專利名稱：三段軸向冷激-間接換熱式氨合成塔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于氨合成反應(yīng)器，尤其是三段冷激－間接換熱式氨合成塔，特別適用于中小型合成氨廠氨合成的場合。
在本實用新型作出之前，一般中小型合成氨廠使用的氨合成反應(yīng)器主要有傳統(tǒng)冷管型氨合成塔和四段軸向冷激式氨合成塔。傳統(tǒng)冷管型氨合成塔包括合成塔外筒和合成塔內(nèi)件，該合成塔內(nèi)件由冷管型觸媒筐和熱交換器二大部件組成，上部觸媒筐和下部熱交換器采用焊接固定，觸媒筐內(nèi)設(shè)置冷管，冷管的種類有雙套管、三套管、單管并流和單管折流等，冷管外填裝氨合成催化劑，底部熱交換器利用出觸媒筐床層的高溫氣體預(yù)熱入合成塔的氫氣和氮氣，觸媒筐床層內(nèi)氫氣和氮氣合成反應(yīng)所放出的熱量依靠冷管的連續(xù)換熱移出，從而使合成氨反應(yīng)溫度接近最適宜溫度曲線，但由于冷管的影響，易產(chǎn)生觸媒筐徑向床層空隙率的不均勻性，導(dǎo)致氣體溝流，存在徑向氣體的溫差和濃差，使得合成氨反應(yīng)效率降低，同時在還原時還影響到觸媒筐床層底部的氨合成催化劑還原不徹底，因此在實際生產(chǎn)中合成氨的凈值不高。四段軸向冷激式氨合成塔包括合成塔外筒和合成塔內(nèi)件，其合成塔內(nèi)件主要是由觸媒筐、冷激氣分布器、熱交換器組成，觸媒筐由四個軸向絕熱床層構(gòu)成，每二個床層之間設(shè)置一冷激氣分布器，熱交換器設(shè)在觸媒筐下部，二部件間采用焊接，反應(yīng)氣體通過三次冷激降溫，起到降低床層溫度的作用，經(jīng)第四段絕熱反應(yīng)后進入底部熱交換器換熱，以預(yù)熱入塔氣體，使得合成塔床層溫度與合成氨反應(yīng)最適宜溫度曲線逼近，從而在提高氨凈值、增加氨產(chǎn)量上取得了較好的成效，但該合成塔床層溫度與合成氨反應(yīng)最適宜溫度曲線的逼近是由三次冷激降溫達到，每段床層反應(yīng)氣體放出熱量由塔頂引入的冷激氣(未經(jīng)反應(yīng)的冷氫氣和氮氣)通入冷激分布器進行直接降溫，由于未反應(yīng)氣體的加入，勢必使床層出口氨濃度明顯下降，影響到氨凈值和氨產(chǎn)量的進一步提高。
本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的弊端，提供一種能耗及成本低、塔阻力小、反應(yīng)效率高、氨凈值和氨產(chǎn)量高的三段軸向冷激－間接換熱式氨合成塔。
三段軸向冷激－間接換熱式氨合成塔，包含合成塔外筒(1)、合成塔內(nèi)件(2)、中心管(3)、一段床層(4)、冷激氣分布器(5)、二段床層(6)、三段床層(8)、熱交換器(9)、冷副管(10)，以及冷激氣(a)、冷氣(b)、主線氣體(c)、冷副線氣體(d)、出塔氣體(e)，在合成塔外筒(1)內(nèi)設(shè)置合成塔內(nèi)件(2)，該合成塔內(nèi)件(2)由三段軸向絕熱式觸媒筐和熱交換器(9)組成，在合成塔內(nèi)件(2)上部設(shè)置的三段軸向絕熱式觸媒筐由一段床層(4)、二段床層(6)、三段床層(8)組成，合成塔內(nèi)件(2)下部設(shè)置的熱交換器(9)為列管式或螺旋板式熱交換器，一段床層(4)、二段床層(6)、三段床層(8)分別裝置氨合成催化劑，在一段床層(4)、二段床層(6)之間設(shè)置一個開有小孔的圓形環(huán)管冷激氣分布器(5)，在二段床層(6)與三段床層(8)之間設(shè)置列管式熱交換器(7)，該列管式熱交換器(7)列管管間裝有折流擋板，冷激氣分布器(5)的冷激氣引氣管及列管式熱交換器(7)的冷氣引入管在合成塔頂蓋處均用填料密封。