CN203360016U - 一种节省投资的氨合成装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种节省投资的氨合成装置，包括内换热式氨合成塔，以及其进出口换热器，所述进出口换热器分别设有合成入塔气进、出口和合成出塔气进、出口，其合成出塔气进口与所述内换热式氨合成塔的合成出塔气出口联通，所述进出口换热器的合成入塔气出口有两个，分别为高温出口和低温出口，其低温出口与所述内换热式氨合成塔的壳程环隙的合成入塔气入口联通，其高温出口与所述内换热式氨合成塔上联通至塔内部分的合成入塔气入口联通，所述内换热式氨合成塔的外壳和塔内件部分采用不同的材质和/或材质厚度，且外壳相比塔内部分采用更低等级的材质和/或更低的材质厚度。本实用新型是一种相比现有技术更节省投资的氨合成装置。
Description
技术领域
本实用新型属于氨合成领域，适用于采用内换热式氨合成塔的氨合成装置。
背景技术
目前的氨合成工艺技术大多采用内换热式的氨合成塔，其还通过进出口换热装置将进、出内换热式氨合成塔的合成入塔气和合成出塔气进行换热。含H2和N2的原料气通过合成反应生成氨。反应过程在高压的条件下，在装填了催化剂的反应器（氨合成塔）中进行。一方面氨合成催化剂需达到一定的温度条件（起活温度）才能具有催化活性，且高温可以加快反应的速度；另一方面氨合成反应本身是一个放热反应，温度高不利于获得高的平衡氨浓度。基于上述两点考虑，在氨合成工艺的设计中，目前较多地采用了多段内换热的设计：催化剂被装填在同一反应器的不同床层或几个反应器中，反应本身在高温下进行，催化剂床层之间通过内换热器预热原料气来移走反应热，同时使原料气的温度达到催化剂的起活温度以上。图1和图2分别显示了，这种反应流程和氨合成塔的典型设计。
在图1所示的流程中，合成入塔气首先在进出塔换热器中预热，预热后的入塔气分为两部分，入塔气1.自氨合成塔的N1接口进入合成塔环隙，对合成塔外壳起保护作用，然后进入I床内换热器预热。入塔气2.自氨合成塔的N3接口直接进入合成塔内的II床内换热器预热。预热后的入塔气1.和入塔气2.温度达到催化剂的起活温度以上，进入I催化剂床层进行氨合成反应。氨合成反应的温度通常会升高到400℃以上，但由于合成塔外壳受到入塔气1.的保护，因此外壳的设计温度低于氨合成反应的温度，由入塔气1.的温度决定。
在传统技术流程中，进出塔换热器出口的合成入塔气的温度（1）决定了合成塔外壳的设计温度。由于热平衡及催化剂性能的关系，进出塔换热器出口的合成入塔气温度（1）需维持在170℃～210℃，相应的合成塔外壳设计温度大于200℃。合成反应在高压，高氢的环境下进行，合成塔外壳的设计温度越高，其设备造价就越高。当外壳的设计温度大于200℃时，材料需选用高等级材料，设备投资成台阶式上升。
与此同时采用该流程，进出塔换热器入口气的温度（2）决定了进出塔换热器的设计温度，设计温度越高，其设备造价就越高，当其设计温度大于200℃，进出塔换热器需要采用高等级材料，设备投资成台阶式上升。
实用新型内容
本实用新型的目的在于：提出一种节省投资的氨合成装置。
本实用新型目的通过下述技术方案来实现：
一种节省投资的氨合成装置，包括内换热式氨合成塔，以及其进出口换热装置，所述进出口换热装置分别设有合成入塔气进、出口和合成出塔气进、出口，其合成出塔气进口与所述内换热式氨合成塔的合成出塔气出口联通，所述进出口换热装置的合成入塔气出口至少有两个，分别为高温段出口和低温段出口，其低温段出口与所述内换热式氨合成塔的壳程环隙的合成入塔气入口联通，其高温段出口与所述内换热式氨合成塔上联通至塔内换热器的合成入塔气入口联通，所述内换热式氨合成塔的外壳和塔内件部分采用不同的材质和/或材质厚度，且外壳相比塔内部分采用更低等级的材质和/或更低的材质厚度。
