CN217248842U - 一种合成氨换热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种合成氨换热装置，涉及合成氨换热技术领域；包括换热箱，换热箱内部竖直设置有呈螺旋状的废气管，废气管的顶端贯穿换热箱并与连接管连通，连接管远离废气管的一端贯穿反应釜的侧壁并与反应釜内部连通，废气管的底端贯穿换热箱侧壁下部；还包括外管和内管，外管同轴套设在内管外部，外管与内管均呈螺旋状并竖直设置在反应釜的夹层内，外管的底端贯穿反应釜侧壁下部并与主管连通；外管的顶端贯穿反应釜侧壁并与设置在反应釜内部的水平管连通；内管的顶端贯穿外管侧壁并与反应釜内部连通，内管的底端贯穿外管底端并与废气管的出气端连通；其利用冷凝液和冷却废气联合降温，既能确保换热装置的安全性，又能提高换热效率。

Description

一种合成氨换热装置

技术领域

本实用新型涉及合成氨换热技术领域，尤其涉及一种合成氨换热装置。

背景技术

合成氨指由氮气和氢气在高温高压和催化剂存在下直接合成氨气的反应。该反应为放热且为可逆反应，因该反应的催化剂的性在500℃左右时最大，因此一般需加热至500℃左右，方能使该反应顺利发生，然而因该反应为放热反应，在合成氨的过程中，反应釜中的温度会不断升高，温度升高在一定程度上能加快化学反应速率，然而因该反应为放热反应，温度过高会导致该可逆反应逆向进行，不利于氨气的生成，因此，在反应温度过高时，需对反应釜内的温度进行冷却，以保证其处于500摄氏度左右。

现有技术中，常采用两种方式进行换热，其一为直接将反应釜内的废气抽出进行冷却，再通过冷却后的废气对反应釜内的壳体进行降温，因气体受热极易膨胀，若采用此种方法进行降温，虽能充分利用废气余热，但是气体与反应釜内的高温进行换热时会急剧膨胀，引发管道爆炸等风险，若不对冷却废气加以利用，则会导致气体浪费；其二为直接采用冷凝液对反应釜的壳体进行降温，采用此种方法降温难以充分利用废气余热，导致余热浪费。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种合成氨换热装置；其利用冷凝液和冷却废气联合降温，既能确保换热装置的安全性，又能提高换热效率。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种合成氨换热装置，包括换热箱，所述换热箱的顶部设置有排液管，所述换热箱的底部设置有进液管，所述换热箱内部同轴竖直设置有呈螺旋状的废气管，所述废气管的顶端贯穿所述换热箱顶部并与连接管连通，所述连接管远离所述废气管的一端贯穿反应釜的侧壁并与所述反应釜内部连通，所述废气管的底端贯穿所述换热箱侧壁下部并延设至所述换热箱的外部；还包括外管和内管，所述外管同轴套设在所述内管外部并与所述内管之间呈间隙设置，所述外管与所述内管均呈螺旋状并竖直设置在所述反应釜的夹层内，所述外管的底端贯穿所述反应釜侧壁下部并与主管连通，所述主管与设置在所述反应釜外部的液箱连通，所述主管上设置有水泵，所述进液管的进液端与所述主管连通；所述外管的顶端贯穿所述反应釜侧壁并与水平设置在所述反应釜内部的水平管连通，所述水平管远离所述外管的一端贯穿所述反应釜侧壁并延设至所述反应釜外部；所述内管的顶端贯穿所述外管侧壁并与所述反应釜内部连通，所述内管的底端贯穿所述外管底端并与所述废气管的出气端连通；所述废气管的出气端设置有抽风机。

上述方案中，当反应釜内温度较高时，使液箱内的冷凝液沿着两条支路进行流动，具体的，其一沿着主管、进液管进入换热箱内，其二沿着主管流入外管内；待两条支路的冷凝液顺利进行流动时，打开抽风机，在抽风机的作用下，反应釜内的高温废气依次沿着连接管和废气管进入换热箱内与冷凝液进行热交换，待高温废气冷却后进入内管内，此时冷却废气在内管内由下至上螺旋向上流动，外管内的冷凝液由下至上螺旋向上流动，外管内的冷凝液与反应釜快速进行热交换，使反应釜内的温度降低，使冷凝液的温度升高，同时内管内的冷却废气与外管内的冷凝液进行热交换，能够减缓冷凝液的升温速度，进而加快反应釜内的降温速度，因冷却废气未与反应釜直接热交换，因此其升温的速度较慢，能够避免升温过快而导致废气体积膨胀，引发爆炸危险。通过设置外管和内管，能够充分对反应釜进行降温，且能够确保换热装置的安全性以及提高换热效率。

