[其他]氨合成塔

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 87210290
• 申請(qǐng)日: 1987-07-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN87210290U
• 公開(kāi)（公告）日: 1988-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 斯蒂芬·A·諾埃
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 凱洛格總公司
• 主分類(lèi)號(hào): C01C1/04
• 分類(lèi)號(hào): C01C1/04;B01J8/04;B01J3/04
• 代理公司: 中國(guó)專(zhuān)利代理有限公司
• 代理人: 戎佩莊,楊劍俠

本發(fā)明涉及由氫氣和氮?dú)饨?jīng)放熱催化合成氨的臥式合成塔。氨合成方法是人所共知的，一般在壓力約70－325巴左右，溫度約340℃－525℃左右條件下進(jìn)行。

現(xiàn)代大型氨廠普遍采用單合成塔。在每天生產(chǎn)1000噸的工廠，催化劑體積定為約40－90米左右，裝在直徑約2－4米左右，長(zhǎng)或高約10－35米左右的合成塔內(nèi)，塔內(nèi)的催化劑床可布置氣體橫流，徑向流或軸流。橫流合成塔是相當(dāng)普通的，而且通常采用雙層結(jié)構(gòu)的冷卻壁，它提供了使貼近耐壓外殼體的冷卻氣體通過(guò)的殼體環(huán)隙通道。本發(fā)明的合成塔是冷壁橫流或?qū)恿鳎ā皊lab”flow”）合成塔。

由于反應(yīng)平衡的考慮和催化劑過(guò)熱與損壞的可能性，所以在單層催化劑床中裝有全部催化劑并不適宜。為此，通常做法是把催化劑置于多層床中。以提供床層間冷卻或床層內(nèi)冷卻，按常規(guī)，這種冷卻由床層間進(jìn)入冷卻合成氣與部分已轉(zhuǎn)化氣直接熱交換所提供的（即直接冷卻合成塔或直接氣體冷卻與床層間管殼式換熱器的某種組合）。側(cè)重于直接冷卻的合成塔結(jié)構(gòu)，根據(jù)引入的冷卻氣體積，由于所用的管殼式換熱器的體積較小、數(shù)量較少，所以費(fèi)用也必然低于組合結(jié)構(gòu)。然而，使用這些結(jié)構(gòu)的工廠，必須負(fù)擔(dān)壓縮合成氣的高額費(fèi)用，因?yàn)椴⒉皇侨亢铣蓺饽芘c合成塔內(nèi)的全部催化劑相接觸，因此，較多的氣體必需經(jīng)循環(huán)才能得到一定量的氨產(chǎn)品。

從上所述可理解到氨合成塔是復(fù)雜的大型設(shè)備，并且需要更高效率和較低成本的設(shè)計(jì)。

本發(fā)明提供了一種具有兩個(gè)換熱器的臥式冷壁多層床合成塔。在合成塔的圓筒形內(nèi)殼體中軸向排列著橫流催化劑床，在第一和第二催化劑床之間垂直配置了第一換熱器，在第二和第三催化劑床之間垂直配置了第二換熱器。氣流順序地經(jīng)由合成塔一端的氣體進(jìn)口、殼體環(huán)隙、第二換熱器冷管程、然后經(jīng)過(guò)第一換熱器、位于合成塔另一端的第一催化劑床、第一換熱器殼程、設(shè)置在兩個(gè)換熱器之間的第二催化劑床、第二換熱器殼程、第三催化劑床以及通常還通過(guò)第四催化劑床、最后，氣體出口緊接最末的催化劑床，位于合成塔氣體進(jìn)口的同一端。

本發(fā)明的合成塔在催化劑床層間或催化劑床層內(nèi)不采用外部冷卻氣，即換熱器的熱殼程與其相對(duì)應(yīng)的上游和下游催化劑床????????相通，于是，合成塔的全部排出氣體首先通過(guò)第一催化劑床。

圖1是本發(fā)明的最佳實(shí)施例，其中臥式合成塔在第二和第三催化劑床之間采用了一個(gè)單程換熱器。

圖2是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例，其中在第二和第三催化劑床之間采用了一個(gè)U型管換熱器。

圖3是圖1中A－A和B－B處所示合成塔的剖面圖。

參看圖1和圖2，臥式合成塔包括圓筒形耐壓殼體1，它與圖右側(cè)所示第一外端蓋2和圖左側(cè)所示第二外端蓋3相連。在耐壓殼體內(nèi)設(shè)置與其平行的圓筒形內(nèi)殼體4，并且基本上達(dá)到耐壓殼體的全長(zhǎng)，構(gòu)成殼體環(huán)隙5。第一內(nèi)端蓋6和第二內(nèi)端蓋7分別與內(nèi)殼體的兩端連接，各自形成第一充氣室8和第二充氣室9。氣體進(jìn)口10被裝配在第二外端蓋子3上，使進(jìn)入進(jìn)口的較冷的含氨合成氣體可自由地流進(jìn)第二充氣室9，殼體環(huán)隙5，然后流到第一充氣室8。

在內(nèi)殼體中以這樣的方式裝有第一、第二、第三和第四絕熱催化劑床11、12、13和14，即內(nèi)殼體的相對(duì)側(cè)板限定了床層的橫向端。床層在長(zhǎng)度方向用橫隔板15隔開(kāi)，正如圖中所示，構(gòu)成了氣體行程通路。內(nèi)端蓋6和7被合適地用作催化劑床11和14的端隔板。每層催化劑床都有一個(gè)頂部進(jìn)口部分16和一個(gè)底部出口部分17，催化劑顆粒由柵板18和篩網(wǎng)（未示出）支承，為此，催化劑被安排成使行程中的氣體基本上垂直于合成塔的軸線向下流動(dòng)，一般稱(chēng)之謂層流。

具有管子進(jìn)口部分20和管子出口部分21的第一管式換熱器19位于第一催化劑床11和第二催化劑床12之間。由于進(jìn)入第一催化劑床的合成氣體含有少量氨，因而隨著氣體溫度上升，在此處轉(zhuǎn)化成氨多于下游催化劑床處轉(zhuǎn)化成氨。為冷卻離開(kāi)第一催化劑床尚未進(jìn)入第二催化劑床之前的氣體，要求提供高效熱交換，一換熱器19采用垂直的U型管，它的內(nèi)管氣流速度很高，因此傳熱速度也高，這就減小了此換熱器的體積。

具有管進(jìn)口部分23和管出口部分24的第二管式換熱器22位于第二催化劑床12和第三催化劑床13之間。這個(gè)換熱器也可用圖2所示垂直的U型管換熱器，但是，因?yàn)樗蟮膫鳠崃枯^少，所以最好用圖1所示的單程立管式換熱器，使壓降減至最低。