专利名称：组合冷管内部换热催化反应器的制作方法
技术领域：
本实用新型的内容是关于内部进行热交换的催化反应器，是一种化学反应工程单元操作设备。可用作氨合成塔，甲醇合成塔和其他需要内部进行换热的化工设备。
现有技术中有一种由南京化学工业公司设计院本人参与设计的φ800mm双层并流交叉换热的氨合成塔，虽然与同样规格的其他类型氨合成塔相比，操作稳定，弹性大。在操作条件基本相同情况下，氨产量是其他类型塔的1.4倍。但是，该塔装填催化剂非常复杂，既费工又费力。南化设计院也曾做过一些改进，即改成对向流动低阻力催化反应器并取得了专利权(专利号85204137·3)。这一改进的主要成果是把原来的分段装填催化剂改成一次装填催化剂。该设备集气盒采用菱形集气器，冷管组则由上下环管和以冷管组成。通过实际制造，安装和使用，发现制造安装仍旧比较困难。某些部件的组焊焊缝无法进行中间检查，焊完后试压，如发现泄漏，返修比较麻烦，制造质量较难保证。投入使用后的检查修理较为不便。
造成制造、安装困难和制造质量难保证等问题的原因是由如下结构所致菱形集气器，它是一个铆焊件，但制造精度要求又高，在内件组装时不得不采取强行安装，既增加了劳动强度又使设备的某些部件产生了过大的安装应力。因此，导致了使用寿命不长。这种结构的集气器使安装后的内件拆卸一定要采用割开催化剂筐筒体的破坏性拆卸，所以对在运输中易损坏的冷管组不能进行现场安装前的复检，往往在投产不久就发生泄漏。同时还会造成冷管布置不均匀致使催化剂层，同平面温差较大和催化剂装填不流畅等问题。
冷管组，它主要是由上下环管和四层冷管组成。由于密焊在环管上的冷管有四层，故一次性焊接质量要绝对保证。否则，该冷管组焊完后进行试压，发现渗漏返修很困难。最后焊接的两层冷管，在施焊时有看不见熔池的部位，所以焊接质量很难保证。
该设备的催化剂筐上部盖采用焊死结构，这样对催化剂的更换，内部填料箱填料的更换和冷管组、集气器的检查更换都有困难。
本实用新型的目的在于提供一种优于上述对向流动低阻力催化反应器。该设备在制造、检查、安装、更换催化剂和检修方面都比较方便，冷管布置更加均匀，高压空间的利用更加充分。与原对向流动低阻力催化反应器相比，本实用新型的冷管组采用组合冷管组；集气器采用了星形集气器，催化剂筐上部顶盖采用了温差式自紧密封。组合冷管组，是由一个或多个大小不同的冷管组套装而成的。每一冷管组仅有两层冷管焊接在环管上，这样冷管与环管焊接时没有看不见熔池部位的缺点，焊完后试试压发现渗漏容易返修。所有焊缝都能进行检查，冷管组的质量容易保证。星形集气器的径向截面空隙大，制造精度要求不高，结构又很简单，制造容易。星形集气器与组合冷管组配合使用可使催化剂筐内件拆装自如，减少了组装的工作量和劳动强，避免了安装应力的产生。对在运输中可能会造成损坏的冷管组能进行复检返修。冷管分布比原“反应器”均匀，以减小同平面温差。催化剂的装填量比原“反应器”增加百分之一点五以上，提高了高压空间的利用率。星形集气器径向截面空隙大使下段催化剂在装填催化剂时流动畅通，所以可装填得比原塔匀实。催化剂筐上部顶盖采用温差式自紧密封的可拆结构。这样，对催化剂的更换，内部填料箱填料的更换，冷管组和集气器的检查修理和更换都比原“反应器”方便。本设备根据需要可做成反应气体在两段催化剂层中的流向可认是对向的也可以是背向的(背向时星形集气器改成星形分布器)。
附图描述了本实用新型的一个实例。
图1 为组合冷管内部换热催化反应器总体示意图。
1－冷气入口2－催化剂筐筒体
