CN106629775B - 一种列管式超低压等温氨合成塔 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种氨合成塔，特别涉及一种列管式超低压等温氨合成塔。该列管式超低压等温氨合成塔，包括由内筒和外筒构成的塔体，其特征是：所述内筒内顶部连接有蒸汽总管、冷激气管和加填料管，蒸汽总管底部通过若干蒸汽分布管连接列管式除氧水蒸发管，内筒中设有位于中心及四周的升气管，升气管下方设有换热管。本发明的有益效果是：使合成气在塔内不间断的进行整体换热，大大减小了合成反应所需的压力，且使塔内上下温度一致，提高了氨合成的转化率，加工简单，节约成本，降低了能耗，安全可靠。
Description
（一）技术领域
本发明涉及一种氨合成塔，特别涉及一种列管式超低压等温氨合成塔。
（二）背景技术
合成氨是指由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨，为一种基本无机化工流程。现代化学工业中，氨是化肥工业和基本有机化工的主要原料，在国民经济中占有重要地位，其中约有80%氨用来生产化学肥料，20%为其它化工产品的原料。氨合成塔被称为合成氨厂的心脏，它是整个合成氨厂生产过程中的主要关键设备之一。
在化工行业中，传统合成塔的氨转化率较低（10%～12%），合成压力较高（22.0 MPa～32.0MPa），单位产品能耗很高。后来因净化技术改进、气体成分改善、杂质气体含量由1%～5%下降到10ppm～50ppm，合成塔的结构也发生了变化，加大了催化剂段间换热面积，降低了合成平均温度，因此，合成塔的氨转化率提高（15%～18%），合成压力降低（12.0 MPa～15.0MPa），单位产品能耗明显下降。但是，合成压力仍然超过了10MPa，超过10 Mpa对于合成塔来说，加工难度大、加工成本高、运行危险性高，运行能耗也高。
（三）发明内容
本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种加工简单、节约成本、降低能耗、安全可靠、氨转化率高的列管式超低压等温氨合成塔。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种列管式超低压等温氨合成塔，包括由内筒和外筒构成的塔体，其特征是：所述内筒内顶部连接有蒸汽总管、冷激气管和加填料管，蒸汽总管底部通过若干蒸汽分布管连接列管式除氧水蒸发管，内筒中设有位于中心及四周的升气管，升气管下方设有换热管。
所述冷激气管底部连接若干冷激气分布管，冷激气分布管伸入分散管内，分散管上部安装有气体分散板，分散管中下部连接有分散支管，分散管及分散支管上开设有分散孔，分散管内部设有若干挡板。
所述换热管之间设有折流板，换热管顶端安装有上管板，底端安装有下管板。
所述内筒顶部设有气体分布板，气体分布板上开设有气体分布孔。
所述上管板上安装有导流负重筒，内筒内均匀设有若干温度传感器。
所述列管式除氧水蒸发管底部通过除氧水分布管连接除氧水管道，除氧水管道下部为U型形状。
所述内筒中心底部设有泄填料管，泄填料管顶部连接有圆锥封头，圆锥封头顶部与内筒内壁相连接，泄填料管底部设有泄填料口。
所述外筒顶部设有上盖，外筒上部侧边开设有合成气入口，外筒下部侧边开设有合成气出口。
所述内筒底部设有内筒下封头，外筒底部设有外筒下封头。
所述温度传感器顶部连接有温度传感器接口，冷激气管顶部连接有冷激气接口，加填料管顶部连接有加填料管口，蒸汽总管顶部连接有蒸汽总管接口。
本发明的有益效果是：使合成气在塔内不间断的进行整体换热，大大减小了合成反应所需的压力，且使塔内上下温度一致，提高了氨合成的转化率，加工简单，节约成本，降低了能耗，安全可靠。