作为优选方式，所述进出口换热装置为一进出口换热器，在所述进出口换热器的壳程上分别设置合成入塔气进口、所述的低温段出口、以及合成入塔气出口，合成入塔气出口为所述高温段出口，低温段出口设于上述合成入塔气进口和高温段出口之间。
作为优选方式，所述进出口换热装置由高温段和低温段两段组成，所述高温段出口设于高温段上，所述低温段出口设于低温段上，所述进出口换热装置的低温段和高温段被管板和管箱分隔，所述进出口换热装置的低温段和高温段采用不同的材质和/或材质厚度，且低温段相比高温段采用更低等级的材质和/或更低的材质厚度。
作为更优选，所述进出口换热装置的低温段出口设于其上所述合成入塔气进口和高温段出口之间，所述低温段出口将所述进出口换热装置分成高温段和低温段两段。
作为更优选，所述进出口换热装置为一进出口换热器，所述进出口换热器由两块管板分隔成高温段和低温段两段，该两管板间所构成的管箱联通所述进出口换热器高温段和低温段的管程，所述进出口换热器高温段和低温段的壳程通过联接管联通，所述进出口换热器高温段和低温段采用不同的材质和/或材质厚度，且低温段相比高温段采用更低等级的材质和/或更低的材质厚度，所述管箱上设有所述低温段出口，所述进出口换热器的管程出口为所述高温段出口。
作为另一更优选，所述进出口换热装置为一进出口换热器，所述进出口换热器由两块管板分隔成高温段和低温段两段，该两管板间所构成的管箱联通所述进出口换热器高温段和低温段的管程，所述进出口换热器高温段和低温段采用不同的材质和/或材质厚度，且低温段相比高温段采用更低等级的材质和/或更低的材质厚度，所述进出口换热器低温段的壳程与高温段的壳程通过联接管联通，所述低温段出口与所述的联接管相联，所述进出口换热器的壳程出口为所述高温段出口。
作为另一更优选，所述进出口换热装置由两个进出口换热器串联构成，第一级进出口换热器的合成入塔气出口与第二级进出口换热器的合成入塔气进口联通，第二级进出口换热器的合成出塔气出口与第一级进出口换热器的的合成出塔气进口联通，所述第一级进出口换热器的合成入塔气出口为所述低温段出口，所述第二级进出口换热器的合成入塔气出口为所述高温段出口，所述第一级进出口换热器与第二级进出口换热器采用不同的材质和/或材质厚度，且第一级进出口换热器比第二级进出口换热器采用更低等级的材质和/或更低的材质厚度。
作为另一更优选，所述进出口换热装置为一进出口换热器，所述进出口换热器由两块管板分隔，该两块管板间所构成的管箱联通所述进出口换热器的管程，所述进出口换热器被管板分隔的壳程通过联接管联通，所述进出口换热器的壳程出口为所述高温段出口，所述的低温段出口设置在所述进出口换热器的壳程上，并位于所述进出口换热器壳程进口与高温段出口之间，且不与上述联接管相联。
工作过程为：氨合成塔进出口换热器被设计为高温段和低温段两段。一部分合成入塔气从进出口换热器的低温段出口抽出后送入氨合成塔的壳程环隙，使得进入氨合成塔的壳程环隙的合成入塔气温度较低，使氨合成塔外壳的设计温度降低，从而允许氨合成塔外壳的设计中采用低等级和/或厚度更低的材质。同时为保证氨合成塔内的热量平衡，剩余部分的合成入塔气从进出口换热器的高温段抽出，送入氨合成塔。更进一步地，由于进出口换热器采用分段设计，当进出口换热器的低温段与高温段用管板分隔时，进出口换热器的低温段可采用低设计温度，高温段采用高设计温度。通过氨合成塔外壳和进出口换热器部分设计温度的降低，使氨合成塔外壳和进出口换热器部分材质等级和/或材质厚度降低，合成回路总的投资得以降低。
本实用新型的有益效果：本实用新型将将入塔气改为两段预热后，不仅可以通过降低入塔环隙气的温度来降低合成塔外壳的设计温度，以选用更低等级的材质，还可以使进出塔换热器低温段的设计温度降低，投资更省。