合成塔內(nèi)件(2)上部設(shè)置組成三段軸向絕熱式觸媒筐的一段床層(4)、二段床層(6)、三段床層(8)床層高度分別為800～2000毫米、1600～3300毫米、2500～5500毫米。列管式熱交換器(7)比傳熱面積為5～15米3／米3催化劑。熱交換器(9)比傳熱面積為14～32米3／米3催化劑。合成塔內(nèi)件(2)的材料為1鉻18鎳9鈦不銹鋼。
本實用新型的三段冷激－間接換熱式氨合成塔，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有結(jié)構(gòu)簡單，塔阻力小，反應(yīng)效率高，能耗及成本低，氨凈值和氨產(chǎn)量高等優(yōu)點，可廣泛應(yīng)用于中小型合成氨廠氨合成的場合。


圖1為三段冷激－間接換熱式氨合成塔結(jié)構(gòu)示意圖。
其中1——合成塔外筒，2——合成塔內(nèi)件，3——中心管，4——段床層，5——冷激氣分布器，6——二段床層，7——列管式熱交換器，8——三段床層，9——熱交換器，10——冷副管，a——冷激氣，b——冷氣，c——主線氣體，d——冷副線氣體，e——出塔氣體。
圖1是本實用新型的一個實施例，選用直徑為600毫米的氨合成塔，如
圖1所示，本實用新型的工作原理和實施方案為三段軸向冷激－間接換熱式氨合成塔，包含合成塔外筒(1)、合成塔內(nèi)件(2)、中心管(3)、一段床層(4)、冷激氣分布器(5)、二段床層(6)、三段床層(8)、熱交換器(9)、冷副管(10)以及冷激氣(a)、冷氣(b)、主線氣體(c)、冷副線氣體(d)、出塔氣體(e)，在合成塔外筒(1)內(nèi)設(shè)置合成塔內(nèi)件(2)，該合成塔內(nèi)件(2)上部設(shè)置由一段床層(4)、二段床層(6)、三段床層(8)組成的三段軸向絕熱式觸媒筐，下部設(shè)置的熱交換器(9)為螺旋板式熱交換器，該熱交換器(9)比傳熱面積為22米3／米3催化劑，一段床層(4)、二段床層(6)、三段床層(8)分別裝置A201氨合成催化劑，這三段催化劑裝填量共為1.58米3，一段床層(4)、二段床層(6)、三段床層(8)床層高度分別為1000毫米、2400毫米、3100毫米，在一段床層(4)與二段床層(6)之間設(shè)置列管式熱交換器(7)，該列管式熱交換器(7)列管管間裝有折流擋板，列管式熱交換器(7)比傳熱面積為8米3／米3催化劑，冷激氣分布器(5)的冷激氣引氣管及列管式熱交換器(7)的冷氣引入管在合成塔頂蓋處均用填料密封，合成塔內(nèi)件(2)的材料為1鉻18鎳9鈦不銹鋼。入塔主線氣體(c)在合成塔上部經(jīng)合成塔外筒(1)與合成塔內(nèi)件(2)環(huán)隙進入螺旋板式熱交換器(9)預(yù)熱，然后由中心管(3)進入一段床層(4)反應(yīng)，經(jīng)一段絕熱反應(yīng)后氣體用塔頂引入的冷激氣(a)降溫，經(jīng)冷激氣分布器(5)混合均勻后進入二段床層(6)進行絕熱反應(yīng)，出二段床層(6)反應(yīng)氣體經(jīng)列管式熱交換器(7)降溫，熱氣走管內(nèi)，冷氣(b)從塔頂引入列管式換熱器(7)下部管間，經(jīng)折流擋板自下而上出列管式熱交換器(7)與進塔主線氣體(c)并聯(lián)進入一段床層(4)反應(yīng)，經(jīng)三段床層(8)絕熱反應(yīng)后的氣體進入螺旋板式熱交換器(9)降溫后出塔，進入一段床層(4)頂部的氣體溫度可