[发明专利]适用高活性催化剂的水平式氨合成塔

说明书

本发明涉及水平式氨合成塔，特别涉及适用高活性催化剂的水平式氨合成塔。

本发明针对多床层的水平式氨合成塔，例如Peferson等于美国专利4452760所述的这种合成塔，后者的内容已综合于此供参考。许多这类使用中的合成塔或反应器是用磁铁矿石催化剂进行工作的。常常希望改进Peferson等的反应器来提高氨的合成率。

参考图1与1A所示Peferson等的氨合成塔，外壳S为一圆筒形压力容器，包括具有在其一端的入口12和出口14。头部16可卸除地装附于主体10上且有交换器的旁通管18。外壳S中可卸除地安装有内壳或筐B。内壳B是分成几部分的筒形容器。端壁20和第一壁22确定出内壳B的热交换段25。第二壁24和第三壁26确定出第一催化剂段28。在内壳B的第三壁26和外端壁30之间确定出第二催化剂段。在第一壁22和第二壁24之间则设置着气体输送段。

合成气体通过入口12进到Peferson等的反应器的外壳S内。此气体的温度低于所需的反应温度，但在其通过外壳S和内壳B之间的环形空间36(放大示明于图1A中)时，使外壳S保持于低的温度。上述气体最好通过一端的入口12引进而流到另一端，在此再通过端壁20的孔口40。孔口40位于端壁20的顶部有气体进入内壳B的热交换段处。此气体向下通过一批管道42上方而被加热到反应温度。从图1A中可以极清楚地看到，此气体进到气体输送段34的底部，然后通到顶部而进入催化剂水平床上方的第一催化剂床段28。随着气体通过催化剂，氢气与氮气反应形成氨，由于放热反应，此产物气体比进入的气体热。此产物气体含有氨以及未反应的氢与氮的混合物。产物气体通过主体输送段34而进入管道42内。在产物气体通过管道42时，即在热交换段25冷却，冷却了的产物气体然后再进入气体输送段34，在此进入从气体输送段34延伸出的管子44，经第一催化剂床段28并通过第二催化剂床段32中催化剂的水平床上方管子44中的孔口46。在Peferson等的反应器中，第二催化剂床段32最好包括两个水平式催化剂床，而来自第一催化剂床的产物气体即通过这两个水平式催化剂床。此第二催化剂床段32则最好由延伸到催化剂床122上方的局部壁124和延伸到催化剂床128邻近下方的局部壁126形成两段。更多的氨是在催化剂床122和128中产出，而此产物气体再次被加热。加热了的这一产物气体然后经端壁34通过出口管48而通过出口14。

本发明涉及水平式氨合成反应器，它可以通过对Peferson等的反应器重新制造和改进而成。本发明的这种水平式氨合成反应器结合地采用了磁铁矿石和高活性的催化剂，比基于磁铁矿石的Peferson等的反应器有着更高的合成率。

本发明在其一个方面提供了水平式多床层氨合成塔。此水平式多床层氨合成塔包括：水平的圆筒形外壳，此外壳在其一端具有可卸除的头部；水平的筐，它具有带前、后端壁的水平的圆筒形内壳并在所述内壳与外壳间限定出环形通道；气体入口，它通过上述外壳并与所述环形通道流体连通；第一横向隔件，它与所述前壁沿纵向隔开而在它们之间限定出热交换段，此热交换段有一批通过其中的管道和一个与所述第一横向隔件相邻的管道隔板，此热交换段包括一壳侧入口和用来导引气体沿横向通过这批管道的出口，而此壳侧入口则与前述环形通道流体连通；第二横向隔件，它与所述第一横向隔件沿纵向相分开而在它们之间限定了适合让气体向下流经的第一主催化床；第三横向隔件，它沿纵向分隔开地位于所述第二横向隔件和后壁之间，而在所述第二和第三横向隔件间限定出第二主催化剂床，同时在此第三横向隔件与后壁间确定出副催化剂床，此第二主催化剂床和副催化剂床适合让气体向下流动通过；在所述主催化剂床之上与下的第一种上、下增压室，由所述内壳和主催化剂床相应的顶部与底部限定；在所述副催化剂床之上与下的，第二上、下增压室，由所述内壳和副催化剂床的相应顶部与底部限定；第一通道，它由所述壳侧出口通过前述第一横向隔件至此第一上增压室；第二通道，它由第一下增压室通过所述第一隔件至前述热交换段的管侧入口；第三通道，它由前述热交换段的管侧出口通过所述第一、第二和第三隔件至所述第二上增压室；以及气体出口，它设置成与所述第二下增压室流体连通。

上述氨合成塔可以包括用来分别从第一和第二上增压室将气体引入主、副催化剂床的分配器。这种氨合成塔可以包括一用来将气体直接引入与所述壳侧出口相邻的热交换段的旁通管道，所述副催化剂床最好包括高活性催化剂。