CN110386609B - 气体混合设备及合成氨反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气体混合设备及合成氨反应器，属于化工设备领域。该气体混合设备包括：环形管、直管、多个挡板。环形管靠近圆心的内下侧面为锥筒状结构，且锥筒状结构的顶端直径小于锥筒状结构的底端直径。环形管内下侧面设置有第一通气孔，内上侧面设置有第二通气孔，直管与环形管连通。多个挡板固定在内下侧面上。本发明通过设置挡板，使合成气及部分冷激气流速变慢且流动方向改变形成螺旋流动气流，进而使冷激气与合成气的混合效果更好。通过将环形管的内下侧面设置成锥筒状结构，便于在其上设置挡板，且起到引流作用，简化了设备结构。

Description

气体混合设备及合成氨反应器

技术领域

本发明涉及化工设备领域，特别涉及一种气体混合设备及合成氨反应器。

背景技术

合成氨反应器内有固相催化剂，用于混合注入的冷激气和合成气以形成混合气体，使混合气体在固相催化剂的催化作用下发生反应。合成氨反应器中设置有气体混合设备，用于使冷激气与合成气混合均匀形成混合气，提高催化剂的利用率，从而提高混合气的转化率。

相关技术提供的合成氨反应器，气体混合设备设置在该合成氨反应器的合成气入口的上方，气体混合设备包括：冷激气分布器和合成气引流板。冷激气分布器包括水平放置的圆形环管以及与圆形环管连接的竖直管，圆形环管上朝向该圆形环管的圆心方向的管壁上设置有通气孔。合成气引流板为筒状，且设置在圆形环管与合成气入口之间。

合成气由合成气入口注入到引流板时，通过引流板在圆形环管围成的闭环内沿纵向向上流动。冷激气通过直管注入到圆形环管，并通过圆形环管管壁上的通气孔沿横向喷出。合成气纵向流动经过圆形环管时，与横向喷出的冷激气混合，形成混合气体，混合气体在合成氨反应器中的固相催化剂作用下发生反应。

发明人发现现有技术至少存在以下问题：

合成气纵向流动经过圆形环管时，冷激气横向喷出与合成气混合。合成气流经圆形环管的时间较短，气体混合效果较差。

发明内容

本发明实施例提供了一种气体混合设备及合成氨反应器，可解决上述技术问题。具体技术方案如下：

第一方面，提供了一种气体混合设备，所述设备包括：环形管、直管、多个挡板；

所述环形管靠近圆心的内下侧面为锥筒状结构，且所述锥筒状结构的顶端直径小于所述锥筒状结构的底端直径；

所述环形管的内下侧面上设置有第一通气孔，所述环形管的内上侧面上设置有第二通气孔；

所述直管与所述环形管连通；

多个所述挡板固定在所述内下侧面上，所述挡板与所述环形管所在的水平面的夹角大于0度且小于90度，所述挡板与所述内下侧面的交线与所述水平面的夹角大于0度且小于90度。

在一种可能的设计中，所述直管垂直于所述环形管所在的平面。

在一种可能的设计中，所述直管的侧壁上设置有第三通气孔。

在一种可能的设计中，所述挡板与所述水平面的夹角大于或等于30度且小于或等于60度；

所述挡板与所述内下侧面的交线与所述水平面的夹角大于或等于30度且小于或等于60度。

在一种可能的设计中，所述挡板与所述锥筒结构内侧面的夹角大于或等于45度且小于或等于90度。

在一种可能的设计中，多个所述挡板沿周向均匀分布在所述内下侧面上。

在一种可能的设计中，所述环形管的内上侧面为倒锥筒状结构，且所述倒锥筒状结构的顶端直径大于所述倒锥筒状结构的底端直径。

在一种可能的设计中，所述环形管的横截面为菱形。

在一种可能的设计中，所述环形管的外侧面的横截面为半圆形。

第二方面，提供了一种合成氨反应器，包括上述任一项的气体混合设备。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

本发明实施例提供的气体混合设备通过设置挡板，使合成气流速变慢且流动方向改变形成螺旋流动气流，合成气在第一环形区域和第二环形区域内流动的行程和时间较长，进而使冷激气与合成气的混合效果更好。通过在内下侧面上设置第一通气孔，使第一环形区域内的冷激气能在挡板作用下形成螺旋气流，进一步提高了气体混合效果。通过将环形管的内下侧面设置成锥筒状结构，便于在其上设置挡板，且能够起到引流作用，与现有技术相比无需设置引流板，简化了设备结构。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1-1是本发明实施例提供的环形管的横截面为菱形时气体混合设备的结构示意图；

图1-2是本发明实施例提供的环形管外侧面的横截面为半圆形时气体混合设备的结构示意图；

图1-3是本发明实施例提供的环形管的横截面为三角形时气体混合设备的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的气体混合设备的俯视图；

