Przedmiotem wynalazku jest konwertor do syntezy amoniaku przy podwyzszonym cisnieniu i temperaturze.Z amerykanskiego opisu patentowego nr 3622266 zna¬ ny jesrt konwertor do syntezy amoniaku przy podwyz¬ szonym cisnieniu i temperaturze, przy czym ten kon¬ wertor zawiera liczne warstwy katalizatora, przez któ¬ re kolejno przechodzi strumien przetwarzany gazu syn¬ tezowego, stanowiqcy polaczenie co najmniej dwóch oddzielnych strumieni podawanych, z których jeden przed polaczeniem przechodzi przez wymiennik ciepla dla po¬ sredniej "wymiiamy cieplo ze slmmiieniiem przetwarzanym pomiedzy przejsciem dwu warstw katalizatora.Synteza amoniaku ma miejsce przy cisnieniu okolo 270 kg/cm2 i przy temperaturze pomiedzy 110 a 520aC.Oznacza to, ze na plaszcz konwertora sq wywierane bardzo duze naprezenia zarówno z powodu cisnienia, jak i z powodu temperatury. W celu redukcji kosztu kon¬ strukcji, przestrzen wewnatrz konwertora musi byc wy¬ dajnie wykorzystana.Jesli udaloby sie zredukowac naprezenia termiczne w plaszczu konwertora, wówczas w konstrukcjach nie wytrzymujacych przez dlugi okres czasu wysokich tem¬ peratur mozna byloby uzyskac powazne oszczednosci przez zastosowanie stali.Znany z powyzszego opisu konwertor cechuje osiowy przeplyw gazu syntezowego. Oznacza to, ze warstwa katalizatora, w której przewazaja najwyzsze temperatury, znajduje sie w bliskim kontakcie z plaszczem konwer¬ tora. Tym samym plaszcz konwertora jest poddawany dzialaniu maksymalnie wysokich (temperatur w czesci 10 15 25 30 obwodowej i nizszych temperatur w innych czesciach.Wynikiem tego sa naprezenia termiczne w plaszczu, nakladane na maksymalne naprezenia wywolane wyso¬ kim cisnieniem, co sprawia, ze stosowanie na plaszcz konwertora materialów ciezkich jest nieekonomiczne.W brytyjskim opisie potentowym 1281088 przedsta¬ wiony jest konwertor, posiadajacy tytko jedrna warstwe katalizataa, a zachodzaca w nfum reakcja ima charakter izotenmficzny. Tego modzaju konwertor równiez cechuje niejednolity gradient temperatury wzdluz dlugosci plasz¬ cza, powodujacy wystepowanie w plaszczu naprezen termicznych, a ponadto ma on jeszcze jedna wade, po¬ legajaca na tym, ze pionowe rury w warstwie kataliza¬ tora komplikuja jego wymiane i konserwacje Celem obecnego wynalazku jest zredukowanie na¬ prezen termicznych w plaszczu konwertora i uzyskanie lepszej wydajnosci w wykorzystaniu przestrzeni czynnej konwertora.Konwertor do syntezy amoniaku przy podwyzszonym cisnieniu i temperaturze, zawierajacy odporny na cisnie¬ nie plaszcz, usytuowany symetrycznie wokól linii srod¬ kowej, w którym znajduje sie wiele warstw katalizatora, w kazdej z których jest utrzymywany katalizator pomie¬ dzy dwiema przeciwleglymi scianami perforowanymi, pracujacymi jako wlot i wylot strumienia przetwarzanego gazu syntezowego, przechodzacego przez te warstwy katalizatora, który to strumien przetwarzany stanowi po¬ laczenie co najmniej dwóch oddzielnych strumieni po¬ dawanych, doprowadzanych przez kanaly wlotowe do miejsca zetkniecia wewnatrz konwertora, przy czym w 11165111J 651 jednym z tych kanalów znajduje sie wymiennik ciepla, usytuowany pod prqd wzgledem miejsca zetkniecia stru¬ mieni podawanych i sluzgcy do posredniej wymiany cie¬ pla z gazem przetwarzanym, wedlug wynalazku charak¬ teryzuje sie tym, ze warstwy katalizatora majq ksztalt pierscieniowy i sq ograniczone przez perforowane scian¬ ki wewnetrzne i zewnetrzne, przy czym wlot do pierw¬ szej warstwy katalizatora znajduje sie po jej stronie zewnetrznej i kontaktuje sie poprzez promieniowy kanal z kanalami wlotowymi w miejscu zetkniecia strumieni podawanych, usytuowanym przy linii