专利名称：用于氨反应器的开工加热炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于产生氨的反应器的领域。具体地说，本发明涉及一种用在氨反 应器中的内部开工加热器，该加热器具有细长的电子加热构件。
背景技术：
根据已知技术，氨的合成是在催化反应器或转化器中进行的，在催化反应器或 转化器中气态氢(H2)和氮(N2)在高温高压下反应，通常压力会达到130巴或更高而温度 则为500°C左右。已经熟知多种不同类型的氨反应器；例如常见布置为包括三个径向流 催化床的圆柱形容器，这些催化床具有中间淬火热交换器。在反应器启动期间，需要将进入反应器的气体反应剂预热到450-480°C左右，以 启动化学反应。为了达到这一目的，现有技术包括提供合适的开工加热炉，该开工加热 炉可以被实现为外部加热炉或者为置于反应器自身内的内部电子加热炉。内部开工加热炉是基本上圆柱形的设备，该设备可通过容器的高压盖的合适的 孔同轴插入反应器；且基本上由安装法兰构成，具有必要的电子连接器和多个纵向加热 构件。在已知实施方式中，所述加热构件由沿着电加热炉纵向上下延伸的非绝缘金属 带制成且由陶瓷绝缘元件支撑。在另一已知实施方式中，加热构件由通常被弯曲成U型 的铠装金属棒形成。所述金属棒通常是绝缘的，但在一些情况下也使用非绝缘棒。在操作中，气体反应剂在进入催化反应区(如第一催化床)前，纵向流过预热器 且在加热构件之间流动。在大型反应器中，内部开工加热炉可长达数米，且需要用于加热构件的合适的 间隔和支撑装置。在已知技术中，通常使用金属网或连接棒联结的陶瓷支撑结构来将加 热构件保持就位。所述金属网或陶瓷支撑结构基本上由具有限定正方形栅格的交叉梁的 圆环构成，为各加热构件间保留了固定的空隙。所述内部开工加热炉已经显现一些缺陷，尤其是在可靠性和使用寿命方面。已 经观察到，尤其在追求高生产率而需高速气流的现代装置中内部开工加热炉的不足。由于加热构件和间隔与支撑网的元件之间存在着相对较大的空隙，因此加热构 件可相对自由地在任何径向方向上移动，即在垂直于纵向的平面中移动，且因此该加热 构件对气流导致的振动、相关机械应力以及由相对运动引起的磨损高度敏感。机械应力可能导致加热构件的永久变形或机械损坏。加热构件的变形导致其 自身损坏；加热构件之间的接触也可能会损坏加热构件的表面；非绝缘加热构件之间的 接触可能也会引起短路；加热构件的任何损坏可能引起局部过热，例如由于局部截面减 小，进而导致加热构件自身熔化和毁损。在某些相关加热构件变形的情况下，将开工加热炉从容器中取出进行保养或更 换可能变得很困难。也应注意，很多情况下，开工加热炉的损坏很难立即被检测到，例 如因为反应器长时期持续运转，尽管未使用开工加热炉。损坏经常在特定时期后被检
4测到，而此时加热元件被不可修复地损坏。开工加热炉的失效可迫使氨反应器停用时间延长，进而导致在产量损失方面的 相关成本。也应注意，内部开工加热炉是关键部件，由于加热炉占据了提供给催化床和化 学反应的部分有效容积，因此，整体直径必须尽量小。基于同样原因，加热构件相对较 长且互相贴近，因此也是在需要小直径与保持用于加热构件之间的气流的充足横截面的 需要之间折中的方案。通常情况下，不可能为了更好地抵抗气流导致的振动而设计一个 更大和/或更短的内部开工加热炉。改进现有氨反应器也存在类似的限制。内部开工加热炉的最大尺寸是由容器盖 中的的有效安装通道确定的尽管改进过的反应器有更高的生产率，但通常不可能或者 不期望安装更大的预热装置，因为这种改进可能涉及用昂贵的替代品来更换整个的高压 盖。另一方面，改进可能需要增加气体反应剂的流速，以增加产量，但这将使开工加热 炉面临因气流导致的振动引起更高损坏的风险。因此，强烈需要设计一种可以克服上述缺陷的开工加热炉，尤其需要避免类似 开工加热炉的附加设备故障而影响氨反应器和整个工厂的操作性和可靠性。