专利名称：一种多段绝热间接换热节能型氨合成塔的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及合成氨生产设备，具体涉及一种多段绝热间接换热节能型氨合 成塔。
背景技术：
氨合成塔是合成氨厂关键设备，氨合成塔的使用效果直接影响生产的稳定和效 益。目前使用的氨合成塔氨高压外筒的形式有两类，一类是直筒型，这种形式的高压外 筒在我国中小氮肥企业普遍使用，其缺点是大塔径上部端盖不易密封；另一类为大型合 成氨厂普遍使用的缩口型氨合成塔；按触媒筐的气体流动方式氨合成塔又可分成两类， 一类为中小型合成氨厂普遍采用的轴向触媒筐，其缺点是内件阻力大，能耗高；另一类 为大型氨合成厂普遍使用的径向触媒筐，其阻力小；按内件的换热方式主要有两大类， 一类为冷管型，如三套管、双套管、单管折流等，这类内件由于存在冷管效应，目前很 少使用；另一类为绝热型，如多段绝热冷激、多段绝热间接换热等，多段绝热冷激由于 冷激对氨含量的冲淡，因而被采用得越来越少，而多段绝热间接换热内件，由于其有较 高的单程转化率，成为目前氨合成内件的发展方向的代表型式；另外还有一些上述两种 形式的组合结构。以上各类氨合成塔在使用过程中发现存在有不同的缺陷，如设备结构 复杂、氨净值低、阻力大、触媒利用率低、维修不便等。随着氨合成塔的大型化，如何 在遵行以上内件技术发展方向的前提下，减少设备造价，提高操作、维护的便利性变得 越来越重要。
实用新型内容本实用新型针对现有氨合成塔存在的问题，提供一种多段绝热间接换热节能型 氨合成塔。本实用新型目的是这样实现的这种多段绝热节能型氨合成塔包括高压筒体， 其特征在于所述高压筒体上部径向收缩形成一颈部，高压筒体内装设一内筒，内筒与高 压筒体间形成环隙通道，内筒下部装设有有效段数的触媒筐，内筒上部装设有与各段触 媒筐相配接的换热器，内筒轴心处套装有与各触媒筐相通的集气管，各集气管出口与其 匹配的换热器相连。所述触媒筐由装设于内筒下端的一段触媒筐、二段触媒筐、三段触媒筐组成， 所述换热器由一段换热器、二段换热器和三段换热器组成，其中三段换热器冷气体入口经环隙通道与高压筒体底部入口相接，三段换热器管间出口依次 经二段换热器、一段换热器与内筒间的环隙，进入一段触媒筐，出一段触媒筐的气体依 次经触媒筐下部隔板与触媒筐底板间的间隙、内筒轴心处套装的外层集气管，进入一段 换热器的管间，经一段换热器换热后的气体经一段换热器底部出口，接二段触媒筐上部 的气体入口管；二段气体入口管进入的气体依次通经二段触媒筐外的径向分气流道、二 段触媒筐、内筒轴心处套装的次外层集气管，进入二段换热器的管间，经二段换热器换热后的气体经二段换热器的底部出口，接三段触媒筐上部的气体入口管；三段气体入口 管进入的气体依次通经三段触媒筐外的径向分气流道、三段触媒筐、内筒轴心处套装的 内层集气管、三段换热器的管内，出高压筒体顶端出口。所述高压筒体的径向收缩处设有三条副线气入口，所述副线气入口分别由与一 段触媒筐相通的一段副线管、经一段出口换热器管内与一段触媒筐相通的二段副线管和 经二段出口换热器管内与一段触媒筐相通的三段副线管组成，所述副线管的高压筒体与 内筒之间采用金属软管连接。对本实用新型的改进，所述一段触媒筐还可采用径向结构，即经换热的气体经 一段触媒筐外圆周壁面开设的分气流道径向进入一段触媒筐，径向流过一段触媒筐后再 经内筒轴心处套装的外层集气管上的集气孔进入一段集气管。对本实用新型的进一步改进，所述一段换热器还可下移设置于一段触媒筐内， 这种结构可降低本实用新型整体高度，并可取消二段触媒筐上部的气体入口管。所述高压筒体和内筒的径向收缩处分别设有检修人孔；与各换热器相通的集气 管上分别设置膨胀节。本实用新型取得的技术进步1、由于采用本实用新型结构，即高压筒体内装设内筒，内筒中装设有有效段 数的触媒筐，内筒中装设有与各段触媒筐相配的换热器，即采用了三段绝热触媒筐，段 间采用间接换热，由于触媒层没有冷管，避免了冷管型塔的冷管效应，又避免了段间采 用冷激降温冲淡氨含量的弊端，符合最佳反应温度曲线，氨净值高，具有很好的节能效果。