专利名称：逆流式氨冷凝分离塔的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及作业与运输技术领域，具体地说是一种将合成氨循环气中的氨冷凝并分离的逆流式氨冷凝分离塔。
氢气和氮气合成为氨的反应是一个可逆反应，气体每次通过反应器，一般大约有20－30％的氢气和氮气合成为氨，反应后的循环气中大约只含12－20％的氨，为了从反应后循环气中分离出产品氨，目前普遍采用冷凝工艺，其工艺流程是通过水冷却器、液氨分离器、冷交换器、氨冷却器等高压设备来完成的(参见《无机化工工艺学(一)合成氨》大连工学院等合编，化学工业出版社1982年7月第1版第276－278页)现有分离设备有以下问题1、高压设备台数多，连接管道长，密封点多，占地面积大，金属材料耗费大，可能泄漏点多；2、氨冷凝及分离过程是在气液并流过程中进行的，不可避免地多次出现“两相流”现象，再加上流程长，全过程的阻力损失较大，循环气压缩机的电耗相应增高；3、大量存在于合成氨循环气中的甲烷和氩气，降低了有效气体氢气和氮气的分压，导致合成氨循环圈生产能力降低及循环气压缩机电耗、冷却水消耗和冷冻量的消耗增加。
本实用新型的任务是克服以上技术的缺点，简化从混合气中分离出液氨的设备，缩短其工艺流程，消除氨冷凝分离过程中出现的“两相流”现象，降低循环气压缩机及氢氮压缩机的电耗，降低每吨氨生产量的冷冻量消耗和新鲜气的补充量，以减少电耗和降低生产成本。
实现本实用新型的任务是设计一种逆流式氨冷凝分离塔，它的水冷却器、冷交换器、氨冷却器分别设置在一个高压筒体内的下、中、上部，高压筒体的上下端分别与上、下高压管板固定连接，上、下高压管板的外端分别与上、下封头固定连接，下封头上开设有冷却水入口和冷却水出口并由隔板隔开，上封头上开设有冷却液氨入口、气氨出口和混合气出口管，液氨入口与气氨出口由隔板隔开，氨冷却器中的上高压管板、冷交换器中的气体分布板9或支承杆与筒体内壁固定，新鲜气进口、放空口开设在高压筒体的中部，液氨出口设置在水冷却器中的下高压管板上。
本实用新型的突出优点是1、结构紧凑，管道短捷，占地面积小，较大地降低了制造成本及安装费用；2、明显地降低了循环气中的甲烷含量，在相同负荷下，较大程度地降低了合成氨循环圈的工作压力，消除了原有设备工艺流程中的“两相流”，并简化了流程，降低了合成循环圈中的阻力，从而降低了循环气压缩机及氢氮压缩机的电耗。
3、加强了液氨的复热及冷交换作用，使生产吨氨的冷冻量消耗降低；4、增加了液氨溶解带出循环圈的甲烷量，使合成放空气减少，使生产吨氨的新鲜补充气的用量下降。
以下结合本实用新型附图进一步说明。
图1本实用新型结构示意图；其中1、冷却水入口，2、下封头，3、循环气进口，4、气体分布板，5、U型管束，6、放空口，7、高压筒体，8、直管，9、气体分布板，10、U型管束，11、液氨进口，12、混合气出口管，13、气氨出口，14、上封头，15、上高压管板，16、中心管，17、上管板，18、直列管束，19、折流挡板，20、外筒，21、下管板，22、新鲜气进口，23、液氨出口，24、下高压管板，25、冷却水出口，26、隔板，27、支承杆，28、隔板。
图2
图1中A－A剖视图3
图1中B－B剖视图。
如
