專利名稱：逆流式氨冷凝分離塔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及作業(yè)與運(yùn)輸技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種將合成氨循環(huán)氣中的氨冷凝并分離的逆流式氨冷凝分離塔。
氫氣和氮?dú)夂铣蔀榘钡姆磻?yīng)是一個(gè)可逆反應(yīng)，氣體每次通過反應(yīng)器，一般大約有20－30％的氫氣和氮?dú)夂铣蔀榘?，反?yīng)后的循環(huán)氣中大約只含12－20％的氨，為了從反應(yīng)后循環(huán)氣中分離出產(chǎn)品氨，目前普遍采用冷凝工藝，其工藝流程是通過水冷卻器、液氨分離器、冷交換器、氨冷卻器等高壓設(shè)備來完成的(參見《無機(jī)化工工藝學(xué)(一)合成氨》大連工學(xué)院等合編，化學(xué)工業(yè)出版社1982年7月第1版第276－278頁)現(xiàn)有分離設(shè)備有以下問題1、高壓設(shè)備臺數(shù)多，連接管道長，密封點(diǎn)多，占地面積大，金屬材料耗費(fèi)大，可能泄漏點(diǎn)多；2、氨冷凝及分離過程是在氣液并流過程中進(jìn)行的，不可避免地多次出現(xiàn)“兩相流”現(xiàn)象，再加上流程長，全過程的阻力損失較大，循環(huán)氣壓縮機(jī)的電耗相應(yīng)增高；3、大量存在于合成氨循環(huán)氣中的甲烷和氬氣，降低了有效氣體氫氣和氮?dú)獾姆謮海瑢?dǎo)致合成氨循環(huán)圈生產(chǎn)能力降低及循環(huán)氣壓縮機(jī)電耗、冷卻水消耗和冷凍量的消耗增加。
本實(shí)用新型的任務(wù)是克服以上技術(shù)的缺點(diǎn)，簡化從混合氣中分離出液氨的設(shè)備，縮短其工藝流程，消除氨冷凝分離過程中出現(xiàn)的“兩相流”現(xiàn)象，降低循環(huán)氣壓縮機(jī)及氫氮壓縮機(jī)的電耗，降低每噸氨生產(chǎn)量的冷凍量消耗和新鮮氣的補(bǔ)充量，以減少電耗和降低生產(chǎn)成本。
實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的任務(wù)是設(shè)計(jì)一種逆流式氨冷凝分離塔，它的水冷卻器、冷交換器、氨冷卻器分別設(shè)置在一個(gè)高壓筒體內(nèi)的下、中、上部，高壓筒體的上下端分別與上、下高壓管板固定連接，上、下高壓管板的外端分別與上、下封頭固定連接，下封頭上開設(shè)有冷卻水入口和冷卻水出口并由隔板隔開，上封頭上開設(shè)有冷卻液氨入口、氣氨出口和混合氣出口管，液氨入口與氣氨出口由隔板隔開，氨冷卻器中的上高壓管板、冷交換器中的氣體分布板9或支承桿與筒體內(nèi)壁固定，新鮮氣進(jìn)口、放空口開設(shè)在高壓筒體的中部，液氨出口設(shè)置在水冷卻器中的下高壓管板上。
本實(shí)用新型的突出優(yōu)點(diǎn)是1、結(jié)構(gòu)緊湊，管道短捷，占地面積小，較大地降低了制造成本及安裝費(fèi)用；2、明顯地降低了循環(huán)氣中的甲烷含量，在相同負(fù)荷下，較大程度地降低了合成氨循環(huán)圈的工作壓力，消除了原有設(shè)備工藝流程中的“兩相流”，并簡化了流程，降低了合成循環(huán)圈中的阻力，從而降低了循環(huán)氣壓縮機(jī)及氫氮壓縮機(jī)的電耗。
3、加強(qiáng)了液氨的復(fù)熱及冷交換作用，使生產(chǎn)噸氨的冷凍量消耗降低；4、增加了液氨溶解帶出循環(huán)圈的甲烷量，使合成放空氣減少，使生產(chǎn)噸氨的新鮮補(bǔ)充氣的用量下降。
以下結(jié)合本實(shí)用新型附圖進(jìn)一步說明。


圖1本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；其中1、冷卻水入口，2、下封頭，3、循環(huán)氣進(jìn)口，4、氣體分布板，5、U型管束，6、放空口，7、高壓筒體，8、直管，9、氣體分布板，10、U型管束，11、液氨進(jìn)口，12、混合氣出口管，13、氣氨出口，14、上封頭，15、上高壓管板，16、中心管，17、上管板，18、直列管束，19、折流擋板，20、外筒，21、下管板，22、新鮮氣進(jìn)口，23、液氨出口，24、下高壓管板，25、冷卻水出口，26、隔板，27、支承桿，28、隔板。
圖2
圖1中A－A剖視圖3
圖1中B－B剖視圖。
