[发明专利]间冷-直冷型合成塔内件

说明书

本发明的间冷-直冷型合成塔内件，用于进行催化合成反应，特别适用于对氨和甲醇的反应。

在放热催化合成反应中，必须对催化床层的温度加以控制，适时移走催化床层的反应热，使其达到最理想的反应温度，通常采用下列三种方式之一加以控制。（a）在催化床中安装能连续换热的冷管，让冷的合成气通过冷管内，带走催化床的热量，这种称之为连续内部换热式。（b）合成气在催化床中进行绝热反应以后，再通过两催化床之间的间接式换热器移走反应产生的热量，称为中间间接换热式。（c）让合成气在催化床中进行绝热反应后，再将冷的合成气体与热的反应气体在两催化床间混合，降低气体温度后再进入下一催化床继续进行反应，称为直接换热式。以上三种在我国中、小型合成氨和甲醇生产厂均被采用，对于（a）种连续内部换热式合成塔内件，它只有一个催化床层，床层内冷管结构复杂，压降大，触媒升温还原不彻底，生产能力低，并且焊缝常被内应力拉裂产生漏气造成停产，常用有三套管，单管并流等。热交换时冷管内气体和催化床层中的气体流向一致，称为并流型。（b）种层间换热式内件结构复杂，触媒装量少。（c）种直接换热式内件因冷热气体直接混合，使很大一部分气体未经上部催化床层反应，特别是上部催化床层反应剧烈，反应热量大，冷气量也大，冷气和热反应气混合稀释了催化床层的反应物含量，使出塔反应物含量降低，且易发生全塔触媒同时中毒。

鉴于以上已有技术存在的缺点，本发明的目的是发明一种适应于中、小型合成氨和甲醇生产的合成塔内件，它的结构简单，维修容易，压降小，温度易于调节控制，反应物净值高，出塔气体温度高，是一种生产工艺参数优于现有合成塔内件的新型内件。

本发明的间冷-直冷型合成塔内件是适合于进行氨或甲醇催化合成反应的合成塔内件。其特征是内件由上部触媒筐和下部的换热器所组成，触媒筐由间接换热装置、直接换热装置、测温套和座、中心座、内件顶盖、筒体组成。触媒分成三床层，内件直径在0.45-2.4米之间，触媒床间用接换热装置的支承板和直接换热装置的多孔板支承触媒并分别隔开触媒床，间接换热装置和直接换热装置在装卸触媒时可装入和取出，运行时由连接在筒体上的法兰支承。

间接换热装置是由十一部分组成的整体组合件，它们是支承触媒的支承板，换热用扁平冷管，换热用园管，气体下降多孔管，套管，内园环，挡气板，连接头，上进气导管，定位卡。它们的相对位置为：在支承板上面是多根园冷管和1-2根进气导管，园冷管上面是连接头，连接头上面是扁平冷管，园冷管和扁平冷管用定位卡定位，支承板下面是内园环，外园环，再下面是挡气板。连接头、扁平冷管的数量和园冷管相同。支撑板、挡气板、内园环、外园环组合在一起称为分气盒。分气盒上穿有多根气体下降多孔管和套管，内件中心管从内园环内穿过，测温导管和下进气导管从套管内穿过。

直接换热装置由五部分组成，它们是多孔板，下进气导管，内园环形气体喷头，外园环形气体喷头，连通管，它们的相对位置是多孔板上面是下进气导管，多孔板下面是内园环形气体喷头，外园环形气体喷头。连通管在内、外园环形气体喷头之间，它们被机械地连成一个整体。

测温套管座由三部分组成，它们是套环、筋板、导管座，它们的相互位置是套环外连有筋板，筋板外是导管座，它们被机械地连成一个整体，套在中心管上，能取出和装入，并能在园周内转动。

通入内件内部间接换热装置的低温气是从顶盖的低温进气口经过进气导管进入分气盒的，然后逆流经园冷管、扁平冷管与冷管外的反应气体换热后溢出进入催化床层顶部。园冷管和扁平冷管内流通截面基本相同，扁平冷管传热效率比园冷管高，单位催化床层高度的换热面积也不一样，达到催化床层温度最佳分布，扁平冷管溢出的气体和中心管溢出的气体混合后进入催化床层进行反应，气体经冷管部分催化床层反应后进入绝热层反应，然后与通入内件内部直接换热装置的低温气混合，最后进入下绝热层反应，通入内件内部直接换热装置的低温气经过顶盖进入下进气导管，然后进入内、外园环形气体喷头喷出。测量各催化床温度的热电偶从穿过顶盖的热电偶套管中插入，根据内件的长短和不同的使用情况，直接换热装置也可取消。

本发明的间冷-直冷型合成塔内件的最佳直径为0.45-1.6米，对合成氨适宜压力为12MPa-35MPa，最佳使用压力为15MPa-30MPa，对合成甲醇，适宜压力为6MPa-15MPa，最佳使用压力为10MPa-30MPa。