NO176210B - Horisontal ammoniakkomformer - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en horisontal omformer for ekso-termisk, katalytisk ammoniakksyntese fra hydrogen og nitrogen.

Nærmere bestemt angår oppfinnelsen en horisontal ammoniakkomformer som angitt i ingressen til det etterfølgende krav 1.

Syntesen er velkjent, og utføres vanligvis ved trykk av størrelse 7 0 - 325 bar og temperaturer av 340°C - 525°C. Som eksempler på kjent teknikk på området kan nevnes FR-patent nr. 1 577 646 og US-patenter nr. 3 440 021 og 4 452 760.

En enkeltomformer blir oftest benyttet i moderne ammoni-akkfabrikker av stor kapasitet. I et anlegg beregnet for 1000 tonn pr. døgn vil katalysatormengden ligge mellom 40 og 90 m<3 >og inneholdes i en omformer med diameter 2 - 4 m og lengde eller høyde av 10 - 35 m. Katalysatorleier i omformeren kan være anordnet for en tversgående, radial eller aksial gas-strøm. Tverrstrøms-omformere er ganske vanlige og som oftest av en dobbeltmantlet kaldveggs-konstruksjon hvori det avgrenses et mantelringkammer for fremføring av kjølegass langs den ytre trykkmantel. Omformeren ifølge foreliggende oppfinnelse er en tverrstrøms- eller "plate-"strømsomformer av kaldvegg-type.

Av hensyn til reaksjonsbalansen og muligheten for over-oppheting og ødeleggelse av katalysatoren kan ikke hele katalysatormengden anbringes i ett enkelt katalysatorleie. Katalysatoren er derfor vanligvis blitt fordelt i flere leier, hvor det er sørget for avkjøling mellom eller inne i leiene. Avkjølingen foregår vanligvis ved injisering, mellom leiene, av kjølig syntesegass for direkte varmeveksling med delvis omformet gass (dvs. en direktekjølings-omformer eller en kombinasjon av direkte gasskjøling og varmevekslere av mantel-og rørtype mellom leiene). Omformere for direktekjøling vil bli mindre kostbar enn kombinasjonsanordninger, fordi det anvendes færre og mindre mantel- og rørvarmevekslere i motsva-righet til det innførte kjølegassvolum. Anlegg av denne type vil imidlertid påføres større omkostninger i forbindelse med komprimering av syntesegassen, da totalmengden av syntesegass til omformeren ikke bringes i kontakt med hele den tilstede-værende katalysatormengde. Den gjennomstrømmende gassmengde må derfor økes for å gi et ammoniakkprodukt av bestemt mengde.

Det vil fremgå av det ovenstående at ammoniakkomformere er store, med komplisert utstyr, og formålet med oppfinnelsen er følgelig å tilveiebringe en horisontal ammoniakkomformer av enklere og mindre kostbar konstruksjon enn kjente omformere, særlig med sikte på liten aksial lengde.

Dette formål oppnås ifølge oppfinnelsen ved en ammoniakk-omf ormer av den innledningsvis angitte art, med de nye og sær-egne trekk som er angitt i den karakteriserende del av det etterfølgende krav 1. Fordelaktige utføringsformer av oppfinnelsen er angitt i de øvrige, etterfølgende krav.

I omformeren ifølge oppfinnelsen anvendes ingen ytre kjøregasstrøm mellom eller inne i katalysatorleiene. Dette innebærer at varmevekslenes varme mantelsider utelukkende befinner seg i strømningsforbindelse med de respektive foran-liggende og bakenforliggende katalysatorleier. Hele utløps-strømmen av gass fra omformeren vil følgelig først passere gjennom det første katalysatorleie.

Det henvises til tegningene hvori:

Figur 1 viser et riss av en foretrukket utførelsesform ifølge oppfinnelsen, hvor det i den horisontale omformer er anordnet en varmeveksler av enkeltpassasje-type mellom det andre og tredje katalysatorleie. Figur 2 viser et riss av en annen versjon av oppfinnelsen, hvor det er anordnet en U-rørsvarmeveksler mellom det andre og tredje katalysatorleie. Figur 3 viser snitt, langs linjene henholdsvis A-A og B-B, av omformeren ifølge figur 1.