srodkowej konwer¬ tora, zas jako wymiennik ciepla jest zastosowany wie- lorurowy wymiennik ciepla, umieszczony na linii srodko¬ wej konwertora w osrodkowej przestrzeni pierscieniowej jednej z warstw katalizatora, która to przestrzen tworzy wraz z wnetrzem rur czesc jednego z kanalów wloto¬ wych. *¦¦¦•• Czesc jednego z kanalów wlotowych korzystnie sta¬ nowi pierscieniowa przestrzen, usytuowana przy wnetrzu plaszcza konwertora.Wielorurowy wymiennik ciepla korzystnie jest umiesz¬ czony w srodku pierwszej warstwy katalizatora.W konwertorze wedlug wynalazku najwyzsze tempe¬ ratury panujg przy Unii srodkowej konwertora, co powo¬ duje zredukowanie naprezen termicznych na plaszczu konwertora. Ponadto wewnetrzny kierunek przeplywu strumienia powoduje wzrost wielkosci przeplywu, która bedzie znaczna w przestrzeni wielorurowego wymiennika ciepla. Zepewnia to dobrg sprawnosc termiczng przes¬ trzeni wymiennika ciepla, co oznacza wzrost spraw¬ nosci w wykorzystaniu przestrzeni czynnej konwertora.Przeplyw promieniowy oznacza takze, ze w konwerto¬ rze jest zredukowana strata cisnienia, gdy strumien prze¬ twarzany przechodzi przez cienszg warstwe katalizatora.W porównaniu z konwertorem wedlug opisu patento¬ wego USA nr 3622266, w konwertorze wedlug wynalaz¬ ku imoze byc uzyskana redukcja ogólnych wymiarów konwertora, a plaszcz moze byc skonstruowany z ma¬ terialów mniej kosztownych, lub tez jego konstrukcja moze byc lzejsza, albo tez mozna uzyskac wiekszy wspólczynnik bezpieczenstwa.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykladach wykonania na rysunku, na którym fig. 1—6 przedstawiajg rózne wersje konwertora wedlug wynalazku schema¬ tycznie w przekroju podluznym, a fig. 7 przedstawia wy¬ kres porównujacy przebieg syntezy amoniaku w kon¬ wertorze wedlug wynalazku ze znanym procesem wy¬ twarzania amoniiaku.Konwertor posiada plaszcz 11, który tworzy jego ze- wnetrzng powierzchnie. Plaszcz ten wyposazony jest w otwory wlotowe, sluzace ido oddzielnego doprowa¬ dzania strumieni gazu syntezowego, a mianowicie otwór wlotowy 12 dla strumienia plaszczowego gazu synte¬ zowego, otwór wlotowy 13 dla strumienia wymienne¬ go gazu syntezowego i otwór wlotowy 14 dla strumienia bocznego gazu syntezowego.Rahodto, plaszcz konwertora 11 posiada otwór wyloto¬ wy 15dta strumienkipiodulctaweigo gazu syntezowego. W pewnych przypadkach, ten sam strumien podawany mo¬ ze sluzyc najpierw jako strumien plaszczowy a nastep¬ nie jako strumien wymiany tak, ze otwór wlotowy 13 moze byc ominiety, jak pokazuja fig. 2, 3 i 5.Podstawowe czesci konwertora wedlug wynalazku obejmujg: pierwszg warstwe katalizatora 21, drugg war¬ stwe katalizatora 22, srodkowy wymiennik ciepla 41, umieszczony srodkowo wewnatrz jednej z warstw katali¬ zatora, i rure przetloczng 42, rozciagajaca sie srodkowo . przez drugg warstwe katalizatora. Srodkowa rura prze- tloczona sluzy do laczenia z jednym ze strumieni poda- 3 wanych.Dolny wymiennik ciepla 61, pokazany na fig 1—6, znajdujacy sie W dolnej czesci plaszcza konwertora nie stanowi podstawowej czesci konwertora wedlug wy¬ nalazku i moze byc w pewnych przypadkach pominiety, .10 jak pokazujg fig. 2, 3, 4 i 6. Plaszcz konwertorowy wy¬ posazony jest w zamkniecie 16, ulatwiajgce wyjmowa¬ nie dla kontroli i konserwacji podstawowych czesci z konwertora, jak tez dla mocowania dolnego wymien¬ nika ciepla, jezeli jest stosowany. 