一种间接换热套装式径向多段床层结构的制作方法

1.本发明涉及低压氨合成反应器技术领域，具体涉及一种间接换热套装式径向多段床层结构。


背景技术：

2.目前国内外氨合成技术供应商现有的大型低压(15.0mpa)氨合成反应器均为三级绝热径向催化剂床层，三段绝热径向催化剂床层为上下之间叠加式，催化剂床层虽为径向，但床层之间为叠加式，床层与床层之间连接、密封、热应力消除、气体输送通道等存在诸多问题，在运行过程中容易损坏。多级径向床层及床层之间间接换热器采用上下之间叠加式连接为一整体，设备高度达28m以上，不仅运输困难、设备检修难、而且工程造价高。为此，提出一种间接换热套装式径向多段床层结构。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题在于：如何解决现有技术存在的设备高度过高、运输困难、设备检修难、工程造价高的问题，提供了一种间接换热套装式径向多段床层结构。
4.本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括气体混合分布组件、多级径向催化剂床层、合成气收集器，多级径向催化剂床层自外向内依次布置且相邻的两级径向催化剂床层连通，所述气体混合分布组件设置在位于最外侧的径向催化剂床层的外部，所述气体混合分布组件与位于最外侧的径向催化剂床层连通，位于最内侧的径向催化剂床层与合成气收集器连通。
5.更进一步地，级径向催化剂床层包括一级径向催化剂床层、二级径向催化剂床层、末端径向催化剂床层；所述二级径向催化剂床层套设在末端径向催化剂床层外部并与其连通，所述一级径向催化剂床层套设在二级径向催化剂床层外部并与其连通，所述气体混合分布组件设置在所述一级径向催化剂床层外部并与其连通。
6.更进一步地，所述气体混合分布组件包括f0冷气管、内件平盖、f0分布器、气体混合室、内件筒体、气体分布室、催化剂框下封头、f1冷气管、f2冷气管、床层密封花板、气体分布器；内件平盖设置在所述内件筒体的上端，所述催化剂框下封头设置在所述内件筒体的下端，所述气体分布室位于所述气体分布器与所述内件筒体之间，所述气体混合室位于所述气体分布器与所述内件平盖之间，所述气体混合室位于气体分布室的上方并与其连通，所述分布器设置在所述气体混合室中，所述床层密封花板设置在所述一级径向催化剂床层、二级径向催化剂床层、末端径向催化剂床层的上端。
7.更进一步地，所述一级径向催化剂床层包括一级径向催化剂床、一级换热器、一级换热器冷气出口、一级再分布换热器、一级气体再分布器；所述一级径向催化剂床、一级换热器、一级再分布换热器、一级气体再分布器自外向内依次设置，一级换热器冷气出口设置在所述一级换热器的上端，并位于气体混合室内，一级换热器设置在一级再分布换热器的外侧，一级换热器、一级再分布换热器均为圆筒形状，床层密封花板、催化剂框下封头、一级
径向催化剂床、一级换热器、一级再分布换热器、一级气体再分布器形成空心圆柱体。
8.更进一步地，所述二级径向催化剂床层包括二级径向催化剂床、二级换热器、二级换热器冷气出口、二级再分布器换热器、二级气体再分布器；所述二级径向催化剂床、二级换热器、二级再分布换热器、二级气体再分布器自外向内依次设置，二级换热器冷气出口设置在气体混合室内，二级换热器设置在二级再分布换热器的外侧，二级换热器、二级再分布换热器均为圆筒形状，床层密封花板、催化剂框下封头、二级径向催化剂床、二级换热器、二级再分布换热器、二级气体再分布器形成空心圆柱体。