图1所示，其外壳是一个能够承受合成氨压力的高压筒体7，其下部的水冷却器是一个普通的U型管式换热器，由下高压管板24，U型管束5，气体分布板4，隔板26，下封头2，下封头上的冷却水入口1及冷却水出口25，下高压管板24侧面的液氨出口23，高压筒体下部的循环气进口3和中部的放空口6等构成；高压筒体7与高压管板24用螺栓、螺母等连接并密封，循环气进口3开设在高压筒体7下部靠近下高压管板24的侧面上，液氨出口23设在下高压管板24侧面上，下高压管板24上开有多个园孔，每支U型管的二端分别从对称于隔板分布的园孔中插入并与下高压管板24焊接，U型管呈下正三角形排列，由于热膨胀的作用，U型管束5由下高压管板24支撑，气体分布板4设置在U型管束5横截面上，每层分布板上有数个分布孔29，气体分布孔29设置在三个园孔组成的三角形中心(参见图3)，放空口6开设在高压筒体7中部侧面，在下封头2上开设有冷却水入口1和冷却水出口25，其间有隔板26分开，隔板26直边嵌入下高压管板24并用填料压紧密封，弧边与下封头2焊接。设在高压筒体7中部的冷交换器是一个普通的列管式换热器，由上管板17，下管板21，内筒20，直列管束18，折流挡板19，直管8，中心管16以及开设在高压筒体7中部的新鲜气进口22等组成；上管板17与下管板21上均开有圆孔，呈正三角形分布。直列管束18两端分别插入这些园孔中并与上管板17和下管板21焊接，内筒20两端分别与上管板17和下管板21焊接，分布在直列管束18横截面上的折流挡板19或者焊接在内筒20内壁上，或者焊接在支承杆27上，内筒20与高压筒体7之间有一环隙，直管8下端焊接于上管板17上，上端与上高压管板15之间留有环形缝隙。中心管16在直管8管内，其下端与下管板21之间留有环形缝隙(参见图2)，上端与上高压管板15之间用填料压紧密封，上管板17侧边焊接于高压筒体7内壁，以支承整个冷交换器，新鲜气进口22开设在高压筒体7中部，其位置低于下管板21，高于水冷却器最上面的一块气体分布板4。高压筒体7上部的氨冷却器也是一个普通的U型管换热器，由上高压管板15，U型管束10，气体分布板9，上封头14，混合气出口12，隔板28，液氨入口11，气氨出口13等组成，上高压管板15与筒体7之间由螺栓、螺母、垫圈等连接并密封，上高压板管15上开有园孔并对称于隔板28分布，每支U型管10两端分别插入上高压管板15上对称于隔板28的二个园孔中，并与上高压管板15焊接，以使上高压管板15来固定及支承U型管束10，气体分布板9设置在U型管束10的横截面上，每层分布板上有数个分布孔29，平行于U型管束10分布如同水冷器一样，混合气出口管12下端与管板15之间用填料压紧密封，上端用螺栓、螺母、垫圈等连接密封，液氨入口11与气氨出口13由隔板28隔开，隔板两端分别固定于封头内，气体分布板焊接在支承杆27上。
循环气中的氨在本实用新型中被冷凝及分离的过程是这样的含氨约12－20％的循环气，温度约70℃，从高压筒体7下部管口3进入塔中，经分布板4从下向上流动，与通有冷却水的U型管束5接触，温度不断降低。当温度降至饱和温度时，开始有氨冷凝。随着气体逐渐上升，氨逐渐被冷凝下来，沿着U型管束5外壁向下流动。离开水冷却器时，循环气温度降至约40℃。小部分循环气通过高压筒体7中部的放空口6放空，大部分循环气继续向上流动，与通过高压筒体7中部的新鲜气进口22进入的新鲜气混合后进入冷交换器直列管束18内，与管间的经氨冷却器冷却后的混合气进行间接换热，温度继续降低，被冷凝下来的液氨顺着直列管束18内壁向下流动。混合气温度降至30℃后离开冷交换器直列管束18进入氨冷却器。经分布板9从下向上流动，与通有冷却液氨的U型管束10接触，温度进一步降低，冷凝下来的液氨沿着U型管束10外壁向下流动。