15 W ten sposób dwie warstwy katalizatora 21 i 22 umiesz¬ czone sg w jednej linii i wokól wspólnej osi. Obie tez posiadaja srodkowa cylindryczna przestrzen wokól tej osi. W przestrzeni cylindrycznej jednej z warstw ka¬ talizatora zainstalowany jest srodkowy wymiennik cie- 20 pla 41, a w przestrzeni cylindrycznej drugiej warstwy katalizatora znajduje sie rura przetloczna 42. Pierwsza warstwa katalizatora 21 posiada ksztalt pierscieniowy i umieszczona jest pomiedzy dwomd wspólsródkowymi scianami perforowanymi, wewnetrzng 23 i zewnetrzng 25 24. Sciany te sg w ich dolnych koncach zamocowane do plyty katalizatora 25, utrzymujacej pierwszg war¬ stwe katalizatora. Górnymi koncami sciany sg przymo¬ cowane do plyty katalizatora 26, która zamyka pierw¬ szg warstwe katalizatora i jednoczesnie sluzy do utrzy- 30 mywania drugiej warstwy katalizatora.W celu ulatwienia ladowania i wyladowania pierw¬ szej warstwy katalizatora 21, plyta katalizatora 26 wy¬ posazona jest w usuwaflng .pokrywe (nie pokazana), któ¬ ra moze byc otwarta wówczas, kiedy nie ma drugiej 35 warstwy katalizatora. Podobnie jak pierwsza warstwa katalizatora 21, druga warstwa katalizatora posiada ksztalt pierscieniowy i umieszczona jest miedzy wspól- srodkowymi scianami perforowanymi, wewnetrzng 27 i zewnetrzng 28. sciany te dolnymi koncami zamoco- 40 wane sg do plyty katalizatora 26, a górnymi koncami do plyty 29. Plyta .katalizatora 29 moze byc calkowicie usunieta podczas ladowania i wyladowywania katalizato¬ ra lub moze byc otwarta czesciowo.Dla zapewnienia optymalnych warunków procesu, dla 45 drugiej warstwy katalizatora 22 wymagana jest wieksza ilosc katalizatora od ilosci wymaganej dla pierwszej warstwy katalizatora 21. Dlatego tez, druga warstwa katalizatora 22 jest wieksza od pierwszej warstwy ka¬ talizatora 21. Srodkowy wymiennik ciepla 41 jest zain- 50 stalowany w srodkowej przestrzeni cylindrycznej pierw¬ szej warstwy katalizatora 21. Miedzy srodkowym wy¬ miennikiem ciepla a wewnetrzng sciang perforowang 23 znajduje sie przestrzen pierscieniowa 52, sluzaca do przyjmowania przetwarzanego strumienia, pochodzace- 55 go z pierwszej warstwy katalizatora. srodkowy wymiennik ciepla 41 moze posiadac szereg równoleglych rur 43, jak pokazuje fig. 1. W tym etapie medium chlodzace strumien wymienny przeplywa przez rury, podczas gdy strumien przetwarzany z przestrzeni 60 pierscieniowej 52 przeplywa wokól rur dla podgrzania, zanim przejdzie do drugiej warstwy katalizatora 22. Jed¬ nakze srodkowy wymiennlik ciepla moze byc innego stosownego /typu, jak na przyklad typu plytkowego, sluzgcego temu samemu celowi. Srodkowy przewód prze- 65 tloczny 42 jest zainstalowany w srodkowej przestrzeni cy-111651 lindrycznej drugiej warstwy katalizatora i sluzy do do¬ prowadzania strumienia wymiennego do srodkowego wymiennika ciepla. Pomiedzy srodkowym przewodem przetlocznym 42 a wewnetrzna sciana perforowana 27 znajduje sie przestrzen pierscieniowa 53, sluzaca do przyjmowania strumienia przetwarzanego dla drugiej warstwy katalizatora 22. Cylindryczna powloka 31 za¬ pewnia przestrzen pierscieniowg 55 wzdluz plaszcza 11 dla strumienia plaszczowego gazu syntezowego, wpro¬ wadzanego przez otwór wlotowy 12 i pierscieniowg prze¬ strzen 54 wokól drugiej warstwy katalizatora 22. inna powloka cylindryczna 32 otacza pierwszg war¬ stwe katalizatora 21 i zapewnia przestrzen pierscienio¬ wg 51. Zapewnione sg ponadto kanaly doprowadzaja¬ ce strumien plaszczowy gazu syntezowego z przestrze¬ ni pierscieniowej 55 przez dolny wymiennik ciepla 61 do przestrzeni pierscieniowej 51. Podczas przeplywu przez te kanaly, strumiien plaszczowy gazu syntezowe¬ go bedzie lgazyc sie ze strumieniem bocznym gazu syntezowego, wprowadzanym otworem wlotowym 14 i ze strumieniem wymiennym gazu syntezowego, pochodzgcym ze srodkowego wymiennika ciepla 41, tworzac strumien przetwarzany gazu syntezowego prze¬ plywajacego przez pierwszg warstwe katalizatora 21.Kanaly dla kazdego ze strumieni podawanych spoty¬ kaja sie w miejscu zetkniecia 45, znajdujgcym sie na wspólnej osi warstwy katalizatora. Z tego miejsca zet¬ kniecia 45, strumien gazu syntezowego kierowany jest promieniowo na zewnetrz przez promieniowy kanal 46 na zewnetrzng strone pierwszej warstwy katalizatora.Ten promieniowy kanal sluzy do mieszania strumieni podawanych, eliminujac ewentualne róznice temperatur gazu syntezowego, kiedy jest on wprowadzany do pierw¬ szej warstwy katalizatora.Figury 2, 3, 4, 5 i 6 przedstawiaja inne wersje kon¬ wertora wedlug wynalazku. W czterech z nich (fig. 2, 3, 4 ii 5) dolny wymiennik ciepla 61, pokazany na fig. 1, jest pominiety, podczas gdy w dwóch wersjach (fig. 5 i 6), przeplyw bezposredni przez druga warstwe katalizatora zostal odwrócony Ponadto zostaly zamienione polozenia róznych ele¬ mentów w stosunku do fig. 1. Wymaga to innego usy¬ tuowania otworów wlotowych dla istrumieni podawanych i modyfikacji kanalów przeplywowych dla strumieni gazu syntezowego wewnatrz konwertora. Jednakze, wszystkie podstawowe wlasciwosci konwertora i ich funkcjono¬ wania pozostaja nie zmienione i na wszystkich figurach tymi samymi numerami oznaczone sa podobne elemen¬ ty. Dlatego tez fig. 2, 3r 4r 5 i 6 beda opisane tylko na tyle, na ile to wynika z istotnych róznic w stosunku do fig. 1.Na figurze 2 strumien plaszczowy gazu syntezowego sluzy calkowicie jako strumien wymienny. W konsek¬ wencji jest pominiety otwór wlotowy 13 strumienia wy¬ miennego gazu syntezowego a przewód srodkowy 42 jest polgczony tak, ze przyjmuje strumien plaszczowy i doprowadza go do srodkowego wymiennika ciepla 41, gdzie sluzy jako strumien wymienny. We wszystkich in¬ nych przypadkach, odpowiednie usytuowanie róznych elementów konwertora jest takie same jak na fig. 1, z tym wyjgtkiem, ze jest pominiety dolny wymiennik cie¬ pla.Róznica miedzy fig. 3 i fig. 2 polega na tym, ze srod¬ kowy wymiennik diepla 41 jest zainstalowany w plasz¬ czyznie drugiej warstwy katalizatora. Oznacza to, ze 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 strumien plaszczowy moze przechodzic bezposrednio, do . centralnego wymiennika ciepla 41, sluzac jako strumien wymienny, podczas gdy centralny przewód przetloczny 42 przyjmuje strumien wymienny z centralnego wymien¬ nika ciepla 41. Dalsze konsekwencje tego sa takie, ze przestrzen pierscieniowa 53 umieszczona jest miedzy sciang wewnetrzng 27 a centralnym wymiennikiem cie¬ pla 41, zas przestrzen pierscieniowa 52 umieszczona jest miedzy sciang wewnetrzng 23 a centralnym prze¬ wodem przetlocznym 42.Na figurze 4, pierwsza warstwa katalizatora 21 osa¬ dzona jest nad druga warstwa katalizatora 22, czyli pierwsza warstwa katalizatora 21 jest utrzymywana przez plyte katalizatora 25 i zamykana plyta katalizatora 26.We wszystkich innych przypadkach plyty katalizatoro- we 25, 26 i 29 spelniaja te sama funkcje jak w konwer¬ torze na fig. 1. Centralny wymiennik ciepla 41 osadzony jest w plaszczyznie pierwszej warstwy katalizatora 21.Z fig. 4 widac, ze odpowiednie polozenia warstw kata¬ lizatora upraszczaja kanaly przeplywowe róznych stru¬ mieni gazu syntezowego tak, ze nie jest konieczna po¬ wloka 32 dla zapewnienia przestrzeni pierscieniowej 51 i w konsekwencji jest ona pominieta.Na figurze 5, odpowiednie polozenia pierwszej war¬ stwy katalizatora 21, drugiej warstwy katalizatora 22 i centralnego wymiennika ciepla 41 sa takie same jak na fig. 4. Jednakze zmienione sa uklady kanalów prze¬ plywowych róznych strumieni dla zapewnienia wewne¬ trznego przeplywu strumienia przetwarzanego przez