9.更进一步地，所述f0冷气管贯穿所述内件平盖设置，并与所述f0分布器连接；所述f1冷气管、f2冷气管自上而下依次贯穿所述内件平盖、气体分布器上端设置，并分别与一级换热器、二级换热器连通。
10.更进一步地，所述末端径向催化剂床层为末端径向催化剂床，所述合成气收集器包括出气直连管、集气筒，所述末端径向催化剂床套设在所述集气筒的外部并与其连通，且位于所述二级气体再分布器的内侧，所述出气直连管与所述集气筒的下端连接。
11.更进一步地，一级径向催化剂床、二级径向催化剂床、末端径向催化剂床内部填充的催化剂为合成氨催化剂。
12.更进一步地，所述间接换热套装式径向多段床层结构的合成反应压力为80～15.0mpa。
13.更进一步地，一级径向催化剂床层、二级径向催化剂床层、末端径向催化剂床层的温度为300～510℃。
14.本发明相比现有技术具有以下优点：该间接换热套装式径向多段床层结构，ⅰ级径向催化剂床层、ⅱ级径向催化剂床层、末端径向床层分别套在集气筒周围，形成ⅰ级、ⅱ级、ⅲ级的多段间接换热的套装径向催化剂床层，设备高度降低，应力消除彻底，工程造价降低。
附图说明
15.图1是本发明实施例中间接换热套装式径向多段床层结构的轴向截面整体结构示意图；
16.图2是本发明实施例中气体混合分布组件的轴向截面局部结构示意图；
17.图3是本发明实施例中ⅰ级径向催化剂床层的轴向截面局部结构示意图；
18.图4是本发明实施例中ⅱ级径向催化剂床层的轴向截面局部结构示意图；
19.图5是本发明实施例中末端径向催化剂床层的轴向截面局部结构示意图。
具体实施方式
20.下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
21.如图1所示，本实施例提供一种技术方案：一种间接换热套装式径向多段床层结构，包括气体混合分布组件、ⅰ级径向催化剂床层、ⅱ级径向催化剂床层、末端径向催化剂床层、合成气收集器；所述ⅱ级径向催化剂床层套设在末端径向催化剂床层外部并与其连通，
所述ⅰ级径向催化剂床层套设在ⅱ级径向催化剂床层外部并与其连通，所述气体混合分布组件设置在所述ⅰ级径向催化剂床层外部并与其连通，所述末端径向催化剂床层与合成气收集器连通，经过末端径向催化剂床层反应生成的合成气由合成气收集器收集并导出间接换热套装式径向多段床层结构。
22.作为更具体地，在本实施例中，间接换热套装式径向多段床层结构包括f0冷气管1、内件平盖2、f0分布器3、气体混合室4、ⅰ级换热器冷气出口5、ⅰ级换热器6、ⅱ级换热器7、集气筒8、内件筒体9、气体分布室10、气体分布器11、催化剂框下封头12、出气直连管13、f1冷气管14、f2冷气管15、ⅱ级换热器冷气出口16、床层密封花板17、ⅰ级径向催化剂床18、ⅱ级径向催化剂床19、ⅱ级气体再分布器20、ⅰ级气体再分布器21、末端径向催化剂床22、ⅰ级再分布器换热器23、ⅱ级再分布器换热器24等部件。
23.如图2所示，作为更具体地，在本实施例中，气体混合分布组件包括f0冷气管1、内件平盖2、f0分布器3、气体混合室4、内件筒体9、气体分布室10、催化剂框下封头12、f1冷气管14、f2冷气管15、床层密封花板17等部件；