附图说明
图1是现有技术的工艺流程图；
图2是现有技术氨合成塔的结构示意图；
图3是本实用新型实施例1的工艺流程图；
图4是本实用新型实施例1的装置流程示意图；
图5是本实用新型实施例2的装置流程示意图；
图6是本实用新型实施例3的装置流程示意图；
图7是本实用新型实施例4的装置流程示意图；
图8是本实用新型实施例5的装置流程示意图。
具体实施方式
下列非限制性实施例用于说明本实用新型。
实施例1：
一种节省投资的氨合成装置，包括内换热式氨合成塔，以及其进出口换热装置（进出塔换热器），进出口换热装置将进、出内换热式氨合成塔的合成入塔气和合成出塔气进行换热。合成入塔气经过进出口换热装置的管程，合成出塔气经过进出口换热装置的壳程，进出口换热装置分成高温段和低温段两段，高温段和低温段之间被管板和管箱分隔，其管程通过管箱联接，壳程通过联接管联接，低温段出口设置在联接低温段和高温段管程的管箱上，一部分合成入塔气从进出口换热装置的低温段出口抽出后送入内换热式氨合成塔的壳程环隙，剩余部分的合成入塔气从进出口换热装置的高温段出口抽出，送入内换热式氨合成塔塔内部分，进出口换热装置的低温段和高温段可采用不同的材质和/或材质厚度，且低温段相比高温段采用更低等级的材质和/或更低的材质厚度，内换热式氨合成塔的外壳和塔内部分采用不同的材质和/或材质厚度，且外壳相比塔内部分采用更低等级的材质和/或更低的材质厚度。
如图3、4所示：进出口换热器（进出口换热装置）A段为高温段，其管程出口A3为高温段出口，B段为低温段，其管程出口A2为低温段出口，A段与B段之间通过管板和管箱分隔。合成入塔气经进出口换热器入口A1进入进出口换热器B段的管程预热，入塔气1.从B段出口A2抽出，自氨合成塔的N1接口进入合成塔环隙，对合成塔外壳起保护作用，然后进入内换热器预热。为控制入塔气1.的温度，在进出口换热器管程入口A1与B段出口A2之间设置了调温副线。进出口换热器高温段出口A3的入塔气2.自合成塔的N3接口直接进入合成塔内的内换热器预热。预热后的入塔气1.和入塔气2.温度达到催化剂的起活温度以上，进入I催化剂床层进行氨合成反应。反应后的气体经N2口出氨合成塔，并在合成废锅和\或锅炉给水预热器等换热器中回收热量后，进入进出口换热器A段壳程的入口A4，预热合成入塔气。
在该流程中，低温段抽出的入塔气1.的温度(1)约130℃～160℃,其决定了合成塔外壳的设计温度比传统流程更低，可以控制在200℃以下，使合成塔外壳可以选用低等级材料制造，设备投资大大降低。为维持合成塔内的热量平衡，使催化剂的入口温度达到起活温度以上，进出塔换热器高温段的出口温度（3）需提高到195℃以上，但该点温度的提高对氨合成塔整体投资的影响不明显。
同时在该流程中，进出口换热器低温段（B段）进口的温度（4）可以降低到200℃以下，低温段可以采用低等级材料制造，设备投资降低。
实施例2：
一种节省投资的氨合成装置，包括内换热式氨合成塔，以及其进出口换热器，进出口换热器分别设有合成入塔气进、出口和合成出塔气进、出口，合成入塔气经过进出口换热器的壳程，合成出塔气经过进出口换热器的管程，其合成出塔气进口与内换热式氨合成塔的合成出塔气出口联通，进出口换热器壳程的合成入塔气出口有两个，分别为高温段出口和低温段出口，其低温段出口与内换热式氨合成塔的壳程环隙的合成入塔气入口联通，其高温段出口与内换热式氨合成塔上联通至塔内部分的合成入塔气入口联通，内换热式氨合成塔的外壳和塔内部分采用不同的材质和/或材质厚度，且外壳相比塔内部分采用更低等级的材质和/或更低的材质厚度。作为优选，进出口换热器的低温段出口设于其上述合成入塔气进口和高温段出口之间。