如
圖1所示，其外殼是一個(gè)能夠承受合成氨壓力的高壓筒體7，其下部的水冷卻器是一個(gè)普通的U型管式換熱器，由下高壓管板24，U型管束5，氣體分布板4，隔板26，下封頭2，下封頭上的冷卻水入口1及冷卻水出口25，下高壓管板24側(cè)面的液氨出口23，高壓筒體下部的循環(huán)氣進(jìn)口3和中部的放空口6等構(gòu)成；高壓筒體7與高壓管板24用螺栓、螺母等連接并密封，循環(huán)氣進(jìn)口3開設(shè)在高壓筒體7下部靠近下高壓管板24的側(cè)面上，液氨出口23設(shè)在下高壓管板24側(cè)面上，下高壓管板24上開有多個(gè)園孔，每支U型管的二端分別從對稱于隔板分布的園孔中插入并與下高壓管板24焊接，U型管呈下正三角形排列，由于熱膨脹的作用，U型管束5由下高壓管板24支撐，氣體分布板4設(shè)置在U型管束5橫截面上，每層分布板上有數(shù)個(gè)分布孔29，氣體分布孔29設(shè)置在三個(gè)園孔組成的三角形中心(參見圖3)，放空口6開設(shè)在高壓筒體7中部側(cè)面，在下封頭2上開設(shè)有冷卻水入口1和冷卻水出口25，其間有隔板26分開，隔板26直邊嵌入下高壓管板24并用填料壓緊密封，弧邊與下封頭2焊接。設(shè)在高壓筒體7中部的冷交換器是一個(gè)普通的列管式換熱器，由上管板17，下管板21，內(nèi)筒20，直列管束18，折流擋板19，直管8，中心管16以及開設(shè)在高壓筒體7中部的新鮮氣進(jìn)口22等組成；上管板17與下管板21上均開有圓孔，呈正三角形分布。直列管束18兩端分別插入這些園孔中并與上管板17和下管板21焊接，內(nèi)筒20兩端分別與上管板17和下管板21焊接，分布在直列管束18橫截面上的折流擋板19或者焊接在內(nèi)筒20內(nèi)壁上，或者焊接在支承桿27上，內(nèi)筒20與高壓筒體7之間有一環(huán)隙，直管8下端焊接于上管板17上，上端與上高壓管板15之間留有環(huán)形縫隙。中心管16在直管8管內(nèi)，其下端與下管板21之間留有環(huán)形縫隙(參見圖2)，上端與上高壓管板15之間用填料壓緊密封，上管板17側(cè)邊焊接于高壓筒體7內(nèi)壁，以支承整個(gè)冷交換器，新鮮氣進(jìn)口22開設(shè)在高壓筒體7中部，其位置低于下管板21，高于水冷卻器最上面的一塊氣體分布板4。高壓筒體7上部的氨冷卻器也是一個(gè)普通的U型管換熱器，由上高壓管板15，U型管束10，氣體分布板9，上封頭14，混合氣出口12，隔板28，液氨入口11，氣氨出口13等組成，上高壓管板15與筒體7之間由螺栓、螺母、墊圈等連接并密封，上高壓板管15上開有園孔并對稱于隔板28分布，每支U型管10兩端分別插入上高壓管板15上對稱于隔板28的二個(gè)園孔中，并與上高壓管板15焊接，以使上高壓管板15來固定及支承U型管束10，氣體分布板9設(shè)置在U型管束10的橫截面上，每層分布板上有數(shù)個(gè)分布孔29，平行于U型管束10分布如同水冷器一樣，混合氣出口管12下端與管板15之間用填料壓緊密封，上端用螺栓、螺母、墊圈等連接密封，液氨入口11與氣氨出口13由隔板28隔開，隔板兩端分別固定于封頭內(nèi)，氣體分布板焊接在支承桿27上。
循環(huán)氣中的氨在本實(shí)用新型中被冷凝及分離的過程是這樣的含氨約12－20％的循環(huán)氣，溫度約70℃，從高壓筒體7下部管口3進(jìn)入塔中，經(jīng)分布板4從下向上流動，與通有冷卻水的U型管束5接觸，溫度不斷降低。當(dāng)溫度降至飽和溫度時(shí)，開始有氨冷凝。隨著氣體逐漸上升，氨逐漸被冷凝下來，沿著U型管束5外壁向下流動。離開水冷卻器時(shí)，循環(huán)氣溫度降至約40℃。小部分循環(huán)氣通過高壓筒體7中部的放空口6放空，大部分循環(huán)氣繼續(xù)向上流動，與通過高壓筒體7中部的新鮮氣進(jìn)口22進(jìn)入的新鮮氣混合后進(jìn)入冷交換器直列管束18內(nèi)，與管間的經(jīng)氨冷卻器冷卻后的混合氣進(jìn)行間接換熱，溫度繼續(xù)降低，被冷凝下來的液氨順著直列管束18內(nèi)壁向下流動?；旌蠚鉁囟冉抵?0℃后離開冷交換器直列管束18進(jìn)入氨冷卻器。經(jīng)分布板9從下向上流動，與通有冷卻液氨的U型管束10接觸，溫度進(jìn)一步降低，冷凝下來的液氨沿著U型管束10外壁向下流動。