（四）附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
附图1为本发明的主视轴截面结构示意图；
附图2为本发明的侧视轴截面结构示意图；
附图3为附图1的A-A剖视图；
附图4为附图1的B-B剖视图；
附图5为附图1的D-D剖视图；
附图6为附图1的E-E剖视图；
附图7为附图1的F-F剖视图；
附图8为附图1的G-G剖视图；
附图9为附图1的H-H剖视图；
附图10为附图1的J-J剖视图；
附图11为附图2的C-C剖视图；
附图12为附图2的K-K剖视图；
附图13为附图2的L-L剖视图；
附图14为本发明的冷激气管结构示意图；
图中，1内筒，2外筒，3塔体，4蒸汽总管，5冷激气管，6加填料管，7蒸汽分布管，8列管式除氧水蒸发管，9升气管，10换热管，11冷激气分布管，12分散管，13气体分散板，14分散支管，15分散孔，16挡板，17折流板，18上管板，19下管板，20气体分布板，21气体分布孔，22导流负重筒，23温度传感器，24除氧水分布管，25除氧水管道，26泄填料管，27圆锥封头，28泄填料口，29上盖，30合成气入口，31合成气出口，32内筒下封头，33外筒下封头，34温度传感器接口，35冷激气接口，36加填料管口，37蒸汽总管接口。
（五）具体实施方式
附图为本发明的一种具体实施例。该实施例包括由内筒1和外筒2构成的塔体3，内筒1内顶部连接有蒸汽总管4、冷激气管5和加填料管6，蒸汽总管4底部通过若干蒸汽分布管7连接列管式除氧水蒸发管8，内筒1中设有位于中心及四周的升气管9，升气管9下方设有换热管10。冷激气管5底部连接若干冷激气分布管11，冷激气分布管11伸入分散管12内，分散管12上部安装有气体分散板13，分散管12中下部连接有分散支管14，分散管12及分散支管14上开设有分散孔15，分散管12内部设有若干挡板16。换热管10之间设有折流板17，换热管10顶端安装有上管板18，底端安装有下管板19。内筒1顶部设有气体分布板20，气体分布板20上开设有气体分布孔21。上管板18上安装有导流负重筒22，内筒1内均匀设有若干温度传感器23。列管式除氧水蒸发管8底部通过除氧水分布管24连接除氧水管道25，除氧水管道25下部为U型形状。内筒1中心底部设有泄填料管26，泄填料管26顶部连接有圆锥封头27，圆锥封头27顶部与内筒1内壁相连接，泄填料管26底部设有泄填料口28。外筒2顶部设有上盖29，外筒2上部侧边开设有合成气入口30，外筒2下部侧边开设有合成气出口31。内筒1底部设有内筒下封头32，外筒2底部设有外筒下封头33。温度传感器23顶部连接有温度传感器接口34，冷激气管5顶部连接有冷激气接口35，加填料管6顶部连接有加填料管口36，蒸汽总管4顶部连接有蒸汽总管接口37。
采用本发明的一种列管式超低压等温氨合成塔，N2、H2、惰性气体等合成气从外筒2的合成气入口30进入，沿内筒1和外筒2之间的间隙一直向下，通过内筒1底部的通孔进入内筒1内上升，经过换热管10进行预热，由于折流板17的作用，合成气呈S型上升，加大了换热效率。然后，合成气进入升气管9一直上升至塔体3顶部，在上盖29作用下，合成气通过气体分布板20的气体分布孔21向下运行，此时接触到从加填料管6送入的催化剂，使N2和H2合成氨气，合成过程中放热，热量使列管式除氧水蒸发管8内的除氧水蒸发成蒸汽进入蒸汽总管4，从而完成塔内换热，使塔内上下温度相等，提高合成反应的转化率；此外，通过温度传感器23时刻监测塔内温度，可同时使冷激气依次通过冷激气管5、冷激气分布管11均匀进入塔内平面，进而通过分散管12、分散支管14均匀进入塔内竖直方向，通过分散孔15排出，由于越往下温度越低，所以挡板16可适当控制冷激气进入下方的量。