多床层轴径向复合床间接换热式节能型氨合成塔制造技术

本实用新型专利技术属于化工设备技术领域，是一种多床层轴径向复合床间接换热式节能型氨合成塔。本实用新型专利技术综合了轴向床气流分布均匀及径向床气体流动阻力小的特点，采用有利于使用小颗粒催化剂的一轴二径结构。第Ⅰ床可为一个轴向流动床，也可为二个并联的轴向流动床以减小流体阻力。在Ⅱ、Ⅲ（径向）床中采用二层结构的气体分布器及气体收集器使气体均匀流过催化剂床，阻力很小，全塔压力降和操作压力较现有技术都大大降低。上述每相邻两床之间采用间接换热使得每床反应气体接近于催化剂反应动力学上最佳反应温度，使能得到高的氨净值，从而提高了反应器的效率。本实用新型专利技术可以广泛应用于合成氨工艺中。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
多床层轴径向复合床间接换热式节能型氨合成塔
本技术涉及一种化工生产装置，特别是涉及一种氨合成塔。
技术介绍
合成氨工业是一个高能耗的工业，氨合成塔是合成氨生产中的关键设备。旧式轴向氨合成塔的缺点是压力高氨净值低(即合成效率低)而压力降大(即压缩机功耗高)。例如，从国外引进的某种大型氨合成塔的氨净值为～10％，全塔压降为0.6～1.0Mpa。由于合成氨工业是高能耗的产业，为提高生产效率降低成本必须将能耗降下来。新的节能型工艺的吨氨能耗已从七十年代初的1000万大卡(41.8GJ)降至现在的700万大卡(29.3GJ)。提高氨合成塔的氨净值(即提高效率)、降低合成塔的操作压力(即减少合成气压缩机的功耗)、降低合成塔的进出口压降(即减少循环压缩机功耗)以及提高出塔气的温度(即提高出塔气的热利用率)便成为现代节能型合成塔的发展方向。为了降低能耗，必须不断改进氨合成工艺、提高催化剂性能以及改进设备结构。近年来新型氨合成塔技术发展大体在如下几个方面：1.降低合成压力20世纪60年代以前氨合成压力通常为25～30Mpa(A)，70年代大型化后氨合成压力下降至15Mpa(A)、10Mpa(A)以至8.0Mpa(A)，由于压力的下降，氨合成气体压缩功耗下降了许多；2.改进催化剂的成分结构及活性，同时采用小颗粒催化剂，催化剂床的气流由-->轴向改为径向。小颗粒催化剂比表面积大活性好，但相应的气流的阻力也增大了，为此将催化剂床改为径向流动，使气流阻力大大减小，因此既增加了氨合成反应的净值，又达到了减少阻力降低功耗的目的；3.大型氨厂采用离心式压缩机代替往复式压缩机将气体升压和打循环.由于压缩机的改型基本上消除了带入催化剂床的润滑油，以及合成压力降低，催化剂增加，空速减小，使催化剂的寿命大大延长，许多大型氨合成塔催化剂寿命已达10年以上，这样减少了更换催化剂的次数，节省了催化剂升温还原时间，大大地提高了氨厂的经济效益；4.氨合成塔结构改造的另一方面是床间反应气体的温度调节由冷气激冷式改为由换热器间接换热式，使催化剂床温度调节缓和并避免了氨的稀释，从而提高了反应器的效率；5.氨合成塔结构改进的第三方面是取消后置换热器，将末床的高温反应气不经冷却直接引出塔外，出塔后高温反应气可以副产10.5Mpa(A)高压饱和蒸汽或4.0Mpa(A)中压过热蒸汽，提高了热利用效率。
技术实现思路
本技术技术是提供一种有效降低气体流动阻力，且具有结构简单的高效气体分布器的多床层轴径向复合床氨合成塔。本技术的多床层轴径向复合床间接换热式节能型氨合成塔是这样实现的：本技术的多床层轴径向复合床间接换热式节能型氨合成塔，第I层为轴向流动床，第II、III层为径向流动床，；在第I、II床层和第II、III床层间装有-->间接换热器；在径向流动床的进气侧和出气侧分别设有气体分布器和气体收集器。其中第一层轴向流动床也可以为两个并联轴向流动床。在第III床层后可以再增加第IV层径向流动床，在第IV层径向流动床进气侧和出气侧分别设有气体分布器和气体收集器，并在第III、IV床层间装有间接换热器。上面所述的的气体分布器及收集器均为二层结构，其中一层为多孔圆筒，另一层为整体长孔丝网结构。在具体实施本技术的时候：所述的第I层轴向流动床中装填少量粒径为3～8mm的催化剂；所述的第II、III层径向流动床中装填量粒径为1-3mm的小颗粒高活性催化剂。所述的间接换热器可以为列管式换热器，并且可以沿合成塔轴心纵向安装。所述氨合成塔的工作压力范围在7～30Mpa之间，反应器的直径为φ1600～φ4000。本技术由于上述的结构特征，其使用在合成氨生产工艺中的效果是非常突出的：1.径向流动床的关键技术是气体分布的均匀性，目前现有技术普遍采用的方式是3层结构的气体分布装置，本技术采用的是两层结构。本技术上述的这种结构既能做到气流分布的均匀又可简化结构。并且本技术的一轴两径催化剂床中第I床的催化剂填装量较少，采用气体分布均匀的轴向流动，可以获得接近氨合成总量50％的产量。