[其他]合成反应器及其应用

说明书

合成反应器及应用。一种直接换热式合成氨或甲醇反应器，结构简单，调温方便，合成率高。它是由承压外筒和内件所组成。而内件又由上部两层以上的催化床，下部为热交换器所组成。催化床由冷热气体混合器支承触媒并隔开两触媒层，混合器可以取出和装入。反应器应用时有外部低温气部分预热和不预热两种流程。本发明最适合于中、小型生产厂使用，可以提高生产能力３０％以上，并可保留原承压外筒，节约设备开支。

本发明是关于合成反应器和用它来进行气固相催化合成反应的工艺过程，特别是对氨和甲醇的合成。

在放热催化合成反应中，必须移走合成反应器催化床中的反应热。即对反应的温度要加以控制，避免不利的副反应发生和烧坏触媒。通常采用下列三种方式之一加以控制：（a）在催化床中安装能连续换热的冷管，让冷的合成气通过冷管内，带走催化床的热量，这种称之为连续内部换热式;（b）合成气在催化床中进行绝热反应以后，再通过两催化床之间的间接式热交换器移走反应产生的热量，称为中间间接换热式;（c）让合成气在催化床中进行绝热反应以后，再将冷的合成气体与热的反应气体在两催化床间混合，降低了气体的温度，再进入下一催化床继续进行反应，称为直接换热式。（c）种合成反应器由于调温方便，並能在较低的压力下使用，在美国专利3475136（1969年10月）中对它有详细的描述。

按美国专利3475136所描述的这种合成反应器是应用于日产1千吨以上的合成氨厂中，反应器为圆柱形，由承压外筒和内件组成，内件和外筒内壁有一环隙，内件至少有一个催化床，有一列管热交换器装在最上一个催化床之上，热交换器可以拆下维修，催化床之间有低温调节气喷头，从喷头喷出的低温调节气通过气体导流板和布气板与热气体混合后进入下一催化床，导流板与多孔的支承触媒的凹形筛板一起固定在内件壁上，触媒的装卸是通过筛板上安装的导管和通过外筒、内件、及筛板上的人孔来进行装卸，不用将内件吊出。本反应器适于低压150巴的条件下生产。

该反应器的流程为：合成气由下部通入反应器向上经过内外筒之间的环隙进入列管热交换器管间间接换热。预热后的合成气向下通过一、二、三、四层催化床，反应后的热反应气从中心管向上进入列管热交换器的管内，再从反应器顶部出口排出。第一催化床上和各催化床间有气体喷头，喷出低温合成气调节反应后的热反应气体温度。

以上直接换热式合成反应器的技术目前仅应用在1000吨/日以上的合成氨和甲醇的合成反应器上，由于它工作压力低、触媒体积大，存在有触媒利用系数低、氨净值不够高，反应器对各种工艺流程的适应性不好等缺点。为此，有的厂家开始改用中间换热结构的合成反应器即（b）种或（b）种和（c）种合并结构的合成反应器。然而在我国，中、小型合成氨和甲醇生产厂却均采用（a）种连续内部换热式合成反应器（合成塔通用设计（VSH版）Pg320Dg500～600上海化工设计院）它只有一个催化床层、床内冷管结构复杂、压降大、在触媒升温还原时容易使触媒反复地还原和氧化。使触媒较快地降低了活性，並且合成反应器内件焊缝常被内应力拉裂产生漏气造成停产。

鉴于以上已有技术存在的缺点，本发明的目的是发明一种适合于大、中、小型合成氨和甲醇生产的合成反应器其直径在0.45～5米之间，它的结构简单，压降小、温度易于调节控制，生产效果优于现在的（a）或（c）种合成反应器的新型合成反应器。

本发明的合成反应器是适合于进行氨或甲醇催化合成反应的直接换热式合成反应器，它是由承压外筒和内件所组成，其特征是内件由上部的2层以上的催化床和下部的热交换器两部分所构成，合成反应器直径在0.45～5米之间，在催化床间用冷热气体混合器支承触媒并隔开两催化床，气体混合器可以取出和装入。

气体混合器是由七部分组成的整体组合件，它们是支承触媒的筛板、低温调节气喷头、锥形外挡气环、圆柱形内挡气环、锥形下挡气环、筋板和布气板。它们的相对位置为在低温气喷头的上面是支承触媒的筛板，外面是锥形外挡气环，里面是圆柱形内挡气环，下面是锥形下挡气环，再下面是由筋板支承着的起气体分布作用的布气板，它们被机械地连接为一个整件。它的上面加工有中心管的孔，热电偶套管孔和低温调节气通入管孔，在装卸触媒时各催化床间的气体混合器可以依次取出和装入，在合成反应器运行时，气体混合器被机械固定在内件壁的托圈上，而托圈是直接焊在内件的内壁上。