[其他]氨合成塔

说明书

本发明涉及由氢气和氮气经放热催化合成氨的卧式合成塔。氨合成方法是人所共知的，一般在压力约70－325巴左右，温度约340℃－525℃左右条件下进行。

现代大型氨厂普遍采用单合成塔。在每天生产1000吨的工厂，催化剂体积定为约40－90米左右，装在直径约2－4米左右，长或高约10－35米左右的合成塔内，塔内的催化剂床可布置气体横流，径向流或轴流。横流合成塔是相当普通的，而且通常采用双层结构的冷却壁，它提供了使贴近耐压外壳体的冷却气体通过的壳体环隙通道。本发明的合成塔是冷壁横流或层流（“slab”flow”）合成塔。

由于反应平衡的考虑和催化剂过热与损坏的可能性，所以在单层催化剂床中装有全部催化剂并不适宜。为此，通常做法是把催化剂置于多层床中。以提供床层间冷却或床层内冷却，按常规，这种冷却由床层间进入冷却合成气与部分已转化气直接热交换所提供的（即直接冷却合成塔或直接气体冷却与床层间管壳式换热器的某种组合）。侧重于直接冷却的合成塔结构，根据引入的冷却气体积，由于所用的管壳式换热器的体积较小、数量较少，所以费用也必然低于组合结构。然而，使用这些结构的工厂，必须负担压缩合成气的高额费用，因为并不是全部合成气能与合成塔内的全部催化剂相接触，因此，较多的气体必需经循环才能得到一定量的氨产品。

从上所述可理解到氨合成塔是复杂的大型设备，并且需要更高效率和较低成本的设计。

本发明提供了一种具有两个换热器的卧式冷壁多层床合成塔。在合成塔的圆筒形内壳体中轴向排列着横流催化剂床，在第一和第二催化剂床之间垂直配置了第一换热器，在第二和第三催化剂床之间垂直配置了第二换热器。气流顺序地经由合成塔一端的气体进口、壳体环隙、第二换热器冷管程、然后经过第一换热器、位于合成塔另一端的第一催化剂床、第一换热器壳程、设置在两个换热器之间的第二催化剂床、第二换热器壳程、第三催化剂床以及通常还通过第四催化剂床、最后，气体出口紧接最末的催化剂床，位于合成塔气体进口的同一端。

本发明的合成塔在催化剂床层间或催化剂床层内不采用外部冷却气，即换热器的热壳程与其相对应的上游和下游催化剂床        相通，于是，合成塔的全部排出气体首先通过第一催化剂床。

图1是本发明的最佳实施例，其中卧式合成塔在第二和第三催化剂床之间采用了一个单程换热器。

图2是本发明另一个实施例，其中在第二和第三催化剂床之间采用了一个U型管换热器。

图3是图1中A－A和B－B处所示合成塔的剖面图。

参看图1和图2，卧式合成塔包括圆筒形耐压壳体1，它与图右侧所示第一外端盖2和图左侧所示第二外端盖3相连。在耐压壳体内设置与其平行的圆筒形内壳体4，并且基本上达到耐压壳体的全长，构成壳体环隙5。第一内端盖6和第二内端盖7分别与内壳体的两端连接，各自形成第一充气室8和第二充气室9。气体进口10被装配在第二外端盖子3上，使进入进口的较冷的含氨合成气体可自由地流进第二充气室9，壳体环隙5，然后流到第一充气室8。

在内壳体中以这样的方式装有第一、第二、第三和第四绝热催化剂床11、12、13和14，即内壳体的相对侧板限定了床层的横向端。床层在长度方向用横隔板15隔开，正如图中所示，构成了气体行程通路。内端盖6和7被合适地用作催化剂床11和14的端隔板。每层催化剂床都有一个顶部进口部分16和一个底部出口部分17，催化剂颗粒由栅板18和筛网（未示出）支承，为此，催化剂被安排成使行程中的气体基本上垂直于合成塔的轴线向下流动，一般称之谓层流。

具有管子进口部分20和管子出口部分21的第一管式换热器19位于第一催化剂床11和第二催化剂床12之间。由于进入第一催化剂床的合成气体含有少量氨，因而随着气体温度上升，在此处转化成氨多于下游催化剂床处转化成氨。为冷却离开第一催化剂床尚未进入第二催化剂床之前的气体，要求提供高效热交换，一换热器19采用垂直的U型管，它的内管气流速度很高，因此传热速度也高，这就减小了此换热器的体积。

具有管进口部分23和管出口部分24的第二管式换热器22位于第二催化剂床12和第三催化剂床13之间。这个换热器也可用图2所示垂直的U型管换热器，但是，因为所要求的传热量较少，所以最好用图1所示的单程立管式换热器，使压降减至最低。