CN106698470B - 一种螺旋板式超低压等温氨合成塔 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种氨合成塔，特别涉及一种螺旋板式超低压等温氨合成塔。该螺旋板式超低压等温氨合成塔，包括由内筒和外筒构成的塔体，其特征是：所述内筒内顶部连接有蒸汽总管、冷激气管和加填料管，蒸汽总管底部与螺旋板换热器的除氧水蒸发侧相连接，内筒中设有位于中心的升气管，升气管下方设有换热管，冷激气管底部连接冷激气分布管，冷激气分布管交错分布于螺旋板换热器内部。本发明的有益效果是：使合成气在塔内不间断的进行整体换热，大大减小了合成反应所需的压力，且使塔内上下温度一致，提高了氨合成的转化率，加工简单，节约成本，降低了能耗，安全可靠。
Description
（一）技术领域
本发明涉及一种氨合成塔，特别涉及一种螺旋板式超低压等温氨合成塔。
（二）背景技术
合成氨是指由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨，为一种基本无机化工流程。现代化学工业中，氨是化肥工业和基本有机化工的主要原料，在国民经济中占有重要地位，其中约有80%氨用来生产化学肥料，20%为其它化工产品的原料。氨合成塔被称为合成氨厂的心脏，它是整个合成氨厂生产过程中的主要关键设备之一。
在化工行业中，传统合成塔的氨转化率较低（10%～12%），合成压力较高（22.0 MPa～32.0MPa），单位产品能耗很高。后来因净化技术改进、气体成分改善、杂质气体含量由1%～5%下降到10ppm～50ppm，合成塔的结构也发生了变化，加大了催化剂段间换热面积，降低了合成平均温度，因此，合成塔的氨转化率提高（15%～18%），合成压力降低（12.0 MPa～15.0MPa），单位产品能耗明显下降。但是，合成压力仍然超过了10MPa，超过10 Mpa对于合成塔来说，加工难度大、加工成本高、运行危险性高，运行能耗也高。
（三）发明内容
本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种加工简单、节约成本、降低能耗、安全可靠、氨转化率高的螺旋板式超低压等温氨合成塔。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种螺旋板式超低压等温氨合成塔，包括由内筒和外筒构成的塔体，其特征是：所述内筒内顶部连接有蒸汽总管、冷激气管和加填料管，蒸汽总管底部与螺旋板换热器的除氧水蒸发侧相连接，内筒中设有位于中心的升气管，升气管下方设有换热管，冷激气管底部连接冷激气分布管，冷激气分布管交错分布于螺旋板换热器内部。
所述换热管之间设有折流板，换热管顶端安装有上管板，底端安装有下管板。
所述内筒顶部设有气体分布板，气体分布板上开设有气体分布孔。
所述上管板上安装有导流负重筒，螺旋板换热器内设有若干温度传感器。
所述螺旋板换热器的除氧水蒸发侧底部连接除氧水管道，除氧水管道下部为U型形状。
所述内筒中心底部设有泄填料管，泄填料管顶部连接有圆锥封头，圆锥封头顶部与内筒内壁相连接，泄填料管底部设有泄填料口。
所述外筒顶部设有上盖，外筒上部侧边开设有合成气入口，外筒下部侧边开设有合成气出口。
所述内筒底部设有内筒下封头，外筒底部设有外筒下封头。
所述温度传感器顶部连接有温度传感器接口。
本发明的有益效果是：使合成气在塔内不间断的进行整体换热，大大减小了合成反应所需的压力，且使塔内上下温度一致，提高了氨合成的转化率，加工简单，节约成本，降低了能耗，安全可靠。
（四）附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
附图1为本发明的轴截面结构示意图；
附图2为附图1的A-A剖视图；
附图3为附图1的B-B剖视图；
附图4为附图1的C-C剖视图；
附图5为附图1的D-D剖视图；
附图6为附图1的E-E剖视图；
附图7为附图1的F-F剖视图；
附图8为附图1的G-G剖视图；
附图9为附图1的H-H剖视图；
附图10为附图1的J-J剖视图；
图中，1内筒，2外筒，3塔体，4蒸汽总管，5冷激气管，6加填料管，7螺旋板换热器，8升气管，9换热管，10冷激气分布管，11折流板，12上管板，13下管板，14气体分布板，15气体分布孔，16导流负重筒，17温度传感器，18除氧水管道，19泄填料管，20圆锥封头，21泄填料口，22上盖，23合成气入口，24合成气出口，25内筒下封头，26外筒下封头，27温度传感器接口。
（五）具体实施方式
附图为本发明的一种具体实施例。该实施例包括由内筒1和外筒2构成的塔体3，内筒1内顶部连接有蒸汽总管4、冷激气管5和加填料管6，蒸汽总管4底部与螺旋板换热器7的除氧水蒸发侧相连接，内筒1中设有位于中心的升气管8，升气管8下方设有换热管9，冷激气管5底部连接冷激气分布管10，冷激气分布管10交错分布于螺旋板换热器7内部。换热管9之间设有折流板11，换热管9顶端安装有上管板12，底端安装有下管板13。内筒1顶部设有气体分布板14，气体分布板14上开设有气体分布孔15。上管板12上安装有导流负重筒16，螺旋板换热器7内设有若干温度传感器17。螺旋板换热器7的除氧水蒸发侧底部连接除氧水管道18，除氧水管道18下部为U型形状。内筒1中心底部设有泄填料管19，泄填料管19顶部连接有圆锥封头20，圆锥封头20顶部与内筒1内壁相连接，泄填料管19底部设有泄填料口21。外筒2顶部设有上盖22，外筒2上部侧边开设有合成气入口23，外筒2下部侧边开设有合成气出口24。内筒1底部设有内筒下封头25，外筒2底部设有外筒下封头26。 温度传感器17顶部连接有温度传感器接口27。
采用本发明的一种螺旋板式超低压等温氨合成塔，N2、H2、惰性气体等合成气从外筒2的合成气入口23进入，沿内筒1和外筒2之间的间隙一直向下，通过内筒1底部的通孔进入内筒1内上升，经过换热管9进行预热，由于折流板11的作用，合成气呈S型上升，加大了换热效率。然后，合成气进入升气管8一直上升至塔体3顶部，在上盖22作用下，合成气通过气体分布板14的气体分布孔15向下运行，此时接触到从加填料管6送入的催化剂，使N2和H2合成氨气，合成过程中放热，热量使螺旋板换热器7内的除氧水蒸发成蒸汽进入蒸汽总管4，从而完成塔内换热，使塔内上下温度相等，提高合成反应的转化率；此外，通过温度传感器17时刻监测塔内温度，可同时使冷激气通过冷激气管5进入冷激气分布管10均匀进入螺旋板换热器7间隙内快速的对螺旋板换热器7周围进行降温。合成的气体向下运行时产生较大的推力，导流负重筒16不仅可以起到对合成气进行导流的作用，而且可给予上部塔体3催化剂一定负重支撑，防止对塔体3造成破坏。除氧水一定时间后可通过除氧水管道18排出，除氧水的膨胀量和塔体3外壳不同，除氧水管道18底部的U型弯可消除膨胀应力。位于螺旋板换热器7间隙的催化剂可在圆锥封头20作用下进入泄填料管19，进而从泄填料口21排出。合成的氨气从合成气出口24排出。
Claims (4)
1.一种螺旋板式超低压等温氨合成塔，包括由内筒(1)和外筒(2)构成的塔体(3)，其特征是：所述内筒(1)内顶部连接有蒸汽总管(4)、冷激气管(5)和加填料管(6)，蒸汽总管(4)底部与螺旋板换热器(7)的除氧水蒸发侧相连接，内筒(1)中设有位于中心的升气管(8)，升气管(8)下方设有换热管(9)，冷激气管(5)底部连接冷激气分布管(10)，冷激气分布管(10)交错分布于螺旋板换热器(7)内部，换热管(9)之间设有折流板(11)，换热管(9)顶端安装有上管板(12)，底端安装有下管板(13)，上管板(12)上安装有导流负重筒(16)，螺旋板换热器(7)内设有若干温度传感器(17)，内筒(1)顶部设有气体分布板(14)，气体分布板(14)上开设有气体分布孔(15)，外筒(2)顶部设有上盖(22)，外筒(2)上部侧边开设有合成气入口(23)，外筒(2)下部侧边开设有合成气出口(24)；合成气从外筒(2)的合成气入口(23)进入，沿内筒(1)和外筒(2)之间的间隙一直向下，通过内筒(1)底部的通孔进入内筒(1)内上升，经过换热管(9)进行预热，由于折流板(11)的作用，合成气呈S型上升，加大了换热效率，合成气进入升气管(8)一直上升至塔体(3)顶部，在上盖(22)作用下，合成气通过气体分布板(14)的气体分布孔(15)向下运行，此时接触到从加填料管(6)送入的催化剂，合成氨气，合成过程中放热，热量使螺旋板换热器(7)内的除氧水蒸发成蒸汽进入蒸汽总管(4)，从而完成塔内换热，使塔内上下温度相等，提高合成反应的转化率；此外，同时使冷激气通过冷激气管(5)进入冷激气分布管(10)均匀进入螺旋板换热器(7)间隙内快速的对螺旋板换热器(7)周围进行降温，合成的氨气从合成气出口(24)排出；
所述螺旋板换热器(7)的除氧水蒸发侧底部连接除氧水管道(18)，除氧水管道(18)下部为U型形状。
2.根据权利要求1所述的一种螺旋板式超低压等温氨合成塔，其特征是：所述内筒(1)中心底部设有泄填料管(19)，泄填料管(19)顶部连接有圆锥封头(20)，圆锥封头(20)顶部与内筒(1)内壁相连接，泄填料管(19)底部设有泄填料口(21)。
3.根据权利要求1所述的一种螺旋板式超低压等温氨合成塔，其特征是：所述内筒(1)底部设有内筒下封头(25)，外筒(2)底部设有外筒下封头(26)。
4.根据权利要求1所述的一种螺旋板式超低压等温氨合成塔，其特征是：所述温度传感器(17)顶部连接有温度传感器接口(27)。
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