图3是本发明实施例提供的气体混合设备中环形管的内下侧面仰视图；

图4是本发明实施例提供的气体混合设备安装在合成氨反应器中的示意图。

附图标记分别表示：

1-环形管，

101-第一通气孔，

102-第二通气孔，

1a-内下侧面，

1b-内上侧面

2-直管，

201-第三通气孔，

3-挡板，

4-气体混合腔室，

5-合成气入口，

6-催化剂床层，

7-内筒体。

具体实施方式

除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种气体混合设备，如附图1-1、附图1-2和附图1-3、该设备包括：环形管1、直管2、多个挡板3。

环形管1靠近圆心的内下侧面1a为锥筒状结构，且锥筒状结构的顶端直径小于锥筒状结构的底端直径。环形管1的内下侧面1a上设置有第一通气孔101，环形管1的内上侧面1b上设置有第二通气孔102。直管2与环形管1连通。多个挡板3固定在内下侧面1a上，且挡板3与环形管1所在的水平面的夹角大于0度且小于90度，挡板3与内下侧面1a的交线与水平面的夹角大于0度且小于90度。

气体混合设备的俯视图可以参见附图2，内下侧面1a的仰视图参见附图3。环形管1围成的环形区域包括：内下侧面1a围成的第一环形区域，内上侧面1b围成的第二环形区域。从第一通气孔101喷出的冷激气为第一部分冷激气，从第二通气孔102喷出的冷激气为第二部分冷激气。

以下对本发明实施例提供的气体混合设备的工作原理进行说明：

参见图4，当气体混合设备安装在合成氨反应器的气体混合腔室4中时，环形管1位于合成氨反应器的合成气入口5的上方。合成气由合成气入口5向上流动时，进入环形管1围成的环形区域内向上流动，顺次通过第一环形区域、第二环形区域。

在第一环形区域内向上流动时，锥筒状结构对合成气起到引流效果，使合成气流速渐变。由于内下侧面1a上设置有挡板3，且挡板3与环形管1所在的水平面的夹角大于0度且小于90度，挡板3与内下侧面1a的交线与水平面的夹角大于0度且小于90度。合成气在第一环形区域内向上流动过程中撞击倾斜设置的挡板3，流速变慢且流动方向改变形成螺旋流动气流。

冷激气通过直管2流动至环形管1内，从第一通气孔101喷出进入第一环形区域，从第二通气孔102喷出进入第二环形区域。第一部分冷激气在挡板3的作用下，形成螺旋流动的冷激气流。当流速变慢且流动方向改变螺旋流动的合成气流入第一环形区域内时，与螺旋流动的第一部分冷激气流接触，进行混合，进入第二环形区域内时，与第二部分冷激气混合，形成混合气。由于合成气在挡板3作用下流速变慢且流动方向改变形成螺旋流动气流，合成气经过第一环形区域和第二环形区域的行程和时间较长，冷激气通过第一通气孔101喷出形成螺旋气流，从第二通气孔102喷出形成横向气流，合成气在第一环形区域和第二环形区域内均与冷激气进行混合，第一环形区域内螺旋流动的合成气流与螺旋流动冷激气流混合，第二环形区域内螺旋流动合成气流和横向冷激气流混合，混合更均匀，混合效果较好。

可见，本发明实施例提供的气体混合设备通过设置挡板3，使合成气流速变慢且流动方向改变形成螺旋流动气流，合成气在第一环形区域和第二环形区域内流动的行程和时间较长，进而使冷激气与合成气的混合效果更好。通过在内下侧面1a上设置第一通气孔，使第一环形区域内的冷激气能在挡板3作用下形成螺旋气流，进一步提高了气体混合效果。通过将环形管1的内下侧面1a设置成锥筒状结构，便于在其上设置挡板3，且能够起到引流作用，与现有技术相比无需设置引流板，简化了设备结构。

以下对本发明实施例提供的气体混合设备的各部件及其作用分别给予阐述：

本发明实施例中，通过直管2注入冷激气，示例地，直管2垂直于环形管1所在的平面。如此设置，便于通过直管2向环形管1内注入冷激气，且环形管1水平放置在合成气入口5上方时，直管2竖直设置在合成氨反应器中，对气体混合的干扰较小。

进一步地，如附图1和附图2所示，直管2的侧壁上设置有第三通气孔201。直管2垂直连接在环形管1上时阻碍第二通气孔102的出气。通过在直管2的侧壁设置第三通气孔201，能够使冷激气出气均匀，提高气体混合效果。

第三通气孔201可以设置在直管2朝向环形管1外部的侧壁上，以对直管2阻挡的区域进行补气。

本发明实施例中，对于挡板3如何设置在内下侧面1a上，以下进行示例说明：挡板3与水平面的夹角大于或等于30度且小于或等于60度，举例来说，可以为30度、45度、60度等。挡板3与内下侧面1a的交线与水平面的夹角大于或等于30度且小于或等于60度，举例来说，可以为30度、50度、60度等。

