一種三熱交氨合成反應器制造技術

本實用新型專利技術公開了一種三熱交氨合成反應器，該反應器分為三個徑向的絕熱反應床，三個反應床中均設有換熱器，三層換熱器分別稱作上熱交、中熱交和下熱交。未反應冷氣分為A、B、C三股分別進入反應器下熱交、中熱交和上熱交，經加熱后匯集于反應器頂部零米空間然后再依次徑向通過第一、第二、第三反應床反應，反應中的同時，混合氣體分別被新進的A、B、C三股冷氣冷卻，然后出反應器，再進蒸汽過熱器廢鍋。本實用新型專利技術反應器合成氨的氨凈值高（13.1%～16.3%）；阻力小（0.2～0.4MPa）；出塔溫度高，接近400℃，熱回收率高；但低于400℃，蒸汽過熱器廢鍋不需特殊貴重材料，裝卸催化劑容易，調控溫度容易。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于合成氨生產
，具體涉及一種三熱交氨合成反應器。
技術介紹
H2,N2氣合成氨反應是在鐵系固體催化劑上進行的可逆放熱反應，其反應式為:3H: 一 N:TCH^ + Q鐵系固體催化劑主要成分為FeO，Fe2O3,它需與H2反應還原為Fe才有催化活性，其活性溫度范圍為360°C 520°C ;反應往右進行快，生成氨多，反應就好。反應與多種因素有關:①溫度:溫度低，沒活性，溫度高，會燒壞催化劑.因此反應控制在此溫度范圍內；②催化劑粒度:粒度小,表面積大,對反應有利.但粒度太小,氣流阻力大，能耗聞;③壓力:壓力越高，對反應越有利，但壓力越高，壓縮能耗高，反應容器越厚，越重，要選擇壓力范圍；④原料氣惰性氣CH4/Ar含量:CH4/Ar低，對反應有利，合成系統壓力隨之降低，壓縮能耗降低，CH4/Ar太低，原料氣精制工藝投資大；因為是可逆反應，進入反應器氫/氮氣不可能100%變為氨，即部份合成`為氨，在分離后，未反應的氫/氮氣補入新原料氣后，再進入反應器反應、分氨、補氣，如此循環；⑤循環氣CH4/Ar含量:在補氣中CH4/Ar含量一定時，CH4/Ar含量低，對反應有利，但太低，合成氣放空氣大，原料氣消耗多。⑥循環氣NH3含量:反應器生成的氨不可能全部分離，總有少量氣氨不能冷凝，殘存在循環氣中，循環氣NH3含量越低，對反應越有利，但太低，冷凝氣氨需冷凍電耗多；⑦溫度控制:隨反應進行，不停地放出熱，溫度連續上升，為維持在催化劑活性溫度范圍內，需及時降溫，升溫、降溫規律有一條最適宜溫度曲線，沿此線控制溫度，反應速度最快，或者說，在一定量催化劑反應器，生成氨最多，或者生成一定量氨，催化劑量最少，反應器容積最小。⑧出反應器(塔)氣體溫度:出塔溫度低，反應熱在反應器內部循環，塔內換熱面積大，循環氣量大，才能按最適宜溫度曲線反應，但因此反應器結構復雜，耗材多、重，循環機電耗大；出塔溫度高，反應熱在反應器外被利用產生飽和蒸汽，甚至產生中、高壓飽和蒸汽、過熱蒸汽，塔內換熱面積小，反應器結構簡單，耗材少，循環機電耗大，但因此塔底及熱回收器材質要求很高，投資高。氨合成反應器設計需綜合上述因素。現有的一種氨合成反應器如圖1，反應器有四個床絕熱催化床，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，第一床為軸向，第二、三、四床為徑向，第一床內無換熱器，第二、三、四床中間分別有第二層瘦長列管換熱器35，第三層瘦長列管換熱器36，第四層瘦長列管換熱器37。