24.其中，f0冷气管1用于将170～280℃冷气引入f0分布器3，在气体混合室4内部与ⅰ级换热器6、ⅱ级换热器7出口的420℃气体混合，混合后三股气体为380℃，由气体分布器11进入ⅰ级径向催化剂床层反应；f1冷气管14用于将170～280℃冷气引入ⅰ级换热器6内部将ⅰ级径向催化剂床18出口的495℃气体降至380℃，同时将f1冷气管14过来的冷气加热到420℃进入气体混合室4；f2冷气管15用于将170～280℃冷气引入ⅱ级换热器7内部将ⅱ级径向催化剂床19出口的495℃气体降至380℃，同时将f2冷气管15过来的冷气加热到420℃进入气体混合室4。内件平盖2设置在所述内件筒体9的上端，用于将内件筒体9的上端密封，所述催化剂框下封头12设置在所述内件筒体9的下端，用于将ⅰ级径向催化剂床层、ⅱ级径向催化剂床层、末端径向催化剂床层下端以及内件筒体9密封，所述气体分布室10位于所述气体分布器11与所述内件筒体9之间，所述气体混合室4位于所述气体分布器11与所述内件平盖2之间，所述气体混合室4位于气体分布室10的上方并与其连通，所述f0分布器3设置在所述气体混合室4中，所述床层密封花板17设置在所述ⅰ级径向催化剂床层、ⅱ级径向催化剂床层、末端径向催化剂床层的上端，用于将ⅰ级径向催化剂床18、ⅱ级径向催化剂床19、末端径向催化剂床22的上端密封；
25.所述f0冷气管1贯穿所述内件平盖2设置，并与所述f0分布器3连接；所述f1冷气管14、f2冷气管15自上而下依次贯穿所述内件平盖2，并分别与ⅰ级换热器6、ⅱ级换热器7相连，内件平盖2与内件筒体17上端连接，内件平盖2与床层密封花板17形成一个气体混合室4，确保fo冷气管1、ⅰ级换热器冷气出口5、ⅱ级换热器冷气出口16三股气体混合后(380℃)再通过气体分布器11进入ⅰ级径向催化剂床18、ⅱ级径向催化剂床19、末端径向催化剂床22反应，在铁系催化剂存在前提下，完成h2+n2
→
nh3的合成反应任务。
26.如图3所示，作为更具体地，在本实施例中，ⅰ级径向催化剂床层包括ⅰ级径向催化剂床18、ⅰ级换热器6、ⅰ级换热器冷气出口5、ⅰ级气体再分布器21及ⅰ级再分布换热器23等部件，其中，ⅰ级换热器6设置在ⅰ级再分布换热器23的外侧，ⅰ级换热器6、ⅰ级再分布换热器23均为圆筒形状，床层密封花板17、催化剂框下封头12、ⅰ级径向催化剂床18、ⅰ级换热器6、ⅰ级再分布换热器23、ⅰ级气体再分布器21等部件形成一个空心圆柱体的ⅰ级径向催化剂床层；
27.其中，ⅰ级换热器冷气出口5设置在所述ⅰ级换热器6的上端，并位于气体分布器11
内，用于完成f1冷气管14的170～280℃气体进ⅰ级换热器6内部，将ⅰ级径向催化剂床层18出口的495℃气体降至380℃，同时将f1冷气管14过来的冷气加热到420℃通过ⅰ级换热器冷气出口5进入气体混合室4。
28.如图4所示，作为更具体地，在本实施例中，ⅱ级径向催化剂床层包括ⅱ级径向催化剂床19、ⅱ级换热器7、ⅱ级换热器冷气出口16、ⅱ级再分布器换热器24、ⅱ级气体再分布器20等部件，其中，ⅱ级换热器7设置在ⅱ级再分布器换热器24的外侧，ⅱ级换热器7、ⅱ级再分布器换热器24均为圆筒形状，床层密封花板17、催化剂框下封头12、ⅱ级径向催化剂床19、ⅱ级换热器7、ⅱ级换热器冷气出口16、ⅱ级再分布器换热器24、ⅱ级气体再分布器20等部件形成一个空心圆柱体的ⅱ级径向催化剂床层；
29.其中，ⅱ级换热器冷气出口16设置在所述ⅱ级换热器7的上端，并位于气体分布器11内，用于完成f2冷气管15的170～280℃气体进入ⅱ级换热器7内部，将ⅱ级径向催化剂床层19出口的495℃气体降至的380℃，同时将f2冷气管15过来的冷气加热到420℃通过ⅱ级换热器冷气出口16进入气体混合室4。