dru¬ gie zloze katalizatora 22, to jest od przestrzeni pierscie¬ niowej 54 przez warstwe do przestrzeni prerstieniawej 53. Powoduje to, ze w szczególnych przypadkach plyta katalizatora 26 z fig. 4 jest zastapiona, dwoma oddzielnymi plytami katalizatora 26a i 26b na fig. 5, co zapewnia kanaly przeplywowe pomiedzy pierwszg war¬ stwa katalizatora 21 a druga warstwa katalizatora 22.Podobnie powloka pierscieniowa 32, pominieta na fig. 4, jest uwzgledniona na fig. 5, zapewniajac przestrzen pierscieniowg 51 wokól pierwszej warstwy katalizatora 21. Ostatecznie, wersja przedstawiona na fig. 6 jest calkowicie podobna do wersji pokazanej na fig. 5, z tym tylko wyjatkiem, ze konwertor z fig. 6 posiada dolny wymiennik ciepla 61.W wersjach konwertora pokazanych na fig. 5 i 6 obecnosc dwóch oddzielnych plyt katalizatora 26a i 26b, zapewniajacych kanaly przeplywowe pomiedzy dwoma warstwami katalizatora 21 i 22, ma tez na celu zapew¬ nienie mozliwosci oddzielnego wyjmowania z konwerto¬ ra pierwszej warstwy katalizatora 21 wraz ze srodkowym wymiennikiem ciepla 41 dla przegladów, konserwacji lub wymiany.Proces syntezy amoniaku w podwyzszonym cisnieniu i temperaturze jest przedstawiony ogólnie w nastepnej czesci opisu z powolaniem sie na konwertor z fig. 1, 2, 3, 4, 5 i 6. Strumien przetwarzany gazu syntezowego, przeplywajacy przez warstwy katalizatora jest otrzymy¬ wany przez polaczenie dwóch lub wiecej strumieni po¬ dawanych gazu syntezowego. Tymi podawanymi stru¬ mieniami sa: strumien plaszczowy wprowadzany przez otwór wlotowy 12, strumien wymienny wprowadzony przez otwór wlotowy 13 i strumien boczny.W szczególnych przypadkach, w których nie ma dol¬ nego wymiennika ciepla, strumien plaszczowy moze na¬ stepnie sluzyc jako strumien wymienny, i dlatego otwór wlotowy strumienia moze byc pomfimety (fig. 2, 3 i 5),111651 8 jakkolwiek w przypadku, gdy nie ma dolnego wymien¬ nika ciepla, wówczas dla elastycznosci operacji moze byc zalecane stosowanie oddzielnych strumieni, sluza¬ cych jako strumien plaszczowy i strumien wymienny (fig. 4).We wszystkich przypadkach, w których jest obecny dolny wymiennik ciepla 61, wymagane sa oddzielne stru¬ mienie, sluzace jako strumien plaszczowy i strumien wymienny (fig. 1 i 6). Strumien przetwarzany gazu syn¬ tezowego, który przez wlasciwe ustalenie natezen i tem¬ peratur róznych strumieni uzyskuje temperature takq, jaka jest wymagana dla katalizatora zainstalowanego w pierwszej wors/twie katalizatora, przeplywa z przestrzeni! pierscieniowej 51 promieniowo do wewnatrz przez pierw¬ sza warstwe katalizatora 21 i jest przyjmowany w prze¬ strzeni pierscieniowej 52.Nastepnie strumien przetwarzany gazu syntezowego przechodzi przez goracy bok centralnego wymiennika ciepla 41 w celu ochlodzenia przez posrednia wymiane ciepla ze strumieniem wymiennym gazu syntezowego, po czym przechodzi do przestrzeni pierscieniowej 54 (fig. 5 i 6). Stamtad strumien przetwarzany gazu syntezo¬ wego przechodzi promieniowo przez druga warstwe ka- talEzatora, a strumien produktowy gazu syntezowego jest uzyskiwany w przestrzeni pierscieniowej 54 (fig. 1, 2, 3, 4) lub w przestrzeni pierscieniowej 53 (fig. 5 i 6).Przyklad I. W instalacji do produkcji amoniaku, majacej zdolnosc produkcyjna amoniaku wynoszaca 1000 ton metrycznych na dzien w której stosowany jest konwertor pokazany na fig. 1, synteza moze byc prze¬ prowadzana nastepujaco, jak opisano w tym przykla¬ dzie.Katalizator amoniakalny o wymiarach czasteczkowych 1,5—3 mm umieszczony jest w dwóch warstwach. Obje¬ tosci katalizatora sa nastepujace: objetosc pierwszej warstwy katalizatora 21 wynosi 12 m3 a objetosc dru¬ giej