这一层结构的轴向流动，亦可再作改进设计成二层并联结构的轴向流动，从而可以进一步降低流体的阻力，达到节能的目的(见附图2)。-->2.由于本技术的气体分布器和集气器结构简单气体分布均匀，降低了全塔压力降，操作压力也因此降低。3.而且由于阻力小可采用小颗粒的高催化活性的催化剂，以及床间间接换热器的采用，不会稀释反应气体的浓度，提高了氨净值，降低了能耗，降低了生产成本。4.由于床间间接换热器同轴的布置在塔心位置，使维修更换换热器更方便快捷。5.由于本技术的上述结构特征，氨合成塔的系统操作压力较现有技术大大减低。因此，可以采用离心式压缩机代替往复式压缩机进行气体升压和系统循环操作。而压缩机的改型基本上消除了带入催化剂床的润滑油，由于氨合成塔压力降低，催化剂增加，空速减小，催化剂的寿命得到大大延长，本氨合成塔催化剂寿命可达10年以上。由于减少了更换催化剂的次数，可以节省催化剂升温还原时间，因而可以进一步提高氨厂的经济效益。本技术与传统的三套管式(小型厂)以及轴向冷激换热式氨合成塔(大型厂)三者主要技术性能比较见下面的表1：-->表1.按本设计的1000吨氨/日大型氨合成塔与非节能型氨合成塔(小型塔与大型塔)的工艺参数比较及节能比较   项目   单位  三套管  (立式小  型塔)   轴向塔(立式大  型塔)   本技术  生产能力  吨氨/日  220  1000  1000  操作压力  MPa(A)  30  14.3  7～30   操作温度   ℃  ≤     530   ～500   ～485  氨净值  ％  ～12  ～10  12.4～15.0  惰性气含量  ％  ～15  ～13.5  9～0  全塔压降  MPa  1.6  0.6～1.0  0.25～0.35    节   能   比   较  出塔合成气  副产蒸汽压  力   MPa(A)   1.3(饱和)  气体出塔温度低  不产蒸汽，仅预  热锅炉给水   4.0(过热)或  10.5(饱和)   副产蒸汽量   吨/吨氨   0.8  预热锅   炉给水   1.0  电耗量  千瓦时/吨氨  72  78  42  冷却水耗量  立方米/吨氨  38.8  16  8附图说明附图1为本技术氨合成塔主视示意图附图2为本技术第I床轴向流由一层改为二层结构的示意图-->具体实施方式下面结合附图1说明本技术节能型氨合成塔的工作情况：本技术的多床层轴径向复合床氨合成塔，其反应器直径可以为φ1600～φ4000。第I床为气体轴向流动，II、III床为具有气体分布器及集气器的径向流动反应床。在第I、II床之间及II、III床之间各有一台列管式换热器用于反应气体的间接换热，第I、II床之间的为换热器I，第II、III床之间的为换热器II。第I床合成反应最为迅速，采用少量颗粒稍大的催化剂即能获得接近于合成反应总量50％的反应产物-氨，因此采用有利于气体均匀分布的轴向流动床，以确保此氨产量的获得。此外轴向床对气体中有害物的敏感度较小，能适应含杂质不同净化度的反应气；第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多床层轴径向复合床间接换热式节能型氨合成塔，其特征在于：　　　　所述的氨合成塔的第Ⅰ层为轴向流动床，第Ⅱ、Ⅲ层为径向流动床；在第Ⅰ、Ⅱ床层和第Ⅱ、Ⅲ床层间装有间接换热器；在径向流动床的进气侧和出气侧分别设有气体分布器和气体收集器。

【技术特征摘要】
1.一种多床层轴径向复合床间接换热式节能型氨合成塔，其特征在于：所述的氨合成塔的第I层为轴向流动床，第II、III层为径向流动床；在第I、II床层和第II、III床层间装有间接换热器；在径向流动床的进气侧和出气侧分别设有气体分布器和气体收集器。2.如权利要求1所述的多床层轴径向复合床间接换热式节能型氨合成塔，其特征在于：第I层的轴向流动床为壹个轴向流动或两个并联轴向流动床。3.如权利要求1所述的多床层轴径向复合床间接换热式节能型氨合成塔，其特征在于：在第III床层后再增加第IV层径向流动床，在第IV层径向流动床进气侧和出气侧分别设有气体分布器和气体收集器，并在第III、IV床层间装有间接换热器。4.如权利要求1所述的多床层轴径向复合床间接换热式节能型氨合成塔，其特征在于：所述的第I层轴向流动床中装填少量粒径为3～8mm的催化剂；所述的第II、III层径向流动床中装填粒径为1～3mm的小颗粒高活性催化剂。5.如权利要求1所述的多床层轴径向复合床间接换热式节能型氨合成塔，其特征在于：所述的间接换热器为列管式换热器。6.如权利要求1所述的多床层轴径向复合床间...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍宏业，邱文炳，
申请(专利权)人：中国寰球工程公司，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]