氣體在塔內流程為:預熱后未反應氣經底部第四床換熱器管內被第四床反應熱氣加熱后，進第三床換熱器管內被第三床反應熱氣加熱，然后進入第二床換熱器管內被第二床反應熱氣加熱，溫度達到370°C 400°C，再經第一床反應后，溫升至480°C ;熱氣被從塔外直接加入未反應冷氣冷卻至410°C 430°C后進入第二床反應，溫升至470°C ;反應熱氣再被第二床換熱器管內未反應冷氣冷卻，進入第三床反應，溫升至460°C ;然后反應熱氣被第三床換熱器管內未反應冷氣冷卻，進入第四床反應，溫升至440°C,氨含量12% 14%,反應結束；最后，反應熱氣被第四床換熱器管內未反應冷氣冷卻290°C 300°C，出塔進廢鍋管內，加熱管外產生蒸汽。但是，現有的氨合成反應器存在如下不足:①此三熱交反應器有四層反應氣，反復拆向四次，結構復雜；②第一床反應后，氨含量已升至8% 9%，被從塔外直接加入未反應冷氣冷激，氨含量下降1% 2%,使總氨含量下降1% 2%,氨凈值低；③第一床為軸向，使氣流阻力增加；④85%未反應氣串通三個換熱器被加熱，使氣流阻力增加；⑤第三床換熱器頂底充滿第三床軸向空間，換熱面積較大，出塔氣溫度較低，經廢鍋產生蒸汽品位低。
技術實現思路
本技術旨在克服現有技術的不足，提供一種三熱交氨合成反應器。為了達到上述目的，本技術提供的技術方案為:所述三熱交氨合成反應器包括反應器筒體，所述反應器筒體由反應器外筒體14和反應器內筒體11套裝，反應器內筒體11與反應器外筒體14之間留有環隙；所述反應器內筒體11內部由下至上被封板9分為第三反應床20，第二反應床15和第一反應床3，第二反應床15和第三反應床20間設有三個均勻分布(120°分布)的連通管16,連通管16的管內徑為80mm 100mm,管長約為反應器筒體內徑的1/4 ;第一、第二和第三反應床中分別設有裝載催化劑且與反應器內筒體11筒壁之間留有環隙的側壁分布有若干通氣孔的第一床層徑向筐6、第二床層徑向筐28和第三床層徑向筐27,所述三個徑向筐上端均設有帶多個開孔的徑向筐蓋10 ;所述第一床徑向筐6與反應器內筒體11頂部之間留有作為第一床零米空間的間隙；其中，徑向筐蓋10的開孔數由中間往周邊漸增多，孔徑為IOmm左右。所述第一床層徑向筐6、第二床層徑向筐28和第三床層徑向筐27內部分別設有上下兩端均為封頭的第一床層換熱器4、第二床層換熱器13和第三床層換熱器21，所述三個換熱器均包括換熱器內筒體17和換熱器外筒體18，所述換熱器內筒體17與換熱器外筒體18之間留有環隙；所述的第一床層瘦長列管換熱器4、第二床層瘦長列管換熱器13和第三床層矮胖列管換熱器21又分別稱為上熱交、中熱交和下熱交。所述第三床層換熱器21的換熱器內筒體17上端和換熱器外筒體18上設有多個通氣孔；第三床層管換熱器21設有依次穿過第二床層換熱器13和第一床層換熱器4且與第一床零米空間連通的中心管7 ;第三床層換熱器21的換熱器外筒體18上端連接有套裝在中心管7上的中心集氣管19，中心管7與中心集氣管19之間留有作為集氣通道的環隙；中心集氣管19管壁上部為封閉端，中心集氣管19中、下部管壁設有多個通氣孔；所述第二床層換熱器13的換熱器外筒體18中、下部筒壁設有多個通氣孔；第二床層換熱器13上端封頭連接有與中心管7套裝且穿過第一床層換熱器4的中心套管5，中心套管5與中心管7之間有環隙；所述第一床層換熱器4的外筒體18中、下部筒壁設有多個通氣孔，第一床層換熱器4上端封頭與第一床零米空間連通；所述反應器筒體設有從反應器筒體頂部進入并穿過第一反應床且與第一床層換熱器4下端封頭連通的冷氣進入管C 