Som det fremgår av figur 1 og 2, er den horisontale omformer anordnet innvendig i en sylindrisk trykkmantel 1 som er forbundet med et første endeytterhode 2, vist til høyre i figuren, og et andre endeytterhode 3 som er vist til venstre i figuren. En sylindrisk innermantel 4 er anordnet innenfor og parallelt med trykkmantelen og strekker seg stort sett i dennes fulle lengde, for avgrensing av et mantel-ringkammer 5. Et første endedeksel 6 og et andre endedeksel 7 er fastgjort til endene av innermantelen og-avgrenser derved henholdsvis et første gasskammer 8 og et andre gasskammer 9. I det andre ytterendehode 3 er det innmontert et gassinnløp 10 hvorfra relativt kjølig ammoniakksyntesegass som innføres i innløpet, kan strømme fritt inn i det andre gasskammer 9, mantel-ring-kammeret 5 og videre til det første gasskammer 8.

Første, andre, tredje og fjerde adiabatiske katalysatorleier 11, 12, 13 og 14 er slik anordnet i innermantelen, at motsatte sidepartier av denne avgrenser leiene i sideretning. Leiene avgrenses i lengderetningen av tversgående skillevegger 15 som, slik det fremgår av tegningene, er forsynt med gjen-nomløpsåpninger for gass. Endedekslene 6 og 7 kan hensikts-messig tjene som endevegger for katalysatorleiene 11 og 14. Hvert katalysatorleie omfatter en øvre innløpssone 16 og en nedre utløpssone 17, og katalysatorpartiklene understøttes av gitterverk 18 og ikke viste trådduker. Katalysatorleiene er følgelig innrettet for nedadrettet gasstrøm, eller "plate-strøm", i en bane stort sett vinkelrett mot omformeraksen.

En første, rørformet varmeveksler 19 med en rørinnløpsdel 20 og en rørutløpsdel 21 er anbragt mellom det første katalysatorleie 11 og det andre katalysatorleie 12. Da syntesegassen som innstrømmer i det første katalysatorleie inneholder lite ammoniakk, er omdanningen til ammoniakk, med ladsagende temperaturøkning, større her enn i de bakenforliggende kataly-sator leier. For å oppnå den store varmevekslingskapasitet som kreves for at gasser som forlater det første leie, skal avkjø-les innen de inntrenger i det andre leie, er det i den første varmeveksler 19 anvendt vertikale U-rør som gir en høy inner-rørs-gasshastighet og følgelig stor grad av varmeoverføring, og størrelsen av denne varmeveksler er derfor redusert.

En andre, rørformet varmeveksler 22 med en rørinnløpsdel 23 og en rørutløpsdel 24 er anbragt mellom det andre katalysatorleie 12 og det tredje katalysatorleie 13. Denne varmeveksler kan også være av en vertikal U-rørstype som vist i figur 2, men da det kreves mindre varmeoverføringskapasitet er den fortrinnsvis anordnet som en vertikal rørvarmeveksler av enkeltpassasjetype, som vist i figur l. Ved anvendelse av en enkeltpassasje-varmeveksler reduseres trykktapet.

Strømningsbanen gjennom det første og andre katalysatorleie og den første og andre varmeveksler er dannet av langsgående ledninger over og under katalysatorleiene innenfor den sylindriske innermantel 4. En første, langsgående ledning 25 forløper under de to leier 11 og 12, og forbinder det første gasskammer 8 med den andre varmevekslerens 2 2 rørinnløpsdel 23 hvor syntesegassen gjennomgår en første foroppvarming i varmevekslerens rørside. Etter den første foroppvarming strømmer gassen gjennom en langsgående ledning 26, ovenfor leiet 12, til rørinnløpsdelen 2 0 av den første varmeveksler 19, for avsluttende foroppvarming. Fra rørutløpsdelen 21 av den første varmeveksler strømmer den fullt ut foroppvarmede gass til den øvre innløpssone i det første katalysatorleie 11.

Som det fremgår av tegningene, kan det skiftende system av katalysatorleier og mellomvarmevekslere lett tilpasses for en gasstrøm som kjennetegnes ved lavt trykktap, ved bruk av en egnet omledingsanordning, generelt betegnet med 27. Anordnin-gens ledeplate samt katalysatorleienes skillevegger vil lede gassen suksessivt fra rørutløpsdelen 21 av den første varmeveksler, nedad gjennom det første katalysatorleie 11, langs ytterrørene i den første varmeveksler, nedad gjennom det andre katalysatorleie 12 og videre langs ytterrørene i den andre varmeveksler 22. Ifølge figur 1 vil gassen som strømmer langs ytterrørene i varmeveksleren 22, passere gjennom en åpning i midtskilleveggen 28 og fortsette oppad gjennom en kanal som avgrenses av en tverrskillevegg 15, og inn i den øvre innløps-sone 16 i katalysatorleiet 13. Da omformeren ifølge figur 2 er utstyrt med vertikale varmevekslere av U-rørstypen, er den første, langsgående ledning 25 forlenget med en vertikal ledning 29 for overføring av gass til rørinnløpsdelen 23 av den andre varmeveksler som i dette tilfelle er i form av et gasskammer som avgrenses av en kordeformet ledeplate 3 0 og en tilstøtende ledeplate 27. Samtlige øvrige henvisningstall er i figur 2 de samme som i figur 1.

