專利名稱：軸徑向增產(chǎn)節(jié)能型氨合成塔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種氨合成設(shè)備。
氨合成塔是合成氨廠生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，其運行好壞直接影響到合成氨廠的生產(chǎn)能力，原料及動力消耗。氨合成塔的性能主要取決于其內(nèi)件的結(jié)構(gòu)。目前合成塔內(nèi)件有許多不同的結(jié)構(gòu)型式，但大部分為三套管并流冷管式軸向結(jié)構(gòu)，約占使用總數(shù)的70％以上；其次是雙層(或單層)單管并流冷管式軸向結(jié)構(gòu)，約占20％左右，其余的是一些徑向塔等。這些冷管式內(nèi)件普遍存在著設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，阻力大，氨凈值低，觸媒利用率差等缺點。
本實用新型提供一種一軸二徑一冷激一換熱三絕熱床式新型結(jié)構(gòu)的氨合成塔，可達(dá)到增加產(chǎn)量，節(jié)省能耗的目的。
本實用新型結(jié)合軸向流動觸媒床溫度分布良好、氣流分布均勻，操作穩(wěn)定，及徑向流動觸媒床阻力小，可采用小顆粒高活性觸媒，氨轉(zhuǎn)化率高的特點、將觸媒床布置成一層軸向流動式，二層徑向流動式的三層絕熱床結(jié)構(gòu)。第一層軸向流動床觸媒裝量很少，床層薄，對阻力影響不大，但軸向流動床能使氣體較好地均勻分布，避免了因進(jìn)口氣體氨含量低，反應(yīng)推動力大，反應(yīng)速度快等引起的局部溫度過高現(xiàn)象。第二、三層采用徑向流觸媒床，在氣體分布器上作了適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，消除了觸媒床層的觸媒“死區(qū)”，減小了氣流對觸媒床的沖擊力，避免產(chǎn)生溝流及造成觸媒粉碎現(xiàn)象。由于徑向流動床流通截面積大，流道短，大幅度降低了床層阻力，故可填裝高活性小顆粒觸媒，使得升溫還原反應(yīng)容易進(jìn)行完全，還原后觸媒活性系數(shù)高，氨合成反應(yīng)內(nèi)擴(kuò)散影響小，氨轉(zhuǎn)化率高。因三層觸媒床均系絕熱床，無冷管效應(yīng)的影響，對提高觸媒活性也有很大的促進(jìn)作用。一、二、三床觸媒裝置的分配采用了優(yōu)化設(shè)計，使得各層反應(yīng)溫度盡可能接近最佳反應(yīng)溫度曲線。
三層觸媒床間采用一次冷激，一次間接換熱的換熱形式，以提高塔出口氨含量及保證塔生產(chǎn)后期氨產(chǎn)量。為避免合成塔內(nèi)件結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜過多占用塔內(nèi)有限的高壓空間，在第一、二層觸媒床間采用冷激器冷激的方法換熱，這樣也使得觸媒床的溫度易于控制，便于操作。在第二、三層觸媒床間采用換熱器間接換熱，以提高出口氨濃度及出口氣體溫度，從而提高了余熱的利用價值，降低了分氨冷凍功及氣體循環(huán)壓縮功的消耗。這樣設(shè)計層間換熱型式，對于在合成新鮮氣質(zhì)量不高的情況下操作運行的塔，在觸媒操作后期仍可保持較高的氨凈值，保證其生產(chǎn)能力。對于直徑較大的塔，一、二床間也可采用間接換熱，以獲得更高的氨凈值及更低的動力消耗。