8，從反應器筒體頂部進入并穿過第一、第二反應床且與第二床層換熱器13下端封頭連通的冷氣進入管B 12 ;所述反應器筒體上端設有高壓盲板I和裝料管2 ；所述反應器外筒體14上部設有未反應氣出口 B 31，未反應氣出口 B 31與設有閥門甲32的冷氣出口管33連通，在閥門甲32與未反應氣出口 B 31之間的管道位置引出設有閥門乙34的分支彎管24，分支彎管24與冷氣進入管B 12的入口端連接；反應器下端設有未反應氣進口 B 29，卸料管22和三通23 ;所述三通23上設有未反應氣進口 A 30，熱反應氣出口 26和備用熱反應氣出口 25 ;所述未反應氣進口 B 29與反應器內筒體11和反應器外筒體14之間的環隙連通；所述未反應氣進口 A 30與第三床層換熱器21的換熱器內筒體17和換熱器外筒體18之間的環隙連通；所述熱反應氣出口 26和備用熱反應氣出口 25與第三床層換熱器21下端封頭內側空腔連通。另外，所述中心集氣管19上部管壁未設通氣孔的區域裝載有小顆粒催化本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種三熱交氨合成反應器，包括反應器筒體，其特征在于，所述反應器筒體由反應器外筒體（14）和反應器內筒體（11）套裝，反應器內筒體（11）與反應器外筒體（14）之間留有環隙；?所述反應器內筒體（11）內部由下至上分為第三反應床（20），第二反應床（15）和第一反應床（3）；所述第二反應床（15）和第三反應床（20）間設有三個均勻分布的連通管（16）；所述第一、第二和第三反應床中分別設有裝載催化劑且與反應器內筒體（11）筒壁之間留有環隙的側壁分布有若干通氣孔的第一床層徑向筐（6）、第二床層徑向筐（28）和第三床層徑向筐（27），所述三個徑向筐上端均設有帶多個開孔的徑向筐蓋（10）；第一床徑向筐（6）與反應器內筒體（11）頂部之間留有作為第一床零米空間的間隙；所述第一床層徑向筐（6）、第二床層徑向筐（28）和第三床層徑向筐（27）內部分別設有上下兩端均為封頭的第一床層換熱器（4）、第二床層換熱器（13）和第三床層換熱器（21），所述三個換熱器均包括換熱器內筒體（17）和換熱器外筒體（18），所述換熱器內筒體（17）與換熱器外筒體（18）之間留有環隙；所述第三床層換熱器（21）的換熱器內筒體（17）上端和換熱器外筒體（18）上設有多個通氣孔；第三床層換熱器（21）設有依次穿過第二床層換熱器（13）和第一床層換熱器（4）且與第一床零米空間連通的中心管（7）；第三床層換熱器（21）的換熱器外筒體（18）上端連接有套裝在中心管（7）上的中心集氣管（19），中心管（7）與中心集氣管（19）之間留有作為集氣通道的環隙；中心集氣管（19）管壁上部為封閉端，中心集氣管（19）中、下部管壁設有多個通氣孔；所述第二床層換熱器（13）的換熱器外筒體（18）中、下部筒壁設有多個通氣孔；第二床層換熱器（13）上端封頭連接有與中心管（7）套裝且穿過第一床層換熱器（4）的中心套管（5），中心套管（5）與中心管（7）之間有環隙；所述第一床層換熱器（4）的外筒體（18）中、下部筒壁設有多個通氣孔，第一床層換熱器（4）上端封頭與第一床零米空間連通；所述反應器筒體設有從反應器筒體頂部進入并穿過第一反應床且與第一床層換熱器（4）下端封頭連通的冷氣進入管C（8），從反應器筒體頂部進入并穿過第一、第二反應床且與第二床層換熱器（13）下端封頭連通的冷氣進入管B（12）；所述反應器筒體上端設有高壓盲板（1）和裝料管（2）；?