合成的气体向下运行时产生较大的推力，导流负重筒22不仅可以起到对合成气进行导流的作用，而且可给予上部塔体3催化剂一定负重支撑，防止对塔体3造成破坏。除氧水一定时间后可通过除氧水分布管24进入除氧水管道25，除氧水的膨胀量和塔体3外壳不同，进而排出，除氧水管道25底部的U型弯可消除膨胀应力。位于列管式除氧水蒸发管8间隙的催化剂可在圆锥封头27作用下进入泄填料管26，进而从泄填料口28排出。合成的氨气从合成气出口31排出。
Claims (4)
1.一种列管式超低压等温氨合成塔，包括由内筒(1)和外筒(2)构成的塔体(3)，其特征是：所述内筒(1)内顶部连接有蒸汽总管(4)、冷激气管(5)和加填料管(6)，蒸汽总管(4)底部通过若干蒸汽分布管(7)连接列管式除氧水蒸发管(8)，内筒(1)中设有位于中心及四周的升气管(9)，升气管(9)下方设有换热管(10)，换热管(10)之间设有折流板(17)，换热管(10)顶端安装有上管板(18)，底端安装有下管板(19)，上管板(18)上安装有导流负重筒(22)，内筒(1)内均匀设有若干温度传感器(23)，冷激气管(5)底部连接若干冷激气分布管(11)，冷激气分布管(11)伸入分散管(12)内，分散管(12)上部安装有气体分散板(13)，分散管(12)中下部连接有分散支管(14)，分散管(12)及分散支管(14)上开设有分散孔(15)，分散管(12)内部设有若干挡板(16)，内筒(1)顶部设有气体分布板(20)，气体分布板(20)上开设有气体分布孔(21)，外筒(2)顶部设有上盖(29)，外筒(2)上部侧边开设有合成气入口(30)，外筒(2)下部侧边开设有合成气出口(31)；合成气从外筒(2)的合成气入口(30)进入，沿内筒(1)和外筒(2)之间的间隙一直向下，通过内筒(1)底部的通孔进入内筒(1)内上升，经过换热管(10)进行预热，然后，合成气进入升气管(9)一直上升至塔体(3)顶部，在上盖(29)作用下，合成气通过气体分布板(20)的气体分布孔(21)向下运行，此时接触到从加填料管(6)送入的催化剂，合成过程中放热，热量使列管式除氧水蒸发管(8)内的除氧水蒸发成蒸汽进入蒸汽总管(4)，从而完成塔内换热，使塔内上下温度相等；此外，同时使冷激气依次通过冷激气管(5)、冷激气分布管(11)均匀进入塔内平面，进而通过分散管(12)、分散支管(14)均匀进入塔内竖直方向，通过分散孔(15)排出，合成的氨气从合成气出口(31)排出；
所述列管式除氧水蒸发管(8)底部通过除氧水分布管(24)连接除氧水管道(25)，除氧水管道(25)下部为U型形状。
2.根据权利要求1所述的一种列管式超低压等温氨合成塔，其特征是：所述内筒(1)中心底部设有泄填料管(26)，泄填料管(26)顶部连接有圆锥封头(27)，圆锥封头(27)顶部与内筒(1)内壁相连接，泄填料管(26)底部设有泄填料口(28)。
3.根据权利要求1所述的一种列管式超低压等温氨合成塔，其特征是：所述内筒(1)底部设有内筒下封头(32)，外筒(2)底部设有外筒下封头(33)。
4.根据权利要求1所述的一种列管式超低压等温氨合成塔，其特征是：所述温度传感器(23)顶部连接有温度传感器接口(34)，冷激气管(5)顶部连接有冷激气接口(35)，加填料管(6)顶部连接有加填料管口(36)，蒸汽总管(4)顶部连接有蒸汽总管接口(37)。
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