專利名稱：間冷-直冷型合成塔內(nèi)件的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明的間冷-直冷型合成塔內(nèi)件，用于進行催化合成反應，特別適用于對氨和甲醇的反應。
在放熱催化合成反應中，必須對催化床層的溫度加以控制，適時移走催化床層的反應熱，使其達到最理想的反應溫度，通常采用下列三種方式之一加以控制。(a)在催化床中安裝能連續(xù)換熱的冷管，讓冷的合成氣通過冷管內(nèi)，帶走催化床的熱量，這種稱之為連續(xù)內(nèi)部換熱式。(b)合成氣在催化床中進行絕熱反應以后，再通過兩催化床之間的間接式換熱器移走反應產(chǎn)生的熱量，稱為中間間接換熱式。(c)讓合成氣在催化床中進行絕熱反應后，再將冷的合成氣體與熱的反應氣體在兩催化床間混合，降低氣體溫度后再進入下一催化床繼續(xù)進行反應，稱為直接換熱式。以上三種在我國中、小型合成氨和甲醇生產(chǎn)廠均被采用，對于(a)種連續(xù)內(nèi)部換熱式合成塔內(nèi)件，它只有一個催化床層，床層內(nèi)冷管結(jié)構(gòu)復雜，壓降大，觸媒升溫還原不徹底，生產(chǎn)能力低，并且焊縫常被內(nèi)應力拉裂產(chǎn)生漏氣造成停產(chǎn)，常用有三套管，單管并流等。熱交換時冷管內(nèi)氣體和催化床層中的氣體流向一致，稱為并流型。(b)種層間換熱式內(nèi)件結(jié)構(gòu)復雜，觸媒裝量少。(c)種直接換熱式內(nèi)件因冷熱氣體直接混合，使很大一部分氣體未經(jīng)上部催化床層反應，特別是上部催化床層反應劇烈，反應熱量大，冷氣量也大，冷氣和熱反應氣混合稀釋了催化床層的反應物含量，使出塔反應物含量降低，且易發(fā)生全塔觸媒同時中毒。
鑒于以上已有技術(shù)存在的缺點，本發(fā)明的目的是發(fā)明一種適應于中、小型合成氨和甲醇生產(chǎn)的合成塔內(nèi)件，它的結(jié)構(gòu)簡單，維修容易，壓降小，溫度易于調(diào)節(jié)控制，反應物凈值高，出塔氣體溫度高，是一種生產(chǎn)工藝參數(shù)優(yōu)于現(xiàn)有合成塔內(nèi)件的新型內(nèi)件。
本發(fā)明的間冷-直冷型合成塔內(nèi)件是適合于進行氨或甲醇催化合成反應的合成塔內(nèi)件。其特征是內(nèi)件由上部觸媒筐和下部的換熱器所組成，觸媒筐由間接換熱裝置、直接換熱裝置、測溫套和座、中心座、內(nèi)件頂蓋、筒體組成。觸媒分成三床層，內(nèi)件直徑在0.45-2.4米之間，觸媒床間用接換熱裝置的支承板和直接換熱裝置的多孔板支承觸媒并分別隔開觸媒床，間接換熱裝置和直接換熱裝置在裝卸觸媒時可裝入和取出，運行時由連接在筒體上的法蘭支承。
間接換熱裝置是由十一部分組成的整體組合件，它們是支承觸媒的支承板，換熱用扁平冷管，換熱用園管，氣體下降多孔管，套管，內(nèi)園環(huán)，擋氣板，連接頭，上進氣導管，定位卡。它們的相對位置為在支承板上面是多根園冷管和1-2根進氣導管，園冷管上面是連接頭，連接頭上面是扁平冷管，園冷管和扁平冷管用定位卡定位，支承板下面是內(nèi)園環(huán)，外園環(huán)，再下面是擋氣板。連接頭、扁平冷管的數(shù)量和園冷管相同。支撐板、擋氣板、內(nèi)園環(huán)、外園環(huán)組合在一起稱為分氣盒。分氣盒上穿有多根氣體下降多孔管和套管，內(nèi)件中心管從內(nèi)園環(huán)內(nèi)穿過，測溫導管和下進氣導管從套管內(nèi)穿過。
直接換熱裝置由五部分組成，它們是多孔板，下進氣導管，內(nèi)園環(huán)形氣體噴頭，外園環(huán)形氣體噴頭，連通管，它們的相對位置是多孔板上面是下進氣導管，多孔板下面是內(nèi)園環(huán)形氣體噴頭，外園環(huán)形氣體噴頭。連通管在內(nèi)、外園環(huán)形氣體噴頭之間，它們被機械地連成一個整體。
測溫套管座由三部分組成，它們是套環(huán)、筋板、導管座，它們的相互位置是套環(huán)外連有筋板，筋板外是導管座，它們被機械地連成一個整體，套在中心管上，能取出和裝入，并能在園周內(nèi)轉(zhuǎn)動。
