[发明专利]多床氨转化器

说明书

一种多床氨转化器，包括用于将输入补充气体转化为含氨产物气体的多个催化床，该多床氨转化器包括回收热交换器，诸如蒸汽过热器或锅炉，该回收热交换器集成在该氨转化器中并且可以部分地容纳在环形床的空腔中。

技术领域

本发明涉及多床催化氨转化器。

背景技术

多床催化转化器容纳由工艺气体依次经过的多个催化床。通过穿过一序列催化床，反应气体逐渐转化成产物气体。多床转化器通常用于从基本上由氢气和氮气制成的补充气体开始合成氨。

术语氨转化器表示被布置成用于将补充气体催化转化成氨的化学反应器。补充气体包含适当比例的氨和氢，并且可以通过重整获得。

氨多床转化器的常见设计包括具有圆筒环形配置的催化床。每个催化床基本上是由外壁和内壁界定的圆筒形的环。所述外壁和内壁被设计为透气的并且适于保留催化剂，例如所述催化剂为颗粒形式。

氨的合成是强烈放热的过程，这意味着在该过程中产生大量的热量并且每个催化床的流出物具有高温。

床间热交换器可以安装在催化床的中心空腔中，以便从流出物中去除热量并且降低下一个床的入口温度，并且同时回收热量。

催化床的数量可以变化。氨转化器的典型实施例具有三个催化床和两个床间冷却器，其中第一床间热交换器放置在第一催化床的内腔中，第二床间热交换器放置在第二催化床的内腔中。转化器通常为立式装置，且催化床彼此上下竖直设置。每个床间热交换器一般用管束实现。这些管被布置在该床的中心空腔中，热的工艺气体在这些管周围流动并且冷的气体在这些管内流动。

在现有技术的氨转化器中，床间热交换器被布置成将热量从热的部分反应的工艺气体传递到入口新鲜气体或其部分。例如，位于第一催化床内的热交换器将热量从来自第一催化床的部分反应的气体流出物传递至新鲜气体流，该新鲜气体流被引导至第一催化床本身的输入端，新鲜气体流被适当地预热。

通常使转化器的流出物(即，最后催化床的流出物)通过转化器的压力容器外部的回收热交换器。该热交换器通常用于产生饱和蒸汽或热水。

因此，可以说，在床间交换器中传递的反应热在反应器本身中和在氨的合成过程中内部地再循环。仅最后催化床的流出物通常可用于热回收，诸如产生蒸汽或热水等，代价是将热交换器安装在转化器外部。

这种技术的缺点在于，没有最佳地回收通过反应产生的高温的热量，特别是可能高于500℃的第一催化床的流出物。

具体地，将令人感兴趣的是使用由氨转化器释放的热来产生过热蒸汽，因为过热蒸汽可以用于为蒸汽涡轮机提供动力。然而，该转化器的流出物的温度通常不足以达到此目的。安装在转化器下游的锅炉通常可以产生饱和蒸汽，然而，从能量的角度来看，该饱和蒸汽不太有吸引并且不适于驱动涡轮机。这种蒸汽可能以燃料为代价而过热，然而这是额外的成本。

一种氨设备具有包括蒸汽发生器和蒸汽使用的复杂的蒸汽系统。蒸汽使用包括例如驱动诸如压缩机的公用设施的涡轮机。在该过程中存在使内部产生蒸汽的动力，该蒸汽可以用作其他过程步骤的热源或者驱动涡轮机或者如果可能的话输出。现有技术不能完全满足这种需要。

又一个问题是可以从该转化器的流出物回收的热量取决于催化床的温度特征曲线。增加可回收热量的尝试可负面影响催化床的运行。在氨合成中，认为通过合成产生的热的回收是基本重要的。为了提高可回收的热量，反应器入口温度应尽可能提高，但提高该入口温度通常会导致催化床偏离最佳温度分布运行。

转化器出口温度也可以通过具体地提高最后床的入口温度来提高。然而，以此方式，最后催化床内的温度分布没有被优化。最后催化床在体积方面通常是最大的，并且如果最后催化床偏离最佳条件运行，转化器的整体性能受到很大影响，例如在氨出口浓度和每道转化率方面。