JP5680853B2 - アンモニア転化装置 - Google Patents

Description

本発明は、本質的に半径方向に流通されかつ熱交換器を同心状に取り囲む少なくとも１つの触媒床を有するアンモニア転化装置（Ａｍｍｏｎｉａｋｋｏｎｖｅｒｔｅｒ）であって、転化装置外壁と触媒の外側シリンダケースとの間に、および／または触媒の内側シリンダ壁と熱交換器管を取り囲む導流シリンダとの間に、外側または内側環状空間が設けられている、前記アンモニア転化装置に関する。

このようなアンモニア転化装置には様々な構成のものがある。ここで、あくまでも例として本出願人らの特許文献１または特許文献２による構造を参照されたい。

アンモニアを製造するためのこのような反応器には、合成ガスが連続的に流通する複数の触媒床が装備されている。触媒床内で生成するアンモニアの反応熱を除去するために、各触媒床に熱交換器が設けられており、熱交換器は触媒床から流出するガスの反応熱を流入する循環ガスに移動させるが、ここで、設備の構成に応じて、２つの触媒床と、第１の床によって取り囲まれる内側熱交換器とを転化装置に設けること、または３つの触媒床を設けることが知られており、ここで、前記の第１の床は両方ともその内側に熱交換器を取り囲む。

このような方法では、触媒床中にある触媒を最初の運転開始前に還元し、それによって触媒物質を活性化させることが必要である。そのとき、運転開始時にまたは触媒還元時にガスは加熱された予熱器上を流れ、外側環状空間から第１の触媒床に入り、触媒床を通って内側環状空間に入った後、そこで内側にある熱交換器のケースの面上を流れる。そのとき、ガスは、通常運転中にその熱を、熱交換器に流入する循環ガスに渡す。

特許文献３に記載されているように、複数の触媒床およびその内側にある熱交換器が設けられている場合、別の床でも、対応する導流から類似の流通挙動が生じる。

アンモニア転化装置の通常運転時と同様に還元段階または予熱段階中に、触媒への流れが不均一であると、触媒床の周囲で温度分布が非常に不均一になることがあり、それは、特に還元時にまたは冷ガスによる第１の触媒床の温度調節時に還元または反応の不均一な進行を招くことが分かった。触媒床および熱交換器を本質的に半径方向に流通するため、不均一な温度分布は下流の触媒床でも維持される。その理由は、比較的低温で触媒床から周囲領域に流出するガス流によって、流入する循環ガスは下流の熱交換器の管側面であまり予熱されず、従って同様にあまり予熱されなかったこのガスが触媒床に流入するからである。このフィードバック効果によって、不均一な温度分布が反応器の全ての触媒床全体にわたって本質的に同じ周囲角度領域に延びる。

独国実用新案第８３３４２１８Ｕ１号明細書 独国実用新案第８７１７７２４Ｕ１号明細書 独国特許出願公開第１９４０４７８Ａ号明細書 独国特許出願公開第１９５７６９６Ａ号明細書 オーストリア特許第２８７０１１Ｂ号明細書

本発明の課題は、アンモニア転化装置の周囲で流入するガス流と流出するガス流の温度ができるだけ均一になるように、触媒床および熱交換器へのできるだけ均一な流れを達成することである。

この課題は、冒頭に記載したようなアンモニア転化装置において、環状空間の少なくとも１つに、１つまたは複数の環状空間を通り螺旋形に導流するためのスタチックミキサーを備えることによって本発明により解決される。

環状空間に入る僅かな螺旋形の流れがあるだけでも、床周囲の温度分布が明らかに均一化することが分かった。これは熱交換器への流れにも当てはまる。なお、ここで、触媒床の中に導流するための装置は、例えば、特許文献４または特許文献５から公知であることに留意されたい。

本発明の実施形態は、従属請求項から明らかになる。そこではスタチックミキサーがバッフル板として構成されてもよい。

本発明の別の実施形態では、少なくとも熱交換器への流れの流入領域で螺旋形の流れを発生させるための導流板が設けられている。

構造の大きさおよび構造様式に応じて、環状空間に設けられるミキサーを連続した（ｇｅｓｃｈｌｏｓｓｅｎｅ）螺旋として、または分断された（ｕｎｔｅｒｂｒｏｃｈｅｎｅ）螺旋部分として構成することが適切であることができ、これらの代替は両方とも本発明において想定内である。

また、本発明によれば、異なる構造様式では、異なる環状空間に同じ方向の回転要素（Ｗｅｎｄｅｌｕｎｇ）または反対方向の回転要素が装備されていてもよく、例えば、上から見た場合に、第１の触媒床への流れ領域は外側から内側に時計回りに生じ、触媒床からの流れは内側環状空間において反時計回りに生じてもよい。

このような強制流は、主流通方向が外側から内側になるように構成されている触媒床でも、またはこのような強制流が内側から外側に流通される触媒床でも可能である。

本発明の他の特徴、詳細、および利点は、以下の説明に基づいて、並びに図面を参照することによって明らかになる。

２つの触媒床を有するアンモニア転化装置の略断面図である。 同じ図示方式での３つの触媒床を有するアンモニア転化装置の略断面図である。 スタチックミキサーの原理図である。