如此限定，使挡板3对合成气及第一部分冷激气的引流效果较好，合成气与第一部分冷激气和第二部分冷激气的混合效果较好。

挡板3与内下侧面1a的夹角大于或等于45度且小于或等于90度，举例来说，可以为45度、60度、90度等。挡板3与内下侧面1a的夹角是指挡板3所在的平面与内下侧面1a的切面之间的夹角，其中内下侧面1a的切面是指挡板3与内下侧面1a的交线所在的内下侧面1a的切面。如此限定，使挡板3对合成气的引流效果较佳，提高气体混合效果。

进一步地，多个挡板3沿周向均匀分布在内下侧面1a上。挡板3均匀分布，使不同位置的气体混合效果保持一致，即不同位置形成的混合气中合成气、冷激气的比例大致相同，有利于提高反应效率。

环形管1的内上侧面1b为倒锥筒状结构，且倒锥筒状结构的顶端直径大于倒锥筒状结构的底端直径。如此设置，便于在环形管1上设置第二通气孔102，且合成气与冷激气混合后顺着内上侧面1b向上流动，倒锥筒结构对向上流动气流起到引流作用，使气流流速渐变。

在上述环形管的1的内下侧面1a为锥筒状结构，以及环形管1的内上侧面1b为倒锥筒状结构的情况下，环形管1的外侧面可以为多种结构，外侧面只需与内下侧面1a、内上侧面1b配合围成管状结构即可。

作为一种示例，如附图1-1所示，环形管1的横截面可以为菱形，即，环形管1的外上侧面呈锥筒状，外下侧面呈倒锥筒状。如此设置，使环形管1的内侧与外侧结构相似，便于制作。

作为另一种示例，如附图1-2所示，环形管1的外侧面的横截面可以为半圆形。如此设置，冷激气在环形管1的流动较均匀。

作为另一种示例，如附图1-3所示，环形管1的外侧面还可以为连接内上侧面1b的顶端与内下侧面1a的底端的平面，此时环形管1的横截面为三角形。

第二方面，本发明实施例提供了一种合成氨反应器，包括上述任一项的气体混合设备。通过将上述气体混合设备应用在合成氨反应器中，冷激气和合成气的混合效果较好，能够提高反应效率和催化剂的利用率。

合成氨反应器的结构可以参见附图4，合成氨反应器包括：气体混合腔室4，气体混合腔室4的底端中心位置设置有合成气入口5。应用时，气体混合设备中的环形管1设置在合成气入口5的上方，直管2穿出气体混合腔室4的顶面用于注入冷激气。气体混合腔室4的底端上合成气入口5的周围设置有催化剂床层6，气体混合均匀后，在催化剂床层6中的催化剂作用下进行反应。

合成气入口5的中心位置还可以设置有穿过气体混合腔室4的内筒体7。内筒体7穿过环形管1，可以使合成气入口5分布在内筒体7与环形管1的底端之间。合成气进气时，与环形管1的内下侧面1a距离较短，受到内下侧面1a的引流作用较明显，使气体混合分布均匀。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种气体混合设备，其特征在于，所述设备包括：环形管(1)、直管(2)、多个挡板(3)；

所述环形管(1)靠近圆心的内下侧面(1a)为锥筒状结构，且所述锥筒状结构的顶端直径小于所述锥筒状结构的底端直径；

所述环形管(1)的内下侧面(1a)上设置有第一通气孔(101)，所述环形管(1)的内上侧面(1b)上设置有第二通气孔(102)；

所述直管(2)与所述环形管(1)连通；

多个所述挡板(3)固定在所述内下侧面(1a)上，所述挡板(3)与所述环形管(1)所在的水平面的夹角大于0度且小于90度，所述挡板(3)与所述水平面的夹角大于或等于30度且小于或等于60度；

所述挡板(3)与所述内下侧面(1a)的交线与所述水平面的夹角大于或等于30度且小于或等于60度；

所述挡板(3)与所述内下侧面(1a)的夹角大于或等于45度且小于或等于90度；

多个所述挡板(3)沿周向均匀分布在所述内下侧面(1a)上；

所述环形管(1)围成的环形区域包括：所述内下侧面(1a)围成的第一环形区域，所述内上侧面(1b)围成的第二环形区域，从所述第一通气孔(101)喷出的冷激气为第一部分冷激气，在所述挡板(3)的作用下，形成螺旋流动的冷激气流，从第二通气孔(102)喷出的冷激气为第二部分冷激气，所述第二部分冷激气形成横向气流，所述第一环形区域内螺旋流动的所述合成气流与所述螺旋流动冷激气流混合，所述第二环形区域内螺旋流动所述合成气流和所述横向冷激气流混合；

所述环形管(1)的内上侧面(1b)为倒锥筒状结构，且所述倒锥筒状结构的顶端直径大于所述倒锥筒状结构的底端直径。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述直管(2)垂直于所述环形管(1)所在的平面。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述直管(2)的侧壁上设置有第三通气孔(201)。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述环形管(1)的横截面为菱形。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述环形管(1)的外侧面的横截面为半圆形。

6.一种合成氨反应器，包括权利要求1-5任一项所述的气体混合设备。