专利名称:合成转化器的制作方法
本发明是关于一个放热的、催化反应转化器，更具体地说，本发明是关于在高活性、低温合成催化剂下合成氨或合成甲醇的转化系统。
一般地说，氨的合成主要是在340℃至530℃和70kg/cm2以内的压力下，在铁催化剂下进行，而甲醇合成主要是在温度高达450℃，压力高达150kg/cm2，在锌催化剂存在下进行，一般这些合成反应是在大型的、单独的高压反应器中进行，反应器中排列有串连和/或并连的2至6个催化剂床，以及配有用直接热交换器或直接引入冷却气体的方法来冷却内部床上的部分转化的合成反应气的设备。催化剂床以轴向，径向，或与气流反向的方向排列，一般，对于高温，高压合成条件要求反应器是双壳层，这是为了使冷却气体在壳路中循环，冷却外部压力壳。
上述的典型转化器不适用于范围为150℃至435℃的低温下，活性非常高的合成催化剂，也不适用于操作压力在15kg/cm2和150kg/cm2之间的现代合成回路中，这是由于它的体积庞大，结构复杂和成本昂贵。
按照本发明的合成转化系统，提供了至少第一和第二压力容器，每一个容器都有顶部曲面封头和底部曲面封头，它们是在边缘或端部处连接在一起的，每一个容器都有一个单独的水平的，绝热的，布满容器中部的催化剂床，顶部设有气体入口和底部设有气体出口，合成气体垂直向下流过催化剂床，在第一压力容器和第二压力容器之间至少装有一个间接的水流式交换器，以冷却离开第一容器的部分合成气体，然后再进入第二压力容器。
图1具体地描述了本发明的装置，其中的合成转化器包括和一个中间的间接热交换器。
图2具体地描述了本发明的装置，其中的合成转化器有四个和中间的间接热交换器。
图3具体地描述了本发明的装置，其中顶部和底部的曲面封头是半球形的封头，将它们的边缘部位焊接在一起。
图4具体地描述了本发明的装置，其中的顶部和底部为半椭圆形的曲面封头，将它们的边缘部位焊接在一起。
每个压力容器的催化剂床的侧面至少被一个曲面封头限定。最为理想的是两个曲面封头的大小，形状基本相同，而催化剂床是在容器的中部，催化剂床与两个封头边缘的内表面接触。催化剂床是通过一个横贯容器中部的带有微孔的，水平的，平面板来支撑着。在催化剂床以上或以下的压力容器内要求有足够的空间，以便使进入的气体进行良好的分配。
对于具体的装置，使用于转化器中的压力容器数目，很大程度上取决于催化剂成本和设备成本的平衡，但是一般是2到4个压力容器，在本发明中，优选的数目目是三个排列成气流串连的压力容器，而且在每个邻近的容器之间有一个热交换器。因为前一个容器的反应速率比下一个容器的反应速率高，因此每一容器内的催化剂层逐渐加高。
参照图1，对发明进行具体的说明，其中合成转化器包括有三个完整的压力容器和一个中间的间接热交换器，描述一下有关氨的合成操作系统。送入转化系统的氨合成气从管线3送入转化系统，从第一压力容器4A的顶部入口进入，然后垂直向下流过催化剂床，其中一部分合成气被绝热地转化为氨，通过管线17从容器4A的底部出口排出。
来自第一压力容器4A，热的部分转化的气体进入到第一间接热交换器19的热侧入口18，并且由热交换器中管20垂直上流的锅炉给水进行冷却。
来自第一热交换器侧出口21的冷却了的部分转化气体，通过管线22进入第二压力容器4B的顶部入口，向下流过催化剂床，使另一部分合成气体绝热地转化为氨，然后从容器4B底部的出口进入管线23。
从第二压力容器4B来的热的，进一步转化了的气体，进入第二热交换器25热侧入口24，并且用锅炉给水冷却，该锅炉给水是沿着热交换器内管20向上流动。
上述的第一和第二热交换器是壳体和列管型的结合式热交换器。该结合式热交换器壳体侧面有一个流体密封26，它把壳体或合成气侧分为第一热交换器和第二热交换器。流体密封26类似于管板，但是它不必进行压力密封，这是因为从第一热交换器适当泄漏到第二热交换器的量可以忽略不计。第二间接热交换器25有一个引入锅炉给水的冷侧入口27，当锅炉给水向上通过管20时，被加热成蒸汽，然后从第一间接热交换器19的冷侧出口28排出。
来自第二间接热交换器25热侧出口29的冷却了的，进一步转化了的气体，通过管线30进入第三压力容器4C的顶部，垂直向下通过催化剂床，此时，合成气进一步地、绝热地转化为氨，然后从容器4C底部出口排出，通过管线31进入氨回收系统中。