如图5所示：含H2和N2的合成入塔气首先进入进出口换热器的壳程入口A1预热，换热器的壳程出口A3与壳程入口A1之间设置中间抽出口A2，中间抽出口A2即所述的低温段出口，壳程出口A3即所述的高温段出口。从A2出口抽出部分预热至130～160℃的合成入塔气（入塔气1.），经氨合成塔的接口N1，送往氨合成塔的壳程环隙。为控制入塔气1.的温度，在进出口换热器壳程入口A1与中间抽出口A2之间设置了调温副线。通常氨合成塔外壳的设计温度可以低于200℃。环隙出口气再进入氨合成塔的内换热器进一步预热。为维持氨合成塔内的热量平衡，其余的入塔气（入塔气2.）在进出口换热器的壳程内继续预热到约195℃以上，然后从进出口换热器的壳程出口A3经氨合成塔的接口N3进入氨合成塔内，在氨合成塔内的换热器中继续预热。在氨合成塔内部，经过内换热器预热的合成气进入催化剂床层进行反应。
含H2,N2,NH3的合成塔出口气从N2口出氨合成塔，经合成废锅和/或锅炉给水预热器回收热量后，经A4口进入所述进出口换热器的管程，预热合成塔入塔气。
实施例3：
本实施例与实施例1基本相同，进出口换热器分为低温段和高温段，低温段与高温段之间被管板和管箱分隔，高温段和低温段的管程通过管箱联接，壳程通过联接管联接。其区别在于：合成入塔气经过进出口换热器的壳程，合成出塔气经过进出口换热器的管程, 低温段出口设置在联接低温段和高温段壳程的联接管上。
如图6所示：进出口换热器的管程被设计为A、B两段，两段之间通过不同的管板分隔。A段与B段可采用不同的材质和/或材质厚度，B段的材质等级和/或材质厚度更低。含H2和N2的合成入塔气首先经A1口进入进出口换热器B段的壳程内预热，预热后气体温度(1)约130～160℃,从与进出口换热器壳程联接管线相接的A2口抽出部分（入塔气1.），经氨合成塔的N1口进入氨合成塔的壳程环隙，内换热式氨合成塔的外壳相比塔内件部分采用更低等级的材质和/或更低的材质厚度，通常氨合成塔外壳的设计温度可以低于200℃，氨合成塔的外壳相比塔内件可采用更低等级的材质。氨合成塔环隙出口气再进入氨合成塔内的内换热器进一步预热。为维持氨合成塔内的热量平衡，其余的入塔气（入塔气2.）在进出口换热器的A段壳程内继续预热到195℃（3）以上，然后从高温段出口A3抽出，经氨合成塔的N3口进入氨合成塔的内换热器预热。在氨合成塔内部，经过内换热器预热的合成气进入催化剂床层进行反应。含H2,N2,NH3的反应气从N2口出氨合成塔，经合成废锅和/或锅炉给水预热器回收热量后，依次进入进出口换热器A段和B段的管程预热合成塔入口气。
当进出口换热器A段管程的合成塔出口气温度（4）低于200℃时，进出口换热器B段可采用低等级材质制造。
实施例4：
本实施例与实施例1基本相同，其区别在于：进出口换热装置由两个进出口换热器串联构成，第一级进出口换热器（进出口换热器1）的合成入塔气出口与第二级进出口换热器（进出口换热器2）的合成入塔气进口联通，第二级进出口换热器的合成出塔气出口与第一级进出口换热器的的合成出塔气进口联通，第一级进出口换热器的合成入塔气出口为低温段出口，第二级进出口换热器的合成入塔气出口为高温段出口；第一级进出口换热器的合成入塔气进口即该进出口换热装置的合成入塔气进口，第二级进出口换热器的合成出塔气进口即该进出口换热装置的合成出塔气进口，第一级进出口换热器的合成出塔气出口即该进出口换热装置的合成出塔气出口。