所述反應器外筒體（14）上部設有未反應氣出口B（31），所述未反應氣出口B（31）與設有閥門甲（32）的冷氣出口管（33）連通，在閥門甲（32）與未反應氣出口B（31）之間的管道位置引出設有閥門乙（34）的分支彎管（24），分支彎管（24）與冷氣進入管B（12）的入口端連通；反應器下端設有未反應氣進口B（29），卸料管（22）和三通（23）；所述三通（23）上設有未反應氣進口A（30），熱反應氣出口（26）和備用熱反應氣出口（25）；所述未反應氣進口B（29）與反應器內筒體（11）和反應器外筒體（14）之間的環隙連通；所述未反應氣進口A（30）與第三床層換熱器（21）的換熱器內筒體（17）和換熱器外筒體（18）之間的環隙連通；所述熱反應氣出口（26）和備用熱反應氣出口（25）與第三床層換熱器（21）下端封頭內側空腔連通。...

【技術特征摘要】
1.一種三熱交氨合成反應器，包括反應器筒體，其特征在于，所述反應器筒體由反應器外筒體(14)和反應器內筒體(11)套裝，反應器內筒體(11)與反應器外筒體(14)之間留有環隙； 所述反應器內筒體(11)內部由下至上分為第三反應床(20)，第二反應床(15)和第一反應床(3);所述第二反應床(15)和第三反應床(20)間設有三個均勻分布的連通管(16)；所述第一、第二和第三反應床中分別設有裝載催化劑且與反應器內筒體(11)筒壁之間留有環隙的側壁分布有若干通氣孔的第一床層徑向筐(6)、第二床層徑向筐(28)和第三床層徑向筐(27)，所述三個徑向筐上端均設有帶多個開孔的徑向筐蓋(10);第一床徑向筐(6)與反應器內筒體(11)頂部之間留有作為第一床零米空間的間隙； 所述第一床層徑向筐(6)、第二床層徑向筐(28)和第三床層徑向筐(27)內部分別設有上下兩端均為封頭的第一床層換熱器(4)、第二床層換熱器(13)和第三床層換熱器(21)，所述三個換熱器均包括換熱器內筒體(17)和換熱器外筒體(18)，所述換熱器內筒體(17)與換熱器外筒體(18)之間留有環隙； 所述第三 床層換熱器(21)的換熱器內筒體(17)上端和換熱器外筒體(18)上設有多個通氣孔；第三床層換熱器(21)設有依次穿過第二床層換熱器(13)和第一床層換熱器(4)且與第一床零米空間連通的中心管(7);第三床層換熱器(21)的換熱器外筒體(18)上端連接有套裝在中心管(7)上的中心集氣管(19)，中心管(7)與中心集氣管(19)之間留有作為集氣通道的環隙；中心集氣管(19)管壁上部為封閉端，中心集氣管(19)中、下部管壁設有多個通氣孔； 所述第二床層換熱器(13)的換熱器外筒體(18)中、下部筒壁設有多個通氣孔；第二床層換熱器(13)上端封頭連接有與中心管(7)套裝且穿過第一床層換熱器(4)的中心套管(5)，中心套管(5)與中心管(7)之間有環隙； 所述第一床層換熱器(4)的外筒體(18)中、下部筒壁設有多個通氣孔,第一床層換熱器(4)上端封頭與第一床零米空間連通； 所述反應器筒體設有從反應器筒體頂部...

【專利技術屬性】
技術研發人員：謝定中，
申請(專利權)人：湖南安淳高新技術有限公司，
類型：實用新型
國別省市：