然而，尽管 存在这样的需求，当前的现有技术并没有对以上问题提供有效的解决方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于氨反应器的内部开工加热炉，该加热炉更适用 于抵抗气流导致的应力，特别地对气流导致的振动低敏感。该目的通过一种氨反应器的内部开工加热炉实现，所述加热炉包括多个细长电 子加热构件，所述加热构件沿所述加热炉的纵向轴线延伸，其特征在于-开工加热炉包括多个用于加热构件的支撑板，每一支撑板包括外部框架和平行 布置的支撑梁，相对端被固定至外部框架，支撑梁被置于垂直所述纵向轴线的平面中且 在加热构件之间的通道中，与所述加热构件相接触，以及-所述支撑板被布置在具有至少第一和第二板的至少一个板组中，与第二板的支 撑梁相比第一板具有以不同的布置方式布置的支撑梁。形成板组的支撑板的不同地布置的支撑梁提供用于加热构件的协同径向支撑。 根据本发明的一方面，所选定的板的支撑梁可以用作加热构件在开工加热炉的选定的径 向的阻止装置，使得由于协同径向支撑，支撑板板组可以防止加热构件在垂直纵向轴线 的任何方向发生移位或振动。在本发明实施例中，加热炉配备有包括垂直和/或错开的支撑梁的板组，以支 撑加热构件，使其不在垂直于加热炉的纵轴线上的任何径向上移位。更具体地，根据本发明另一方面，预热装置包括至少一组支撑板，所述组包括 至少第一板和至少第二板，所述至少第一板具有被布置在垂直于加热炉的纵向轴线的所 述平面中在第一方向上的平行的支撑梁，所述至少第二板具有被布置在垂直于所述第一 方向的第二方向上的平行的支撑梁。根据本发明另一方面，预热装置包括至少一组支撑板，所述组包括至少第一板和 至少第二板，所述至少第一板具有被布置在第一方向上的平行的支撑梁，所述至少第二板具有被布置同一方向上的平行的支撑梁，这些支撑梁相对于所述第一板的支撑梁错开。在优选实施例中，所述板均有平行且等间隔的支撑梁。根据本发明另一优选方面，至少一些支撑板组包括具有不同地布置的支撑梁的 板，支撑梁在由细长加热构件形成的行和/或列之间的通道中交替布置地延伸，使得支 撑板组在所述通道的每个中提供至少一个支撑梁。该布置提供与加热构件的合适的接 触，使得加热构件在任何垂直于加热炉的纵向轴线的径向方向上不位移和振动。根据本发明的所述方面且在优选实施例中，加热炉包括至少一个四板的组，该 四板的组按顺序包括第一板，具有平行且等间隔的支撑梁，所述支撑梁在加热构件之间的交替通道 中延伸。第二板，具有在加热构件之间的交替通道中延伸的支撑梁，且第二板的支撑梁 垂直于第一板的支撑梁。第三板，具有相对于所述第一板的支撑梁平行的且错开布置的支撑梁，使得所 述第三板的支撑梁相对于第一板的支撑梁在平行且交替的通道中延伸。
第四板，具有相对于所述第二板的支撑梁平行的且错开布置的支撑梁，使得所 述第四板的支撑梁相对于第二板的支撑梁在平行的且交替的通道中延伸。更加优选地，开工加热炉的加热构件被布置成正方形排列，且支撑梁穿过加热 构件之间的对角通道。然而在等效实施例中，支撑梁穿过加热构件之间的正交通道。在优选的实施例中，支撑板外部框架为大致垂直于细长加热构件的方向的环。 支撑梁例如可以被实现为金属管，金属管在端部处被焊接至所述外部环状框架。如技术 人员所清楚的，类似于垂直和平行的术语是相对于建造的正常公差而言。所述加热构件可以被实现为电阻器。在本发明优选实施例中，所述加热构件的 每个基本上包括外壳和放置于壳内的且于所述外壳电绝缘以防止短路的电子加热元件。本发明的目的还在于提供装备有开工加热炉的氨转换器或氨反应器。本发明的 另一目的为用于通过移除现有开工加热炉且在氨反应器原容器中配备根据本发明的开工 加热炉而改进氨反应器的方法。