如图7所示：含H2和N2的合成入塔气首先进入进出口换热器1.预热至130～160℃（1），出口气抽出部分（入塔气1.）经氨合成塔的N1口送入氨合成塔的壳程环隙。内换热式氨合成塔的外壳相比塔内件部分采用更低等级的材质和/或更低的材质厚度。为控制入塔气1.的温度，在进出口换热器1.的入塔气侧设置了调温副线。通常氨合成塔外壳的设计温度可以低于200℃。环隙出口气再进入氨合成塔的内换热器进一步预热。为维持氨合成塔内的热量平衡，进出口换热器1.出口的剩余入塔气（入塔气2.）在进出口换热器2.中继续预热到约195℃以上（3），然后通过氨合成塔N3口进入氨合成塔的内换热器预热。在氨合成塔内部，经过内换热器预热的合成气进入催化剂床层进行反应。含H2,N2,NH3的合成塔出口气从N2口出氨合成塔，经合成废锅和/或锅炉给水预热器回收热量后，先后进入进出口换热器2.及进出口换热器1.，预热合成塔入口气后进入后续设备。
当进出口换热器2.的合成塔出口气温度（4）低于200℃时，进出口换热器1.可采用低等级材质制造。
实施例5：
本实施例与实施例2基本相同：合成入塔气经过进出口换热器的壳程，合成出塔气经过进出口换热器的管程，其合成出塔气进口与内换热式氨合成塔的合成出塔气出口联通，进出口换热器壳程的合成入塔气出口有两个，分别为高温段出口和低温段出口，低温段出口位于高温段出口与合成入塔气进口之间，其低温段出口与内换热式氨合成塔的壳程环隙的合成入塔气入口联通，其高温段出口与内换热式氨合成塔上联通至塔内部分的合成入塔气入口联通。本实施案例与实施案例2.的区别在于：进出口换热器分成高温段和低温段，其低温段被管板和管箱进一步分割为两个部分，上述两部分的管程通过管箱联通，壳程通过联接管联通，两个部分可采用不同的材质和/或材质厚度。
如图8所示：含H2和N2的合成入塔气首先进入进出口换热器的壳程入口A1预热，换热器的壳程出口A3与壳程入口A1之间设置中间抽出口A2，中间抽出口A2即所述的低温段出口，壳程出口A3即所述的高温段出口。低温段被管板和管箱分隔为两个部分，这两个部分的管程通过管箱联通，壳程通过联接管联通。从A2出口抽出部分预热至130～160℃的合成入塔气（入塔气1.），经氨合成塔的接口N1，送往氨合成塔的壳程环隙。 为控制入塔气1.的温度，在进出口换热器壳程入口A1与中间抽出口之A2间设置了调温副线。通常氨合成塔外壳的设计温度可以低于200℃。环隙出口气再进入氨合成塔的内换热器进一步预热。为维持氨合成塔内的热量平衡，其余的入塔气（入塔气2.）在进出口换热器的壳程内继续预热到约195℃以上，然后从进出口换热器的壳程出口A3经氨合成塔的接口N3进入氨合成塔内，在氨合成塔内的换热器中继续预热。在氨合成塔内部，经过内换热器预热的合成气进入催化剂床层进行反应。
含H2,N2,NH3的合成塔出口气从N2口出氨合成塔，经合成废锅和/或锅炉给水预热器回收热量后，经A4口进入所述进出口换热器的管程，预热合成塔入塔气。当进出口换热器内两块管板间的合成塔出口气温度（4）低于200℃时，进出口换热器低温段的一部分可采用低等级材质制造。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种节省投资的氨合成装置，包括内换热式氨合成塔，以及其进出口换热装置，所述进出口换热装置分别设有合成入塔气进、出口和合成出塔气进、出口，其合成出塔气进口与所述内换热式氨合成塔的合成出塔气出口联通，其特征在于：所述进出口换热装置的合成入塔气出口至少有两个，分别为高温段出口和低温段出口，其低温段出口与所述内换热式氨合成塔的壳程环隙的合成入塔气入口联通，其高温段出口与所述内换热式氨合成塔上联通至塔内换热器的合成入塔气入口联通，所述内换热式氨合成塔的外壳和塔内件部分采用不同的材质和/或材质厚度，且外壳相比塔内部分采用更低等级的材质和/或更低的材质厚度。
2.如权利要求1所述的节省投资的氨合成装置，其特征在于：所述进出口换热装置为一进出口换热器，在所述进出口换热器的壳程上分别设置合成入塔气进口、所述的低温段出口、以及合成入塔气出口，合成入塔气出口为所述高温段出口，低温段出口设于上述合成入塔气进口和高温段出口之间。