混合气温度降至－5℃，气相中氨含量降至约3％后沿着直管8与中心管16之间的环隙向下流动，进入冷交换器管间，经折流挡板19曲折向下流动，与管内的混合气换热，温度升至20℃后，离开冷交换器进入中心16内，向上流动，从上封头14上的管口12去循环气压缩机。水冷却器所用冷却水从下封头2上的冷却水入口1进入，经与热循环气换热后从冷却水出口25流出水冷却器。氨冷却器所用液氨从上封头14上的液氨进口11进入，经与混合气换热后从气氨出口13流出。循环气依次流经水冷却器、冷交换器、氨冷却器。在此过程中，气相中的氨逐步冷凝下来，在重力的作用下，逐渐向下流动，最后从下高压管板24上的管口23排出去液氨贮槽。由于冷凝下来的液氨在向下流动的过程中被向上流动的循环气加热，因此，当液氨流至液氨出口时，温度接近进塔循环气的“绝热饱和温度”，此“绝热饱和温度”一般约70－80℃。这样，液氨中溶解带出系统的甲烷量将比现有技术高28.1％以上，通过高压筒体7上的放空口6放空的气量必定相应减少，相应地就减少了氨、氮气的损失。
本实用新型取代现有技术可以取得如下经济效益1、节省建设费用10－15元／吨氨。由于设备紧凑、管道短捷，因此装置的占地在积、设备管道购置费及安装费用将大大降低，估计每吨氨的建设费用可下降10－15元。
2、合成氨综合电耗可减少100－150kwh。
A、由于“两相流”的消除及流程简化，一般情况下可合成循环圈的阻力下降1.0MPa以上；B、由于液氨的复热及冷交换作用的加强，可使生产每吨氨的冷冻量消耗降低250－335ul；C、由于液氨溶解带出循环圈的甲烷基量增加，合成放空气量减少，对于以煤焦为原料的合成氨厂，可使生产一吨氨的新鲜气的用量下降2－3％(60－100m3(Vn)／TNH3)。
综合上述三个方面，对于以煤、焦为原料的合成氨厂，采用逆流式氨冷凝分离塔后，估计吨氨综合电耗可减少100－150kwh。
权利要求1.一种逆流式氨冷凝分离塔，包括有水冷却器、冷交换器、氨冷却器，其特征在于水冷却器、冷交换器、氨冷却器分别设置在一个高压筒体7内的下、中、上部，高压筒体7的上、下端分别与上、下高压管板15和24固定连接，上、下高压管板15和24外端分别与上、下封头14和2固定连接，下封头2上开设有冷却水入口1和冷却水出口25并由隔板26分开，上封头14上开设有冷却液氨入口11、气氨出口13和混合气出口管12，液氨入口11与气氨出口13由隔板28隔开，氨冷却器中的上高压管板15、冷交换器中的气体分布板9或支承杆27与体筒7内壁固定，新鲜气进口22、放空口6开设在高压筒体7的中部，液氨出口23设置在水冷却器中的下高压管板24上；
2.根据权利要求1所述分离塔，其特征在于新鲜气进口22开设在低于氨冷却器中的下管板21，高于水冷却器中最上端的气体分布板4的高压筒体7上。
专利摘要一种逆流式氨冷凝分离塔，它的水冷却器、冷交换器、氨冷却器分别设置在一个高压筒体7内的下、中、上部，高压筒体7的上、下端分别与上、下高压管板5和24固定，上、下高压管板15和24外端分别与上、下封头14和2固定、上、下封头14和2上分别开设有冷却液氨入口11、气氨出口13、混合气出口管12、冷却水入口1和冷却水出口25，新鲜气进口22、放空口6开在高压筒体7的中部。具有结构紧凑，管道短捷，占地小，较大程度减少电耗和降低成本的突出优点。
文档编号C01C1/12GK2127084SQ9222894
公开日1993年2月17日 申请日期1992年7月21日 优先权日1992年7月21日
发明者戎兴汉, 程腊春, 刘家辑, 杨振奎, 夏炎华, 郑云华, 严应群, 蒋翠兰, 蔡世银 申请人:林棣生, 刘家辑, 戎兴汉