一轴四径式准全径向流氨合成反应器的氨合成方法技术

技术编号：41128232 阅读：2 留言：0更新日期：2024-04-30 17:56

本申请公开了一轴四径准全径向流氨合成反应器的氨合成方法，反应器具有外壳和内件，内件内自上而下依次设置有轴向催化剂床层、第一、第二、第三和第四径向催化剂床层，第一、第二、第三径向催化剂床层内分别设有上、中、下部换热器，第四径向催化剂床层内设有反应气集气管；轴向催化剂床层内设有气体分布器，轴向催化剂床层和第一径向催化剂床层内设有中部冷激管；第一、三、四、五股反应气被加热后进入轴向催化剂床层进行反应，再依次进入第二、三、四径向催化剂床层反应，反应后气体经反应气集气管流出反应器。通过采用各换热器分流气加热后以“并联”方式进入“零米”的气体工艺布置方式，可以使得反应器出口氨净值高达21％以上。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及化工设备领域，具体涉及一种一轴四径准全径向流氨合成反应器的氨合成方法。

技术介绍

1、氨的合成反应是3个h2分子与1个n2分子在高温、高压和有催化剂的条件下进行，反应后生成2个nh3分子。这是一种体积缩小的化学平衡反应，是一种“放热”反应，提高反应压力、提高反应温度和提高有效气体组分浓度有利于氨合成反应的进行。由于受催化剂及反应效率等的影响，氨合成反应工序设置有气体“循环”系统，采用循环反应的方式来逐步提高生成物的浓度。氨合成塔的“单程”反应效率按合成塔出口氨含量与入口气含量的差值％来衡量，称之为“氨净值”。氨合成反应器设计的最大优化方式是要达到最高的“氨净值”，相应也会达到最小的循环量，也就是要求系统达到最小的“循环比”。

2、目前氨合成反应器采用了高温、高压的“固定床催化剂反”应器，反应器设置有“压力壳体”和装催化剂和移热用的“触媒筐”内件，反应器内件中的移热和床层设置对反应效率影响很大，一般来说，受结构复杂程度和移热的基本要求，氨合成反应器内件催化剂筐设置为“三床”式反应器，每床催化剂温度升高以后再进行冷却气体后再进入下一床层。这种反应器的“高径比”不能太大，一般“高径比”小于12，太大的“高径比”会使第三床催化剂径向长度很长，影响径向分气的均衡率。

3、三段式反应器的反应曲线说明了，每一个催化剂层将温度“推高”后又通过间接换热器将温度降下来，进行第二床反应；由此可见，如果反应床层还多些儿，也就可以将“反应曲线”与“最适宜温度曲线”“拟合”得更好，使出口“氨含量”达到更高。因此，增加反

技术实现思路

1、为解决上述问题，本专利技术提出了一种一轴四径准全径向流氨合成反应器及其氨合成方法，本专利技术的反应器氨净值可达到21％以上，比传统的“三床三段”式氨合成塔的18％氨净值提高了近3％。

2、本专利技术采用的技术方案如下：

3、一轴四径准全径向流氨合成反应器的氨合成方法，包括反应器，反应器设有外壳和内件，外壳和内件之间具有第一气腔、第二气腔和主环隙，第一气腔和第二气腔分别位于内件的顶部和底部，且通过主环隙连通，

4、内件内自上而下依次设置有轴向催化剂床层、第一径向催化剂床层、第二径向催化剂床层、第三径向催化剂床层和第四径向催化剂床层，第一径向催化剂床层、第二径向催化剂床层、第三径向催化剂床层内分别设有上部换热器、中部换热器、下部换热器，第四径向催化剂床层内设有反应气集气管；轴向催化剂床层内设有气体分布器，轴向催化剂床层和第一径向催化剂床层内设有中部冷激管；

5、第一股反应气经第一进气管进入气体分布器，经气体分布器均布后进入第一气腔，调节轴向催化剂床层的零米温度；

6、第二股反应气经第二进气管进入轴径向转换器，与轴向催化剂床层出口反应气混合，降温后进入第一径向催化剂床层；

7、第三股气体经第三进气管进入主环隙，经主环隙进入第一气腔，再通过中部冷激管进入上部换热器的管程，被上部换热器壳程内的第一径向催化剂床层出口反应气加热后进入气体分布器与第一股反应气混合；