2、由于高压筒体上部径向收缩形成一颈部，即高压筒体采用上下不同直径的变 径结构，上部筒体明显小于下部筒体，解决了大直径氨合成塔外筒的顶盖密封问题。3、由于内筒中装设三个触媒筐，由于一段触媒筐高度较低，采用轴向流动方 式，二段和三段床较高，对内件阻力起决定作用，采用径向结构，有效解决了内件流体 阻力问题。4、由于三个换热器设置于触媒筐的上部，触媒层中不设置换热器，可方便换热 器的安装、检修、更换。5、由于高压筒体设置的三个副线气进口与内筒上的副线进口用金属软管连接， 充分考虑到了内件在运行过程中由于温差应力引起的损坏。6、在高压筒体和内筒的径向收缩处均开设检修人孔，方便了内件的组装和检修。由此可见，本实用新型这种多段绝热间接换热轴径向节能型氨合成塔尤其适合 于大型合成氨装置，符合稳定、节能、大型化的发展趋势，具有较好的推广价值和潜在 的经济效益。
图1为本实用新型一轴向两径向间接换热结构示意图。图2为本实用新型全径向间接换热结构示意图。图3为图2的全径向间接换热另一种结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步描述。实施例1 如图1所示，这种多段绝热节能型氨合成塔包括高压筒体2，所述高 压筒体2上部径向收缩形成一颈部，高压筒体2内装设有一内筒5，内筒5与高压筒体2 间形成环隙通道，内筒5下部装设有三段触媒筐，即一段触媒筐I、二段触媒筐II和三段 触媒筐III，内筒5上部装设有三个与各段触媒筐相匹配的换热器，即一段换热器10a、二 段换热器IOb和三段换热器10c，内筒5的轴心处套装有与各触媒筐相通的集气管15a、 15b、15c,各集气管出口与其匹配的换热器相连。内筒5内设有两个隔板3a和3b，该隔板将内筒5内部自上而下分割成一段触媒 筐I、二段触媒筐II和三段触媒筐III，各段触媒筐自上而下装设于内筒5的下端，其中三 段换热器IOc气体入口经环隙通道与高压筒体2底部入口 1相接，经三段换热器IOc管间 换热、其出口依次经二段换热器10c、一段换热器IOa与内筒5间的环隙，进入一段触媒 筐I，出一段触媒筐I的气体依次经触媒筐I下部隔板3a与触媒筐底板4间的间隙、内筒 5轴心处套装的外层集气管15a，进入一段换热器IOa的管间，经一段换热器IOa换热后 的气体经一段换热器IOa底部出口 9a，进入二段触媒筐II上部的气体入口管6b ；气体依 次通经二段触媒筐II外侧的分气流道16b、二段触媒筐II进行反应、内筒5轴心处套装的 次外层集气管15b，进入二段换热器IOb的管间，经二段换热器IOb换热后的气体经二段 换热器IOb的底部出口 9b，接三段触媒筐III上部的气体入口管6c;入口管6c的气体依 次通经三段触媒筐III外侧的分气流道16c、三段触媒筐III进行反应、内筒5轴心处套装 的内层集气管15c、三段换热器IOc的管内，出高压筒体2顶端出口 14。高压筒体2的径向收缩处设有三条副线气入口，其中与一段触媒筐I相通的一段 副线管12a，用于调节一段反应温度；经一段出口换热器IOa管内与一段触媒筐I相通的 二段副线管12b，用于调节二段反应温度；经二段出口换热器IOb管内与一段触媒筐I相 通的三段副线管12c，用于调节三段反应温度。各副线管的高压筒体2与内筒5之间采用 金属软管连接，并在各触媒筐与其匹配的换热器相通的集气管15a、15b、15c上分别设置 膨胀节14a、14b、14c,避免由于温差应力引起的设备损坏。另外，在高压筒体2和内筒 5的径向收缩处分别设置检修人孔11、7，以用于设备内件的组装和检修。实施例2 如图2所示，本实施例于实施例1不同之处是一段触媒筐I采用径向 结构。在一段触媒筐外设置分气流道16a，气体径向进入一段触媒筐I反应后，进入内筒 5轴心处套装的外层集气管上的集气流道17。实施例3 :如图3所示，本实施例于实施例1不同之处是一段换热器IOa设置于 一段触媒筐I内，这种结构可取消二段触媒筐II上部的气体入口管6b，并取消了一段换热 器出口管9a。
