[实用新型]一种氨合成反应器

说明书

本实用新型公开了一种氨合成反应器，所述氨合成反应器包括外筒，内筒；所述内筒在高度方向通过封头隔离成多段区域，各段区域内均对应设置有催化剂筐：在部分区域内的催化剂筐内设有换热装置，通过对未反应气的加热从而冷却反应气，有效地避免了催化剂失活，催化剂使用周期长。

技术领域

本实用新型涉及一种氨合成反应器，属于氨合成领域。

背景技术

合成氨的反应方程式如下：

3H₂+N₂→2NH₃+Q

合成氨反应是可逆反应，是在装有催化剂的反应器中进行的，催化剂活性有一定的温度范围，在340℃～520℃，低于340℃反应速度很慢，需要催化剂量大，导致反应器尺寸大；高于520℃，会使催化剂内晶体长大，活性衰退。一般催化剂的设计运行温度范围在350℃～510℃之间，

同时，合成氨反应还是放热反应，因此需要在反应器设置换热器，不断移走热量，使反应气温度≤520℃，同时把未反应气加热到≥340℃，以期使催化剂保持活性，同时提高反应速度。

研究表明，在催化剂活性温度范围内，反应速度与反应推动力（即反应温度与平衡温度的距离）有关。平衡温距越大，反应推动力大，反应速度快。因为随着反应进行，平衡温度越来越低，所以到了反应后期，要求降低反应温度。

以上论述，可以做出温度（t）--氨含量（x）图，简称t-x图更精确描述，

t-x图有二条曲线，平衡温度曲线、最适宜温度曲线，反应时，反应点（t.x）需在平衡曲线以下，如果落于平衡曲线上，反应速度为零。最适宜温度曲线是反应速度最大的工况线，因此反应器的实际工况操作线应该尽可能接近最适宜温度曲线。

如图1所示的t-x图，其中连续曲线是平衡线，点画曲线是最适宜曲线，折线是实际运行操作曲线，1-2是绝热反应段，2-3是间接冷却线，3-4是绝热反应段，4-5是边反应放热边冷却，5-6是绝热反应段。最终温度430℃，氨含量19.4%。

现有技术中公开了几种氨合成反应器，均包括内外筒，内筒，内筒有三个催化剂层，配置换热器形成三段反应或四段反应。

现有的一种氨合成反应器，如图2所示，其中连续曲线是平衡线，点画曲线是最适宜曲线，折线是实际运行操作曲线，内筒有三个催化剂层，第一、第二催化剂层中心均为间冷换热器，第三催径向化剂层没有换热器，形成三段反应，其t-x线如图2所示。其中1-2是绝热反应段，2-3是间接冷却线，3-4是绝热反应段，4-5是间接冷却线，5-6是绝热反应段。最终温度435℃，氨含量17.78%。

此外，现有技术还有公开的一种氨合成反应器，如图1所示，其中连续曲线是平衡线，点画曲线是最适宜曲线，折线是实际运行操作曲线，内筒的第一催化剂层中心为间冷换热器，第二催化剂层周边配有内冷换热器，第三催径向化剂层没有换热器，形成三段反应或四段反应。其中1-2是绝热反应段，2-3是间接冷却线，3-4是绝热反应段，4-5内冷段（即边反应放热边冷却），5-6是绝热反应段。最终温度430℃，氨含量19.4%。

三层催化剂三段反应，配两个间冷换热器，占用内部大量空间，催化剂装填少，影响生产能力提高，最终氨含量虽达到19.4％，但第一段温度需拉至近500℃，此种工况催化剂易老化。

因此，有必要提供一种简单，催化剂装填量多，反应器的转化效率高，反应温度不致太高，催化剂使用周期长的氨合成反应器。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种氨合成反应器，该反应器的转化效率高，反应温度不太高，有效地避免了催化剂失活，催化剂使用周期长。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：