优选的，所述换热箱内部同轴设置有中心轴，所述中心轴的顶端贯穿所述换热箱的顶部并与设置在所述换热箱顶部的电机的输出端固定连接，所述中心轴的外部设置有若干搅拌叶，若干所述搅拌叶均设置在所述废气管的内部。

上述方案中，通过打开电机，使中心轴和搅拌叶同步转动，进而使换热箱内的冷凝液不断进行搅拌，增大冷凝液与废气管的接触频率，进而提高换热效率。

优选的，所述换热箱的顶部设置有过滤箱，所述过滤箱内同轴设置有过滤桶，所述过滤桶的顶部与所述过滤箱的内顶部紧密接触，所述过滤桶的底部与所述过滤箱的内底部呈间隙设置；所述连接管远离所述反应釜的一端贯穿所述过滤箱顶部并与所述过滤桶内部连通，所述废气管的顶端贯穿所述换热箱的底部并与所述过滤箱内部连通，所述废气管设置在所述过滤桶的下方。

上述方案中，通过设置过滤桶，能够对高温废气中的大量杂质进行过滤，避免高温废气在循环的过程中引发管路堵塞等风险，同时过滤桶的侧壁和底壁均设置有大量过滤孔，能够增大与废气的接触面积，进而提高废气的过滤速度。

优选的，所述过滤箱的顶部设置有箱盖，所述箱盖的底部边缘围设有环形槽，所述过滤箱的顶部围设有与所述环形槽相匹配的环形块，所述环形块插设在所述环形槽内部。

上述方案中，通过设置箱盖，便于对过滤桶进行清理，同时，通过将环形块插设在所述环形槽内部，能够增大过滤箱的密封性，进而避免高温废气沿过滤箱溢出至空气中，引发空气污染。

优选的，所述过滤桶的顶部与所述箱盖螺纹连接。

上述方案中，螺纹连接便于对过滤桶和箱盖进行拆卸和连接，提高操作的便利性。

优选的，所述水平管呈“S”形设置。

上述方案中，“S”形设置能够增大釜内气体与水平管的接触面积，进而提高水平管与高温废气的换热效率。

优选的，所述内管的顶端连通有分气管，所述分气管的底端连通有若干竖直设置的出气管。

上述方案中，将内管中的废气经若干出气管排至釜内，能够在釜内形成大的气流，进而增加内管内的气体与釜内气体的接触面积，进而提高冷却速度。

优选的，所述水平管和所述排液管的排液端均与所述反应釜外部的处理箱连通，所述处理箱通过处理管和所述液箱连通，所述处理管用于将所述处理箱的冷凝液输送至所述液箱内。

上述方案中，通过将热交换后的高温冷凝液统一排至处理箱内，能够提高对高温冷凝液的余热利用效率，待高温冷凝液的余热利用结束后，将冷却后的冷凝液输送至液箱内，实现冷凝液的循环，进而实现对冷凝液的回收。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

设置有换热箱、废气管、连接管、外管、内管、主管、液箱、抽风机等装置。当反应釜内合成氨温度远高于500℃时，液箱内的冷凝液沿着两条支路进行流动，其一为沿着主管、进液管进入换热箱内，其二为沿着主管流入外管内；其后打开抽风机，在抽风机的作用下，反应釜内的高温废气依次沿着连接管和废气管进入换热箱内，换热箱内的冷凝液与废气管进行热交换，使废气管的温度快速降低，进而使高温废气快速进行冷却，因废气管为螺旋状，能够增加冷凝液与废气管的接触面积，进而提高高温废气的冷却速度，冷却后的废气进入内管内，此时冷却废气在内管内由下至上螺旋向上流动，外管内的冷凝液由下至上螺旋向上流动，外管内的冷凝液与反应釜能够快速进行热交换，使反应釜内的温度降低，同时使冷凝液的温度升高，而内管内的冷却废气与外管内的冷凝液同步反生热交换，能够减缓冷凝液的升温速度，进而加快反应釜内的降温速度，因冷却废气未与反应釜直接热交换，因此，其升温的速度较慢，能够避免因升温过快过高而导致废气膨胀，引发爆炸危险。通过设置外管和内管，能够充分利用冷却废气和冷凝液联合对反应釜进行降温，且能够确保换热装置的安全性以及提高换热效率。