30.如图5所示，作为更具体地，在本实施例中，末端径向催化剂床层包括末端径向催化剂床22、合成气收集器，所述末端径向催化剂床22设置在ⅱ级气体再分布器24的内侧，所述合成气收集器与所述末端径向催化剂床22连通，经过末端径向催化剂床22反应生成的合成气由合成气收集器收集并导出间接换热套装式径向多段床层结构。末端径向催化剂床22形成一个空心圆柱体的末端径向催化剂床层；
31.其中，所述合成气收集器包括出气直连管13、集气筒8，所述末端径向催化剂床22套设在所述集气筒8的外部并与其连通，所述出气直连管13与所述集气筒8的下端连通。
32.工作原理：以ⅰ级径向催化剂床层、ⅱ级径向催化剂床层及末端径向催化剂床层内部装填fe系、钌ru等合成氨催化剂来说明工作原理，f1冷气管14用于将170～280℃冷气引入ⅰ级换热器6内部，将ⅰ级径向催化剂床18出口的495℃气体降至80℃，同时将f1冷气管14过来的冷气加热到420℃进入气体混合室4；f2冷气管15用于将170～280℃冷气引入ⅱ级换热器7内部，将ⅱ级径向催化剂床19出口的495℃气体降至380℃，同时将f2冷气管15过来的冷气加热到420℃进入气体混合室4，同时f0冷气管1将170～280℃冷气引入f0分布器3，在气体混合室4内部与ⅰ级换热器6、ⅱ级换热器7出口的420℃气体混合，混合后三股气体为380℃，由气体分布器11进入ⅰ级径向催化剂床18反应，ⅰ级径向催化剂床18温度由380℃升高到495℃，同时完成第一个h2+n2
→
nh3的绝热反应任务；495℃的合成气经过ⅰ级换热器6内部来自f1冷气管14的冷气降至380℃后进入ⅱ级径向催化剂床19，温度由380℃升高到495℃，同时完成第二个h2+n2
→
nh3的绝热反应任务；495℃的合成气经过ⅱ级换热器7内部来自f2冷气管15的冷气降至380℃后进入末端级径向催化剂床22，温度由380℃升高到495℃，同时完成第三个h2+n2
→
nh3的绝热反应任务。
33.本实施例中的间接换热套装式径向多段床层结构，包括ⅰ级径向催化剂床18、ⅱ级径向催化剂床19、
……
n级径向催化剂床、末端径向催化剂床22、气体分布器11、ⅰ级再分布换热器23、ⅱ级再分布换热器24、
……
级再分布换热器等，分别套在集气筒8周围，形成ⅰ级、ⅱ级、ⅲ级
……
n级多段间接换热的套装径向催化剂床层；
34.各级径向催化剂床内部催化剂为fe系、钌ru等合成氨催化剂，合成反应压力在80～15.0mpa范围，床层温度在300～510℃范围内某一等温区，床层结构为三段套装式径向床
层。
35.日产合成氨200吨的一种径向等温合成氨反应器主要技术参数如下：
36.(1)反应器规格φ3200；
37.(2)催化剂装填量：150m3，床层自外至内催化剂装填量分别为30m3、45m3、75m3；
38.(3)最主要运行经济指标一览表：
39.参数名称电耗冷量消耗副产蒸汽入塔气量单位kwh/tnh3kcal/tnh3kg/tnh3nm3/tnh3经济指标10573262.601689.204698.82
40.综上所述，上述实施例的间接换热套装式径向多段床层结构，ⅰ级径向催化剂床层、ⅱ级径向催化剂床层、
……
n级径向催化剂床、末端径向床层分别套在集气筒周围，形成ⅰ级、ⅱ级、ⅲ级
……
n级多段间接换热的套装径向催化剂床层，设备高度降低，应力消除彻底，工程造价降低。
41.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。