用冷副管(10)的冷副線氣體(d)調(diào)節(jié)，合成塔壓力為3×107帕斯卡，入塔總氣量為3×104標(biāo)米3／小時，入塔氣中氫氣氮氣為13(體積比)，甲烷18％，控制入塔氣和一段床層(4)、二段床層(6)、三段床層(8)進出口氣體溫度，冷激氣量為4.772×103標(biāo)米3／小時，列管式熱交換器冷氣量為4.962×103標(biāo)米3／小時，由于二段床層(6)出口離三段床層(8)出口較近，此處采用間接換熱而不是直接冷激的方式調(diào)溫，有利于出塔氣體(e)氨濃度的提高，出塔氣體(e)氨凈值可達～18％，比四段軸向冷激式氨合成塔提高10％以上，比傳統(tǒng)的冷管型氨合成塔提高40～70％，生產(chǎn)能力可達年產(chǎn)2.5萬噸合成氨，而且單塔每年節(jié)電180萬度，節(jié)煤1500噸，大大提高了合成氨的產(chǎn)量和降低能耗，可廣泛應(yīng)用于中小型合成氨廠氨合成的場合，具有顯著的社會經(jīng)濟效益。
權(quán)利要求1.一種三段軸向冷激-間接換熱式氨合成塔，包含合成塔外筒(1)、合成塔內(nèi)件(2)、中心管(3)、一段床層(4)、冷激氣分布器(5)、二段床層(6)、三段床層(8)、熱交換器(9)、冷副管(10)，在合成塔外筒(1)內(nèi)設(shè)置合成塔內(nèi)件(2)，其特征是合成塔內(nèi)件(2)上部設(shè)置由一段床層(4)、二段床層(6)、三段床層(8)組成的三段軸向絕熱式觸媒筐，合成塔內(nèi)件(2)下部設(shè)置的熱交換器(9)為列管式或螺旋板式熱交換器，一段床層(4)、二段床層(6)、三段床層(8)分別裝置氨合成催化劑，在一段床層(4)與二段床層(6)之間設(shè)置一個開有小孔的圓形環(huán)管冷激氣分布器(5)，在二段床層(6)與三段床層(8)之間設(shè)置列管式熱交換器(7)，該列管式熱交換器(7)列管管間裝有折流擋板，冷激氣分布器(5)的冷激氣引氣管及列管式熱交換器(7)的冷氣引入管在合成塔頂蓋處均用填料密封。
2.如權(quán)利要求1所述的氨合成塔，其特征是合成塔內(nèi)件(2)上部設(shè)置的一段床層(4)、二段床層(6)、三段床層(8)床層高度分別為800～2000毫米、1600～3300毫米、2500～5500毫米。
3.如權(quán)利要求1所述的氨合成塔，其特征是列管式熱交換器(7)比傳熱面積為5～15米3／米3催化劑。
4.如權(quán)利要求1所述的氨合成塔，其特征是熱交換器(9)比傳熱面積為14～32米3／米3催化劑。
5.如權(quán)利要求1或2所述的氨合成塔，其特征是合成塔內(nèi)件(2)的材料為1鉻18鎳9鈦不銹鋼。
專利摘要一種三段軸向冷激—間接換熱式氨合成塔，由合成塔外筒(1)、合成塔內(nèi)件(2)、中心管(3)、第一層床層(4)、冷激氣分布器(5)、第二層床層(6)、列管式熱交換器(7)、第三層床層(8)、熱交換器(9)、冷副管(10)組成，采用三段軸向絕熱式冷激—間接換熱式結(jié)構(gòu)，第一層床層(4)與第二層床層(6)間采用冷激，第二層床層(6)與第三層床層(8)間采用間接換熱，具有結(jié)構(gòu)簡單、能耗及成本低、氨凈值和氨產(chǎn)量高優(yōu)點，可廣泛應(yīng)用于中小型合成氨廠氨合成的場合。
文檔編號C01C1/00GK2047263SQ8920132
公開日1989年11月8日 申請日期1989年2月1日 優(yōu)先權(quán)日1989年2月1日
發(fā)明者陳運根, 程榕 申請人:浙江工學(xué)院