附图说明

图1为本实用新型正视方向的剖视结构示意图；

图2为本实用新型俯视方向的剖视结构示意图；

图3为本实用新型中水平管的俯视方向的结构示意图；

图4为本实用新型中过滤箱的正视方向的剖视结构示意图；

图中：100-换热箱、110-排液管、120-进液管、130-废气管、140-连接管、150-反应釜、 160-外管、170-内管、180-夹层、190-主管、200-液箱、210-抽风机、220-中心轴、230-电机、240-搅拌叶、250-过滤箱、260-过滤桶、270-箱盖、280-环形槽、290-环形块、300-水平管、310-分气管、320-出气管、330-处理箱、340-处理管。

具体实施方式

下面结合本实用新型中的附图1至图4，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

如图1和图2所示，一种合成氨换热装置，包括换热箱100，用于对反应釜150内的高温废气进行换热；具体的，换热箱100的顶部设置有排液管110，换热箱100的底部设置有进液管120，便于使冷凝液进入换热箱100的方向为从上至下，与高温废气的流动方向相反，进而形成对流以提高换热效率；进一步的，换热箱100内部同轴竖直设置有呈螺旋状的废气管130，螺旋状设置能够增加冷凝液与废气管130的接触面积，进而提高高温废气的冷却速度；废气管130的顶端贯穿换热箱100顶部并与连接管140连通，连接管140远离废气管130的一端贯穿反应釜150的侧壁并与反应釜150内部连通，废气管130的底端贯穿换热箱100侧壁下部并延设至换热箱100的外部，此外，该换热装置还包括外管160和内管 170，外管160同轴套设在内管170外部并与内管170之间呈间隙设置，外管160和内管 170之间形成的间隙即为冷凝液的流动通路，便于冷凝液在通路中与反应釜150和内管170 内的废气进行同步热交换；外管160与内管170均呈螺旋状并竖直设置在反应釜150的夹层 180内，螺旋状设置能够增大外管170与反应釜的接触面积，进而提高换热效率；外管160 的底端贯穿反应釜150侧壁下部并与主管190连通，主管190与设置在反应釜150外部的液箱200连通，主管190上设置有水泵，进液管120的进液端与主管190连通；外管160的顶端贯穿反应釜150侧壁并与水平设置在反应釜150内部的水平管300连通，水平管300远离外管160的一端贯穿反应釜150侧壁并延设至反应釜150外部，水平管300的设置便于冷凝液进入反应釜150内壁，与反应釜150内部的高温废气直接进行热交换；此外，内管170的顶端贯穿外管160侧壁并与反应釜150内部连通，便于使内管170的废气直接通入反应釜 150内，因内管170内的气体温度低于反应釜150内的气体温度，便于使内管170内的气体与高温气体形成热交换；内管170的底端贯穿外管160底端并与废气管130的出气端连通；废气管130的出气端设置有抽风机210。

