплением поверх размаха балки, показанным слева сверху на фиг. 6 в виде короткого отрезка, проходящего от обращённой к наблюдателю стороны верхней части профиля тавровой балки к его обратной стороне (не показано), по сравнению с размерами вертикально проходящей крепёжной поверхности, можно пренебречь с учётом возможно сохраняющейся передачи напряжений в периферийном направлении.
Верхняя часть тавровых балок выбирается настолько высокой, чтобы максимальная величина изгиба тавровой балки была меньше, чем это допускается расчётной прочностью на продольный изгиб кожуха и центральной трубы. В результате можно будет пренебречь воздействующими на кожух и центральную трубу радиальными усилиями и напряжениями (радиальные усилия нейтральны).
В результате одновременного размещения верхней части профиля крепёжного устройства, например, тавровой балки, при осуществлении изобретения в находящейся на мембранной тарелке катализаторной массе высота сетчатой полки и, следовательно, общая высота контактного аппарата снижается. Согласно изобретению, по меньшей мере, одно крепёжное устройство 3, предпочтительно все крепёжные устройства 3, располагают на той же стороне мембранной тарелки, на которой во время работы находится катализаторная сыпучая масса. На фигурах этой стороной является «верхняя» сторона мембранной тарелки 2. Поскольку тогда на стороне, противоположной этой стороне, - на фигурах это - «нижняя» сторона – мембранной тарелки 2 согласно изобретению не размещено никакого крепёжного устройства, то можно обходиться без верхней части такого крепёжного устройства на другой стороне благодаря изобретению. Это становится очевидным при сравнении с известным, изображённым на фиг. 17, устройством. Опорные элементы листовой сетчатой полки расположены под ней, катализаторная сыпучая масса загружается сверху на листовую сетчатую полку. Тогда высота слоя катализаторной сыпучей массы и высота опорных элементов дополнительно увеличивают общую высоту.
Благодаря симметричной по центру конструкции листовой сетчатой полки 2 обеспечивается положение, при котором любой вес, нагрузки и усилия, обусловленные разницей давлений на сетчатой полке, воздействуют в виде направленных к периферии усилий на тавровые балки 3. Эти усилия взаимно уничтожаются, что показано на фиг. 13 (направленные в сторону периферии усилия являются нейтральными).
Таким образом, механические функции контактного аппарата имеют каждая новое назначение:
- функцией кожуха и центральной трубы является только восприятие веса и вертикальных усилий,
- верхняя часть профиля тавровой балки обеспечивает несгибаемость сетчатой полки и передачу всех весовых нагрузок, напряжений и нагрузок от разности давлений на сетчатой полке на кожух и центральную трубу контактного аппарата,
- широкая часть полки тавровой балки служит для соединения между листовым сегментом сетчатой полки и тавровой балкой,
- листовой сегмент сетчатой полки служит мембранной тарелкой, обладающей упругой, слабо пластической или повышенной пластической деформацией для восприятия нагрузки, создаваемой контактной массой и разницей давлений на сетчатой полке.
В результате сохраняются все преимущества сетчатой полки с её мембраной, а также с рамой и металлическим листом без необходимости учитывать её недостатки.
На фигурах 1 и 10 – 12 приведены варианты выполнения изобретения, которые обеспечивают впуск и выпуск газа при работе мембранной тарелки 2 с использованием катализаторной сыпучей массы, через которую пропускается газ. В этом случае катализаторная сыпучая масса располагается на мембранной тарелке. Согласно изображённому на фиг. 1 варианту выполнения кожух 4 содержит отверстие 63, через которое во время работы газ поступает на сетчатую полку. На изображении отверстие 63 располагается над мембранной тарелкой 2. Под мембранной тарелкой 2 выполнено в кожухе 4 дополнительное отверстие 64, через которое после своего прохождения через катализаторную сыпучую массу и мембранную тарелку 2 газ выходит от сетчатой полки.
