[发明专利]一种氨合成反应器

说明书

本发明公开一种氨合成反应器，包括氨反应器、汽包、锅炉给水加热器和热水泵，氨反应器设置有氨反应器外筒，氨反应器外筒内设置有氨反应器内件，氨反应器内件包括由上至下依次连接设置的一级绝热催化剂床层、一级层间换热器、二级绝热催化剂床层、二级层间换热器、末级催化剂床层，末级催化剂床层内设置有水移热换热器，锅炉给水管与锅炉给水加热器连通且锅炉给水加热器通过汽包补水管与汽包连通；本发明末级催化剂床层反应热量通过埋在催化剂床层的水移热管束内部水及时移走，并副产12.0MPa饱和蒸汽，确保催化剂床层反应热不聚集不累积，催化剂床层温度始终控制在～340℃，温度远离平衡曲线，床层出口氨含量41.53％。

技术领域

本发明涉及化工设备技术领域，具体涉及一种氨合成反应器。

背景技术

目前国内外氨合成技术供应商现有的大型低压(15.0MPa)氨合成反应器均为三级绝热催化剂床层，一二级绝热床层之间及二三级绝热床层之间采取层间气气换热器移走绝热段出口热量，确保下一级绝热催化剂床层进口气体温度≤380℃，三级绝热催化剂床层出口高温合成气直接进入直连式废热锅炉，副产3.8MPa饱和蒸汽。

现有的氨合成反应器在最好运行参数的参数运行下，氨净值也仅为20.7％，而完成氨合成反应主要任务是一、二级绝热催化剂床层，而三级(末级)氨净值仅为3.53％，，催化剂装填量占总装填量的50％以上，而只完成合成氨产量的3.53/20.07＝17.59％。三级(末级)之所以合成氨产量低，主要因为三级(末级)是绝热催化剂床层，出口426℃时反应“平衡温距”为10℃，氨合成反应平衡温距太小，抑制氨的合成速率。

现有合成氨反应器采用废热锅炉与氨合成反应器三级床层出口气体直连式的方式，该结构对应绝热催化剂床层无法保证催化剂床层尤其是末级催化剂床层在等温条件下进行合成氨反应。

鉴于所述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

为解决所述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种氨合成反应器，包括氨反应器、汽包、锅炉给水加热器和热水泵，所述氨反应器设置有氨反应器外筒，所述氨反应器外筒内设置有氨反应器内件，所述氨反应器内件包括由上至下依次连接设置的一级绝热催化剂床层、一级层间换热器、二级绝热催化剂床层、二级层间换热器、末级催化剂床层，所述末级催化剂床层内设置有水移热换热器，锅炉给水管与所述锅炉给水加热器连通且所述锅炉给水加热器通过汽包补水管与所述汽包连通，所述汽包通过汽包下降管与所述热水泵连通，所述热水泵通过换热器进水管与所述水移热换热器连通，所述水移热换热器通过换热器出水管与所述汽包连通。

较佳的，所述汽包上还设置有用于控制所述汽包内部压力的蒸汽管。

较佳的，所述氨反应器外筒包括外筒平盖、外筒筒体、外筒下封头，所述氨反应器内件设置在所述外筒筒体内，所述外筒筒体上端设置有可拆卸的所述外筒平盖，所述外筒筒体下端设置有所述外筒下封头。

较佳的，所述氨反应器外筒内设置有内件筒体，所述一级绝热催化剂床层、所述一级层间换热器、所述二级绝热催化剂床层、所述二级层间换热器、所述末级催化剂床层均设置在所述内件筒体内，所述内件筒体上端设置有可拆卸的内件平盖，所述内件筒体下端设置有内件下封头。

较佳的，第一进气管经所述一级层间换热器与所述一级绝热催化剂床层的上端连通，所述第一进气管内的冷气在所述一级层间换热器与所述一级绝热催化剂床层反应后的反应气换热。

较佳的，第二进气管经所述二级层间换热器与所述一级绝热催化剂床层的上端连通，所述第二进气管内的冷气在所述二级层间换热器与所述二级绝热催化剂床层反应后的反应气换热。

较佳的，副线管与所述一级绝热催化剂床层的上端连通，所述副线管内通有冷气。

较佳的，所述第一进气管设置有初步换热段，所述初步换热段设置在所述氨反应器外筒和所述氨反应器内件之间且由所述内件下封头向所述内件平盖延伸设置。