权利要求1.一种多段绝热间接换热节能型氨合成塔，它包括高压筒体(2)，其特征在于所述高 压筒体(2)上部径向收缩形成一颈部，高压筒体(2)内装设一内筒(5)，内筒(5)与高压 筒体(2)间形成环隙通道，内筒(5)下部装设有有效段数的触媒筐，内筒(5)上部装设有 与各段触媒筐相配接的换热器，内筒(5)轴心处套装有与各触媒筐相通的集气管，各集 气管出口与其匹配的换热器相连。
2.根据权利要求1所述的多段绝热间接换热节能型氨合成塔，其特征在于所触媒筐由 装设于内筒(5)下端的一段触媒筐⑴、二段触媒筐(II)、三段触媒筐(III)组成，所述换 热器由一段换热器(10a)、二段换热器(IOb)和三段换热器(IOc)组成，其中三段换热器 (IOc)冷气体入口经环隙通道与高压筒体(2)底部入口(1)相接，三段换热器(IOc)管间 出口依次经二段换热器(10b)、一段换热器(IOa)与内筒(5)间的环隙，进入一段触媒筐 ⑴，出一段触媒筐⑴的气体依次经触媒筐⑴下部隔板(3a)与触媒筐底板(4)间的间 隙、内筒(5)轴心处套装的外层集气管(15a)，进入一段换热器(IOa)的管间，经一段换 热器(IOa)换热后的气体经一段换热器(IOa)底部出口(9a)，接二段触媒筐(II)上部的 气体入口管(6b) ； 二段气体入口管(6a)进入的的气体依次通经二段触媒筐(II)外的径向 分气流道(16b)、二段触媒筐(II)、内筒(5)轴心处套装的次外层集气管(15b)，进入二 段换热器(IOb)的管间，经二段换热器(IOb)换热后的气体经二段换热器(IOb)的底部出 口(％)，接三段触媒筐(III)上部的气体入口管(6c)；三段气体入口管(6c)进入的的气 体依次通经三段触媒筐(III)外的径向分气流道(16c)、三段触媒筐(III)、内筒(5)轴心 处套装的内层集气管(15c)、三段换热器(IOc)的管内，出高压筒体(2)顶端出口(14)。
3.根据权利要求1所述的多段绝热间接换热节能型氨合成塔，其特征在于所述高压 筒体(2)的径向收缩处设有三条副线气入口，所述副线气入口分别由与一段触媒筐⑴相 通的一段副线管(12a)、经一段出口换热器(IOa)管内与一段触媒筐⑴相通的二段副线 管(12b)和经二段出口换热器(IOb)管内与一段触媒筐⑴相通的三段副线管(12c)组 成，所述副线管的高压筒体(2)与内筒(5)之间采用金属软管连接。
4.根据权利要求1所述的多段绝热间接换热节能型氨合成塔，其特征在于所述一段触 媒筐⑴进气口采用径向结构。
5.根据权利要求1所述的多段绝热间接换热节能型氨合成塔，其特征在于所述一段换 热器(IOa)设置于一段触媒筐⑴内。
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的多段绝热间接换热节能型氨合成塔，其特征 在于所述高压筒体(2)和内筒(5)的径向收缩处分别设有检修人孔(11，7)。
7.根据权利要求1所述的多段绝热间接换热节能型氨合成塔，其特征在于与各换热器 (10a, 10b, 10c)相通的集气管(15a，15b，15c)上分别设置膨胀节(14a，14b，14c)。
专利摘要本实用新型公开了一种多段绝热间接换热节能型氨合成塔，高压筒体上部径向收缩，高压筒体内装设内筒，与高压筒体间形成环隙通道，内筒下部装设有有效段数的触媒筐，内筒上部装设有与各段触媒筐相接的换热器，内筒轴心处套装有与各触媒筐相通的集气管，各集气管出口与其匹配的换热器相连。采用三段绝热触媒筐，段间间接换热，由于触媒层没有冷管，避免了冷管型塔的冷管效应，又避免了段间采用冷激冲淡氨含量的弊端，符合最佳反应温度曲线，氨净值高，节能效果好，解决了大直径氨合成塔外筒的顶盖密封和流体阻力问题，尤其适合于大型合成氨装置，符合稳定、节能、大型化发展趋势，具有较好的推广价值和经济效益。
文档编号C01C1/04GK201793382SQ20102014556
公开日2011年4月13日 申请日期2010年3月31日 优先权日2010年3月31日
发明者刘金成, 钱进华 申请人:刘金成