本发明的主要优势在于，通过有效可靠的方式支撑开工加热炉中的细长加热构 件不受注入氨反应器的反应剂气流导致的应力和振动影响。更具体地说，与支撑梁直接 接触给加热构件提供支撑，抵抗任何垂直于加热炉的纵向轴线的方向上的径向移位。如上所述，具有不同地布置的支撑梁的板提供在防止气流导致的振动方面提供 协同效果。交替放置形成板组的板的支撑梁是特别优选的，因为给定的加热构件均受每 个板组中某一板的支撑梁直接接触，几乎没有或只有微不足道的空隙，从而加热构件受 支撑而不在特定方向上移位。结果，加热构件能安全地防止不利的气流导致的振动。借助于下文中对优选实施例的描述和附图，本发明的这些和其它优点将更加清
林 疋。
图1为装备有根据本发明的一实施例的内部开工加热炉的氨转换器的示意性截面图。图2为图1所示的氨转换器的开工加热炉的细节。图3-6为图所示的开工加热炉的支撑梁和支撑板的布置的示意图。图7为开工加热炉的典型的横断面图。
具体实施例方式
参考图1，示出了三床式氨反应器或转换器1，该反应器包括容器2，该容器2包 括催化床3，4，5且具有中间淬火热交换器6，7。反应器1装备有内部电子开工加热炉 10 ；图1中还示出了容器2的高压盖12。加热炉10是基本上与容器2同轴的圆柱形装备，由容器壁8环绕。加热炉10的主要部件包括用于与高压盖12连接的支承法兰13，电子连接器 14，支撑多个细长加热构件的片材15，片材15沿平行于加热炉10自身的纵向轴线X-X 方向延伸。所述轴线X-X与主容器2的轴线一致。操作中，气体反应剂在上端入口 11处进入容器2且流入环形空间2a，向上流动 时在热交换器7和6中预热，然后流入围绕容器壁8间隙8a，通过入口 8b进入空隙8c， 因此轴向通过加热炉10并且与加热构件相接触，达到期望温度450-480°C左右。在开工 加热炉10的出口处，反应剂通入第一催化床3，在此氨转换启动。图1和图2中气体反 应剂的路径由箭头标出。技术人员熟知此类氨转换器，因此不再进一步详述。在优选实施例中，加热构件为U形铠装棒形式的电阻16，包括外部片材和与所 述外部片材电绝缘的内部加热元件。优选地，所述棒以压缩的氧化镁粉填充，使加热元 件与外部片材绝缘。内部元件通过电流的通过而加热。在加热炉10的横断面中，以正方形排列布置电子棒16，即排列成平行的行和列 (图2至7)。加热炉10还具有用于加热构件(即用于所述电子加热棒16)的支撑板20。所述 支撑板20被布置在垂直于纵向轴线X-X的平面中，并且由纵向连结棒23连接，形成用 于所述棒16的支撑笼。板20基本上形成有外部环形框架和平行梁，平行梁具有被固定 至所述环形框架的相对端。根据本发明的一实施例，开工加热炉10包括具有与加热棒16接触的垂直且错开 的梁的支撑板20。在给出的示例中，所述板20被布置成多个四板的组。每一板组按顺序包括四个 不同结构的板20A，20B, 20C和20D。 图2示出包括所述板20A-20D的四板组20，和 另一邻近的四板组20”。第二组20”所述板20A-20D遵循第一板组20，的顺序，以此类推。图3示出了第一支撑板20A的细节和布置。板20A基本上由环21和平行支撑 梁22A形成，平行支撑梁22A在加热棒16之间的交替对角通道N中延伸。支撑梁22A 的尺寸(例如直径或等同参数)基本上等于棒16对角行之间的间隙“t”(图3)，使得 每一梁22A与和其相邻的两对角行相接触。优选地，梁22A以被焊接至圆环21的管制 成，所述管的标准直径等于间隙“t”。图4示出板组20，的下一板20B。所述板20B的支撑梁22B也为对角的，但被