具体实施时，当反应釜150内合成氨温度远高于500℃时，釜内温度过高，压强过大，极易引发爆炸同时不利于合成氨反应的进行，此时，需使反应釜150快速降温，使其温度快速恢复至500左右。打开水泵，在水泵的作用下，液箱200内的冷凝液沿着两条支路进行流动，其一为沿着主管190、进液管120进入换热箱100内，其二为沿着主管190流入外管 160内；待两条支路的冷凝液顺利流动时，打开抽风机210，在抽风机210的作用下，反应釜150内的高温废气依次沿着连接管140和废气管130进入换热箱100内，在换热箱100 内，高温废气通过废气管130与冷凝液发生热交换，使废气管130的温度快速降低，进而使高温废气快速冷却；经冷凝液冷却后的废气沿废气管130的出气端进入内管170内，此时冷却废气在内管170内由下至上螺旋向上流动，外管160内的冷凝液由下至上螺旋向上流动，外管160内的冷凝液与反应釜150能够快速进行热交换，使反应釜150内的温度降低，同时使冷凝液的温度升高，而内管170内的冷却废气与外管160内的冷凝液亦能同步反生热交换，能够减缓冷凝液的升温速度，进而加快反应釜150内的降温速度，因冷却废气未与反应釜150直接热交换，在与外管160的冷凝液进行热交换时，温度上升较缓慢，因此能够避免因升温过快过高而导致废气膨胀，引发爆炸危险。外管160内的冷凝液在夹层180内热交换后沿着水平管300流出反应釜150进行收集，而内管170内的废气直接排入反应釜150内，此时内管170内的废气虽然进行了升温，但是其温度远低于釜内气体的温度，因此，其在反应釜150内能够对釜内气体进行降温，其后在与釜内气体一起沿连接管140排出，实现热交换循环。本实用新型利用冷却废气和冷凝液联合对反应釜150进行降温，能够确保换热装置的安全性以及提高换热效率。

在实际换热过程中，当高温废气排至换热箱100内时，若换热箱100内的冷凝液处于静止状态，则不利于提高换热效率，因此，在换热箱100内部同轴设置有中心轴220，中心轴 220的顶端贯穿换热箱100的顶部并与设置在换热箱100顶部的电机230的输出端固定连接，中心轴220的外部设置有若干搅拌叶240，若干搅拌叶240均设置在废气管130的内部。当高热废气在换热的过程中，同步打开电机230，使中心轴220和搅拌叶240同步转动，进而使换热箱100内的冷凝液不断进行搅拌，增大冷凝液与废气管130的接触频率，进而提高换热效率，待冷凝液温度过高时，将其沿排液管110排出，再输入冷却的冷凝液对废气进行热交换。

进一步的，在实际工作时，高温废气中含有大量的杂质，若不对其进行过滤而直接进行热交换，则极易使其在循环的过程中引发管路堵塞等风险，为了克服该缺陷，如图4所示，换热箱100的顶部设置有过滤箱250，过滤箱250内同轴设置有过滤桶260，过滤桶260的侧壁和底壁均设置有大量过滤孔，过滤桶260的顶部与过滤箱250的内顶部紧密接触，过滤桶260的底部与过滤箱250的内底部呈间隙设置；连接管140远离反应釜150的一端贯穿过滤箱250顶部并与过滤桶260内部连通，废气管130的顶端贯穿换热箱100的底部并与过滤箱250内部连通，废气管130设置在过滤桶260的下方。通过设置过滤桶260，能够对高温废气中的大量杂质进行过滤，同时，过滤桶260的侧壁和底壁均设置有大量过滤孔，能够增大与废气的接触面积，进而提高废气的过滤速度。

进一步的，当过滤桶260在长期使用后，过滤效率会逐步降低甚至过滤效果完全失效，需将过滤桶260沿过滤箱250取出进行清理，因此，在过滤箱250的顶部设置有箱盖270，同时，箱盖270的底部边缘围设有环形槽280，过滤箱250的顶部围设有与环形槽280相匹配的环形块290，环形块290插设在环形槽280内部。通过使环形块290和环形槽280相适配，能够增大过滤箱250的密封性，进而避免高温废气沿过滤箱250溢出至空气中，引发空气污染。

进一步的，为了便于过滤桶260和箱盖270之间拆卸和连接更加便利，过滤桶260的顶部与箱盖270螺纹连接。

进一步的，如图3所示，水平管300呈“S”形设置。“S”形设置能够增大反应釜内的高温废气与水平管300的接触面积，进而提高水平管300与高温废气的换热效率。

进一步的，内管170的顶端连通有分气管310，分气管310的底端连通有若干竖直设置的出气管320。通过将内管170中的废气经若干出气管320排至釜内，能够形成较大的气流、进而增加内管170内的气体与釜内气体的接触面积，进而提高冷却速度。

