[实用新型]一种间接换热式氨合成塔的新型结构

说明书

本实用新型涉及一种高效节能式氨合成反应器。

在国内外氮肥厂采用的氨合成塔，大部分为传统的带有三套管的轴向触媒筐反应器或双层并流列管换热的轴向触媒反应器。近年来某些厂家又设计了径、轴间接换热触媒筐副产蒸汽氨合成塔；径轴向或轴、轴、径向冷激式或冷激加间接换热式氨合成塔；多层轴向冷激式或双径向冷激式或间接换热式触媒筐。现有技术的氨合成塔能耗高效率低，氨合成塔的最高净氨值为14％。

本实用新型的目的是提供一种可提高净氨值并能降低能耗的高效氨合成塔。该塔是一种新式高效节能型合成反应器，它与现有的氨合成塔不同处是：塔内触媒筐的排列和合成气进入顺序是径向、径向、轴向，即先径向进气反应再轴向进气反应；每两层触媒筐之间反应后的冷却方式采用气体间接换热，不采用冷激气冷却轴向触媒筐设有换热套管，上部留有空间，作为中间触媒筐之间的气体换热器，埋在触媒层中的套管作为轴向筐内的换热器。

为实现上述目的，本实用新型设计了一种间接换热式氨合成塔的新型结构。该塔材质外壳为碳钢，其内件结构为径、径、轴向三层触媒筐气体间接换热节能型氨合成塔。合成塔有一承压外壳，内件中各触媒筐与换热器共用一内筒，上触媒筐与中触媒筐及所夹间接换热器为一整体结构，支承在内筒筒体的上部，可单独从合成塔内筒中取出，它与下触媒筐及底部换热器组成一个合成塔内筒，可拆装，便于触媒装填，轴向触媒筐与底部换热器的连接采用焊接结构。合成塔上部冷气副线（c₁、c₂）在外壳内部通过金属软管与内筒连接，以解决内筒的热胀冷缩。内筒中活动件部分气体密封采用填函式结构，用特制的耐高温定型填料，以保证气体在塔内不发生短路泄漏。

下面结合附图对本实用新型进一步详细描述。

附图1是本实用新型间接换热式氨合成塔的装配图，其中1合成塔外壳；2上部径向触媒筐；3中间换热器；4中部径向触媒筐；5轴向筐中套管换热器；6触向触媒筐；7底部换热器；a气体上主线进口；b气体下主线进口；c₁、c₂气体上副线两个进口；d气体下副线进口；e反应后气体出口。

附图2是本实用新型间接换热式氨合成塔附图1中5、6的部件图。

如附图1所示，上部径向触媒筐2与中间触媒筐4之间有套管换热器3，三者连为一体，悬挂在内筒筒体顶部；中间触媒筐4与轴向触媒筐6之间有一套管换热器5，套管换热器5置于轴向触媒筐6内，起冷却层间气体及轴向触媒的作用。底部设有列管式换热器7，它与轴向触媒筐6的连接采用焊接结构，代替传统的法兰式连接，保证气体的密封。气体流向如附图1中的箭头指向。

按本实用新型设计的上述氨合成塔的结构，可使反应初期迅速提高温度，以达到触媒适应的活性温度，加快氨合成反应，提高合成率。可使反应后期降低反应温度，使触媒在适宜的温度下操作，不但延长了触媒的使用寿命，同时提高了合成氨浓度，增加了推动力，进而提高氨净值。由于氨净值的提高则可提高进出塔气体的温差，从而增加合成反应热的回收率，达到了节约能源的目的。

本实用新型的氨合成塔的新型结构，具有如下特点：

1.壳体进出合成气上、下主线a、b进气能形成封闭式冷气保护。

2.上部两个对称冷气副线c₁、c₂进口气可调节上、中触媒筐气体反应温度；下部冷气副线可调节下层触媒筐反应气热点温度及上层触媒层进口气体温度。

3.轴向触媒筐中的套管换热器具有一器两用的特点。

本实用新型的氨合成塔的新结构可达到如下效果：

1.以内径为800毫米，有效高度为13960毫米的合成塔，装填触媒不少于3.2米³，操作压力为28MPa为例，年产合成氨可达4.5万吨，比一般副产蒸汽型合成氨塔提高生产能力30％。

2.在同样条件下本实用新型的氨净值可达16％。

3.当入塔气温为145℃，出塔气温为375℃，由于高净氨值的提高可使进出塔气体温差达230℃。因此，每生产1吨氨可副产中压饱和蒸汽1吨，反应热的回收率提高20％。

4.在氨合成塔的同样产量条件下，合成压力低，氨净值高，冷却水用量少，冷耗低，每吨氨可节约电能120度。

5.在同等条件下，可延长触媒使用寿命2年。