[其他]合成转化器

说明书

本发明是关于一个放热的、催化反应转化器，更具体地说，本发明是关于在高活性、低温合成催化剂下合成氨或合成甲醇的转化系统。

一般地说，氨的合成主要是在340℃至530℃和70kg/cm²以内的压力下，在铁催化剂下进行，而甲醇合成主要是在温度高达450℃，压力高达150kg/cm²，在锌催化剂存在下进行，一般这些合成反应是在大型的、单独的高压反应器中进行，反应器中排列有串连和/或并连的2至6个催化剂床，以及配有用直接热交换器或直接引入冷却气体的方法来冷却内部床上的部分转化的合成反应气的设备。催化剂床以轴向，径向，或与气流反向的方向排列，一般，对于高温，高压合成条件要求反应器是双壳层，这是为了使冷却气体在壳路中循环，冷却外部压力壳。

上述的典型转化器不适用于范围为150℃至435℃的低温下，活性非常高的合成催化剂，也不适用于操作压力在15kg/cm²和150kg/cm²之间的现代合成回路中，这是由于它的体积庞大，结构复杂和成本昂贵。

按照本发明的合成转化系统，提供了至少第一和第二压力容器，每一个容器都有顶部曲面封头和底部曲面封头，它们是在边缘或端部处连接在一起的，每一个容器都有一个单独的水平的，绝热的，布满容器中部的催化剂床，顶部设有气体入口和底部设有气体出口，合成气体垂直向下流过催化剂床，在第一压力容器和第二压力容器之间至少装有一个间接的水流式交换器，以冷却离开第一容器的部分合成气体，然后再进入第二压力容器。

图1具体地描述了本发明的装置，其中的合成转化器包括和一个中间的间接热交换器。

图2具体地描述了本发明的装置，其中的合成转化器有四个和中间的间接热交换器。

图3具体地描述了本发明的装置，其中顶部和底部的曲面封头是半球形的封头，将它们的边缘部位焊接在一起。

图4具体地描述了本发明的装置，其中的顶部和底部为半椭圆形的曲面封头，将它们的边缘部位焊接在一起。

每个压力容器的催化剂床的侧面至少被一个曲面封头限定。最为理想的是两个曲面封头的大小，形状基本相同，而催化剂床是在容器的中部，催化剂床与两个封头边缘的内表面接触。催化剂床是通过一个横贯容器中部的带有微孔的，水平的，平面板来支撑着。在催化剂床以上或以下的压力容器内要求有足够的空间，以便使进入的气体进行良好的分配。

对于具体的装置，使用于转化器中的压力容器数目，很大程度上取决于催化剂成本和设备成本的平衡，但是一般是2到4个压力容器，在本发明中，优选的数目目是三个排列成气流串连的压力容器，而且在每个邻近的容器之间有一个热交换器。因为前一个容器的反应速率比下一个容器的反应速率高，因此每一容器内的催化剂层逐渐加高。

参照图1，对发明进行具体的说明，其中合成转化器包括有三个完整的压力容器和一个中间的间接热交换器，描述一下有关氨的合成操作系统。送入转化系统的氨合成气从管线3送入转化系统，从第一压力容器4A的顶部入口进入，然后垂直向下流过催化剂床，其中一部分合成气被绝热地转化为氨，通过管线17从容器4A的底部出口排出。

来自第一压力容器4A，热的部分转化的气体进入到第一间接热交换器19的热侧入口18，并且由热交换器中管20垂直上流的锅炉给水进行冷却。

来自第一热交换器侧出口21的冷却了的部分转化气体，通过管线22进入第二压力容器4B的顶部入口，向下流过催化剂床，使另一部分合成气体绝热地转化为氨，然后从容器4B底部的出口进入管线23。

从第二压力容器4B来的热的，进一步转化了的气体，进入第二热交换器25热侧入口24，并且用锅炉给水冷却，该锅炉给水是沿着热交换器内管20向上流动。

上述的第一和第二热交换器是壳体和列管型的结合式热交换器。该结合式热交换器壳体侧面有一个流体密封26，它把壳体或合成气侧分为第一热交换器和第二热交换器。流体密封26类似于管板，但是它不必进行压力密封，这是因为从第一热交换器适当泄漏到第二热交换器的量可以忽略不计。第二间接热交换器25有一个引入锅炉给水的冷侧入口27，当锅炉给水向上通过管20时，被加热成蒸汽，然后从第一间接热交换器19的冷侧出口28排出。

来自第二间接热交换器25热侧出口29的冷却了的，进一步转化了的气体，通过管线30进入第三压力容器4C的顶部，垂直向下通过催化剂床，此时，合成气进一步地、绝热地转化为氨，然后从容器4C底部出口排出，通过管线31进入氨回收系统中。