Da gassen som strømmer mellom katalysatorleiene 13 og 14 ikke er avkjølt er det, prosessmessig sett, åpenbart at disse leier danner en enkelt, adiabatisk omformingssone som kan rommes fysisk i ett, to eller eventuelt tre leier, i overens-stemmelse med relevante, prosesskjennetegnende parametre såsom det totale trykkfall i omformeren og graden av omdanning. I den viste utførelsesform av oppfinnelsen innbefatter midlene for overføring av gass fra den nedre utløpssone i det tredje katalysatorleie 13 til gassutløpet 31 i det andre ytterhode 3, fire katalysatorleier 14 i den andre ende av omformeren. Det tredje og det fjerde leie er adskilt ved en gasskanal 32 som avgrenses av de innbyrdes nærmestliggende tverrskillevegger 15 ved det tredje og fjerde leie.

Som tidligere nevnt, er omformeren ifølge oppfinnelsen ikke innrettet for bråkjøling mellom leiene, for avkjøling av delvis omformet gass. Kjølig syntesegass kan imidlertid, om ønskelig, ledes til rørinnløps- og -utløpsdelene 20 og 21 gjennom respektive omføringsledninger 3 3 og 34., for opprettel-se av nøye temperaturkontroll over gassen som innføres i det første og andre katalysatorleie.

Claims (3)

1. Horisontal ammoniakkomformer med en første ende og en andre ende, omfattende

en sylindrisk trykkmantel (1) med tilgrensende hoder (2, 3) ved den første og andre ende; en sylindrisk innermantel (4) som er anordnet innen stort sett hele lengden av trykkmantelen (1) og sammen med denne danner et mantel-ringrom (5), hvilken innermantel (4) har første og andre endedeksler (6, 7) som grenser til den sylindriske innermantel (4), idet det første ende-ytterhode (2) danner et første gasskammer (8) med det første endedeksel (6) og andre ende-ytterhodet (3) danner et andre gasskammer (9) med det andre endedeksel (7); en syntesegassinnløpsinnretning (10) anordnet i andre ende-ytterhode (3), i serie-fluidkommunikasjon med det andre gasskammer (9), mantelringrommet (5) og det første gasskammer (8) ; en produktgassutløpsinnretning (31); første, andre og tredje platestrøms-katalysatorleier (11, 12, 13) som avgrenses av tverrgående skillevegger (15) i innermantelen (4) og motsatt beliggende sidepartier av innermantelen, idet det første katalysatorleie (11) ligger nær omformerens første ende og det andre katalysatorleie (12) ligger i avstand mellom det første og tredje katalysatorleie (11, 13), hvor hvert av katalysatorleiene har et øvre innløps-parti (16) og et nedre utløpsparti (17); en første varmeveksler (19) som er anordnet mellom det første og andre katalysatorleie (11, 12); langsgående rørlednings- og ledeplateinnretninger (25, 26) for å lede syntesegass suksessivt fra rørene i den første varmeveksler (19) nedad gjennom det første katalysatorleie (11), over utsiden av den første varmeveksler (11), nedad gjennom det andre katalysatorleie (12) , og nedad gjennom det tredje katalysatorleie; og midler for å lede gass fra det nedre utløpsparti (17) av det tredje katalysatorleie (13) til gassutløpsinnretningen (31), karakterisert ved at en andre, varmeveksler (22) er anordnet mellom det andre og tredje katalysatorleie (12, 13), og at den første og andre varmeveksler (19, 22) har vertikale rør i forhold til den horisontale omformer-akse og at den langsgående rørledningsinnretning (25, 26) er anordnet innvendig i den sylindriske innermantelen (4) på utsiden av katalysatorleiene (11, 12, 13).

2. Omformer ifølge krav 1, karakterisert ved at midlene for å lede gass fra det nedre utløpsparti (17) hos det tredje katalysatorleie (13) omfatter et fjerde platestrøm-katalysatorleie (14).

3. Omformer ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den andre varmeveksler (22) har enkelt-gjennomstrømningsrør.