通入內(nèi)件內(nèi)部間接換熱裝置的低溫氣是從頂蓋的低溫進氣口經(jīng)過進氣導管進入分氣盒的，然后逆流經(jīng)園冷管、扁平冷管與冷管外的反應氣體換熱后溢出進入催化床層頂部。園冷管和扁平冷管內(nèi)流通截面基本相同，扁平冷管傳熱效率比園冷管高，單位催化床層高度的換熱面積也不一樣，達到催化床層溫度最佳分布，扁平冷管溢出的氣體和中心管溢出的氣體混合后進入催化床層進行反應，氣體經(jīng)冷管部分催化床層反應后進入絕熱層反應，然后與通入內(nèi)件內(nèi)部直接換熱裝置的低溫氣混合，最后進入下絕熱層反應，通入內(nèi)件內(nèi)部直接換熱裝置的低溫氣經(jīng)過頂蓋進入下進氣導管，然后進入內(nèi)、外園環(huán)形氣體噴頭噴出。測量各催化床溫度的熱電偶從穿過頂蓋的熱電偶套管中插入，根據(jù)內(nèi)件的長短和不同的使用情況，直接換熱裝置也可取消。
本發(fā)明的間冷-直冷型合成塔內(nèi)件的最佳直徑為0.45-1.6米，對合成氨適宜壓力為12MPa-35MPa，最佳使用壓力為15MPa-30MPa，對合成甲醇，適宜壓力為6MPa-15MPa，最佳使用壓力為10MPa-30MPa。
本發(fā)明的間冷-直冷型合成塔內(nèi)件適合于大、中、小型合成氨或甲醇生產(chǎn)廠家使用，特別是原有的中、小型廠家，使用本發(fā)明的間冷-直冷型內(nèi)件時，可以保留原合成塔外殼，僅僅換上適合該外殼尺寸的本發(fā)明內(nèi)件和對頂蓋作相應的改造，同時對外部管線流程在適當稍加改動，即可進行運行，達到本發(fā)明的增產(chǎn)節(jié)能效果。
本發(fā)明與現(xiàn)有各種中、小型合成塔內(nèi)件比較有如下優(yōu)點1、結(jié)構(gòu)簡單，安裝、維修方便。
2、操作靈活方便，能把催化床層溫度控制在最佳范圍。間接換熱裝置內(nèi)的低溫合成氣體溫度能在45C-140C之間調(diào)節(jié)，且氣流量的大小也可調(diào)節(jié)，直接換熱裝置內(nèi)的低溫氣體量大小也可調(diào)節(jié)。
3、間接換熱裝置的冷管能自由伸縮，不會造成因溫差應力把焊縫拉裂的事故，使用安全可靠。
4、觸媒利用系數(shù)高，生產(chǎn)能力大。
為此本發(fā)明尤其適合中、小型全成氨和甲醇生產(chǎn)廠家的技術(shù)改造，除了能較大提高生產(chǎn)能力外，設備投資較省。
現(xiàn)在用圖例表示本發(fā)明的一個典型結(jié)構(gòu)。
圖一為間冷-直冷型合成塔內(nèi)件的軸向剖視圖(為了敘述方便將合成塔外殼1也畫上);
圖二為間冷-直冷型合成塔內(nèi)件頂部進氣方位圖;
圖三為間冷-直冷型合成塔內(nèi)件外部進出氣體流程圖。
在圖一中，內(nèi)件由觸媒筐和換熱器2構(gòu)成，觸媒筐包括三個催化床層冷管床層34、上絕緣熱床層33、下絕熱床層32。支承法蘭23、26與內(nèi)件筒體15連成一個整體，間接換熱裝置和直接換熱裝置由支承法蘭支承，測溫套管座套在中心管5上，能沿園周自由轉(zhuǎn)動，內(nèi)件頂蓋16在裝觸媒后焊在筒體法蘭上。
間接換熱裝置是由支承板22、上進氣導管14、園冷管21(數(shù)根)，連接頭20(數(shù)個)，扁平冷管19(數(shù)根)，氣體下降多孔板12，套管24，內(nèi)園環(huán)11，擋氣板10，定位卡18，十一種部件機械地連接在一起的整體組合件，由支承法蘭23支承。
直接換熱裝置是由多孔板8，外園環(huán)形氣體噴頭6，內(nèi)園環(huán)形氣體噴頭7，連通管25，下進氣導管9五種部件機械地連接在一起的整體組合件，由支承法蘭25支承。
測溫套管座是由套環(huán)3，筋板4，導管座27三種部件機械地連在一起的整體組合件。
圖二為間冷-直冷合成塔內(nèi)件頂部進氣方位圖，從圖中可看到低溫調(diào)節(jié)氣進氣導管口38，下低溫調(diào)節(jié)進氣導管口39，熱電偶導管40的相對位置。
從圖三可以看到本發(fā)明的低溫氣的外部工藝流程部分，現(xiàn)在結(jié)合合成塔內(nèi)的流程一起敘述。從循環(huán)機來的氣體43經(jīng)一次進口37經(jīng)過內(nèi)件與外殼1之間的環(huán)隙向下流動從一次出口28流出，流出氣體分兩路，一路經(jīng)過合成塔外的預熱器42后返回，這時返回氣體又分兩路，一路作低溫調(diào)節(jié)氣用，與一次出塔后分出的部分氣體、一次出塔前分出的部分氣體混合后從合成塔外殼頂蓋17進入上低溫進氣導管38，然后進入氣體分氣盒再沿園冷管、扁平冷管內(nèi)上升到頂部36溢出，另一路從二次入口29進入內(nèi)件下部換熱器2的管間升溫后經(jīng)中心管5上升到頂部35溢出與冷管內(nèi)溢出的氣體混合，然后進入冷管床層34反應，再經(jīng)過直接換熱裝置的多孔板進入下部與內(nèi)外園環(huán)噴頭7、6噴出的氣體混合后進入下絕熱床層反應在，最后進入下部換熱管內(nèi)降溫后經(jīng)二次出口30出塔，出塔氣體經(jīng)過廢熱鍋爐41生產(chǎn)蒸汽。通入直接換熱裝置的低溫氣體是從一次入口氣37前面分出來的，從合成塔內(nèi)頂部低溫氣進口39直接進入下進氣導管。
