专利名称：直接换热式合成塔内件的制作方法
技术领域：
本发明是关于用在进行气固相催化反应过程的合成塔内件，特别是用于氨或甲醇的合成。
用于催化合成反应过程的合成塔主要有三类，1＞连续内部换热式，也称冷管式;2＞间接换热式;2＞直接换热式。
直接换热式合成塔，由于调温方便，能在较低压力下使用在大型(日产一千吨以上)的合成氨厂或甲醇厂中。在美国专利US3475136(1969年10月)中对它有详细的描述。同时由于该种合成塔工作压力低(150巴左右)，触媒体积大，存在有触媒利用系数低、氨净值不够高、合成塔对各种工艺流程适应性不好的缺点，国外有的厂家开始改用间接换热结构的合成塔或将间接换热结构和直接换热结构合并的改进型合成塔。在国外迄今尚未看见有中、小型合成氨厂合成塔采用直接换热式结构的报导。然而在我国中、小型合成氨或甲醇厂却均采用连续内部换热式合成塔(合成塔通用设计(VSH版)Pg320Dg500～600上海化工设计院)，它只有一个催化床层，由于床内冷管结构复杂、压力降大，在触媒升温还原时容易使触媒反复地还原和氧化，从而使触媒较快地降低了活性，并且合成塔内件焊缝常被热胀冷缩时的内应力拉裂后漏气造成停产更换内件。为此。本发明者在中国专利CN87100963的发明申请中提出了适合于大、中、小型合成氨或甲醇生产的新型的直接换热式的合成塔，其直径在0.5～5米之间。解决了上述两类合成塔存在的缺点。该塔内件由2层以上的催化床和下部的热交换器所构成，合成塔的直径在0.5～5米之间。在催化床之间用冷热气体混合器支持触媒并隔开催化床，气体混合器由低温调节气喷头、水平支持筛板、锥形外挡气环、园柱形内挡气环、锥形下挡气环、筋板和布气板七部分机械连成整体的组合件，它是活动的，可以取出和装入，操作运行时它被机械地固定在托圈上。经过年多来的实践，许多小型合成氨厂原来的外部设备只要进行较小的变动，合成氨的产量可提高30～60%，经济效益十分显著。但是该发明的实际应用中。发现了一些缺点，该合成塔在装填和卸出触媒时比较麻烦，更换触媒要化较多的时间，另外中心管上部死气层较高，高压空间的利用还未达到最好状态。鉴于以上已有技术存在的缺点，本发明的目的是保留上一发明的优点，将其结构进行适当的改进，发明一种更加适合中、小型合成氨或甲醇的合成塔内件，其直径在0.45～1.6米之间。其结构简单，易于制作，便于装、卸触媒，充分利用高压空间，提高了生产能力。
本发明的合成塔内件是适宜进行氨或甲醇的催化合成反应的，以轴向流动直接进行换热的合成塔内件，它由上部的两层以上的催化床和下部的热交换器所构成，其特征是由锥形支承筛板、园柱形内布气环和锥形下挡气板等构成的上、下两个漏斗状的气体混合器所隔开，冷热气体混合器直接焊接固定在内件壁上，内件直径在0.4～1.5米之间，适宜压力为200～300巴。
冷热气体混合器由低温气调节喷头、支承触媒的锥形筛板、锥形下挡气板、锥形外挡气环和园柱形内布气环五部分机械地连接为一个整体。它们的相对位置为在低温气调节喷头的上面是支承触媒的锥形筛板，外面是锥形外挡气环，里面是园柱形内布气环，下面是锥形下挡气板，它们被机械地连接在一起成为整体组合件，构成方便装卸触媒的上下漏斗状的机械装置，将它放在焊在内壁上的托圈上，再用环状固定板将整体件与内件壁焊接起来。气体混合器里面的园柱形布气环的直径比中心管大许多，可让触媒从上往下顺利地通过。
通入内件内的低温气是经过外筒顶盖低温气进气管分别进入各催化床间气体混合器由喷头喷出，与从筛板进入气体混合器空间的热反应气相混合，再经过园柱形布气环进入中部，从轴向向下进入下一层催化床进行反应。测量各催化床的热电偶从穿过顶盖固定的热电偶套管中插入。
本内件焊接固定了丝网定位栅，固定和缩短了筐盖和中心管顶端的丝网定位栅的距离，栅中部增加了中心管套管，让减短以后的中心管在套管内可以自由伸缩，不致因热胀而顶坏内件筐盖，同时也增加了触媒的容量。
本发明除了保持中国专利CN87100963发明申请中用于中、小型生产厂的合成塔的优点以外，本发明还可以适用于提温型、热水型、经典型(无热回收)的各种流程，比较国际上直接换热式合成塔只适应于提温型流程这点上是有了显著的进步。本发明内件由于固定了冷热气体混合器，改进了部件结构，装卸触媒十分方便，节省了触媒装卸时间2～3天，而以直径为600毫米的合成塔为例计算，一天的产值可达到6～7万元。本发明对内件的顶部进行了改进，丝网定位栅焊接在内筒壁上，固定它与内件筐盖的距离，中心管顶端丝网定位栅处增加了套管，中心管在里面可以自由伸缩，避免了热胀中心管顶坏触媒筐盖，同时还缩短了丝网定位栅与筐盖之间的距离，可以增加触媒层的高度，加上改进气体混合器以后亦可多装触媒，所以内件的触媒装填量有了较多的增加，相应地提高了合成塔的生产能力。