合理設(shè)計換熱器。在保證觸媒床穩(wěn)定操作的前提下，考慮到各等級熱能的綜合回收，合理分配各換熱器及余熱回收裝置的熱負(fù)荷，以達(dá)到回收的熱量位能高，余熱回收率高的目的。
在徑向流動的觸媒床中，進(jìn)氣側(cè)和出氣側(cè)分別設(shè)有氣體分布器，實行雙側(cè)控制，以保證床層中氣體分布均勻。分布器的工作原理是采用增大分布器小孔處局部阻力的方法來實現(xiàn)氣體均勻分布。它由三層組成遠(yuǎn)離觸媒的一層為阻力控制層，上面均勻地分布著一些小孔；中間一層為緩沖再分布層(或收集層)，上面均勻地分布著比阻力控制層更密集的小孔；緊靠觸媒的一層為金屬絲網(wǎng)。此分布器同時又是觸媒筐的筒壁，起到直接支撐觸媒床的作用。在合成塔中，如第一床采用徑向流動，也可使氣體分布器。
簡化設(shè)備結(jié)構(gòu)，提高容積利用率，方便觸媒裝卸及設(shè)備維修，增加設(shè)備運行可靠性。合理布置各部件，將第一、二、三層觸媒床依次向下布置，二、三層觸媒床間換熱器設(shè)計在第三層觸媒床下面，每層觸媒床內(nèi)件采用可拆式連接，從而使塔的結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，裝卸觸媒極為方便，巧妙布置塔內(nèi)氣體流道，減少了氣體行程，減少了密封點。密封型式的選擇同塔內(nèi)整體布置相結(jié)合，頂部壓差小，采用填函式密封連接；中部有一定壓差，采用螺栓墊片連接；下部采用自重自密封連接，使其簡單可靠。
本實用新型可進(jìn)行全新設(shè)計，也可利用現(xiàn)有的合成塔外殼進(jìn)行新內(nèi)件設(shè)計，對原有合成工段的其它設(shè)備及布置可不作改動或稍作改動?？筛鶕?jù)工廠需用蒸氣壓力等級設(shè)計配套不同形式的廢熱鍋爐。
下面是本實用新型與目前國內(nèi)使用最多的三套管式和雙層單管并流式氨合成塔主要技術(shù)性能比較表
項目本實用新型三套管雙層并流生產(chǎn)能力 tNH3／日 260 220 240操作壓力 MPa28.530.030.0操作溫度 ℃≤520≤530≤530氨凈值％～16～12～10隋性氣含量 ％～15～15～15塔阻力 MPa0.61.61.1蒸氣產(chǎn)量 t／tNH31.0 0.8 0.7蒸氣壓力 MPa2.51.31.3電 耗 KWh／tNH457273水耗 m3／tNH334.9 38.8 41.0上表是以我國中型氮肥廠最常用的φ1000mm氨合成塔在同等條件下進(jìn)行比較得到的數(shù)據(jù)，從表中可以看到以下幾項主要指標(biāo)的變化(以三套管式內(nèi)件為基準(zhǔn))項目本實用新型三套管雙層并流生產(chǎn)能力118.2％100％109.1％氨凈值133.3％100％83.3％塔阻力37.5％100％68.7％噸氨蒸氣產(chǎn)量125％100％87.5％噸氨電耗62.5％100％101.4％噸氨水耗89.9％100％105.7％
綜合效果本實用新型比三套管節(jié)能1.076GJ／tNH；比雙層并流節(jié)能1.4696GJ／tNH。
由于本實用新型采用了一軸二徑一冷激一換熱三絕熱床式的新型結(jié)構(gòu)，使整個合成塔結(jié)構(gòu)簡單，操作穩(wěn)定可靠。由于阻力小可采用小顆粒高活性觸媒，從而可提高氨凈值、增加產(chǎn)量、降低能耗；由于采用絕熱床層，消除了冷管效應(yīng)，從而可提高觸媒的利用率。采用新的氣體分布器，使氣體分布均勻，允許的操作負(fù)荷彈性大，塔內(nèi)件采用可拆連接，使得觸媒裝卸方便，設(shè)備維修容易，從而可縮短檢修周期。
