[发明专利]两段径向并联换热式氨合成塔

说明书

本发明涉及一种氮和氢合成氨的设备。

氨合成塔是合成氨厂生产的关键设备，其性能的优劣直接影响合成氨厂的生产能力，原料及动力的消耗，而氨合成塔的性能主要取决于氨合成塔内件的结构。七十年代以来，由于世界能源紧张，为了降低能耗，不少用于大型氨厂的新型氨合成塔相继问世，例如丹麦Topsφe公司的S-200型氨合成塔，将S-100型氨合成塔的两段层间冷激式改为两段中间间接冷却，成为径向中间间接冷却式氨合成塔，其主要优点是转化率高，氨净值高，压降和能耗低。这是一种效果较好的氨合成塔，已有较多的应用，但是，尚存在如下缺点：1、进中间挡条式换热器的冷气体（原料气，下同），需由塔上部金属软管送入换热器，对于高净值的氨合成塔，需要更多的冷气体流经金属软管，则要求金属软管口径足够大，这就带来制造大口径金属软管的技术难题;2、气流分布设计系由在外分布筒上的喷嘴加以调节，这样气流分布器将占有较大的空间，从而降低了触媒的装填系数，且当触媒床层过高时，用外分布器上的喷嘴加以调节，将难以控制气流分布;3、径向层为防止气体短路，采用隔板密封，造成触媒封内的触媒不能发挥效率，触媒利用率降低;4、由于采用不锈钢丝网支承小颗粒触媒，这种结构在我国引进的三套以渣油为原料的氨合成塔均出现丝网破裂的事故。

本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处而提供一种节能、低空速、高净值、触媒利用率高，不采用金属软管的两段径向并联换热式氨合成塔。

本发明的任务是这样实现的：冷气体入口在塔底部一侧，下副线冷气体入口、主线冷气体入口、合成气体出口均设在塔底部锻件上。塔内以同轴设置的内件自上而下是这样的-第一触媒筐，在第一触媒筐中设有中间挡条式列管换热器，第二触媒筐，下部列管式换热器;中心升气管上端插入第一触媒筐下部与中间挡条式列管换热器管内相通，且贯穿第二触媒层的第二段床层触媒封，下端与下部列管式换热器相连接。下副线冷气体入口管自塔下端的锻件以同轴插入下部列管式换热器，穿过下部列管式换热器上部第一块折流板与中心升气管相通。

第一触媒筐由如下几部分（以同轴，由里向外）-中间挡条式列管换热器、第一段触媒筐内控制筒、第一段触媒筐内多孔筒、第一段触媒筐内多孔薄板、第一段触媒层（内有小颗粒触媒）及其上部的第一段床层触媒封、第一段触媒筐外多孔薄板、第一段触媒筐外多孔筒。

第二触媒筐由如下几部分组成（以同轴，由里向外）-中心升气管、第二段触媒筐内多孔薄板、第二段触媒层（内有小颗粒触媒）及其上部的第二段床层触媒封、第二段触媒筐外多孔薄板、第二段触媒筐外多孔筒。中心升气管以同轴穿过第二触媒层上部的第二段床层触媒封。

为了使第一触媒层和第二触媒层中布气均匀，在内控制筒上开孔控制，用以调节控制布气均匀。因为内控制筒周边较短，因此，达到一定的流速时，加以控制较为容易，对获得较高氨净值更为有利。

在第一触媒层中和第二触媒层中，采用密冲小孔不锈钢薄板，作为小颗粒触媒的支承构件。

第一触媒筐和第二触媒筐中的外多孔筒的开孔区延长至顶部，而将内多孔筒和内控制筒限定在一定的高度之下，两者顶部之高度差，则构成触媒上部的触媒封，它既可防止气体短路，还可使气体形成轴径向流动，使合成反应充分进行，提高了触媒的利用率。

第一触媒筐与第二触媒筐之间留有一定的空间，供气体流通之用，第二触媒筐与下部列管式换热器之间留有一定的空间，供气体流到下部列管式换热器的管内之用。

下部列管式换热器设有偶数块折流板-其中一半为圆形折流板，另一半为环形折流板。为了防止冷气体沿折流板与下部列管式换热器外壳之间的间隙串流，而设置壳套构件，壳套与环形折流板相密合，这样可显著提高下部列管式换热器的传热效率。下部列管式换热器设有管间下部封头和管内下部封头，其作用是使主线冷气体入口的气体进入管间，使冷气体入口的气体进入外筒与内筒的环隙。

本发明附图说明如下：

图1为本发明的结构与气体流向示意图。图中：a冷气体入口，b下副线冷气体入口，c合成气出口，d主线冷气体入口。1顶盖，2外筒，3内筒，4中间挡条式列管换热器，5外筒与内筒的环隙，6管内下部封头，7管间下部封头，8锻件，9下副线冷气体入口管，10下部列管式换热器，11中心升气管，12第二触媒层，13第一触媒层。