进一步的，水平管300和排液管110的排液端均与反应釜150外部的处理箱330连通，通过将热交换后的高温冷凝液统一排至处理箱330内，能够提高对高温冷凝液的余热利用效率；此外，处理箱330通过处理管340和液箱200连通，处理管340用于将处理箱330的冷凝液输送至液箱200内。待高温冷凝液的余热利用结束后，将冷却后的冷凝液输送至液箱200内，实现冷凝液的循环，进而实现对冷凝液的回收。

在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种合成氨换热装置，其特征在于，包括换热箱(100)，所述换热箱(100)的顶部设置有排液管(110)，所述换热箱(100)的底部设置有进液管(120)，所述换热箱(100)内部同轴竖直设置有呈螺旋状的废气管(130)，所述废气管(130)的顶端贯穿所述换热箱(100)顶部并与连接管(140)连通，所述连接管(140)远离所述废气管(130)的一端贯穿反应釜(150)的侧壁并与所述反应釜(150)内部连通，所述废气管(130)的底端贯穿所述换热箱(100)侧壁下部并延设至所述换热箱(100)的外部；还包括外管(160)和内管(170)，所述外管(160)同轴套设在所述内管(170)外部并与所述内管(170)之间呈间隙设置，所述外管(160)与所述内管(170)均呈螺旋状并竖直设置在所述反应釜(150)的夹层(180)内，所述外管(160)的底端贯穿所述反应釜(150)侧壁下部并与主管(190)连通，所述主管(190)与设置在所述反应釜(150)外部的液箱(200)连通，所述进液管(120)的进液端与所述主管(190)连通；所述外管(160)的顶端贯穿所述反应釜(150)侧壁并与水平设置在所述反应釜(150)内部的水平管(300)连通，所述水平管(300)远离所述外管(160)的一端贯穿所述反应釜(150)侧壁并延设至所述反应釜(150)外部；所述内管(170)的顶端贯穿所述外管(160)侧壁并与所述反应釜(150)内部连通，所述内管(170)的底端贯穿所述外管(160)底端并与所述废气管(130)的出气端连通；所述废气管(130)的出气端设置有抽风机(210)。

2.根据权利要求1所述的一种合成氨换热装置，其特征在于，所述换热箱(100)内部同轴设置有中心轴(220)，所述中心轴(220)的顶端贯穿所述换热箱(100)的顶部并与设置在所述换热箱(100)顶部的电机(230)的输出端固定连接，所述中心轴(220)的外部设置有若干搅拌叶(240)，若干所述搅拌叶(240)均设置在所述废气管(130)的内部。

3.根据权利要求1所述的一种合成氨换热装置，其特征在于，所述换热箱(100)的顶部设置有过滤箱(250)，所述过滤箱(250)内同轴设置有过滤桶(260)，所述过滤桶(260)的顶部与所述过滤箱(250)的内顶部紧密接触，所述过滤桶(260)的底部与所述过滤箱(250)的内底部呈间隙设置；所述连接管(140)远离所述反应釜(150)的一端贯穿所述过滤箱(250)顶部并与所述过滤桶(260)内部连通，所述废气管(130)的顶端贯穿所述换热箱(100)的底部并与所述过滤箱(250)内部连通，所述废气管(130)设置在所述过滤桶(260)的下方。

4.根据权利要求3所述的一种合成氨换热装置，其特征在于，所述过滤箱(250)的顶部设置有箱盖(270)，所述箱盖(270)的底部边缘围设有环形槽(280)，所述过滤箱(250)的顶部围设有与所述环形槽(280)相匹配的环形块(290)，所述环形块(290)插设在所述环形槽(280)内部。

5.根据权利要求4所述的一种合成氨换热装置，其特征在于，所述过滤桶(260)的顶部与所述箱盖(270)螺纹连接。

6.根据权利要求1所述的一种合成氨换热装置，其特征在于，所述水平管(300)呈“S”形设置。

7.根据权利要求1所述的一种合成氨换热装置，其特征在于，所述内管(170)的顶端连通有分气管(310)，所述分气管(310)的底端连通有若干竖直设置的出气管(320)。

8.根据权利要求1所述的一种合成氨换热装置，其特征在于，所述水平管(300)和所述排液管(110)的排液端均与所述反应釜(150)外部的处理箱(330)连通，所述处理箱(330)通过处理管(340)和所述液箱(200)连通，所述处理管(340)用于将所述处理箱(330)的冷凝液输送至所述液箱(200)内。

Images