8、第四股反应气经第四进气管下行进入中部换热器的下封头，与被下部换热器加热后的第五股气体汇合，进入中部换热器的管程，被中部换热器壳程内的第二径向催化剂床层出口反应气加热后，进入气体分布器；

9、第五股反应气经第五进气管进入下部换热器的下封头，流经下部换热器的管程被下部换热器壳程内的第三径向催化剂床层出口反应气加热后与第四股反应气混合；

10、第一、三、四、五股反应气被加热后进入轴向催化剂床层进行反应，再依次进入第二、三、四径向催化剂床层反应，反应后气体经反应气集气管流出反应器。

11、进一步地，第三股反应气被加热到345～395℃后进入气体分布器；第四股反应气被加热到345～395℃后进入气体分布器；第五股反应气加热到345～395℃后，与第四股反应气混合进入中部换热器换热。进一步提高反应效率，提高反应气出口的氨净值。

12、进一步地，第一股反应气的质量流量为总反应气质量流量的0～15％，第二股反应气的质量流量为总反应气质量流量的10～25％，第三股反应气的质量流量为总反应气质量流量的35～45％，第四股反应气的质量流量为总反应气质量流量的20～30％，第五股反应气的质量流量为总反应气质量流量的15～25％。进一步提高反应效率，提高反应气出口的氨净值。

13、进一步地，轴向催化剂床层进口温度为360～380℃，第一径向催化剂床层出口温度为480～510℃；第二径向催化剂床层进口温度为395～410℃，出口温度为450～470℃；第三径向催化剂床层的进口温度为395～410℃，出口温度为435～445℃，第四径向催化剂床层的进口温度为395～405℃，出口温度为425～435℃，反应后出塔气体温度为425℃～435℃。进一步提高反应效率，提高反应气出口的氨净值。

14、进一步地，外壳包括外筒体，内件包括内筒体，内筒体通过支撑圈可拆卸地支撑在外筒体上，支撑圈上设有连通主环隙和第二气腔的通气孔。方便内件的安装及吊出反应器进行维修。

15、进一步地，外筒体的上端由外筒体上封头封闭，下端由外筒体下封头封闭，外筒体上端侧壁的两侧设有第一合成气进口和第二合成气进气口，外筒体下封头设有第三合成气进口，外筒体上封头的中心部设有第四合成气进气口，外筒体下封头底部中心设有反应气出气口，第一进气管穿过第一合成气进口与气体分布器进气口连接；第二进气管穿过第二合成气进气口与轴径向转换器进口连接；第三进气管穿过第三合成气进口与第二气腔连通，第四进气管穿过第四合成气进气口、轴向催化剂床层、上部换热器、中部换热器，与中部换热器的下封头连通；第五进气管穿过第五合成气进口与下部换热器的下封头连通，反应气集气管下端与反应气出气口连接。

16、进一步地，内件包括内筒体，内筒体上端由内筒体上封头封闭，下端由内筒体下封头封闭；内筒体内由自上而下依次设置的第一内封头、第二内封头和第三内封头分隔为第一反应床、第二反应床、第三反应床和第四反应床，第一反应床、第二反应床、第三反应床和第四反应床内分别设有第一触媒筐、第二触媒筐、第三触媒筐和第四触媒筐；第一触媒筐包括上触媒筐和下触媒筐，上触媒筐内设有轴向催化剂床层，下触媒筐内设有第一径向催化剂床层；第二触媒筐、第三触媒筐和第四触媒筐内分别设有第二径向催化剂床层、第三径向催化剂床层和第本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一轴四径式准全径向流氨合成反应器的氨合成方法，其特征在于：包括反应器，反应器设有外壳(10)和内件(20)，外壳(10)和内件(20)之间具有第一气腔(101)、第二气腔(102)和主环隙(103)，第一气腔(101)和第二气腔(102)分别位于内件(20)的顶部和底部，且通过主环隙(103)连通，

2.根据权利要求1所述的一轴四径准全径向流氨合成反应器的氨合成方法，其特征在于：第三股反应气被加热到345～395℃后进入气体分布器(34)；第四股反应气被加热到345～395℃后进入气体分布器(34)；第五股反应气加热到345～395℃后，与第四股反应气混合进入中部换热器(45)换热。

3.根据权利要求2所述的一轴四径准全径向流氨合成反应器的氨合成方法，其特征在于：第一股反应气的质量流量为总反应气质量流量的0～15％，第二股反应气的质量流量为总反应气质量流量的10～25％，第三股反应气的质量流量为总反应气质量流量的35～45％，第四股反应气的质量流量为总反应气质量流量的20～30％，第五股反应气的质量流量为总反应气质量流量的15～25％。

