[实用新型]氨合成塔

说明书

本发明涉及由氢气和氮气经放热催化合成氨的立式合成塔。氨合成方法是人所共知的，一般在压力约70－325巴左右，温度约340℃－525℃左右条件下进行。

现代的大型氨厂普遍采用单合成塔。在每天生产1000吨的工厂，催化剂体积定为约40－90米    左右，装在直径约2－4米左右，长或高约10－35米左右的合成塔内，塔内的催化剂床可布置气体横流、径向流或轴流。轴流合成塔是相当普通的，而且通常采用双层结构的冷却壁，它提供了使贴近耐压外壳体的冷却气体通过的壳体环隙通道。本发明的合成塔是冷壁轴流合成塔。

由于反应平衡的考虑和催化剂过热与损坏的可能性，所以在单层催化剂床中装有全部催化剂并不适宜。为此，通常做法是把催化剂置于多层床中以提供床层间冷却或床层内冷却，按常规，这种冷却是由床层间注入冷却合成气与部分已转化气体直接热交换而达到的（即一个直接冷却合成塔或直接气体冷却与床层间管壳式换热器的某种组合）。侧重于直接冷却的合成塔结构，由于根据引入的冷却气体积，所用的管壳式换热器的体积较小、数量较少，所以费用也必然低于组合结构。然而这些结构的工厂，必须负担压缩合成气的高昂费用，因为并不是全部合成气能与合成塔内的全部催化剂相接触，因此，较多的气体必需经循环才能得到一定量的氨产品。

从上所述可理解到氨合成塔是复杂的大型设备，需要更高的效率和不太昂贵的设计。

本发明提供一种具有两个换热器的立式冷壁三层床合成塔。在合成塔的圆筒形内壳体中垂直排列着三层轴流催化剂床。气体顺序地流过壳体环隙、上部第一管式换热器的管间、下部第二换热器的管程，然后通过第一催化剂床，实际上，该催化剂床处于合成塔的中部即中催化剂床。离开第一催化剂床的气体流过下部第二换热器的壳程，虽然上部和下部催化剂可使来自下部换热器的气体串流，但是我推荐把气流分成通过上、下两层催化剂床的平行分流，然后，已转化气体合并后在上部第一换热器管程中冷却，并且由此从合成塔排出。

本发明的合成塔在催化剂床层间或催化剂床层内不采用外部冷却气，即是一个满流合成塔，其中第二换热器壳程分别与上、下两层催化剂床的进口部分不相通，于是，来自上、下两层催化剂床的全部转化气体开始通过第一催化剂床即中催化剂床。

这些催化剂床各自被圆筒形内壳体的相应部位径向界定。第一横向流体挡板或隔板安装在上催化剂床和中催化剂床之间，以防止它们之间的直接气体流通。同样地，第二横向流体挡板或隔板安装在中催化剂床和下催化剂床之间，以防止它们之间的直接气体流通。轴向导管或其它流通装置被安装在催化剂床中，根据上述气流行程确定气流路线。

氨合成塔是昂贵的高压设备，其费用随着为必要的催化剂体积和间接换热器所要求的内部容积而增加。我发现在紧凑的立式合成塔结构中可容纳两个换热器，而不致严重影响催化剂容量，可在上催化剂床内设置其中一个换热器，并且把中催化剂床用作第一操作床，即进入的已加热合成气开始通过中催化剂床被冷却，然后，最好平行流过上、下两层催化剂床。这种配置容许上、下两层催化剂床的催化剂体积较大，在第一即中催化剂床的催化剂体积较小。

由于进入第一催化剂床的反应合成气是只含有少量其它气体的氢气和氮气，因此合成反应比较快，并且转化应该限制在避免催化剂因温度过高造成的损耗。来自第一即中催化剂床的部分已转化气体在第二换热器中冷却，该已冷却的部分转化气体被平行引入上催化剂床和下催化剂床。这种已冷却气体含有氨气和减少了的氢气和氮气，该减少了的氢气和氮气导致在下游平行催化剂床的合成反应较慢，以及较高的氨浓度平衡，于是，由于转化成氨量的增加，上、下催化剂床减少了其所产生的过热所造成的损害，因此可以比中催化剂床容纳更多的催化剂。为了最有效地利用本发明的合成塔，上、下两层催化剂床的催化剂体积基本上相等，中催化剂床的催化剂体积是上催化剂床或下催化剂床中催化剂体积的35％－65％。

图1是本发明的一个实施例，包括最佳的气体平行的分流通过上催化剂床和下催化剂床。

图2是换热器和上催化剂床最佳结构布置的详图。

图3是取自图1的A－A处所示合成塔的剖面。

参看图1，立式合成塔包含在第一圆筒形耐压壳体1内，它与第一外顶盖2和第一外底盖3相连。具有第二外顶盖5的第二圆筒形耐压壳体4，用法兰连接到第一外顶盖的中心孔处，并由此垂直延长，该顶盖5带有贯穿此盖的气体出口管6。第二耐压壳体的直径小于第一耐压壳体的直径，一般小于其直径的一半。在第一耐压壳体内设置与其平行的第一圆筒形内壳体7，由此构成第一壳体环隙8，它与设置在外底盖3的气体进口相通，内顶盖9和内底盖10连接在内壳体上。