3－壳体4－冷气出口5－气体入口6－器内换热器7－中心管8－下组合冷管组9－上组合冷管组10－上段催化剂层11－下段催化剂层12－星形集气器13－导气管14－气体出口15－副线进口本图描述了组合冷管内部换热催化反应器，它由壳体(3)、催化剂筐筒体(2)，上组合冷管组(9)、星形集气器(12)，下组合冷管组(8)等组成。气体从冷气入口(1)进入设备，经催化剂筐筒体(2)和壳体(3)之间的环隙自上而下通过设备从冷气出口(4)流出，用来保护壳体(3)不致过热而造成氢腐蚀。这股气体出“反应器”后进入“反应器”外换热器中被加热后经中心管(7)上升到催化剂筐顶部腔内，分别进入上组合冷管(9)和下组合冷管组(8)。该气体流经两冷管组，带走催化剂层中的反应热。从上组合冷管组流出的原料气进入下段催化剂层(11)。从下组合冷管流出的原料气进入上段催化剂层(10)如此，以平衡上、下段的反应温度。原料气流经催化剂层并进行化学反应。未反应的原料气和反应产物一起流出催化剂层，经星形集气器(12)进入中心管(7)和导气管(13)所构成的环隙流入器内换热器(6)的管内。气体在“反应器”内换热器中换热后从气体出口(14)流出本设备。当反应气的温度过高时从副线进口(15)通入适当冷气以达调节温度的目的。
图2星形集气器主视图图3星形集气器俯视
图16－U形卡子17－金属丝网18－连接圈19－连接板20－多孔板21－板条22－自调心毂筒图2和图3描述了星形集气器，它由自调心毂筒(22)、板条(21)和连接圈(18)等组成骨架。在板条上铺焊一层多孔板(20)(当侧压不大时可不铺焊多孔板)再裹金属丝网(17)最后用U形卡子(16)和连接板(19)固定。
图4温差式自紧密封结构示意图23－密封元件24－较高温度的内密封面25－较低温度的外密封面26－隔热层图4描述了温差式自紧密封结构，它由密封元件(23)(该零件可采用多种型式)与具有较高温度的内密封面(24)和具有较低温度的外密封面(25)以及隔热层(26)构成。这种密封结构主要是依靠内外密封面的热膨胀量的不同(内大外小)产生自紧，达到密封的目的。
图5为现有技术冷管组示意图27－气体引入管28－上环管29－冷管30－下环管31－气体引出管图5描述了现有技术冷管组，它主要由上环管(28)下环管(30)和四层冷管(29)结成。在组焊时最外层冷管与环管焊接的内侧熔池无法看到，难以保证焊接质量。该处焊缝也无法检查。在组焊完毕后如试压发现中间两层冷管焊缝泄漏时不能进行非破坏性返修。
图6本实用新型改造后的组合冷管组示意图32－气体引入管33－外冷管组上环管34－内冷管组上环管35－外冷管组下环管36－内冷管组下环管37－冷管38－气体引出管图6描述了组合冷管组，它由外冷管组上环管(33)、外冷管组下环管(35)和冷管(37)组成外冷管组。由内冷管组上环管(34)、内冷管组下环管(36)和冷管(37)组成内冷管组。再将组焊检验合格后的内、外冷管组套装成组合冷管组。由于每一冷管组只有两层冷管与环管组焊，故组焊时所有熔池都能看见，所有焊缝都能检查。试压后发现渗漏容易返修。
本实用新型在制造、安装、检查及维修方面比现有技术具有突出的优点，因而也具有显著的经济效益。
权利要求1.一种催化剂床层埋设冷管组的轴向流动催化应器，其特征在于催化反应器由上组合冷管组(9)、星形集气器(12)、下组合冷管组(8)及温差式自紧密封装置组成。
2.按权利要求1所述的催化反应器其特征在于每一冷管组是由两层冷管与环管组焊而成，且由两个或多个大小不同的冷管组套装成组合冷管组。
3.按权利要求1所述的催化反应器其特征在于气体集气盒采用了星形集气器，它由自调心毂筒(22)、板条(21)和连接圈(18)组成骨架。在板条上铺焊一层多孔板(20)，裹金属丝网(17)再用U形卡子(16)和连接板(19)固定。
4.按权利要求1所述的催化反应器其特征在于催化剂筐上部顶盖采用了温差式自紧密封的可拆结构。
专利摘要本实用新型是一种内部换热催化反应。适用于氨合成或甲醇合成等场合的化工单元操作设备，主要特征是反应器内催化剂床层埋设的冷管组是由两个或多个用两层冷管与环管组焊成的冷管组套装成的组合冷管组。气体集气盒采用星形集气器，催化剂筐上部顶盖采用了温差式自紧密封可拆结构，具有易制造、安装、检查、维修等突出优点及显著的经济效益。
文档编号B01J8/04GK2093693SQ91213979
公开日1992年1月22日 申请日期1991年6月29日 优先权日1991年6月29日
发明者孙多培 申请人:南京化学工业(集团)公司设计院