图1中压力容器4A，4B和4C是被支撑在裙座结构32上，而裙座又支撑在水平的地基上，与传统的氨转化器比较，由于单个压力容器小而轻，所以便于载运，根据合成氨工厂的建设计划可在任何方便的时间内安装。
图2是本发明的具体实施，其中的合成转化器是用在大约每天生产能力为1400公吨的大型合成氨工厂，它有4个压力容器和中间热交换器。
图2中的参考标号基本上与图1中的作用相同，只有以下的附加部分。
氨合成气首先通过管线1进入加料/排出热交换器2的冷侧，而使气体予热到合成温度。予热的合成气进入如图1所描述的转化系统，而后从压力容器4C排出的转化气体在加料/排出交换器2中被冷却，而后在压力容器4D中进一步转化，最后通过管线33进入氨的回收系统。
如图1一样，图2中压力容器4A-D是被支撑在裙座结构32上，而且是每二个重叠在一起，以节约占地面积。
图3具体地说明本发明的压力容器，其中的顶部曲面封头5和底部曲面封头6是球型的，在它们的边缘7处焊接在一起。合成气入口8和气体分配器9是安装在顶部曲面封头上，并在容器的垂直轴线上。气体分配器有一系列的空间环板，以使通过顶部空间流过均匀气体，该顶部空间是由顶部封头的内侧和催化剂床10的顶表面所确定。气体分配器可以拆卸以便于使入口8，在检查或装填催化剂时，作为人孔使用。
催化剂床10是用钢网支撑着，而钢网又被一个多孔，水平的支撑板11支撑、该支撑板被一个固定在底部曲面封头上的环12所支撑，催化剂床含有一个用粗糙的惰性材料而垫衬的高活性合成催化剂层，并且在压力容器的中部水平地铺满一直到曲面封头相连的内表面，被顶环14支撑的一个多孔平板气体分配板13是活动安装在催化剂床的上方，以均匀分配来自顶部空间而进入催化剂床的气体。离开催化剂层的部分转化气体通过支撑板11而进入下部的空间，该空间是由底部曲面封头和催化剂床的底表面而确定的，通过出口15离开容器。
图4是本发明中的压力容器的具体说明，其中顶部曲面封头5和底部曲面封头6是椭园形的和边缘式的封头。除了空间的体积不同之外，图4容器的部件都与图3相同。
权利要求
1.合成转化系统包括有(a)第一和第二压力容器，每一个所说的压力容器有顶部曲面封头和底部曲面封头，它们在边缘处相连接，气体入口装在顶部曲面封头上，一个含有合成催化剂绝热的催化剂床水平地安装在压力容器的中部而且铺满在压力容器的内部横截面上，所说的催化剂床的底表面被一个多孔的平板横向支撑而限定，该支撑扩展到压力容器的横截面上，而支撑的水平端部至少被一个曲面封头限定，所说的催化剂床顶表面与顶部封头内表面和气体入口，以流体连接和所说的催化剂床的底表面与底部封头内表面和气体出口以流体连接。(b)第一非直接热交换器有一个热侧入口和一个热侧出口，热侧入口是以流体与第一压力容器出口连接而热侧出口是以流体与第二压力容器气体入口相连接。
2.权利要求
1中的转化器，其中顶部和底部曲面封头是球形封头。
3.权利要求
1中的转化器，其中顶部和底部的曲面封头是椭园形和边缘形的封头。
4.权利要求
2或3中转化器，具有三个压力容器，第三个压力容器有顶部曲面封头和底部曲面封头，它们在边缘处连接，气体入口装在底部曲面封头上，一个含有合成催化剂的，绝热的催化剂床水平地安装在第三压力容器的中部，并且铺满在第三容器的横截面上，所说的催化剂床，它的底部表面被多孔的，平面的横向延伸到第三压力容器上的支架所固定，它的水平端部至少被一个曲面封头固定，所说的催化剂床顶表面是以流体与曲面封头的内表面和气体入口相连接，所说的催化剂床底表面是以流体与底部曲面封头的内表面和气体出口相连接，此外，转化器含有第二间接热交换器，它具有热侧入口和热侧出口，第二间接热交换器的热侧入口是以流体与第二压力容器出口相连接;第二热交换器出口是以流体与第三压力容器入口相连接。
5.权利要求
4中的转化器，其中第一和第二间接热交换器是具有冷侧入口和冷侧出口的单元式热交换器。
6.权利要求
5中的转化器，其中结合式热交换器的冷侧入口是水的入口而结合式热交换器冷侧出口是蒸汽出口。
专利摘要
合成转化系统，含有球形或椭圆形的热壁压力容器和催化剂床，其中在压力容器中间至少有一个热交换器。
文档编号B01J8/04GK85106751SQ85106751
公开日1987年3月11日 申请日期1985年9月9日
发明者乔治·鲍斯, 斯蒂芬·A·诺埃, 瓦拉·D·佩特尔 申请人:凯洛格总公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan