CN1088476A

CN1088476A - 间冷-直冷型合成塔内件

Info

Publication number: CN1088476A
Application number: CN 92113639
Authority: CN
Inventors: 赵丕龙
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-12-25
Filing date: 1992-12-25
Publication date: 1994-06-29

Abstract

间冷-直冷型合成塔内件，一种以间接和直接换热相结合的合成塔内件，结构简单，调温方便，结构安全可靠，维修容易，无被温差应力拉裂焊缝的危险。它的触媒筐由冷管床层、上绝热床层、下绝热床层组成。冷管床层、上绝热床层、下绝热床层由分气盒和多孔板分别隔开，间接换热装置、直接换热装置、测温套管座可以取出和装入。本发明最适合于中、小型合成氨和甲醇生产厂使用，可以提高生产能力，节约能源，并可保留原合成塔外壳，节约设备开支。

Description

本发明的间冷-直冷型合成塔内件，用于进行催化合成反应，特别适用于对氨和甲醇的反应。

在放热催化合成反应中，必须对催化床层的温度加以控制，适时移走催化床层的反应热，使其达到最理想的反应温度，通常采用下列三种方式之一加以控制。（a）在催化床中安装能连续换热的冷管，让冷的合成气通过冷管内，带走催化床的热量，这种称之为连续内部换热式。（b）合成气在催化床中进行绝热反应以后，再通过两催化床之间的间接式换热器移走反应产生的热量，称为中间间接换热式。（c）让合成气在催化床中进行绝热反应后，再将冷的合成气体与热的反应气体在两催化床间混合，降低气体温度后再进入下一催化床继续进行反应，称为直接换热式。以上三种在我国中、小型合成氨和甲醇生产厂均被采用，对于（a）种连续内部换热式合成塔内件，它只有一个催化床层，床层内冷管结构复杂，压降大，触媒升温还原不彻底，生产能力低，并且焊缝常被内应力拉裂产生漏气造成停产，常用有三套管，单管并流等。热交换时冷管内气体和催化床层中的气体流向一致，称为并流型。（b）种层间换热式内件结构复杂，触媒装量少。（c）种直接换热式内件因冷热气体直接混合，使很大一部分气体未经上部催化床层反应，特别是上部催化床层反应剧烈，反应热量大，冷气量也大，冷气和热反应气混合稀释了催化床层的反应物含量，使出塔反应物含量降低，且易发生全塔触媒同时中毒。

鉴于以上已有技术存在的缺点，本发明的目的是发明一种适应于中、小型合成氨和甲醇生产的合成塔内件，它的结构简单，维修容易，压降小，温度易于调节控制，反应物净值高，出塔气体温度高，是一种生产工艺参数优于现有合成塔内件的新型内件。

本发明的间冷-直冷型合成塔内件是适合于进行氨或甲醇催化合成反应的合成塔内件。其特征是内件由上部触媒筐和下部的换热器所组成，触媒筐由间接换热装置、直接换热装置、测温套和座、中心座、内件顶盖、筒体组成。触媒分成三床层，内件直径在0.45-2.4米之间，触媒床间用接换热装置的支承板和直接换热装置的多孔板支承触媒并分别隔开触媒床，间接换热装置和直接换热装置在装卸触媒时可装入和取出，运行时由连接在筒体上的法兰支承。

间接换热装置是由十一部分组成的整体组合件，它们是支承触媒的支承板，换热用扁平冷管，换热用园管，气体下降多孔管，套管，内园环，挡气板，连接头，上进气导管，定位卡。它们的相对位置为：在支承板上面是多根园冷管和1-2根进气导管，园冷管上面是连接头，连接头上面是扁平冷管，园冷管和扁平冷管用定位卡定位，支承板下面是内园环，外园环，再下面是挡气板。连接头、扁平冷管的数量和园冷管相同。支撑板、挡气板、内园环、外园环组合在一起称为分气盒。分气盒上穿有多根气体下降多孔管和套管，内件中心管从内园环内穿过，测温导管和下进气导管从套管内穿过。

直接换热装置由五部分组成，它们是多孔板，下进气导管，内园环形气体喷头，外园环形气体喷头，连通管，它们的相对位置是多孔板上面是下进气导管，多孔板下面是内园环形气体喷头，外园环形气体喷头。连通管在内、外园环形气体喷头之间，它们被机械地连成一个整体。

测温套管座由三部分组成，它们是套环、筋板、导管座，它们的相互位置是套环外连有筋板，筋板外是导管座，它们被机械地连成一个整体，套在中心管上，能取出和装入，并能在园周内转动。

通入内件内部间接换热装置的低温气是从顶盖的低温进气口经过进气导管进入分气盒的，然后逆流经园冷管、扁平冷管与冷管外的反应气体换热后溢出进入催化床层顶部。园冷管和扁平冷管内流通截面基本相同，扁平冷管传热效率比园冷管高，单位催化床层高度的换热面积也不一样，达到催化床层温度最佳分布，扁平冷管溢出的气体和中心管溢出的气体混合后进入催化床层进行反应，气体经冷管部分催化床层反应后进入绝热层反应，然后与通入内件内部直接换热装置的低温气混合，最后进入下绝热层反应，通入内件内部直接换热装置的低温气经过顶盖进入下进气导管，然后进入内、外园环形气体喷头喷出。测量各催化床温度的热电偶从穿过顶盖的热电偶套管中插入，根据内件的长短和不同的使用情况，直接换热装置也可取消。

本发明的间冷-直冷型合成塔内件的最佳直径为0.45-1.6米，对合成氨适宜压力为12MPa-35MPa，最佳使用压力为15MPa-30MPa，对合成甲醇，适宜压力为6MPa-15MPa，最佳使用压力为10MPa-30MPa。

本发明的间冷-直冷型合成塔内件适合于大、中、小型合成氨或甲醇生产厂家使用，特别是原有的中、小型厂家，使用本发明的间冷-直冷型内件时，可以保留原合成塔外壳，仅仅换上适合该外壳尺寸的本发明内件和对顶盖作相应的改造，同时对外部管线流程在适当稍加改动，即可进行运行，达到本发明的增产节能效果。

本发明与现有各种中、小型合成塔内件比较有如下优点：

1、结构简单，安装、维修方便。

2、操作灵活方便，能把催化床层温度控制在最佳范围。间接换热装置内的低温合成气体温度能在45C-140C之间调节，且气流量的大小也可调节，直接换热装置内的低温气体量大小也可调节。

3、间接换热装置的冷管能自由伸缩，不会造成因温差应力把焊缝拉裂的事故，使用安全可靠。

4、触媒利用系数高，生产能力大。

为此本发明尤其适合中、小型全成氨和甲醇生产厂家的技术改造，除了能较大提高生产能力外，设备投资较省。

现在用图例表示本发明的一个典型结构。

图一为间冷-直冷型合成塔内件的轴向剖视图（为了叙述方便将合成塔外壳1也画上）;

图二为间冷-直冷型合成塔内件顶部进气方位图;

图三为间冷-直冷型合成塔内件外部进出气体流程图。

在图一中，内件由触媒筐和换热器2构成，触媒筐包括三个催化床层：冷管床层34、上绝缘热床层33、下绝热床层32。支承法兰23、26与内件筒体15连成一个整体，间接换热装置和直接换热装置由支承法兰支承，测温套管座套在中心管5上，能沿园周自由转动，内件顶盖16在装触媒后焊在筒体法兰上。

间接换热装置是由支承板22、上进气导管14、园冷管21（数根），连接头20（数个），扁平冷管19（数根），气体下降多孔板12，套管24，内园环11，挡气板10，定位卡18，十一种部件机械地连接在一起的整体组合件，由支承法兰23支承。

直接换热装置是由多孔板8，外园环形气体喷头6，内园环形气体喷头7，连通管25，下进气导管9五种部件机械地连接在一起的整体组合件，由支承法兰25支承。

测温套管座是由套环3，筋板4，导管座27三种部件机械地连在一起的整体组合件。

图二为间冷-直冷合成塔内件顶部进气方位图，从图中可看到低温调节气进气导管口38，下低温调节进气导管口39，热电偶导管40的相对位置。

从图三可以看到本发明的低温气的外部工艺流程部分，现在结合合成塔内的流程一起叙述。从循环机来的气体43经一次进口37经过内件与外壳1之间的环隙向下流动从一次出口28流出，流出气体分两路，一路经过合成塔外的预热器42后返回，这时返回气体又分两路，一路作低温调节气用，与一次出塔后分出的部分气体、一次出塔前分出的部分气体混合后从合成塔外壳顶盖17进入上低温进气导管38，然后进入气体分气盒再沿园冷管、扁平冷管内上升到顶部36溢出，另一路从二次入口29进入内件下部换热器2的管间升温后经中心管5上升到顶部35溢出与冷管内溢出的气体混合，然后进入冷管床层34反应，再经过直接换热装置的多孔板进入下部与内外园环喷头7、6喷出的气体混合后进入下绝热床层反应在，最后进入下部换热管内降温后经二次出口30出塔，出塔气体经过废热锅炉41生产蒸汽。通入直接换热装置的低温气体是从一次入口气37前面分出来的，从合成塔内顶部低温气进口39直接进入下进气导管。

本发明的间冷-直冷型合成塔内件应用于合成氨的工艺过程具体例子如下（DN 600合成系统）：

按图三的工艺流程进行，一次进塔气的温度在30℃，压力30MPa，气体成份见表1。低温进气38温度为80℃，低温进气39温度为30℃。经合成塔反应后，合成塔二次出口温度为320℃，压力为29.5MPa，气体成份见表1，这时合成塔压降为0.5MPa，氨净值为15.8%，出口气体温度320，能产1.3MPa压力的蒸汽，催化床的触媒采用合成氨所常用的铁触媒。

表1

	气量kmol/hr	气体成分				P(MPa)	t℃
								H%	N%	Ch+Ar	NH%
		一次进塔进口	1384.2	59	20.9							18	2.0	30	30
二次出塔出口	1146.8					44.7	16.4	21.1	17.8	29.5	320

Claims

1、间冷--直冷型合成塔同件，一种以间接换热和直接换热相结合，适用于进行氨和甲醇催化合成反应的合成塔内件，它是由触媒筐和换热器组成，其特征是触媒筐分为冷管床层、上绝热床层、下绝热床层，冷管床层和上绝热床层由间接换热装置的分气盒隔开，上绝热床层与下绝热床层由直接换热装置的多孔板隔开，间接换热装置和直接换热装置由连接在筒体上的支撑法兰支承，装卸触媒时可以取出和装入。

2、根据权利要求1所述的间冷-直冷型合成塔内件，间接冷激装置的特征为：支承板（22），上进气导管（14），园冷管数根（21），连接头（20），扁平冷管（19），定位卡（18），气体下降多孔管（12），内园环（13），外园环（11），挡气板（10），套管（24）十一部机械地连接在一起的整体组合件，园冷管、连接头、扁平冷管的根数相同。

3、根据权利要求1所述的间冷-直冷型合成塔同件，直接冷激装置的特征为多孔板（8），下进气导管（9），外园环型气体喷头（6），内园环形气体喷头（7），连通管（26）五部分机械地连接在一起的整体组合件。

4、根据权利要求1所述的间冷-直冷型合成塔内件，测温套管座的特征为套环（3），筋板（4），套管座（27）三部分机械地连接在一起的整体组合件，套在中心管上，可取出和装入。

5、根据权利要求1所述的间冷-直冷型合成塔内件特征是直径在0.45米-2.4米之间，最佳直径0.45米-1.4米，对合成氨适用反应压力为12MPa-35MPa，最佳使用压力为15MPa-30MPa，对合成甲醇适用反应压力为8MPa-15MPa，最佳使用压力为10MPa-13MPa。

6、根据权利要求1所述的间冷-直冷型合成塔内件，在应用时的特征是通入间接换热装置的低温气体沿冷管逆流而上与管外反应气体进行热交换，调节冷管床层反应气体温度和上绝热层入口气体温度，通入直接换热装置的低温气体和上绝热床层的出口气体混合，调节下绝热床层入口气体温度。