7布置在垂直于所述板20A的梁的方向上。因此，梁22B被安置于棒16之间通道P中， 被布置与接收第一支撑板20A的梁22A的通道N成90°。所述第三板20C (图5)具有平行梁22C，平行梁22C被布置在与第一板20A的 支撑梁22A相同的方向上，且在对角通道N中延伸。然而，第三板20C的梁22C与第一 板20A的梁22A错开排列，其距离等于相邻的两个加热棒16的对角行之间的距离。这 可通过在图3至图5之间进行比较的附图理解，考虑附图标记为16*的加热棒，该加热棒 与支撑板20A右上第一支撑梁22*相接触，而支撑板20C第一右上支撑梁22C位于下一 对角通道中，不与此加热棒16*相接触。所述第四板20D的支撑梁22D被布置在与第二板20B的梁22B相同的方向上， 在对角通道P中延伸且以同样方式错开排列。取决于加热器10的长度以及加热构件16的布置，可改变板组的数量以及每个组 中板20的数量。某些板组，例如最后一组，可能不完整，例如包括三块板或更少。注意，根据在此作为示例所描述的实施例，板22B和22D或者22A和22C的支 撑梁分别是互补的，即置入对角通道N或P的互补组中。图7是加热炉10的典型截面，显示连续的不同板组允许提供在至加热棒16的 每侧上的径向支撑。给出的棒16由每一梁22A-22D以协同方式支撑，因此能防止在垂 直于X-X的任何方向上的可能的振动。应理解，由于与支撑梁22A-2D接触，加热棒16的自然振动模式被转换成更高 频率，导致加热炉10对气流导致的振动更不敏感。然而，与此同时，加热棒16也不受 任何机械限制，且例如允许热量的自由扩散。图7也示出加热棒16覆盖了预热装置有效横截面的大约50%，剩余50%的横截 面用于气流通过空隙24。根据本发明可以实现所述板和支撑梁的可替选的几何布置。例如，在一种实施方式中可以将支撑梁被装配到加热构件16之间的正交通道L 和M(图3)中。在等同实施例中，第一板20A具有在交替通道中M中的垂直梁，且第 二板20B具有在交替通道L中的水平梁。在该实施例中，第三和第四板20C，20D具有 相对于所述板20A与20B平行且错开排列的平行梁。在另一实施例中，所述板20的梁可以例如被排列在加热构件16之间的两个相邻 通道中，然后跳过两个通道且提供另外两支撑梁，等等，或由此产生的任何变化。在改进操作中，本发明的开工加热炉10可以替换氨反应器的现有内部加热炉。 参考图1，改进的基本步骤为从高压盖12的顶部孔中移除现有加热炉，并通过所述盖 12的原孔提供具有与原加热炉的整体直径相同的新加热炉。提供对气流导致的振动更不 敏感的新加热炉使得可以增加反应剂的注入流速，进而提高至催化床的质量流量和整体 转换器1的生产率。应注意，无需减少反应空间或对容器2或顶盖12做出任何修改就能 获得所述优势。
权利要求
1. 一种用于氨反应器(1)的内部开工加热炉(10)，所述加热炉(10)包括沿所述加热 炉(10)的纵向轴线X-X延伸的多个细长电子加热构件(16)，其特征在于所述加热炉(10)包括用于所述加热构件(16)的多个支撑板(20)，每个支撑板包括外 部框架(21)和平行布置的支撑梁(22A-22D)，所述支撑梁的相对的端部固定至所述外部 框架，所述支撑梁布置在垂直于所述纵向轴线X-X的平面中且位于所述加热构件(16)之 间的通道(L，M，N，P)中，与所述加热构件接触，所述支撑板(20)布置成具有至少第一板和第二板的至少一个板组(20’，20”)，所 述第一板(20A)的所述支撑梁(22A)与所述第二板(20B)的支撑梁(22B)的布置不同。
2.根据权利要求1所述的加热炉(10)，其中，所述至少一个板组(20’)包括至少第 一板(20A)和至少另一板(22B)，所述至少第一板具有沿第一方向布置在垂直于所述加 热炉(10)的所述纵轴线(X-X)的平面内的平行支撑梁(22A)，所述至少另一板(20B)具 有沿第二方向垂直于所述第一方向布置在所述平面中的平行支撑梁(22B)。
