专利名称：氨合成塔的制作方法
技术领域：
本实用新型的内容为中小氨厂高效节能型合成塔。是一种化学工程单元操作设备。它应用于氨的合成；也可应用于甲醇的合成。
传统的氨合成塔是轴向触媒层，层内埋有冷管，以移去反应热，维持触媒层温度在适宜范围。近代大型氨合成塔发展的趋向则是多段径向触媒层，每层绝热反应，层间以冷激或间接换热降温。如丹麦Topsoe公司的径向氨合成塔，瑞士Casale公司的轴径向氨合成塔。其优点是可以采用小颗粒触媒，提高触媒的活性，并同时降低触媒层的阻力。上列情况如Umberto Zardi,Review these developments inammonia and methanol reactors,Hydrocaron Processing,Vol.61,No.8,P129－133(1982)一文所述。
传统的轴向氨合成塔由于阻力过大，故限制了其能力的发挥。近代大型氨合成塔的直径达2.0～3.2m，其径向触媒层较厚，且可方便地在塔内设置气体分布器和处理复杂的结构。我国中小型氨厂合成塔的直径通常为600mm、800mm和1000mm；由于塔径小，采用径向触媒层便受到了极大的约束。
本实用新型的目的在从中小型氨合成塔的特点出发，改进其结构，以解决传统轴向塔阻力过大的缺点；又不套用大型径向塔，避免在实施中产生的高难度，及由此而产生的相反效果。
本实用新型是轴向触媒层而不是径向触媒层；但不同于传统的轴向氨合成塔。传统的轴向氨合成塔触媒筐顶部为一段绝热层，其下部为冷管层，冷管层为气体反应的主层，全气量通过所有触媒层；触媒层是全塔阻力主要所在之处。
本实用新型的结构特点是增加塔的流通断面；减少通过同一断面气体的流通量；根据触媒所处位置合理选择其粒度；改善触媒层的温度分布状况；在简化结构的基础上同时提高其效率。
本实用新型有两种实施方法。
第一种方法触媒筐顶部为两段(或三段)绝热层，层间采用平钣式冷激气分布盒，其下才是冷管层。
两段绝热层由于其内无冷管，气体流通断面相应增大；而且第一绝热层尚不是全气量通过，故这两段绝热层的阻力较低。两段绝热层之下才是冷管层；冷管可以是三套管、单管并流或双套管；由于气体经两段绝热层后，到冷管层的反应速度已经缓慢了，故触媒粒度对其活性的影响也随之削弱，从而这一层触媒的粒度可以适当放大，以避免出现过高的阻力。另外，由于这一冷管层已远较传统的轴向塔内的冷管层短，这一点也使得这一触媒层的阻力下降。冷管内由于气体流通量减少，再加上冷管缩短的因素，故阻力也下降得很多。这样，全塔的阻力便可以保持在较低的范围。由于第一绝热层内气体流通量较少，故可使温度上升得较快；气体出第一绝热层经冷激后在第二绝热层温度又回复到适宜范围；在冷管层由于反应速度已经缓慢，冷管需移出的热量不多，故可使这一层的温度由高到低缓缓下降，保持在最适宜范围。所以，就触媒层的温度分布状况而言，这一方法较之传统的轴向氨合成塔为好，比近代的径向氨合成塔更佳；加之冷管层的负荷较低，故操作弹性很大，在宽广的操作条件下均能保证具有很高的氨净值。
平钣式冷激气分布盒不同于英国ICI公司的菱形式冷激气分布器。菱型式冷激气分布器的形状在满足大直径塔对结构强度的要求；它本身具有足够空间以迫使反应后热气体向器内集中而加强与冷激气混匀的效果；它与内筒壁和中心管之间留有足够间隙以便于触媒的填装。这样，菱型式冷激气分布器便很难应用于中小型氨合成塔。平钣式冷激气分布盒也不同于丹麦Topsoe公司，瑞士Casale公司和美国Kellogg公司等仅以简单的盘管分布冷激气。那样，在中小型氨合成塔内不能保证冷热气体的均匀混合。平钣式冷激气分布盒为两块多孔平钣组成一个盒子，它延伸于整个塔的断面，上面的多孔平钣又是触媒的托篦，与下面的多孔平钣连成一体，这样的结构很宜于加强平钣的强度；盒内置冷激盘管，盘管上开小孔，冷激气由此喷出，冷热气体在盒内的混合和分布非常均匀；它所占的空间小；触媒则可逐层填装，也很方便。平钣式冷激气分布盒非常适宜于中小型氨合成塔。
图1为第一种方法的简图。
1——外壳2——触媒筐3——换热器4——开工电炉5——入气口6——配气盒7——冷管8——第一段绝热层9——冷激气入口10——平钣式冷激气分布盒
11——第二段绝热层12——冷管层13——出气口14——副线进气口
图1所示为一具有高压外壳(1)、触媒筐(2)、换热器(3)和开工电炉(4)组成的氨合成塔。气体自入气口(5)进入外壳(1)和内筒间的环隙，从下部进入换热器(3)的管间，再经配气盒(6)的下层进入冷管(7)的内冷管，折入内外冷管的环隙，流入配气盒的上层，再经盛有开工电炉(4)的中心管，然后经第一段绝热层(8)反应，温度随之升高，冷激气由冷激气入口(9)送入平钣式冷激气分布盒(10)内盘管，由盘管上小孔喷出，与反应后的热气体在平钣式冷激气分布盒(10)内均匀混合和分布，使反应后的热气体温度下降，再依次经第二段绝热层(11)及冷管层(12)继续反应，并依靠冷管保持触媒温度于最适宜范围，最终反应后的气体经换热器(3)管内从出气口(13)流出；第一绝热层入口温度可籍从副线进气口(14)送入的副线气调节。