図１に全体が１で示されているアンモニア転化装置は、内側に同軸状に熱交換器３を備える第１の触媒床２を有し、第２の触媒床４は流れ方向で見て下流に配置されている。循環ガスは、供給管５を介して転化装置１に供給され、出口管６で転化装置１から流出する。

転化装置の制御時または始動時に（このプロセスは最初の運転開始時に触媒物質の還元に役立つ）、ガスは転化装置の頭部の環状分配器７を介して中に供給され、ガスは、まず、転化装置の挿入部品のハウジング壁９と外側シリンダケース１０との間に形成されている外側環状空間８に送り込まれる。

本発明によれば、この環状空間９にスタチックミキサー１１が設けられており、それは図１および図２に小さい斜線で示されている。

このスタチックミキサー１１で螺旋形の流れが発生する。それは図３に簡略化して記載されている。この螺旋流は矢印１２で示されており、触媒２に流入するガス流は図３に小さい矢印１３で示されている。

触媒２を流通した後、ガスは、第１の触媒２の内側シリンダ１５と、熱交換器３の熱交換器管を実質的に取り囲む円筒状の導流板１６との間にある１４で示されている環状空間に到達する。

本発明によれば、この環状空間１４にもスタチックミキサー、例えば、図３に示されている案内螺旋１１または案内螺旋部分１１ａと同じかまたは類似の形態のものが設けられていてもよい。アンモニア転化装置１中での別の流れは、図１に小さい矢印で記載されており、ここで、これが必要不可欠な場合、第２の触媒床４によって形成される環状空間１７または１８にも場合によってはスタチックミキサーを備えてもよいが、それは図１に詳細には示されていない。

図２は、図２のアンモニア転化装置１ａが３つの触媒床、即ち、図２の上側の第１の触媒床２ａ、この触媒床に続く触媒床２ｂ、およびその後に続く下の触媒床４ａを備えるという点で変更された実施例を示し、ここで、触媒床２ａおよび２ｂは両方とも内側に同軸の熱交換器（全体が３ａおよび３ｂで示されている）を備える。

触媒の制御、始動または還元時に、ガスを環状導管７ａを介して上側の触媒床に供給し、そして循環ガスのための中心供給管５ａを取り囲む管７ｂを介して、下にある触媒床２ｂに供給することができる。この形態でも、環状空間内の対応するスタチックミキサー１１は斜線で示されている。その他の点では、ここでも流れは小さい矢印で記載されている。

既に前述したように、導管７ａまたは７ｂを介して熱ガスまたは冷ガスを導入することによって反応器または転化装置の温度調節が行われ、第１の熱交換器３ａの下または第２の熱交換器３ｂの下の空間１９または２０は、各ガスを迂回、導入する働きをし、末端室（Ｅｎｄｋａｍｍｅｒ）２０は導管５ａを通って流入するガスを熱交換器３ｂの中に導入する働きをする。

図３は、具体的に示す役割を果たすに過ぎない。本発明は、例えば、図３で矢印によって示されている流動方向に限定されない。ケース側面のガスの案内（Ｇａｓｆｕｅｈｒｕｎｇ）は図３で左下から右上に向いてもよく、また、反対向きに、即ち、図３の矢印と反対に向いてもよい。触媒は、外側から内側に、または内側から外側に、即ち、例えば、矢印１３が示すのと異なるように流通されてもよい。

Claims (7)

1. 熱交換器（３）を同心状に取り囲み本質的に半径方向に流通される少なくとも１つの触媒床（２）を有するアンモニア転化装置（１）であって、転化装置の挿入部品外壁（９）と前記触媒（２）の外側シリンダケース（１０）との間に、および／または触媒（２）の内側シリンダ壁（１５）と熱交換器管を取り囲む導流シリンダ（１６）との間に外側または内側環状空間（８、１４）が設けられているアンモニア転化装置（１）であり、
   環状空間（８、１４）の少なくとも１つに、１つまたは複数の環状空間を通り螺旋形に導流するためのスタチックミキサー（１１）を備えることを特徴とする、前記アンモニア転化装置（１）。
2. 前記スタチックミキサーがバッフル板（１１）として構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のアンモニア転化装置。
3. 少なくとも前記熱交換器（３）への流れの流入領域に、螺旋形の流れを発生させるための導流板（１１）が設けられていることを特徴とする、請求項１または２に記載のアンモニア転化装置。
4. 前記環状空間に設けられているミキサー（１１）が連続的な螺旋として構成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のアンモニア転化装置。
5. 前記環状空間に設けられているミキサー（１１ａ）が分断された螺旋部分として構成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のアンモニア転化装置。
6. 前記異なる環状空間（８、１４）におけるそれぞれのスタチックミキサーが、これらの空間中に同じ方向または反対方向の螺旋形の流れが形成されるように構成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のアンモニア転化装置。
7. 前記触媒床（２、４）を通る前記流通の方向が、外側から内側に半径方向に、または内側から外側に半径方向に向いていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のアンモニア転化装置。

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