warstwy katalizatora 22 wynosi 29 m3. Sklad gazu syntezowego, osiagany dla róznych strumieni, podany jest w tablicy I wraz ze skladem strumienia produk- towego; dalsze dane odnosza sie do przykladu I.Konwertor pracuje pod cisnieniem wynoszacym oko¬ lo 270 kg/cm3. Strumien plaszczowy gazu syntezowego w ilosci 151480 Nm3/godz, majacy temperature okolo 120^0 jest wprowadzany przez otwór wlotowy. Strumien ploszczowy przechodzi najpierw przez przestrzen pierscie¬ niowa 55f gdzie sluzy jako medium chlodzace dla za¬ pewnienia odpowiedniego chlodzenia plaszcza konwer¬ tora w celu zabezpieczenia przed zbyt wysoka tem¬ peratura.Nastepnie strumien plaszczowy przechodzi do dolnego wymiennika ciepla 61, gdzie jest podgrzewany przez posrednia wymiane ciepla ze strumieniem produktowym, który pózniej opuszcza konwertor przez otwór wylotowy 15.Strumien wymiany gazu syntezowego w ilosci 191450 Nm3/godz, majacy temperature wynoszaca oko¬ lo 120°C, jest wprowadzany przez otwór wlotowy 13 i centralny przewód przetloczny 42, a nastepnie prze¬ chodzi przez centralny wymiennik ciepla 41, gdzie slu¬ zy do chlodzenia strumienia przetwarzanego, przecho¬ dzacego z pierwszej warstwy katalizatora 21. Strumien wymienny opuszcza centralny wymiennik ciepla w tem¬ peraturze scisle odpowiadajacej temperaturze realkcji i jest laczony ze strumieniem plaszczowym od dolnego wymiennika ciepla 61.Strumien boczny gazu syntezowego w ilosci 4000 Nm3/ /godz majacy temperature wynoszaca okolo 120°C, wpro¬ wadzany jest przez otwór wlotowy 14. W polozeniu wzdluz wspólnej osi dwóch warstw katalizatora stru- 5 mien ten laczy sie ze strumieniem plaszczowym i stru¬ mieniem wymiany do postaci strumienia przetwarzanego gazu syntezowego w ilosci 382 930 Nm3/godz., majace¬ go temperature 360°C. Odpowiednie ilosci trzech stru¬ mieni, które tworza strumien przetwarzania, moga byc 10 regulowane podczas procesu syntezy dla uzyskania po¬ zadanej temperatury w otworze wlotowym do pierwszej warstwy katalizatora. Poprzez przestrzen pierscieniowa 51, strumien przetwarzania przechodzi przez pierwsza warstwe katalizatora, gdzie jego temperatura zwieksza 15 sie do 250T z powodu reakcji egzotermicznej, która powoduje zwiekszona koncentracje amoniaku od 3,5 do 14,4% objetosci.Podczas kolejnego przechodzenia przez centralny wy¬ miennik ciepla 41, strumien przetwarzania jest chlodzo- 20 ny do 39CTC i przez przestrzen pierscieniowa 53 prze¬ chodzi przez druga warstwe katalizatora 22 w tempera¬ turze 472aC, podczas gdy koncentracja amoniaku wzrasta do 20,8% objetosci. Strumien produktowy gazu syntezo¬ wego jest nastepnie przyjmowany w przestrzeni pier- 25 scieniowej 55 i przechodzi przez dolny wymiennik cie¬ pla 61 dla ochlodzenia i nastepnie przez otwór wylotowy 15 w temperaturze okolo 360°C.Przyklady II—VI. Dane dla dalszych przykladów 30 przeprowadzania syntezy amoniaku w konwertorze we¬ dlug wynalazku podane sa w tabeli I.Przyklady II—IV sa podobne do przykladu I, z tym wyjatkiem, ze przeprowadzane sa w innej wersji kon¬ wertora, pokazanej na fig. 2—6. 35 Jak widac z przykladu 1 i 6, dolny wymiennik ciepla 61 sluzy do chlodzenia gazu produktowego przed opusz¬ czeniem konwertora przez otwór wylotowy 15 plaszcza konwertora. Bez tego chlodzenia gaz produktowy bedzie opuszczal ploszcz konwertora w temperaturze duzo wyz- 40 szej. Pomimo, ze tak wysoka temperatura wymaga wlas¬ ciwego doboru materialów konstrukcyjnych odpornych na temperature, to jednak dolny wymiennik ciepla jest pominiety w przypadkach, w których jest pozadane wy¬ korzystywanie ciepla gazu produktowego do wytwarza™a 45 pary o wysokim cisnieniu. Dlatego to, w