第二种方法触媒筐内没有冷管层，全部系三段(或四段)绝热层组成。第一、第二段绝热层为单层，第三段绝热层为双层并联。两段绝热层之间仍采用平钣式冷激气分布盒降温。
在绝热层内无冷管，气体的流通断面大；而且第一、第二段绝热层均不是全气量通过，故这两段绝热层的阻力是很低的；第三段绝热层虽系全气量通过，触媒层也高，由于把它分为了双层并联，阻力大为下降；故即使采用小颗粒触媒，全塔的阻力也很低；这种单层与双层并联的结合，又可简化设备结构。由于第一绝热层内气体流通量更少，故可使温度上升得更快；气体出第一、第二绝热层经冷激后又可使以后的反应温度回复到适宜范围；所以，就触媒层的温度分布状况而言也是合理的。特别是结构更为简单，触媒在塔内的填充系数大；这样，就能补偿冷激带来冲淡已经反应后气体氨浓度这一因素，从而保证具有高的氨净值。
图2为第二种方法的简图。
15——外壳16——触媒筐17——换热器18——开工电炉19——入气口20——第一段绝热层21——第一段冷激气入口22——第一段平钣式冷激气分布盒23——第二段绝热层24——第二段冷激气入口25——第二段平钣式冷激气分布盒26——第三段绝热层上部27——连通管28——第三段绝热层下部29——集气管30——出气口31——副线进气口图2中所示亦为一具有高压外壳(15)、触媒筐(16)、换热器(17)和开工电炉(18)组成的氨合成塔。气体自入气口(19)进入外壳(15)和内筒间的环隙，从下部进入换热器(3)的管间，再经盛有开工电炉(18)的中心管，然后经第一段绝热层(20)反应，温度随之升高，第一段冷激气由第一段冷激气入口(21)送入第一段平钣式冷激气分布盒(22)内盘管，由其上之小孔喷出，使反应后之热气体温度下降，再进入第二段绝热层(23)继续反应，温度随之再次升高，第二段冷激气由第二段冷激气入口(24)送入第二段平钣式冷激气分布盒(25)内盘管，以再次降低反应后热气体的温度，然后一部分气体由上而下进入第三段绝热层上部(26)，另一部分气体经连通管(27)由下而上进入第三段绝热层下部(28)，两部分气体在第三段绝热层内最终反应后于集气管(29)内汇合，由热交换器(3)管内从出气口(30)流出；第一段绝热层(20)进口温度可籍从副线进气口(31)送入的副线气调节。
本实用新型的目的在提供一种新的结构，特别适用于直径600mm、800mm和1000mm等中小型氨合成塔。其突出的优点是结构简单可靠、维修易、寿命长；操作简便、弹性大；能力高；按第一种方法实施，触媒填充系数约为50～52％，阻力约为0.5～0.6MPa，氨净值可以达到14～16％；接第二种方法实施触媒填充系数约为56～50％，阻力约为0.2～0.3MPa，氨净值可以达到14～15％。
在相当的负荷和操作条件下运转，氨净值越高，标志着反应的效率越高，塔的阻力越低，标志着能耗越低；而高的氨净值将使得在整个氨的合成工序中节约冷却水和冷冻量，增加所产蒸汽；并同时减少循环气量和系统的阻力；最终均反映在能量的节约。
本实用新型与传统的轴向氨合成塔比较，能力约可以提高25～50％；在此基础上氨净值约可以增加2～3％，塔阻力约可以降低0.6～1.2MPa；与此相对应，每生产1000kg氨约可节约能耗8～10GJ。
氨合成塔在较高的负荷下以按本实用新型第一种方法实施较好；氨合成塔在更高的负荷下以按本实用新型第二种方法实施较好。
权利要求一种立式轴向流动的氨合成塔，其特征在于触媒分为三段或四段；除最后一段外，其余各段为绝热层，最后一段可以为绝热层，也可以为冷管层；各绝热段之间为平钣式冷激气分布盒，通冷激气与反应后之热气体在此混合降温；前面各绝热段采用单层，后面各绝热段采用双层；平钣式冷激气分布盒由两块多孔平钣组成一个盒子，它延伸于整个塔的断面，上面的多孔平钣又是触媒的托篦，与下面的多孔平钣连成一体；盒内置冷激盘管，盘管上开小孔，冷激气由此喷出；冷热气体在盒内均匀混合并分布。
专利摘要本实用新型是中小氨厂高效节能型合成塔；是一种化学工程单元操作设备。特别适用于直径600、800和1000mm的中小型氨合成塔；也可用于甲醇合成塔。本实用新型有两种实施方法第一种方法触媒筐顶部为两段绝热层，段间采用平钣式冷激气分布盒降温，其下才是冷管层；第二种方法触媒筐为三段绝热层，第一、第二段为单层，第三段为双层并联，段间亦采用平钣式冷激气分布盒降温。本实用新型与传统的轴向塔比较，能力约可提高25～50％，氨净值约可增加2～3％，塔阻力约可下降0.6～1.2MPa；每生产1000kg氨约可节约能耗8～10GJ。
文档编号B01J8/04GK2095710SQ9021440
公开日1992年2月12日 申请日期1990年8月4日 优先权日1990年8月4日
发明者郭春霞 申请人:郭春霞