[实用新型]一种氨合成反应器及其冷气调节系统

说明书

本实用新型公开了一种氨合成反应器及其冷气调节系统。所述冷气调节系统包括内环管和外环管，连通所述内环管和外环管的冷管束；所述冷管束包括上升管和下降管，所述下降管与内环管连通并作为进气管，所述上升管与外环管连通并作为出气管。本实用新型的冷气调节系统可以有效地延长未反应气在系统中的路径，从而在反应前期尽可能多地将热量换热出去。

技术领域

本实用新型涉及一种氨合成反应器及其冷气调节系统，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及其冷气调节系统，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及其冷气调节系统，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及其冷气调节系统，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及其冷气调节系统。

实用新型内容