przykladach 2—5 (fig. 2—5) jest pominiety dolny wymiennik ciepla.Podstawowa korzyscia ekonomiczna konwertora we¬ dlug wynalazku jest to, ze mozliwe jest uzyskanie wy¬ sokiej produkcji amoniaku na jednostke objetosci gazu 50 syntezowego przechodzacego przez warstwy katalizato¬ ra. Ta wysoka produkcja osiagana jest w rezultacie chlo¬ dzenia bez rozcienczania strumienia przetwarzanego gazu syntezowego miedzy dwoma warstwami kataliza¬ tora, w polaczeniu z mozliwoscia uzyskiwania pozada- 55 nych temperatur strumienia przetwarzanego przy wejsciu co kazdej warstwy katalizatora.Dla uzyskania optymalnych osiagów amoniakalnego katalizatora syntezowego jest konieczne aby tempera¬ tury kazdej warstwy katalizatora byly dobierane nie- 60 zaleznie.Korzysci wynikajace z konwertora wedlug wynalazku sa ilustrowane wykresami, obrazujacymi zmiany w tem¬ peraturze i koncentracji amoniaku, w miare przechodze¬ nia strumienia przetwarzanego gazu syntezowego przez 65 dwie warstwy katalizatora.111651 9 10 Na figurze 7 krzywa A przedstawia termodynamike równowagi koncentracji w warunkach cisnienia i skladu gazu syntezowego, uzywanego w przykladzie 1. Krzywa B ilustruje wielkosc zblizonq do tej równowagi, przesu¬ nieta o 1CTC, co moze byc osiagane w praktyce.Pozostale krzywe przedstawione na fig. 7 ilustruja zmiany zachodzace w temperaturze i koncentracji amo¬ niaku w strumieniu przetwarzanym gazu syntezowego podczas jego przechodzenia przez warstwy katalizatora dla dwóch róznych przypadków. Jeden przypadek, re¬ prezentowany przez linie ciagla odpowiada warunkom przykladu 1. W tym przypadku, gaz syntezowy wprowa¬ dzany jest do pierwszej warstwy katalizatora w tempe¬ raturze 360°C, przy koncentracji amoniaku wynoszacej 14,4%.Strumien przetwarzany gazu syntezowego przed wej¬ sciem do drugiej warstwy katalizatora jest chlodzony przez posrednia wymiane ciepla, co oznacza, ze para¬ metry beda ulegac zmianie wzdluz linii ciaglej 2—3a (koncentracja amoniaku jest utrzymywana na^ poziomie stalym). W otworze wlotowym do drugiej warstwy ka¬ talizatora wynosi 390°C, a koncentracja amoniaku wynosi 14,4%.Gdy strumien przetwarzany przechodzi przez druga warstwe katalizatora, wówczas parametry beda ulegac zmianie wzdluz linii ciaglej 3a—4 tak, ze w otworze wylotowym drugiej warstwy katalizatora temperatura wynosi 472tfC, a koncentracja amoniaku 20,8%.Drugi przypadek, reprezentowany przez linie przery¬ wana na tig. 7, odpowiada warunkom podobnym do warunków przykladu 1, z tym wyjatkiem, ze zamiast chlodzenia strumienia przetwarzanego pomiedzy war¬ stwami katalizatora przez posrednia wymiane ciepla, chlodzenie to odbywa sie przez bezposrednie szybkie ochlodzenie. Nie oddzialuje to na pierwsza warstwe ka¬ talizatora, a parametry beda znów zmieniane wzdluz linii ciaglej 1—2. Niemniej jednak, podczas chlodzenia kon¬ centracja amoniaku bedzie obnizona, poniewaz gaz chlo¬ dzacy dodany do gazu syntezowego z pierwszej war¬ stwy katalizatora, ma mniejsza koncentracje amoniaku.Stosownie do tego, parametry beda zmienione wzdluz przerywanej linii 2—3b.W otworze wlotowym do drugiej warstwy katalizato¬ ra temperatura wynosi 390°C, jednakze z powodu roz¬ cienczenia koncentracja amoniaku wynosi tylko 10,5%.Tabela II Przyklad Wersja konwertora fig.Natezenie strumienia Nm3/godz. strumien plaszczowy strumien wymienny strumien obejsciowy caly strumien przetwarzany wlot do pierwszej warstwy strumien produktowy wylot z konwertora I 1 151 480 191 450 40 000 382 930 328 090 II 2 322 930 — 60 0O0 382 930 328 090 III 3 322 930 — 60 000 382 930 328 090 IV 4 322 930 — 60 000 382 930 328090 V 5 322 930 — ÓO0OO 380 930 328 090 VI 6 