本實用新型的具體結(jié)構(gòu)由以下的附圖及實施例給出。
圖1 氨合成塔主視剖面圖圖2 氣體分布器剖面圖
以下結(jié)合
本實用新型的工作情況入塔氣體首先經(jīng)合成塔內(nèi)件同外殼內(nèi)壁間的環(huán)隙從上向下流動，再依次進(jìn)入下段換熱器(11)管間，上段換熱器(10)管間，二、三床間間接換熱器(8)管內(nèi)預(yù)熱后，通過中心管加熱器(7)后進(jìn)入第一觸媒床(2)；通過觸媒(17)反應(yīng)后的氣體同從一、二床間冷激器(3)來的冷激氣混合降溫，再由第二觸媒床(4)之進(jìn)氣側(cè)，通過氣體分布器(18)的阻力控制層(12)，緩沖再分布層(13)和金屬絲網(wǎng)(14)進(jìn)入第二觸媒床(4)徑向均勻地通過觸媒(17)，再由出氣側(cè)的金屬絲網(wǎng)(14)，緩沖收集層(15)和阻力控制層(16)流出。
流出氣體經(jīng)二、三床間間接換熱器(8)管間換熱后，徑向通過第三觸媒床(6)，其過程與第二觸媒床(4)相同。第三觸媒床(6)出口合成氣經(jīng)上段換熱器(10)管內(nèi)一次出塔，經(jīng)塔外廢熱鍋爐后，再返回塔內(nèi)下段換熱器(11)管內(nèi)以予熱進(jìn)塔氣后出塔。
在需裝卸觸媒或維修設(shè)備時，可分別打開填函密封連接(1)，螺栓墊片連接(5)和自重自密封連接(9)的部件進(jìn)行。
權(quán)利要求1.一種氨合成塔，其特征在于塔內(nèi)采用三層絕熱式觸媒床結(jié)構(gòu)，第一層為軸向流動床，觸媒裝量很少，第二、三層為徑向流動床，使用小顆粒高活性觸媒，在第一、二觸媒床間裝有冷激器，在第三觸媒床的下部裝有間接換熱器，在徑向流動的觸媒床中，進(jìn)氣側(cè)和出氣側(cè)分別設(shè)有氣體分布器，此氣體分布器亦為觸媒筐的筒壁，由三層組成，遠(yuǎn)離觸媒的一層為阻力控制層，上面均勻地分布著一些小孔，中間一層為緩沖再分布層(出氣側(cè)為收集層)，上面均勻分布著比阻力控制層密集的小孔，緊靠觸媒的一層為金屬絲網(wǎng)，觸媒床內(nèi)件采用可拆式連接，內(nèi)件頂部采用填函式密封連接，中部采用螺栓墊片連接，下部采用自重自密封連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于對較大直徑的塔一、二床間也可以安裝間接換熱器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于如第一床為徑向流動床，也可以安裝氣體分布器。
專利摘要目前，國內(nèi)主要采用三套管并流冷管式軸向結(jié)構(gòu)和雙層單管并流冷管式軸向結(jié)構(gòu)的塔內(nèi)件生產(chǎn)合成氨。本實用新型提供一種一軸二徑一冷激一換熱三絕熱床式新型結(jié)構(gòu)的氨合成塔。在徑向床采用了氣體分布器。此結(jié)構(gòu)簡單、操作穩(wěn)定可靠，消除了冷管效應(yīng)，由于阻力減小，可采用小顆粒高活性觸媒，從而可提高氨凈值、增加產(chǎn)量、降低能耗。塔內(nèi)采用可拆連接，使觸媒裝卸和設(shè)備維修方便。
文檔編號C01C1/04GK2067707SQ89218930
公開日1990年12月19日 申請日期1989年11月2日 優(yōu)先權(quán)日1989年11月2日
發(fā)明者王自新, 張翊人, 楊振奎, 程臘春, 余億堯, 王榮貴, 王長柏, 孟興蕪, 姚佩賢, 趙琦, 楊世明, 劉守信, 肖曉愚, 鄭興才 申請人:中國武漢化工工程公司