[发明专利]一种合成氨反应器及工艺

权利要求书

1.一种合成氨反应器，包括壳体，其特征在于，还包括，

若干用于原料气通过的换热管，沿所述壳体的轴向间隔布置于其内，所述换热管的一端设置与其连通的第一原料气进口，相对端设置与其连通的原料气出口；

催化剂床层，填充于所述壳体内壁与换热管之间和/或相邻换热管之间，所述原料气出口与所述催化剂床层的内腔连通，以使经所述换热管预热后的原料气在流经所述催化剂床层时发生合成氨反应。

2.根据权利要求1所述的合成氨反应器，其特征在于，还包括，

集气管，沿所述催化剂床层的高度方向伸入所述壳体内部，沿所述集气管的轴向在其管壁上开设若干进气口，以使经过所述催化剂床层反应后所得反应气通过所述进气口进入所述集气管内而被收集。

3.根据权利要求2所述的合成氨反应器，其特征在于，所述集气管沿所述壳体的中心线布置于所述壳体内，且所述集气管一端从所述壳体内部延伸至外界，以形成反应气出口端，所述换热管排布于所述集气管与壳体内壁之间；和/或，

所述集气管管壁上的开孔率为20～40％，所述进气口的孔径为4～20mm。

4.根据权利要求3所述的合成氨反应器，其特征在于，还包括，

第二原料气进口，与所述原料气出口同侧且靠近所述壳体侧壁设置于所述壳体上，所述第二原料气进口与所述原料气出口连通，以使换热管内的原料气进入催化剂床层并反应。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的合成氨反应器，其特征在于，还包括，

气体分布单元，具有锥形或半球形本体，所述锥形或半球形本体的大口端与所述换热管一端连通，相对端设置所述第一原料气进口；

气体收集单元，具有锥形或半球形壳体，所述锥形或半球形壳体的大口端与所述换热管的另一端连通，相对端设置所述原料气出口，以收集换热管内的原料气。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的合成氨反应器，其特征在于，所述壳体的高径比为8～20：1；

所述催化剂床层的厚度与所述壳体的高度之比为1：8～20。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的合成氨反应器，其特征在于，所述催化剂床层包括若干种催化剂层，相邻催化剂层间设置分割两者的瓷球层。

8.根据权利要求7所述的合成氨反应器，其特征在于，所述催化剂床层由上催化剂层和下催化剂层组成，所述上催化剂层填装铁基氨合成催化剂，所述下催化剂层填装钌基氨合成催化剂，所述铁基氨合成催化剂和所述钌基氨合成催化剂的装填体积之比为1:1～4。

9.一种采用权利要求1～8任一项所述的合成氨反应器的合成氨工艺，包括如下步骤：

向所述第一原料气进口中通入原料气，所述原料气进入所述换热管内并与所述催化剂床层间接换热；

预热后的原料气从所述原料气出口出来，进入所述壳体内并径向扩散通过所述催化剂床层，在所述催化剂床层中发生合成氨反应。

10.根据权利要求9所述的合成氨工艺，其特征在于，所述原料气在所述换热管内的空速为8000～15000h^-1，压力为9～12MPa；

所述催化剂床层的温度为400～520℃，压力为9～12MPa。