131 480 211450 40 000 382 930 328 090 Podczas przechodzenia przez warstwe katalizatora pa¬ rametry beda zmieniane wzdluz linii przerywanej 3b—4 i temperatura w otworze wylotowym drugiej warstwy katalizatora wynosi 493*0, a koncentracja amoniaku 5 wynosi 18,8%.Krzywe pokazane na fig. 7, ilustruja korzysci prze¬ prowadzania syntezy amoniaku przy uzyciu konwertora wedlug wynalazku.Efektem stosowania konwertora wedlug wynalazku jest 10 znaczne zwiekszenie produkcji amoniaku na jednostke objetosci gazu przechodzacego przez warstwy kataliza¬ tora.Tabela I 15 Przyklady Wersja konwertora, fig.Zdolnosc produkcyjna konwertora ton metrycznych/dzien Objetosc katalizatora m3 Warstwa pierwsza Warstwa druga Sklad strumienia objetosciowy, w % Strumien podawany wlot do pierwszej warstwy .H2 L N2 f NH3 gazy obojetne Strumien podawany wylot z pierwszej warstwy H2 NH2 NH3 gazy obojetne Strumien produktowy, wylot z drugiej warstwy H2 N2 NH3 gazy obojetne I—VI 1—6 1000 12 19 U 63,4 21,1 3,5 12,0 54,2 18,1 14,4 15,3 48,9 16,3 20,8 14,011 111651 12 Przyklad Wersja konwertora fig.Temperatura strumienia °C strumienie podawane wlot do konwertora strumien przetwarzany wlot do pierwszej warstwy strumien przetwarzany wylot z pierwszej warstwy strumien przetwarzany wlot do drugiej warstwy strumien przetwarzany wylot z drugiej warstwy strumien przetwarzany wylot z konwertora I • 1 110 360 520 390 472 345 11 2 237 360 520 390 472 472 1)11 3 237 360 520 390 472 472 4 237 360 520 390 472 472 V 5 237 360 520 390 472 472 VJ | * 1 150 360 520 390 472 385 Z a s t r zezenia patentowe 1. Konwertor do syntezy amoniaku przy podwyz¬ szonym cisnieniu i temperaturze, zawierajacy odporny no cisnienie plaszcz, usytuowany symetrycznie wokól iM\ jsrodkowej, w której znajduje sie wiele warstw katali¬ zatora, w kazdej z których jest utrzymywany katalizator pomiedzy dwiema przeciwleglymi scianami perforowa¬ nymi, pracujacymi jako wlot i wylot strumienia prze¬ twarzanego gazu syntezowego, przechodzacego przez te warstwy katalizatora, który to strumien przetwarzany stanowi polaczenie co najmniej dwóch oddzielnych stru¬ mieni podawanych, doprowadzanych przez kanaly wlo¬ towe do miejsc zetkniecia wewnatrz konwertora, przy czym w jednym z tych kanalów znajduje sie wymien¬ nik ciepla, usytuowany pod prad wzgledem miejsca zet¬ kniecia strumieni podawanych i sluzacy do posredniej wymiany ciepla z gazem przetwarzanym, znamienny tym, ze warstwy (21, 22) katalizatora maja ksztalt pier- 25 30 35 40 scieniowy i sa ograniczone przez perforowane sciany wewnetrzne (23), (27) i zewnetrzne (24), (28), przy czym wlot do pierwszej warstwy (21) katalizatora znajduje sie po jej stronie zewnetrznej i komunikuje sie poprzez promieniiowy kanal (46) z kanalami wlotowymi w miejscu zetkniecia (45) strumieni podawanych, usytuowanym przy linii srodkowej konwertora, zas jako wymiennik ciepla jest zastosowany wielorurowy wymiennik ciepla, (41), umieszczony ma linii srodkowej ikonwerfora w srodko¬ wej przestrzeni pierscieniowej (52) jednej z warstw ka¬ talizatora, która to przestrzen tworzy wraz z wnetrzem rur (43) czesc jednego z kanalów wlotowych. 2. Konwertor wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze czesc jednego z kanalów wlotowych stanowi pierscie¬ niowa przestrzen (55) usytuowana przy wnetrzu plaszcza konwertora. 3. Konwertor wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze wielorurowy wymiennik ciepla (41) jest umieszczony w srodku pierwszej warstwy (21) katalizatora.111651 FIG. 1 16 29 FIG. 2 16 29111651 FIG. 3 16 29 FIG. U 16 29111651 FIG. 7 %NH3 LDA nr 2, zam. 1653/81 - nakl. 90 egz.Cena 100,- zl PL PL PL PL