本發(fā)明的間冷-直冷型合成塔內(nèi)件應用于合成氨的工藝過程具體例子如下(DN600合成系統(tǒng))按圖三的工藝流程進行，一次進塔氣的溫度在30℃，壓力30MPa，氣體成份見表1。低溫進氣38溫度為80℃，低溫進氣39溫度為30℃。經(jīng)合成塔反應后，合成塔二次出口溫度為320℃，壓力為29.5MPa，氣體成份見表1，這時合成塔壓降為0.5MPa，氨凈值為15.8%，出口氣體溫度320，能產(chǎn)1.3MPa壓力的蒸汽，催化床的觸媒采用合成氨所常用的鐵觸媒。
表權(quán)利要求
1.間冷--直冷型合成塔同件，一種以間接換熱和直接換熱相結(jié)合，適用于進行氨和甲醇催化合成反應的合成塔內(nèi)件，它是由觸媒筐和換熱器組成，其特征是觸媒筐分為冷管床層、上絕熱床層、下絕熱床層，冷管床層和上絕熱床層由間接換熱裝置的分氣盒隔開，上絕熱床層與下絕熱床層由直接換熱裝置的多孔板隔開，間接換熱裝置和直接換熱裝置由連接在筒體上的支撐法蘭支承，裝卸觸媒時可以取出和裝入。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的間冷-直冷型合成塔內(nèi)件，間接冷激裝置的特征為支承板(22)，上進氣導管(14)，園冷管數(shù)根(21)，連接頭(20)，扁平冷管(19)，定位卡(18)，氣體下降多孔管(12)，內(nèi)園環(huán)(13)，外園環(huán)(11)，擋氣板(10)，套管(24)十一部機械地連接在一起的整體組合件，園冷管、連接頭、扁平冷管的根數(shù)相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的間冷-直冷型合成塔同件，直接冷激裝置的特征為多孔板(8)，下進氣導管(9)，外園環(huán)型氣體噴頭(6)，內(nèi)園環(huán)形氣體噴頭(7)，連通管(26)五部分機械地連接在一起的整體組合件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的間冷-直冷型合成塔內(nèi)件，測溫套管座的特征為套環(huán)(3)，筋板(4)，套管座(27)三部分機械地連接在一起的整體組合件，套在中心管上，可取出和裝入。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的間冷-直冷型合成塔內(nèi)件特征是直徑在0.45米-2.4米之間，最佳直徑0.45米-1.4米，對合成氨適用反應壓力為12MPa-35MPa，最佳使用壓力為15MPa-30MPa，對合成甲醇適用反應壓力為8MPa-15MPa，最佳使用壓力為10MPa-13MPa。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的間冷-直冷型合成塔內(nèi)件，在應用時的特征是通入間接換熱裝置的低溫氣體沿冷管逆流而上與管外反應氣體進行熱交換，調(diào)節(jié)冷管床層反應氣體溫度和上絕熱層入口氣體溫度，通入直接換熱裝置的低溫氣體和上絕熱床層的出口氣體混合，調(diào)節(jié)下絕熱床層入口氣體溫度。
全文摘要
間冷-直冷型合成塔內(nèi)件，一種以間接和直接換熱相結(jié)合的合成塔內(nèi)件，結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)溫方便，結(jié)構(gòu)安全可靠，維修容易，無被溫差應力拉裂焊縫的危險。它的觸媒筐由冷管床層、上絕熱床層、下絕熱床層組成。冷管床層、上絕熱床層、下絕熱床層由分氣盒和多孔板分別隔開，間接換熱裝置、直接換熱裝置、測溫套管座可以取出和裝入。本發(fā)明最適合于中、小型合成氨和甲醇生產(chǎn)廠使用，可以提高生產(chǎn)能力，節(jié)約能源，并可保留原合成塔外殼，節(jié)約設備開支。
文檔編號B01J8/04GK1088476SQ92113639
公開日1994年6月29日 申請日期1992年12月25日 優(yōu)先權(quán)日1992年12月25日
發(fā)明者趙丕龍 申請人:趙丕龍