Форма отверстий 63, 64 может быть приведена в соответствие с расположенными далее конструктивными элементами, например, трубопроводами, и/или может быть выполнена с учётом свойств потока. В частности, отверстия могут быть выполнены наряду с показанной на фигурах 1, 10 – 11 прямоугольной формой также, в частности, округлой формы, как это имеет место в приведённом на фиг. 12 варианте выполнения.
В рамках изобретения направление потока может быть также обратным, при этом отверстие 64 служит для впуска газа, а отверстие 63 – для выпуска газа. Это действительно и для вариантов выполнения, изображённых на фигурах 10 – 12.
Согласно изображённому на фигурах 10 и 11 варианту выполнения центральная труба 5 содержит несколько, распределённых по периферии отверстий 63. В целях лучшей наглядности лишь одно из них обозначено позицией. Во время работы через эти отверстия 63 может поступать газ из центральной трубы на сетчатую полку. Выход газа происходит через отверстие 64 в кожухе 4.
На фигурах 14 и 15 изображены варианты выполнения контактных аппаратов 6, состоящих соответственно из 4 сетчатых полок. Сетчатые полки схематически изображены в виде штриховки и пронумерованы на изображениях обведёнными цифрами. Стрелками показан газовый поток во время работы контактного аппарата.
Согласно приведённому на фиг. 14 варианту выполнения во время работы газ сверху поступает в центральную трубу 5 и через отверстия 63 направляется на первую сетчатую полку. После прохождения катализаторной сыпучей массы и мембранной тарелки 2 газ выходит через отверстие 64 в кожухе 4 из контактного аппарата наружу. Через другое отверстие 63 в кожухе 4 газ подаётся в контактный аппарат 6 через вторую сетчатую полку (левая сторона на фиг. 14 между первой и второй сетчатыми полками). После прохождения газа через катализаторную сыпучую массу и мембранную тарелку 2 он выходит через отверстие 64 в кожухе 4 из контактного аппарата наружу. Через другое отверстие 63 в кожухе 4 газ поступает в контактный аппарат 6 над третьей сетчатой полкой (правая сторона на фиг. 14 между второй и третьей сетчатыми полками). После прохождения газа через катализаторную сыпучую массу и мембранную тарелку 2 он выходит через отверстие 64 в кожухе 4 из контактного аппарата 6 наружу. Через другое отверстие 63 в кожухе 4 газ поступает в контактный аппарат 6 над четвёртой сетчатой полкой (правая сторона на фиг. 14 над четвёртой сетчатой полкой). После прохождения газа через катализаторную сыпучую массу и мембранную тарелку 2 он выходит через отверстие 64 в кожухе 4 из контактного аппарата 6 наружу (левая сторона на фиг. 14 под четвёртой сетчатой полкой).
Данный принцип действителен также для показанного на фиг. 15 варианта выполнения контактного аппарата с третьей и четвёртой сетчатыми полками. Первая сетчатая полка – если смотреть в направлении потока поступающего в контактный аппарат газа во время работы – является в этом варианте выполнения второй сетчатой полкой сверху на изображении, фиг. 15. Газ поступает сверху в центральную трубу 5 контактного аппарата 6 и направляется через встроенный кожухотрубный теплообменник вокруг его труб. На этом участке центральная труба 5 образует кожух кожухотрубного теплообменника. Через отверстия 63 на периферии центральной трубы 5 газ поступает на первую сетчатую полку, проходит через катализаторную сыпучую массу на мембранной тарелке 2 и выходит от первой сетчатой полки для повторного поступления в центральную трубу 5 через отверстия 64 на периферии центральной трубы 5, расположенные по существу посередине её общей высоты. Затем газ течёт по центральной трубе 5 вверх и проходит по трубам кожухотрубного теплообменника. В головной части контактного аппарата 6 газ после выхода из труб кожухотрубного теплообменника поступает наружу через отверстия 64 и подаётся через катализаторную сыпучую массу ко второй сетчатой полке.