现有图例表示本发明的一个典型结构
图1为合成塔的轴向剖视图;
在图1中，内件10安装在承压外筒11内，内件10包括4个催化床层，其中有12A、12B、12C、12D四催化床层间的冷热气体混合器的结构相同，都是焊在内件10的内壁上来固定，只有催化床12D支承筛板20D是水平园形筛板，上面加工有可以穿过中心管的孔。
内件的三个冷热气混合器整体组合件是由锥形支承筛板20A、20B、20C，园柱形布气环26A、26B、26C，锥形下挡气板30A、30B、30C，低温调节气喷头22A、22B、22C，锥形外挡气环24A、24B、24C五种部件组成。它们分别放在催化床的托圈14A、14B、14C上以后，再用环状固定板28A、28B、28C将冷热气混合器焊接在内件壁上。托圈是直接焊接固定在内件10的壁上。冷热气混合器上留有低温进气管32，热电偶套管50的穿孔。中心管62与园柱形内布气环的间隙能让触媒很容易通过。38为列管热交换器，36为折流板。
丝网定位栅66和中心管套筒64连在一起，并固定在内件10筒壁上。中心管62可以在套筒64中自由伸缩。
本发明的合成塔内件用于合成氨工艺过程的例子包括以下步骤<1>本发明的内件10装入承压外筒11，承压外筒可以采用原设备外筒，要另加工顶盖。按图2与外系统管线接通。
<2>在合成反应的工艺过程中的合成气的获得，可采用已知任一适宜的气化过程而得到的气体，再经过一系列的净化过程。就可以得到所需要的合格的合成气。
<3>合成气按图2或其他工艺流程进行操作、循环机出口40，合成气的温度为35℃，压力300巴，组成在表1中列出，以下按照图2所述，到合成塔二次出口46处的反应气温度为290℃，压力为295巴，气体组成如表1所示，这时反应器的压降为5巴，氨净值为16.49%。本例子所使用的合成塔的直径为0.6米，催化床的触媒采用合成氨所常用的铁触媒。
表权利要求
1.直接换热式合成塔内件、一种适宜进行氨或甲醇催化合成反应的以轴向流动直接换式合成塔内件，它由上都有2层以上的催化床(12)，下部为热交换器(38)所构成，其特征是内件直径在0.4～1.5米之间，适宜压力为200～300巴，催化床间用冷热气体混合器支承触媒，并隔并两催化床，冷热气体混合器直接焊接在内件壁上。
2.根据权利要求1所述的合成塔内件，其特征是冷热气体混合器由低温气调节喷头(22)，支承触媒的锥形筛板(20)，锥形外挡气环(24)，园柱形内布气环(26)，锥形下挡气板(30)五部分机械地连接为一个整体，它们的相对位置为在低温气调节喷头(22)的上面是支承触媒的锥形筛板(20)，外边是锥形外挡气环(24)，里面是园柱形内布气环(26)，下面是锥形下挡气板(30)，它们被机械地连接在一起成为整体组合件放在托圈(14)上，然后用环状固定板(28)焊接在内件壁上。
3.根据权利要求2所述的合成塔内件，其特征是冷热气体混合器中由锥形筛板(20)、锥形下挡气板(30)和园柱形内布环(26)所形成的组合件构成了便于装卸触媒的上、下两个漏斗状的机械装置。
4.根据权利要求2所述的合成塔内件，其特征是焊接固定了丝网固定栅固定和缩短了筐盖和中心管顶端的丝网固定栅之间的距离，栅中部增加了中心管套管，使减短后的中心管在套管内可自由伸缩不致因热胀而顶坏筐盖。
全文摘要
直接换热式合成塔内件，一种直接换热式合成氨或甲醇合成塔内件。结构简单、调温方便，合成率高。由两层以上的催化床和热交换器所构成。催化床之间由冷热气混合器所隔开，混合器固定在内件壁上，它由触媒支承筛板和锥形下挡气板等构成上、下两个漏斗状的机械装置，方便触媒的装卸，可节省大修时间。本发明适合中、小型生产厂使用，可提高生产能力，安装时可保留原合成塔承压外筒，节约设备投资。
文档编号B01J8/04GK1042480SQ88107819
公开日1990年5月30日 申请日期1988年11月9日 优先权日1988年11月9日
发明者余远明, 邓万贞 申请人:余远明, 邓万贞