混合氣溫度降至－5℃，氣相中氨含量降至約3％后沿著直管8與中心管16之間的環(huán)隙向下流動，進(jìn)入冷交換器管間，經(jīng)折流擋板19曲折向下流動，與管內(nèi)的混合氣換熱，溫度升至20℃后，離開冷交換器進(jìn)入中心16內(nèi)，向上流動，從上封頭14上的管口12去循環(huán)氣壓縮機(jī)。水冷卻器所用冷卻水從下封頭2上的冷卻水入口1進(jìn)入，經(jīng)與熱循環(huán)氣換熱后從冷卻水出口25流出水冷卻器。氨冷卻器所用液氨從上封頭14上的液氨進(jìn)口11進(jìn)入，經(jīng)與混合氣換熱后從氣氨出口13流出。循環(huán)氣依次流經(jīng)水冷卻器、冷交換器、氨冷卻器。在此過程中，氣相中的氨逐步冷凝下來，在重力的作用下，逐漸向下流動，最后從下高壓管板24上的管口23排出去液氨貯槽。由于冷凝下來的液氨在向下流動的過程中被向上流動的循環(huán)氣加熱，因此，當(dāng)液氨流至液氨出口時(shí)，溫度接近進(jìn)塔循環(huán)氣的“絕熱飽和溫度”，此“絕熱飽和溫度”一般約70－80℃。這樣，液氨中溶解帶出系統(tǒng)的甲烷量將比現(xiàn)有技術(shù)高28.1％以上，通過高壓筒體7上的放空口6放空的氣量必定相應(yīng)減少，相應(yīng)地就減少了氨、氮?dú)獾膿p失。
本實(shí)用新型取代現(xiàn)有技術(shù)可以取得如下經(jīng)濟(jì)效益1、節(jié)省建設(shè)費(fèi)用10－15元／噸氨。由于設(shè)備緊湊、管道短捷，因此裝置的占地在積、設(shè)備管道購置費(fèi)及安裝費(fèi)用將大大降低，估計(jì)每噸氨的建設(shè)費(fèi)用可下降10－15元。
2、合成氨綜合電耗可減少100－150kwh。
A、由于“兩相流”的消除及流程簡化，一般情況下可合成循環(huán)圈的阻力下降1.0MPa以上；B、由于液氨的復(fù)熱及冷交換作用的加強(qiáng)，可使生產(chǎn)每噸氨的冷凍量消耗降低250－335ul；C、由于液氨溶解帶出循環(huán)圈的甲烷基量增加，合成放空氣量減少，對于以煤焦為原料的合成氨廠，可使生產(chǎn)一噸氨的新鮮氣的用量下降2－3％(60－100m3(Vn)／TNH3)。
綜合上述三個(gè)方面，對于以煤、焦為原料的合成氨廠，采用逆流式氨冷凝分離塔后，估計(jì)噸氨綜合電耗可減少100－150kwh。
權(quán)利要求1.一種逆流式氨冷凝分離塔，包括有水冷卻器、冷交換器、氨冷卻器，其特征在于水冷卻器、冷交換器、氨冷卻器分別設(shè)置在一個(gè)高壓筒體7內(nèi)的下、中、上部，高壓筒體7的上、下端分別與上、下高壓管板15和24固定連接，上、下高壓管板15和24外端分別與上、下封頭14和2固定連接，下封頭2上開設(shè)有冷卻水入口1和冷卻水出口25并由隔板26分開，上封頭14上開設(shè)有冷卻液氨入口11、氣氨出口13和混合氣出口管12，液氨入口11與氣氨出口13由隔板28隔開，氨冷卻器中的上高壓管板15、冷交換器中的氣體分布板9或支承桿27與體筒7內(nèi)壁固定，新鮮氣進(jìn)口22、放空口6開設(shè)在高壓筒體7的中部，液氨出口23設(shè)置在水冷卻器中的下高壓管板24上；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述分離塔，其特征在于新鮮氣進(jìn)口22開設(shè)在低于氨冷卻器中的下管板21，高于水冷卻器中最上端的氣體分布板4的高壓筒體7上。
專利摘要一種逆流式氨冷凝分離塔，它的水冷卻器、冷交換器、氨冷卻器分別設(shè)置在一個(gè)高壓筒體7內(nèi)的下、中、上部，高壓筒體7的上、下端分別與上、下高壓管板5和24固定，上、下高壓管板15和24外端分別與上、下封頭14和2固定、上、下封頭14和2上分別開設(shè)有冷卻液氨入口11、氣氨出口13、混合氣出口管12、冷卻水入口1和冷卻水出口25，新鮮氣進(jìn)口22、放空口6開在高壓筒體7的中部。具有結(jié)構(gòu)緊湊，管道短捷，占地小，較大程度減少電耗和降低成本的突出優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號C01C1/12GK2127084SQ9222894
公開日1993年2月17日 申請日期1992年7月21日 優(yōu)先權(quán)日1992年7月21日
發(fā)明者戎興漢, 程臘春, 劉家輯, 楊振奎, 夏炎華, 鄭云華, 嚴(yán)應(yīng)群, 蔣翠蘭, 蔡世銀 申請人:林棣生, 劉家輯, 戎興漢