Такое применение теплообменника обеспечивает при эксплуатации установки несколько преимуществ. Поскольку теплообменник поддерживает температуру внутри конвертера, т.е. и при кратких простоях установки он сохраняется горячим, то фазы разогрева могут быть сокращены и после краткого простоя установка может быть снова непосредственно запущена в работу. Кроме того благодаря повышенной с помощью теплообменника температуре не происходит или происходит – по сравнению с режимом работы без теплообменника – меньшая коррозия вследствие образования конденсата. Благодаря выбранному в конвертере расположению теплообменника для него не требуется дополнительной изоляции. Центральная труба конвертера служит кожухом теплообменника. По сравнению с отдельным рядным расположением конвертера и теплообменника кроме того отпадает необходимость в дополнительных трубопроводах от конвертера к теплообменнику и обратно. Кроме того при использованном в конвертере расположении теплообменника кожух конвертера остаётся нетронутым, что имеет своим следствием механическую стойкость конвертера, так как требуется меньшее количество отверстий в кожухе конвертера для впуска и выпуска газа.
Вторая сетчатая полка является самой верхней в представленном на фиг. 15 варианте выполнения контактного аппарата 6. После прохождения газа через катализаторную сыпучую массу и мембранную тарелку 2 он выходит через отверстие в кожухе 4 из контактного аппарата 6 наружу. В изображённом варианте выполнения в это отверстие вставлен патрубок 62.
По патрубку 61 газ поступает через другое отверстие в кожухе в контактный аппарат 6 на третью сетчатую полку (правая сторона на фиг. 15 между первой и третьей сетчатыми полками). После прохождения газа через катализаторную сыпучую массу и мембранную тарелку 2 он выходит через отверстие в кожухе 4 по патрубку 62 из контактного аппарата 6 наружу. Через ещё одно отверстие в кожухе 6 газ поступает в контактный аппарат 6 на четвёртую сетчатую полку (правая сторона на фиг. 15, выше четвёртой сетчатой полки). После прохождения газа через катализаторную сыпучую массу и мембранную тарелку 2 он выходит через отверстие в кожухе 4 из контактного аппарата 6 по патрубку 62 наружу (левая сторона на фиг. 15, ниже четвёртой сетчатой полки).
Установки для производства серной кислоты являются основной областью применения настоящего изобретения.
Например, применение возможно в следующих областях:
2
3
- конверсия SO в SO для получения серной кислоты после сжигания серы,
2
3
- конверсия SO в SO для получения серной кислоты на металлургических комплексах после обжига,
2
3
2
- конверсия SO в SO для получения серной кислоты, снижения содержания SO в установках очистки отходящих газов.
Для специалиста очевидно, что изобретение не ограничивается описанными выше примерами и может многообразно варьироваться. В частности, признаки отдельных приведённых примеров могут сочетаться между собой или заменять друг друга.
Перечень позиций:
1 сегмент
12 внутренняя кромка сегмента
13 наружная кромка сегмента
14 боковые кромки сегмента
15 выпуклость
2 мембранная тарелка, сетчатая полка, листовой сегмент сетчатой полки
24, 25 балочное кольцо
3 держатель, тавровая балка, У-образная балка
31 удерживающая поверхность, боковой выступ тавровой балки или У- образной балки
32 крепёжная поверхность
4 кожух
5 центральный корпус, центральная труба, центральная штанга
6 контактный аппарат
61 патрубок для впуска газа
62 патрубок для выпуска газа
63 отверстие в центральной трубе или кожухе, через которое во время работы контактного аппарата может поступать газ, «зев»,
64 отверстие в центральной трубе или кожухе, через которое во время работы контактного аппарата может выходить газ, «зев»,
F широкая часть полки тавровой балки
Р верхняя часть профиля тавровой балки
S размах тавровой балки
L продольная ось
М центр