专利名称：氨合成塔内件的制作方法
技术领域：
氨合成塔内件是合成氨工业氢气和氮气进行合成反应生成氨气的专用设备。本实用新型是专为小型合成氨工业设计的。
本实用新型的设计依据和目的是氨的合成是氢氮原料气在一定的压力、温度下，通过触煤完成的。氨的生成率又直接和原料气中氨的分压有关，原料气中氨的分压愈大，氨的生成率就愈低。实验表明，原料气中氨含量在16－18％，则氨的生成率就很低，超过这一界限，氨的生成几乎已不可能。传统的合成塔内件，触媒筐的高度一般均在8米左右(φ600)。无论是轴向塔、径轴向、轴径向塔，均存在着气流截面小，触媒层厚的缺点，反应均在触媒筐的上中部进行，气流进入下部时，其氨含量已达较高水平，反应速率明显降低，甚至不能反应。各生产厂的实践也说明这一点，几乎所有内件下部绝热层的温度都是下降的，按每生成一个氨净值产生15℃温升的定律，可以看出这一区间几乎没有氨的合成。全塔几近1／3的下部触媒利用率极低。年余更换一次触媒，不能不说是一种浪费。本实用新型的设计是通过对触媒筐和换热器的整体改革，以增加气流截面积(增加一倍)，缩短触媒层厚度(约减少3／4)，并使氨含量很低的原料气通过下部触媒进行反应，使下部触媒起到应有的作用，从而达到减少塔阻，降低能耗，提高氨的合成率的目的。
本实用新型的特征在于一、氨合成塔内件上部触媒筐采用径向螺旋板冷气通道的结构。
二、氨合成塔内件下部换热反应器采用内圈为紧密型，外围为间隔型的螺旋板结构。
由以上两方面的特征构成了氨合成塔内件整体结构上的变革，形成了可以独立门类的氨合成塔内件。
本实用新型和现行氨合成塔内件相比，有如下积极效果1.压力降可下降60－75％，一般不会大于0.3Mpa，系统动力消耗可望较大幅度降低。
2.氨含量可提高2个百分点左右。
3.出塔气的温度可达350℃以上，反应热将得到充分利用。
4.触媒装填量达1.68M3，约5.1t，比其它内件都要多。氨产量和经济效益十分明显。
5.结构简化单一，操作简捷，使用寿命长。
6.制造成本低，用户投资可节约10％左右。
本实用新型的目的是这样实现的在上部触媒筐部分，由中心管、引气管、冷气通道三部分组成。引气管底部焊接在中心管上，顶部固定在盖板密封填料处。引气管对称开口处连接冷气通道的入口处。冷气通道呈螺旋型式渐次展开，直至塔壁。当原料气(氢氮混合气)由中心管自下而上流出，进入引气管，通过两侧开口处，进入冷气通道，以径向螺旋型走向，流向塔壁，和触媒层反应热进行热交换，提高原料气温度，然后拆流返入冷气通道外侧，进入触媒层，亦呈径向螺旋型走向，由外向内流动，进行合成反应，生成氨。所释放的反应热，被冷气通道内的原料气迅速移走达到氨合成的热量平衡。反应后的气体，进入引气管两侧的集气通道，流经下部换热器出塔。这一部位的气流截面积比目前的内件增加一倍，而触媒层的厚度减少3／4，因此可以达到减小塔阻，降低能耗的目的。在氨合成塔内件的下部，本实用新型在传统内件螺旋板换热器的基础上进行了改进。将原来单一换热功能的换热器改成既可换热，又能反应，具有双重功能的换热反应器。其具体实施是这样的在和集气通道相对应的径向距离范围内，螺旋板仍按传统方法制作，这部分的螺旋板只起换热作用。在这部份以外的螺旋板则采用通道与通道之间拉开一定距离，用以装填触媒。由冷气通道出口流出的部分原料气通过环筒筛网，以轴径混流的形式，流经绝热层，进入换热反应器，既与进塔冷气交换热量，又进行合成反应，最后在下部和上部触媒筐反应气汇合出塔。这一工艺路线使氨含量很低的原料气分流进入下部触媒层进行反应，不但充分利用了下部触媒的能量，增加了内件吞吐量，产量得以提高，而且能使出塔气温度由原来的310℃提高到350℃以上，反应热得以充分利用。
采取上述方案，可以使氨合成塔内件在原有基础上获得塔阻小，能耗低，产量高的效果，企业能获得较高的经济效益。
以下结合附图
和实施方案对本实用新型进一步说明图Ⅰ是本实用新型的纵剖面构造图。
图Ⅱ是图Ⅰ的A－A剖视图。
图I中1.筛网 2.换热反应器 3.保温层4.测温管 5.环筒筛网板 6.集气通道7.筛网板 8.引气管 9.冷气通道10.中心管 11.盖板 12.填料 13.顶盖在图Ⅰ中引气管(8)底部套焊在中心管(10)中部，冷气通道(9)为一螺旋板结构部件，焊接在引气管(8)管壁两侧开口处；在冷气通道(9)的内圈和外围按其弧度分别焊接筛网板(7)构成引气管(8)两侧的集气通道(6)和外围气流的拆流通道。内外筛网板之间，则装填触媒，为触媒层。是上部氢氮气合成为氨的热点反应区。
在图Ⅰ中，环筒筛网板(5)焊接在冷气通道(9)的外壁底部，至换热反应器(2)这一区间为绝热触媒层。换热反应器(2)是焊接在中心管(10)下部，为一螺旋板结构部件。其和集气通道(6)向对应径向距离范围内是紧密型螺旋板，专为上部反应后的气体与进塔冷原料气进行热交换用的设施，其余外围部份的螺旋板采取内圈和外圈通道一定间隔空间的形式制成，空间用以装填触媒，以达到换热与反应双重功能的效果。
以上方案形成了如下工艺路线
权利要求1.一种氨合成塔内件，由上部螺旋型触媒筐和下部换热反应器组成，其特征是上部触媒筐采用螺旋板冷气通道的结构，下部换热反应器采用内圈为紧密型，外圈为间隔型的螺旋板结构；上部气流以螺旋形作径向流动，下部气流以径轴混流形自上而下流动，原料气分别在上、下触媒层进行反应。
2.根据权利要求1所述的氨合成塔内件其特征是触媒筐采用螺旋板冷气通道结构，焊接在引气管两侧开口处，内圈和外圈按其弧度分别焊接筛网板，构成集气通道和外围拆流通道，内外筛网板之间装填触媒，为触媒层，是合成反应区。
3.根据权利要求1所述的氨合成塔内件，其特征是换热反应器采用内圈为紧密型，外围为间隔型的螺旋板结构，间隔型部份的间隔空间装填触媒，连接上端的绝热层是内件下部的合成反应区。
专利摘要氨合成塔内件是合成氨工业氢气和氮气进行合成反应生成氨气的专用设备。本实用新型是专为小型合成氨工业设计的。
一种氨合成塔内件，它的上部触媒筐采用螺旋板冷气通道联接引气管和集气通道的结构形式使气流作径向螺旋形流动，进行热交换和合成反应；下部换热反应器采用螺旋板联接中心管，内圈为紧密型，外围为间隔型的结构形式，使气流作径轴混流方向流动，进行热交换和合成反应。这一方案，能有效的减小塔阻，降低能耗，达到增加产量，提高效益的目的。
文档编号C01C1/04GK2188580SQ93243040
公开日1995年2月1日 申请日期1993年10月31日 优先权日1993年10月31日
发明者葛梓年 申请人:葛梓年