5.根据权利要求1所述的一轴四径准全径向流氨合成反应器的氨合成方法，其特征在于：外壳(10)包括外筒体(11)，内件包括内筒体(21)，内筒体(21)通过支撑圈可拆卸地支撑在外筒体(11)上，支撑圈上设有连通主环隙(103)和第二气腔(102)的通气孔(105)。

6.根据权利要求5所述的一轴四径准全径向流氨合成反应器的氨合成方法，其特征在于：外筒体(11)的上端由外筒体上封头(12)封闭，下端由外筒体下封头(13)封闭，外筒体(11)上端侧壁的两侧设有第一合成气进口和第二合成气进气口，外筒体下封头(13)设有第三合成气进口，外筒体上封头(12)的中心部设有第四合成气进气口，外筒体下封头(13)底部中心设有反应气出气口，第一进气管(14)穿过第一合成气进口与气体分布器(34)进气口连接；第二进气管(15)穿过第二合成气进气口与轴径向转换器(33)进口连接；第三进气管(17)穿过第三合成气进口与第二气腔(102)连通，第四进气管(16)穿过第四合成气进气口、轴向催化剂床层、上部换热器(35)、中部换热器(45)，与中部换热器(45)的下封头连通；第五进气管(18)穿过第五合成气进口与下部换热器(55)的下封头连通，反应气集气管(65)下端与反应气出气口连接。

7.根据权利要求1所述的一轴四径准全径向流氨合成反应器的氨合成方法，其特征在于：内件(20)包括内筒体(21)，内筒体(21)上端由内筒体上封头(211)封闭，下端由内筒体下封头(212)封闭；内筒体(21)内由自上而下依次设置的第一内封头(41)、第二内封头(51)和第三内封头(61)分隔为第一反应床、第二反应床、第三反应床和第四反应床，第一反应床、第二反应床、第三反应床和第四反应床内分别设有第一触媒筐(30)、第二触媒筐(40)、第三触媒筐(50)和第四触媒筐(60)；第一触媒筐(30)包括上触媒筐(31)和下触媒筐(32)，上触媒筐(31)内设有轴向催化剂床层，下触媒筐(32)内设有第一径向催化剂床层；第二触媒筐(40)、第三触媒筐(50)和第四触媒筐(60)内分别设有第二径向催化剂床层、第三径向催化剂床层和第四径向催化剂床层，第一径向催化剂床层与第二径向催化剂床层通过上部换热器(35)的壳程连通，第二径向催化剂床层与第三径向催化剂床层通过中部换热器(45)的壳程连通，第三径向催化剂床层与第四径向催化剂床层通过下部换热器(55)的壳程连通。

8.根据权利要求7所述的一轴四径准全径向流氨合成反应器的氨合成方法，其特征在于：上部换热器(35)、中部换热器(45)、下部换热器(55)，均具有沿内筒体轴向延伸的换热器外壳、用于封闭换热器外壳的上封头、轴向套装在换热器外壳内的换热器内壳、通过环隙连接换热器内壳的下封头，以及连通上封头和下封头的列管；换热器内壳与列管之间设置有折流杆；换热器外壳上开设有连通壳体内外的过气孔，换热器内壳与换热器外壳之间仅通过换热器内壳顶部的气体流通道连通，换热器内壳的上下端敞口；上部换热器(35)...

【技术特征摘要】

4.根据权利要求2所述的一轴四径准全径向流氨合成反应器的氨合成方法，其特征在于：轴向催化剂床层进口温度为360～380℃，第一径向催化剂床层出口温度为480～510℃；第二径向催化剂床层进口温度为395～410℃，出口温度为450～470℃；第三径向催化剂床层的进口温度为395～410℃，出口温度为435～445℃，第四径向催化剂床层的进口温度为395～405℃，出口温度为425～435℃，反应后出塔气体温度为425℃～435℃。

7.根据权利要求1所述的一轴四径准全径向流氨合成反应器的氨合成方法，其特征在于：内件(20)包括内筒体(21)，内筒体(21)上端由内筒体上封头(211)封闭，下端由内筒体下封头(212)封闭；内筒体(21)内由自上而下依次设置的第一内封头(41)、第二内封头(51)和第三内封...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢健，王雪林，
申请(专利权)人：南京聚拓化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：

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