本发明专利技术公开了一种三热交氨合成反应器，该反应器分为三个径向的绝热反应床，三个反应床中均设有换热器，三层换热器分别称作上热交、中热交和下热交。未反应冷气分为A、B、C三股分别进入反应器下热交、中热交和上热交，经加热后汇集于反应器顶部零米空间然后再依次径向通过第一、第二、第三反应床反应，反应中的同时，混合气体分别被新进的A、B、C三股冷气冷却，然后出反应器，再进蒸汽过热器废锅。本发明专利技术反应器合成氨的氨净值高（13.1%～16.3%）；阻力小（0.2～0.4MPa）；出塔温度高，接近400℃，热回收率高；但低于400℃，蒸汽过热器废锅不需特殊贵重材料，装卸催化剂容易，调控温度容易。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于合成氨生产
，具体涉及一种三热交氨合成反应器。
技术介绍
H2,N2气合成氨反应是在铁系固体催化剂上进行的可逆放热反应，其反应式为3 - N2 ^ NH3 — Q 铁系固体催化剂主要成分为FeO，Fe2O3,它需与H2反应还原为Fe才有催化活性，其活性温度范围为360°C 520°C ;反应往右进行快，生成氨多，反应就好。 反应与多种因素有关 ①温度温度低，没活性，温度高，会烧坏催化剂.因此反应控制在此温度范围内；②催化剂粒度粒度小，表面积大，对反应有利.但粒度太小，气流阻力大，能耗高； ③压力压力越高，对反应越有利，但压力越高，压缩能耗高，反应容器越厚，越重，要选择压力范围； ④原料气惰性气CH4/Ar含量CH4/Ar低，对反应有利，合成系统压力随之降低，压缩能耗降低，CH4Ar太低，原料气精制工艺投资大；因为是可逆反应，进入反应器氢/氮气不可能100%变为氨，即部份合成为氨，在分离后，未反应的氢/氮气补入新原料气后，再进入反应器反应、分氨、补气，如此循环； ⑤循环气CH4/Ar含量在补气中CH4/Ar含量一定时，CH4/Ar含量低，对反应有利，但太低，合成气放空气大，原料气消耗多。⑥循环气NH3含量反应器生成的氨不可能全部分离，总有少量气氨不能冷凝，残存在循环气中，循环气NH3含量越低，对反应越有利，但太低，冷凝气氨需冷冻电耗多； ⑦温度控制随反应进行，不停地放出热，温度连续上升，为维持在催化剂活性温度范围内，需及时降温，升温、降温规律有一条最适宜温度曲线，沿此线控制温度，反应速度最快，或者说，在一定量催化剂反应器，生成氨最多，或者生成一定量氨，催化剂量最少，反应器容积最小。⑧出反应器(塔)气体温度出塔温度低，反应热在反应器内部循环，塔内换热面积大，循环气量大，才能按最适宜温度曲线反应，但因此反应器结构复杂，耗材多、重，循环机电耗大；出塔温度高，反应热在反应器外被利用产生饱和蒸汽，甚至产生中、高压饱和蒸汽、过热蒸汽，塔内换热面积小，反应器结构简单，耗材少，循环机电耗大，但因此塔底及热回收器材质要求很高，投资高。氨合成反应器设计需综合上述因素。现有的一种氨合成反应器如图1，反应器有四个床绝热催化床，即，第一反催化38，第二催化床39，第三催化床40，第四催化床41，第一床为轴向，第二、三、四床为径向，第一床内无换热器，第二、三、四床中间分别有第二层瘦长列管换热器35，第三层瘦长列管换热器36，第四层瘦长列管换热器37。气体在塔内流程为预热后未反应气经底部第四床换热器管内被第四床反应热气加热后，进第三床换热器管内被第三床反应热气加热，然后进入第二床换热器管内被第二床反应热气加热，温度达到370°C 400°C，再经第一床反应后，温升至480°C ;热气被从塔外直接加入未反应冷气冷却至410°C 430°C后进入第二床反应，温升至470°C ;反应热气再被第二床换热器管内未反应冷气冷却，进入第三床反应，温升至460°C ;然后反应热气被第三床换热器管内未反应冷气冷却，进入第四床反应，温升至440°C,氨含量12% 14%,反应结束；最后，反应热气被第四床换热器管内未反应冷气冷却290°C 300°C，出塔进废锅管内，加热管外产生蒸汽。但是，现有的氨合成反应器存在如下不足 ①此三热交反应器有四层反应气，反复拆向四次，结构复杂； ②第一床反应后，氨含量已升至8% 9%,被从塔外直接加入未反应冷气冷激,氨含量 下降1% 2%,使总氨含量下降1% 2%,氨净值低； ③第一床为轴向，使气流阻力增加； ④85%未反应气串通三个换热器被加热，使气流阻力增加； ⑤第三床换热器顶底充满第三床轴向空间，换热面积较大，出塔气温度较低，经废锅产生蒸汽品位低。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术的不足，提供一种三热交氨合成反应器。为了达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为 所述三热交氨合成反应器包括反应器筒体，所述反应器筒体由反应器外筒体14和反应器内筒体11套装，反应器内筒体11与反应器外筒体14之间留有环隙； 所述反应器内筒体11内部由下至上被封板9分为第三反应床20，第二反应床15和第一反应床3，第二反应床15和第三反应床20间设有三个均匀分布(120°分布)的连通管16,连通管16的管内径为80mm 100mm,管长约为反应器筒体内径的1/4 ;第一、第二和第三反应床中分别设有装载催化剂且与反应器内筒体11筒壁之间留有环隙的侧壁分布有若干通气孔的第一床层径向筐6、第二床层径向筐28和第三床层径向筐27，所述三个径向筐上端均设有带多个开孔的径向筐盖10 ;所述第一床径向筐6与反应器内筒体11顶部之间留有作为第一床零米空间的间隙；其中，径向筐盖10的开孔数由中间往周边渐增多，孔径为IOmm左右。