3.如权利要求1所述的节省投资的氨合成装置，其特征在于：所述进出口换热装置由高温段和低温段两段组成，所述高温段出口设于高温段上，所述低温段出口设于低温段上，所述进出口换热装置的低温段和高温段被管板和管箱分隔，所述进出口换热装置的低温段和高温段采用不同的材质和/或材质厚度，且低温段相比高温段采用更低等级的材质和/或更低的材质厚度。
4.如权利要求3所述的节省投资的氨合成装置，其特征在于：所述进出口换热装置的低温段出口设于其上所述合成入塔气进口和高温段出口之间，所述低温段出口将所述进出口换热装置分成高温段和低温段两段。
5.如权利要求4所述的节省投资的氨合成装置，其特征在于：所述进出口换热装置为一进出口换热器，所述进出口换热器由两块管板分隔成高温段和低温段两段，该两管板间所构成的管箱联通所述进出口换热器高温段和低温段的管程，所述进出口换热器高温段和低温段的壳程通过联接管联通，所述进出口换热器高温段和低温段采用不同的材质和/或材质厚度，且低温段相比高温段采用更低等级的材质和/或更低的材质厚度，所述管箱上设有所述低温段出口，所述进出口换热器的管程出口为所述高温段出口。
6.如权利要求4所述的节省投资的氨合成装置，其特征在于：所述进出口换热装置为一进出口换热器，所述进出口换热器由两块管板分隔成高温段和低温段两段，该两管板间所构成的管箱联通所述进出口换热器高温段和低温段的管程，所述进出口换热器高温段和低温段采用不同的材质和/或材质厚度，且低温段相比高温段采用更低等级的材质和/或更低的材质厚度，所述进出口换热器低温段的壳程与高温段的壳程通过联接管联通，所述低温段出口与所述的联接管相联，所述进出口换热器的壳程出口为所述高温段出口。
7.如权利要求4所述的节省投资的氨合成装置，其特征在于：所述进出口换热装置由两个进出口换热器串联构成，第一级进出口换热器的合成入塔气出口与第二级进出口换热器的合成入塔气进口联通，第二级进出口换热器的合成出塔气出口与第一级进出口换热器的的合成出塔气进口联通，所述第一级进出口换热器的合成入塔气出口为所述低温段出口，所述第二级进出口换热器的合成入塔气出口为所述高温段出口，所述第一级进出口换热器与第二级进出口换热器采用不同的材质和/或材质厚度，且第一级进出口换热器比第二级进出口换热器采用更低等级的材质和/或更低的材质厚度。
8.如权利要求4所述的节省投资的氨合成装置，其特征在于：所述进出口换热装置为一进出口换热器，所述进出口换热器由两块管板分隔，该两块管板间所构成的管箱联通所述进出口换热器的管程，所述进出口换热器被管板分隔的壳程通过联接管联通，所述进出口换热器的壳程出口为所述高温段出口，所述的低温段出口设置在所述进出口换热器的壳程上，并位于所述进出口换热器壳程进口与高温段出口之间，且不与上述联接管相联。
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2013
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103318919A (zh) * | 2013-07-11 | 2013-09-25 | 中国成达工程有限公司 | 一种节省投资的氨合成工艺及其装置 |
| CN114307869A (zh) * | 2021-12-17 | 2022-04-12 | 南京敦先化工科技有限公司 | 一种氨合成反应器 |
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| CX01 | Expiry of patent term |
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