3.根据权利要求1或2所述的加热炉(10)，其中，所述至少一个板组(20’)包括 至少第一板(20A)和至少又一板(20C)，所述至少第一板具有沿第一方向布置在垂直于 所述加热炉(10)的所述纵轴线(X-X)的平面内的支撑梁(22A)，并且所述至少又一板 (20C)具有相对于所述第一板的支撑梁(22A)平行且错开的支撑梁(22C)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的加热炉(10)，其中，所述板(20)的平行支撑梁 (22A-22D)等距间隔开。
5.根据前述权利要求中任一项所述的加热炉(10)，其中，至少一些板组(20’， 20”)包括具有在由所述细长加热构件(16)形成的行和/或列之间的交替通道(L，M， N，P)中延伸的支撑梁(22A-22D)的板(20A-20D)，使得每个板组在所述通道的每一个 中具有至少一个支撑梁。
6.根据权利要求5所述的加热炉(10)，其中，所述加热炉包括至少一个包括四个板 的板组(20’)，按顺序包括第一板(20A)，具有在所述加热构件(16)之间的交替通道中延伸的平行的等距分隔 的支撑梁；第二板(20B)，具有在所述加热构件(16)之间的交替通道中延伸的的支撑梁，所述 第二板的支撑梁垂直于所述第一板的支撑梁；第三板(20C)，具有相对于所述第一板的支撑梁平行且错开的支撑梁(22C)，使得所 述第三板(20C)的支撑梁(22C)相对于所述第一板(20A)的支撑梁(22A)在平行且交替 的通道中延伸；第四板(20D)，具有相对于所述第二板的支撑梁平行且错开的支撑梁(22D)，使得所 述第四板(20D)的支撑梁(22D)相对于所述第二板(22B)的支撑梁(20B)在平行且交替 的通道中延伸。
7.根据权利要求6所述的加热炉(10)，其中，所述加热构件(16)被布置成正方形排列。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的加热炉(10)，其中，所述板的支撑梁 (22A-22D)在所述加热构件(16)之间的对角通道(N，P)中延伸。
9.根据权利要求5至7中任一项所述的加热炉(10)，其中，所述板的梁(22A-22D)在所述加热构件(16)之间的正交通道(L，M)中延伸。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的加热炉(10)，包括多个连续的所述四个板的 板组(20’)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的加热炉(10)，其中，所述加热构件(16)的每 个为铠装电阻器，所述铠装电阻器包括外壳和在所述外壳内的电子加热元件，所述加热 元件与所述外壳电绝缘。
12.一种适于使氢和氮反应以产生氨的氨转换器(1)，所述转换器(1)包括容器(2)和 根据前述权利要求中任一项所述的内部开工加热炉(10)。
13.—种用于改进氨转换器(1)的方法，该氨转换器(1)包含容器(2)和所述容器(2) 内的开工加热炉(10)，所述方法包括以下步骤从所述容器(2)中取出现有的开工加热 炉，并且将根据权利要求1至10中任一项所述的开工加热炉(10)装配到所述容器(2) 中。
全文摘要
一种用于氨反应器(1)的内部开工加热炉(10)，所述开工加热炉(10)包括纵向加热构件(16)和用于所述加热构件(16)的支撑结构，该结构包括具有接触所述加热构件(16)的平行支撑梁(22A-22D)的板(20A-20D)，其中，所述板被布置成由至少第一和第二板形成的板组，所述第一板和第二板具有被不同地布置的支撑梁。
文档编号B01J8/02GK102015089SQ200980115299
公开日2011年4月13日 申请日期2009年4月16日 优先权日2008年4月30日
发明者埃尔曼诺·菲利皮, 恩里科·里奇, 麦克·塔罗奇 申请人:阿梅尼亚·卡萨莱股份有限公司