所述第一床层径向筐6、第二床层径向筐28和第三床层径向筐27内部分别设有上下两端均为封头的第一床层换热器4、第二床层换热器13和第三床层换热器21，所述三个换热器均包括换热器内筒体17和换热器外筒体18，所述换热器内筒体17与换热器外筒体18之间留有环隙；所述的第一床层瘦长列管换热器4、第二床层瘦长列管换热器13和第三床层矮胖列管换热器21又分别称为上热交、中热交和下热交。所述第三床层换热器21的换热器内筒体17上端和换热器外筒体18上设有多个通气孔；第三床层管换热器21设有依次穿过第二床层换热器13和第一床层换热器4且与第一床零米空间连通的中心管7 ;第三床层换热器21的换热器外筒体18上端连接有套装在中心管7上的中心集气管19，中心管7与中心集气管19之间留有作为集气通道的环隙；中心集气管19管壁上部为封闭端，中心集气管19中、下部管壁设有多个通气孔；所述第二床层换热器13的换热器外筒体18中、下部筒壁设有多个通气孔；第二床层换热器13上端封头连接有与中心管7套装且穿过第一床层换热器4的中心套管5，中心套管5与中心管7之间有环隙； 所述第一床层换热器4的外筒体18中、下部筒壁设有多个通气孔,第一床层换热器4上端封头与第一床零米空间连通； 所述反应器筒体设有从反应器筒体顶部进入并穿过第一反应床且与第一床层换热器4下端封头连通的冷气进入管C 8，从反应器筒体顶部进入并穿过第一、第二反应床且与第二床层换热器13下端封头连通的冷气进入管B 12 ;所述反应器筒体上端设有高压盲板I和装料管2 ； 所述反应器外筒体14上部设有未反应气出口 B 31，未反应气出口 B 31与设有阀门甲32的冷气出口管33连通，在阀门甲32与未反应气出口 B 31之间的管道位置引出设有阀门乙34的分支弯管24，分支弯管24与冷气进入管B 12的入口端连接； 反应器下端设有未反应气进口 B 29，卸料管22和三通23 ;所述三通23上设有未反应气进口 A 30，热反应气出口 26和备用热反应气出口 25 ;所述未反应气进口 B 29与反应器内筒体11和反应器外筒体14之间的环隙连通；所述未反应气进口 A 30与第三床层换热器21的换热器内筒体17和换热器外筒体18之间的环隙连通；所述热反应气出口 26和备用热反应气出口 25与第三床层换热器21下端封头内侧空腔连通。另外，所述中心集气管19上部管壁本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种三热交氨合成反应器，包括反应器筒体，其特征在于，所述反应器筒体由反应器外筒体(14)和反应器内筒体(11)套装，反应器内筒体(11)与反应器外筒体(14)之间留有环隙； 所述反应器内筒体(11)内部由下至上分为第三反应床(20)，第二反应床(15)和第一反应床(3);所述第二反应床(15)和第三反应床(20)间设有三个均匀分布的连通管(16)；所述第一、第二和第三反应床中分别设有装载催化剂且与反应器内筒体(11)筒壁之间留有环隙的侧壁分布有若干通气孔的第一床层径向筐(6)、第二床层径向筐(28)和第三床层径向筐(27)，所述三个径向筐上端均设有带多个开孔的径向筐盖(10);第一床径向筐(6)与反应器内筒体(11)顶部之间留有作为第一床零米空间的间隙； 所述第一床层径向筐(6)、第二床层径向筐(28)和第三床层径向筐(27)内部分别设有上下两端均为封头的第一床层换热器(4)、第二床层换热器(13)和第三床层换热器(21)，所述三个换热器均包括换热器内筒体(17)和换热器外筒体(18)，所述换热器内筒体(17)与换热器外筒体(18)之间留有环隙； 所述第三床层换热器(21)的换热器内筒体(17)上端和换热器外筒体(18)上设有多个通气孔；第三床层换热器(21)设有依次穿过第二床层换热器(13)和第一床层换热器(4)且与第一床零米空间连通的中心管(7);第三床层换热器(21)的换热器外筒体(18)上端连接有套装在中心管(7)上的中心集气管(19)，中心管(7)与中心集气管(19)之间留有作为集气通道的环隙；中心集气管(19)管壁上部为封闭端，中心集气管(19)中、下部管壁设有多个通气孔； 所述第二床层换热器(13)的换热器外筒体(18)中、下部筒壁设有多个通气孔；第二床层换热器(13)上端封头连接有与中心管(7)套装且穿过第一床层换热器(4)的中心套管(5)，中心套管(5)与中心管(7)之间有环隙； 所述第一床层换热器(4)的外筒体(18)中、下部筒壁设有多个通气孔,第一床层换热器(4)上端封头与第一床零米空间连通； 所述反应器筒体设有从反应器筒体顶...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢定中，
申请(专利权)人：湖南安淳高新技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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